Hoàng lộc 1019082-khóa luận tốt nghiệp

SVTH: NGUYỄN HOÀNG LỘC GVHD: PGS.TS. LÊ VĂN HIẾU
Khóa luận tốt nghiệp 10TYS niên khóa 2010 – 2014
i
MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT......................................................................................IV
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................V
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH...............................................................VI
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................VIII
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NANO BẠC, NANO TIO2,
POLYPROPYLENE. .........................................................................................3
NANO BẠC:....................................................................................................3
Giới thiệu về nano bạc................................................................................3
Tính chất nano bạc .....................................................................................3
Đặc tính kháng khuẩn của nano bạc...........................................................5
Tổng hợp hạt nano bạc bằng phương pháp khử hóa học: ..........................6
Ứng dụng của hạt nano bạc:.......................................................................7
TITAN DIOXIDE TiO2:..................................................................................9
Giới thiệu về TiO2 ......................................................................................9
Cấu trúc tinh thể .........................................................................................9
Tính quang xúc tác của vật liệu TiO2:......................................................11
Tổng hợp TiO2 bằng phương pháp sol-gel:..............................................14
Ứng dụng của TiO2...................................................................................17
POLY PROPYLENE.....................................................................................19
Giới thiệu về vật liệu nanocomposite:......................................................19
Giới thiệu về poly propylene (PP):...........................................................20
Ứng dụng của PP:.....................................................................................21
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC: ............................23
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH........................................24
NHIỄU XẠ TIA X (XRD): ...........................................................................24
PHỔ HẤP THỤ UV-Vis: ..............................................................................25
Giới thiệu về phổ hấp thu UV-Vis: ..........................................................25

ii
Nguyên lý hoạt động: ...............................................................................26
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA (TEM): ....................................27
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM):....................................................27
PHƯƠNG PHÁP QUÉT NHIỆT VI SAI (DSC): .........................................28
Giới thiệu về DSC:...................................................................................28
Tính năng của DSC: .................................................................................28
PHƯƠNG PHÁP ĐO UỐN:..........................................................................28
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP NANO BẠC, NANO TIO2, TIO2-AG VÀ
NANOCOMPOSITE PP/TIO2-AG ...................................................................30
TỔNG HỢP NANO BẠC .............................................................................30
Hóa chất:...................................................................................................30
Quá trình thực nghiệm:.............................................................................30
Cơ chế ổn định hạt nano bạc: [12] ...........................................................31
TỔNG HỢP NANO TiO2 ..............................................................................32
Hóa chất:...................................................................................................32
TỔNG HỢP TiO2-NANO Ag:.......................................................................33
TỔNG HỢP NANOCOMPOSITE PP/TiO2 - Ag .........................................34
Hóa chất....................................................................................................34
Quy trình thực nghiệm .............................................................................34
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN........................................................35
KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO BẠC:..........................................................35
KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO TiO2: ..........................................................37
KẾT QUẢ TỔNG HỢP TiO2-NANO Ag: ....................................................39
KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANOCOMPOSITE PP/TiO2-Ag:........................42
KHẢO SÁT KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN CỦA DUNG DỊCH NANO Ag
VÀ NANOCOMPOSITE PP/TiO2 – NANO Ag ...............................................47
KẾT LUẬN...........................................................................................................48
HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................................................................49

iii
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................50
Tài liệu tiếng Việt .................................................................................................50
Tài liệu tiếng Anh: ................................................................................................51
PHỤ LỤC .............................................................................................................53

iv
DANH MỤC VIẾT TẮT
Ag : Bạc.
CO2: Khí Carbon Dioxide.
H2O: Nước.
PP/TiO2-nano Ag: Nhựa PP độn TiO2-nano Ag.
PP: Poly Propylene
SEM: Kính hiển vi điện tử quét.
TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua.
TiO2: Titanium Dioxide.
TiO2-nano Ag: Titan dioxide pha tạp nano bạc.
UV: Tia tử ngoại.
UV-Vis: tử ngoại-ánh sáng khả kiến, nói tới phép đo UV-Vis.
XRD: Nhiễu xạ tia X.

v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase ................................10
Bảng 1.2 Nhiệt độ chuyển pha của TiO2...................................................................11
Bảng 1.3 Năng lượng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa mạnh..........................13
Bảng 1.4 Ưu-nhược điểm của sol-gel .......................................................................17
Bảng 1.5 Tính chất của PP isotactic..........................................................................20
Bảng 4.1 Bảng giá trị nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg), nhiệt độ chảy (Tm) và nhiệt độ
kết tinh (Tc) của PP, vật liệu TiO2 – nano Ag 1% wt và 3%wt................................43

vi
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng .....................................4
Hình 1.2 Màu sắc của dung dịch nano bạc .................................................................5
Hình 1.3 Cấu trúc của vi khuẩn E. Coli ......................................................................6
Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 ..............................................9
Hình 1.5 Ô mạng cơ sở khác nhau của TiO2 theo thứ tự từ trái sáng phải: Rutile,
Brookite, Anatase......................................................................................................10
Hình 1.6 Phản ứng quang xúc tác của TiO2 ..............................................................12
Hình 1.7 Các mức thế oxy hóa – khử của TiO2 ........................................................12
Hình 1.8 Quá trình thủy phân....................................................................................15
Hình 1.9 Các tính chất của polymer nanocomposite. ...............................................19
Hình 2.1 Máy nhiễu xạ tia X (Bruker D8 Advance).................................................25
Hình 2.2 Mô hình của một máy đo UV-Vis..............................................................26
Hình 2.3 Máy Jeol 6600............................................................................................27
Hình 3.1 Quy trình tổng hợp nano bạc......................................................................30
Hình 3.2 Công thức cấu tạo của PVP........................................................................31
Hình 3.3 Cơ chế ổn định hạt nano bạc của PVP .......................................................31
Hình 3.4 Quy trình tổng hợp sol TiO2.......................................................................32
Hình 3.5 Quy trình pha tạp nano Ag vào TiO2 .........................................................33
Hình 3.6 Quy trình xử lý dung dịch thành bột..........................................................33
Hình 4.1 Dung dịch nano bạc sau khi tổng hợp........................................................35
Hình 4.2 Phổ UV-Vis của dung dịch nano Ag..........................................................35
Hình 4.3 Ảnh TEM của dung dịch nano bạc.............................................................36
Hình 4.4 Xác định độ rộng vùng cấm của TiO2........................................................37
Hình 4.5 Giản đồ XRD của các mẫu bột TiO2 được nung ở các nhiệt độ khác nhau.
...................................................................................................................................37
Hình 4.6 Phổ UV-Vis của TiO2-nano Ag với các nồng độ pha tạp khác nhau.........39
Hình 4.7 Ảnh TEM của bột TiO2 – nano Ag nung ở 500o
C .....................................40

vii
Hình 4.8 Giản đồ XRD của các mẫu bột TiO2 – nano Ag với tỷ lệ pha tạp Ag khác
nhau (nung ở 500o
C) .................................................................................................41
Hình 4.9 Giản đồ DSC của PP nguyên chất..............................................................42
Hình 4.10 Giản đồ DSC của PP/TiO2 – nano Ag (1% wt chất độn).........................42
Hình 4.11 Giản đồ DSC của PP/TiO2 – nano Ag (3% wt chất độn).........................43
Hình 4.12 Ứng suất uốn của composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag.................45
Hình 4.13 Độ giãn dài của composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag....................45
Hình 4.14 Ảnh SEM bề mặt của composite PP/TiO2 – nano Ag..............................46

viii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện dưới giảng đường trường Đại học
Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, với lòng yêu nghề, sự tận
tâm, hết lòng truyền đạt của thầy cô em đã tích lũy được rất nhiều kiến thức cũng
như các kỹ năng cần thiết trong cuộc sống.
Lời đầu tiên, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy PGS.TS. Lê Văn
Hiếu và Cô ThS. Huỳnh Nguyễn Thanh Luận đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều
kiện để em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Tiếp theo, em xin cảm ơn các Thầy Cô và anh chị Cán Bộ trẻ Khoa Khoa học
Vật liệu, Bộ môn Vật liệu Từ và Y sinh, các phòng thí nghiệm Kỹ thuật cao, Vật lý
Ứng dụng, Hóa phân tích, Vi sinh và các bạn trong lớp đã tạo điều kiện thuận lợi,
động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khóa luận.
Cuối cùng, con xin chân thành cảm ơn ba mẹ – người đã sinh con ra, dưỡng
dục con, nuôi con khôn lớn, tạo mọi điều kiện vật chất lẫn tinh thần, luôn ủng hộ và
động viên cho con, là một điểm tựa vững chắc cho con an tâm học tập đến ngày
hôm nay.
Nguồn kiến thức thì vô tận và thời gian thực hiện khóa luận còn hạn chế nên
trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em chân thành cảm
ơn những góp ý vô cùng quý giá và chân thành của Quý Thầy Cô.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 7 năm 2014
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN HOÀNG LỘC

1
MỞ ĐẦU
Vi khuẩn luôn tồn tại mọi nơi, xung quanh sinh vật sống. Với điều kiện môi
trường thích hợp, chúng sinh sôi nhanh, mạnh mẽ và dẫn đến nhiều tác hại nghiêm
trọng cho sinh vật sống và môi trường xung quanh. Chính vì thế, các nhà khoa học
đang nghiên cứu các vật liệu kháng khuẩn để có thể ngăn chặn được sự phát triển
của vi khuẩn cũng như ngăn ngừa các ảnh hưởng xấu mà chúng gây ra.
Những tác động dễ nhận biết nhất của vi khuẩn gồm 3 loại. Thứ nhất, vi khuẩn
phân hủy chất hữu cơ làm thức ăn hỏng, màu vải bị sờn, bay màu v.v. Thứ hai là
mùi hôi. Thứ ba là vấn đề sức khỏe. Khi tiếp xúc với vi khuẩn nhiều thì hệ miễn
dịch của chúng ta sẽ không thể đáp ứng kịp thời và rõ ràng nguy cơ mắc bệnh sẽ
tăng lên.
Vật liệu đang được các nhà khoa học quan tâm là Titanium dioxide (TiO2).
TiO2 là một trong những vật liệu phổ biến và đầy tiềm năng không chỉ nhờ tính
quang xúc tác mà còn những tính chất hóa lý khác như tính quang điện tử, độ bền
và thân thiện với môi trường. Tính quang xúc tác có khả năng oxi hóa các chất hữu
cơ và khử kim loại nặng nên TiO2 đầy tiềm năng trong ứng dụng diệt khuẩn và xử lí
môi trường. Tuy nhiên, do TiO2 có vùng cấm rộng nên tính chất quang xúc tác chỉ
xảy ra ở vùng ánh sáng UV (4% ánh sáng mặt trời) dẫn đến hiệu suất xúc tác giảm.
Để tăng hiệu suất, các nhà khoa học đã biến tính TiO2 bằng nhiều phương
pháp khác nhau như đưa thêm các kim loại, oxide kim loại,v.v vào trong mạng tinh
thể TiO2 và nano bạc là một nguyên tố đáng quan tâm bởi khả năng kháng khuẩn
vốn có của nó. Ngoài ra, nano bạc còn thu hẹp độ rộng vùng cấm của TiO2 về vùng
ánh sáng khả kiến. Các hạt nano bạc (Ag) sẽ được tạo ra trong môi trường dung
dịch, sau đó được pha tạp vào dung dịch sol TiO2 với một tỉ lệ tối ưu, tạo ra một
dung dịch hỗn hợp TiO2 – nano Ag.
Để mang vật liệu diệt khuẩn tiếp cận với đời sống, các nhà khoa học đang tiến
hành tạo ra một loại vật liệu nanocomposite diệt khuẩn bằng cách đưa chất diệt
khuẩn ở dạng hạt nano vào nhựa. Và loại nhựa phổ biến nhất hiện nay là
polypropylene do nó có tính chất cơ lý tốt, gia công tốt, giá thành rẻ, độ ổn định hóa

2
học cao và đặc biệt khi kết hợp với chất độn có khả năng kháng khuẩn thì
polypropylen càng được ứng dụng nhiều hơn trong đời sống như nhựa gia dụng
(hộp, khay đựng thức ăn, đế ốp lưng điện thoại, chai nước, bình sữa...), công nghiệp
dệt, công nghiệp bao bì đóng gói thực phẩm [15]. Chính vì vậy, em xin được trình
bày đề tài “Bước đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu nhựa có tính năng khử khuẩn”.

3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NANO BẠC,
NANO TiO2, POLYPROPYLENE.
NANO BẠC:
Giới thiệu về nano bạc
Hạt nano bạc là các hạt có kích thước từ 1 nm đến 100 nm.
Cấu hình electron của bạc: 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
5s1
.
Bán kính nguyên tử bạc: 0.288 nm.
Bán kính ion bạc: 0.23 nm.
Tính chất nano bạc
1.1.2.1. Đặc tính chung của nano bạc
Nano bạc là vật liệu có diện tích bề mặt lớn hơn vật liệu khối nên có khả năng
giải phóng nhiều ion Ag+
hơn, do đó hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn.
Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng này
làm cho các dung dịch chứa hạt nano bạc có màu sắc khác nhau phụ thuộc vào nồng
độ và kích thước hạt nano.
Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác
nhân oxy hóa – khử thông thường.
Ổn định ở nhiệt độ cao [7], [8].
1.1.2.2. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt:
Ở kích thước nano mét, các hạt nano kim loại, đặc biệt là kim loại quý (vàng,
bạc, đồng, platin) có một hiệu ứng đặc biệt làm cho chúng có màu sắc khác nhau
khi ánh sáng truyền qua – đó chính là hiệu ứng “Cộng hưởng Plasmon bề mặt”
(Surface Plasmon resonace – SPR) [5].
Trong kim loại, các electron tách ra khỏi liên kết với nguyên tử chuyển thành
các electron dẫn chuyển động tự do được gọi là plasma khí điện tử. Khi có ánh sáng
kích thích, những chuyển động của các electron dẫn này tạo ra sóng truyền dọc theo
bề mặt kim loại – sóng điện từ bề mặt. Hiện tượng này gọi là “Plasmon bề mặt” của
kim loại.

4
Sự kích thích của plasmon bề mặt bởi ánh sáng gọi là “Cộng hưởng Plasmon bề
mặt” – SPR. Hiện tượng này có được khi tần số ánh sáng tới cộng hưởng với tần số
dao động plasma của các electron dẫn trên bề mặt kim loại.
Có thể giải thích hiện tượng này như sau: Khi có ánh sáng, tức là có điện từ
trường tương tác với hạt nano kim loại cầu, dao động của vecto điện trường và
vecto từ trường của ánh sáng làm cho các electron dẫn dao động, tạo ra sóng mật độ
điện tử lan truyền trong plasma điện tử ở kim loại. Điều này được mô tả như sau:
Hình 1.1 Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng
Thông thường, các dao động bị dập tắt nhanh bởi các sai hỏng mạng hoặc bởi
chính các nút mạng tinh thể. Nhưng khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng
đường tự do trung bình thì không còn hiện tượng dập tắt nữa mà điện tử sẽ dao
động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ
phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng
cực điện.
Các hạt nano bạc có hiệu ứng hấp thụ và tán xạ ánh sáng rất mạnh do hiệu ứng
“cộng hưởng Plasmon bề mặt”. Màu sắc dung dịch cũng do hiệu ứng này gây ra.
Hạt nano vàng, bạc, đồng thể hiện bước sóng cộng hưởng trong vùng ánh sáng khả
kiến. Điều này có nghĩa là sẽ có một phần ánh sáng khả kiến bị hấp thụ, một phần bị
phản xạ. Phần ánh sáng bị phản xạ sẽ quy định màu của hạt nano kim loại đó [8].

5
Ví dụ: Hạt nano bạc kích thước nhỏ sẽ hấp thụ ánh sáng trong vùng phổ màu từ tím
đến lục (400 – 500 nm) trong khi đó nó lại phản xạ ánh sáng màu vàng (600 nm)
nên ta thấy dung dịch có màu vàng tới vàng nâu [18].
Hình 1.2 Màu sắc của dung dịch nano bạc
Đặc tính kháng khuẩn của nano bạc
1.1.3.1. Giới thiệu về vi khuẩn E. Coli:
E. coli thuộc họ vi khuẩn Enterobacteriaceae và thường được sử dụng làm
sinh vật mô hình cho các nghiên cứu về vi khuẩn.
Escherichia coli (thường được viết tắt là E. coli) hay còn được gọi là vi khuẩn
đại tràng là một trong những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của động
vật máu nóng (bao gồm chim và động vật có vú). Vi khuẩn này cần thiết
trong quá trình tiêu hóa thức ăn và là thành phần của khuẩn lạc ruột.
Trong nước thải thường có rất nhiều loại vi khuẩn có hại, chúng là các vi trùng
từ nguồn nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải bệnh viện. Trong đó vi khuẩn
E.coli là loại vi khuẩn đặc trưng cho sự nhiễm trùng nước. Chỉ số E. coli chính là
số lượng vi khuẩn này có trong 100 ml nước. Ước tính mỗi ngày mỗi người bài tiết
khoảng 2.1011
E. coli [3].
E. coli có đường kính khoảng ~1μm, chiều dài 2μm [25].

6
Hình 1.3 Cấu trúc của vi khuẩn E. Coli
1.1.3.2. Cơ chế diệt khuẩn:
Tính kháng khuẩn của nano bạc dược giải thích theo một số cơ chế sau:
 Với tính chất xúc tác, nano bạc vô hiệu hóa các enzyme mà vi khuẩn và nấm
cần cho quá trình trao đổi chất của tế bào dẫn đến rối loạn quá trình biến dưỡng của
vi khuẩn. Tác động này làm cho vi khuẩn bị tiêu diệt nhanh chóng [6], [7].
 Hạt nano bạc liên kết với các nhóm chứa phosphor trong phân tử DNA làm rối
loạn quá trình sao chép DNA làm chết vi khuẩn [8], [20].
 Các hạt nano bạc tương tác với nhóm –SH của các protein, enzyme trên màng
tế bào dẫn đến sự thay đổi hình thái và gia tăng tính thấm của màng. Sự vận chuyển
vật chất qua màng tăng làm vỡ màng tế bào vi khuẩn [8], [10].
 Nano bạc giúp ta tạo ra các oxy hoạt tính từ trong nước hoặc không khí tương
tác với các lipid màng làm tổn thương màng [11].
Tổng hợp hạt nano bạc bằng phương pháp khử hóa học:
Phương pháp hóa học tổng hợp hạt nano bạc trong dung dịch thường gồm 3
thành phần: tiền chất kim loại, chất khử và chất ổn định hay chất bao.
Quá trình tạo ra dung dịch nano bạc gồm 2 giai đoạn: tạo mầm tinh thể và phát triển
tinh thể. Vì thế kích thước và hình dạng hạt nano bạc phụ thuộc rất nhiều vào 2 giai

7
đoạn này. Ta có thể kiểm soát 2 giai đoạn này thông qua điều chỉnh các thông số
phản ứng như nhiệt độ, pH, tiền chất kim loại, chất khử hay chất ổn định [19].
Ứng dụng của hạt nano bạc:
Nano bạc được đưa vào sử dụng với mục đích kháng khuẩn và ngăn ngừa sự
phát triển của vi khuẩn. Một nghiên cứu của trường đại học y khoa ODENSE cho
thấy nano bạc không có tương tác mạnh với cơ thể con người và cũng không là tác
nhân gây độc. Chính vì thế nano bạc không ảnh hưởng sức khỏe con người và được
xem là vô hại [22].
Nano bạc là tác nhân góp phần làm trong sạch môi trường, không phải là chất
độc với cơ thể con người.
Hiện nay, trên thị trường đã có rất nhiều các loại sản phẩm nano bạc được bày
bán như: tủ lạnh nano bạc diệt khuẩn, khẩu trang nano bạc, bình sữa phủ nano bạc,
kem đánh răng nano bạc,… Các sản phẩm này đã cho thấy ứng dụng rộng rãi của
nano bạc trong thực tế [22].
Nano bạc còn có ứng dụng trong xúc tác với diện tích bề mặt lớn và năng
lượng bề mặt cao. Khi được làm xúc tác, các hạt nano bạc được phủ lên chất mang
như silica phẳng. Chúng có tác dụng giữ cho các hạt nano bạc bám trên chất mang.
Đồng thời làm tăng độ bền, tăng tính xúc tác, kéo dài thời gian hoạt động của chất
xúc tác. Ví dụ: xúc tác nano bạc dùng trong việc oxy hóa các hợp chất hữu cơ,
chuyển hóa ethylene thành ethylene oxide dùng cho các phản ứng khử các hợp chất
nitro, làm chất phụ gia cải tiến khả năng xử lý NO và khí CO của xúc tác FCC, xúc
tác trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằng NaBH4 [22].
Thông thường, xử lý nguồn nước dùng các tác nhân hóa học như: clo, các dẫn
xuất của nó, idod. Các tác nhân vật lý: tia UV, bức xạ, … Sử dụng các hạt nano bạc
trong lĩnh vực này cũng là hướng đi mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng lớn. Hiện nay,
người ta sử dụng PU có bao phủ bạc tạo ra màng lọc nước có tính năng diệt khuẩn
cao [22].
Ngoài ra, nano bạc hiện nay còn được ứng dụng trong ngành dệt may. Trong
thời gian dài, ngành dệt may sử dụng các hợp chất CuSO4, ZnSO4 đưa vào vải tạo ra

8
các sản phẩm sạch có khả năng diệt khuẩn. Tuy nhiên, các tác nhân trên không đáp
ứng được yêu cầu cơ bản. Vì thế nano bạc với tính năng diệt khuẩn từ 98 – 99%
được nghĩ tới. Hiện nay, nano bạc đã được đưa vào xơ sợi của ngành dệt may, ứng
dụng trong các sản phẩm có tính sát khuẩn cao: quần áo, găng tay dùng trong y tế và
các sản phẩm tránh mùi hôi.

9
TITAN DIOXIDE TiO2:
Giới thiệu về TiO2
Titandioxide TiO2 là một chất xúc tác quang hóa thân thiện với mội trường.
TiO2 là một loại vật liệu rất phổ biến trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta.
Chúng được sử dụng rất nhiều trong việc pha chế tạo màu sơn, màu đen, mỹ phẩm
và cả trong thực phẩm. Ngày nay, lượng TiO2 được tiêu thụ hàng năm lên tới 3 triệu
tấn.
Hiện nay, TiO2 đang được các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển một cách
rộng rãi với nhiều công dụng như: chống bám bẩn, khả năng tự làm sạch, xử lý
nước và không khí, diệt vi khuẩn, virus, nấm mốc và đặc biệt là tiêu diệt tế bào ung
thư.
Cấu trúc tinh thể
Titandioxide TiO2 là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm
lạnh thì trở lại màu trắng. Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (nhiệt độ
nóng chảy 1870o
C) [2].
Ngoài dạng vô định hình, tinh thể TiO2 có 3 dạng thù hình thường gặp trong tự
nhiên là anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) và brookite (orthorhombic).
Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2
Dạng rutile là dạng bền vững và phổ biến nhất của TiO2 trong tự nhiện (dưới
dạng thạch anh, khoáng rutile), có mạng lưới tứ phương trong đó mỗi ion Ti4+
được
ion O2-
bao quanh kiểu bát diện. Đây là kiến trúc điển hình của hợp chất có công

10
thức MX2. Hai dạng còn lại (anatase và brookite) là dạng giả bền và đều có thể
chuyển thành rutile ở nhiệt độ cao (700o
C) nhưng hiếm gặp trong tự nhiên. Đặc biệt
dạng brookite thể hiện tính chất khác hẳn hai dạng rutile và anatase, nhưng rất hiếm
gặp nên ít được nghiên cứu.
Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase
Hình 1.5 Ô mạng cơ sở khác nhau của TiO2 theo thứ tự từ trái sáng phải: Rutile,
Brookite, Anatase
Các thông số Rutile Anatase
Cấu trúc tinh thể Tứ diện Tứ diện
Thông số mạng
a (Å) 4.58 3.78
c (Å) 2.95 9.49
Khối lượng riêng (g/cm3
) 4.25 3.895
Chiết suất 2.75 2.54
Độ rộng vùng cấm (eV) 3.05 3.25
Nhiệt độ nóng
chảy
1830 –
1850o
C
Ở nhiệt độ cao
chuyển
thành rutile

11
Ở kích thước lớn, rutile là cấu hình tinh thể bền nhất. Sự chuyển pha sẽ diễn ra
theo thứ tự anatase – brookite – rutile. Thù hình brookite là trạng thái trung gian khi
thù hình anatase chuyển thành rutile. Khi có sự chuyển pha thì khối lượng riêng của
TiO2 tăng dần theo thứ tự trên.
Bảng 1.2 Nhiệt độ chuyển pha của TiO2
Dạng thù hình của TiO2 Nhiệt độ hình thành pha
Anatase 450 – 600o
C
Brookite 750o
C
Rutile 800– 900o
C
Tính quang xúc tác của vật liệu TiO2:
1.2.3.1. Khái niệm:
Quá trình quang xúc tác là quá trình kích thích các phản ứng quang hóa bằng
chất xúc tác, dựa trên nguyên tắc chất xúc tác Cat nhận năng lượng ánh sáng sẽ
chuyển sang dạng hoạt hóa * Cat, sau đó * Cat sẽ chuyển năng lượng sang cho chất
thải và chất thải sẽ bị biến đổi sang dạng mong muốn.
 Ưu điểm:
o Hiệu suất phân hủy cao tại nhiệt độ phòng.
o Không cần các chất phụ gia, xảy ra được trong môi trường ẩm.
o Hiệu suất lượng tử cao đối với các tác nhân ở thể khí.
o Khả năng oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ thành CO2 và H2O.
o Xúc tác không đắt tiền, không độc hại.
o Xử lý được nhiều hợp chất hữu cơ.
o Hoạt tính xúc tác không mất đi bởi các chất hữu cơ có chứa Cl.
Hơn nữa, phương pháp này thích hợp cho các hệ thống lắp ráp ở những quy
mô nhỏ. Phản ứng quang xúc tác xảy ra trên chất xúc tác bán dẫn (TiO2 với tia tử
ngoại bước sóng nhỏ hơn 380 nm) hay TiO2 pha tạp nito sử dụng với ánh sáng khả
kiến.

12
1.2.3.2. Cơ chế của hiệu ứng quang xúc tác:
Quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ do cặp điện tử và lỗ trống sinh ra sau
khi hấp thụ ánh sáng chiếu tới
TiO2 + hv e-
+ h+
(1.1)
Hình 1.6 Phản ứng quang xúc tác của TiO2
Dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại (UV), các điện tử từ vùng hóa trị chuyển
lên vùng dẫn thành các điện tử tự do, để lại các lỗ trống ở vùng hóa trị. Điện tử và
lỗ trống khuếch tán ra bề mặt, phản ứng với H2O và O2 hấp thụ trên bề mặt màng
tạo ra các gốc có khả năng oxy hóa – khử các chất hữu cơ [17].
Về nguyên tắc, điện tử muốn khử một chất, mức năng lượng của cực tiểu vùng
dẫn phải âm hơn thế khử của chất đó và lỗ trống muốn oxy hóa một chất, mức năng
lượng của cực đại vùng hóa trị phải dương hơn thế oxy hóa của chất đó. Mức không
của giản đồ thế được xác định bằng thế oxy hóa – khử của nguyên tử hydro H.
Hình 1.7 Các mức thế oxy hóa – khử của TiO2

13
Trên giản đồ thế (hình 1.7) thế oxy hóa của lỗ trống ở vùng hóa trị là +2.53V,
dương hơn thế của oxy hóa của gốc hydroxyl là +2.27V nên lỗ trống có thể oxy hóa
H2O để tạo gốc hydroxyl •
OH:
H2O + h+ •
OH + H+
(1.2)
Thế khử của điện tử ở vùng dẫn là -0.52V âm hơn thế khử của gốc superoxide
•
O-
2 là -0.28V nên điện tử có thể khử O2 để tạo gốc superoxide:
O2 + e- •
O-
2 (1.3)
Phương trình (1.2) và (1.3) cho sản phẩm là gốc hydroxyl •
OH có tính oxy hóa
rất mạnh (mạnh gấp 2 lần so với Cl, mạnh hơn cả O3) sẽ oxy hóa các chất hữu cơ
trên bề mặt tạo ra các sản phẩm phân hủy (CO2 và H2O).
Gốc superoxide •
O-
2 có tính khử có khả năng khử các ion kim loại thành kim
loại-> lọc, loại chúng ra khỏi môi trường nước.
Bảng 1.3 Năng lượng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa mạnh
Tác nhân Năng lượng oxy hóa tương đối (eV)
F 3.06
HO•
2.80
O•
2.42
O3 2.08
H2O2 1.78
Cl2 1.36
ClO2 1.27
O2 1.23

14
Do vậy nó có khả năng phân hủy hoản toàn các chất hữu cơ bền vững, tốc độ
phản ứng nhanh hơn O3 hàng tỷ lần. Mặt khác, TiO2 ở dạng anatase có hoạt tính
quang xúc tác cao hơn dạng rutile. Điều này được giải thích dựa vào cấu trúc vùng
năng lượng. Dạng anatase có năng lượng vùng cấm là 3.2 eV tương đương với một
lượng tử ánh sáng có bước sóng 388 nm. Dạng rutile có năng lượng vùng cấm là 3.0
eV tương đương với lượng tử ánh sáng có bước sóng 413 nm [14], [16].
Hiệu ứng phân hủy hợp chất hữa cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực diệt
khuẩn vì vi khuẩn đều là những chất hữu cơ (các dạng sống, có màng tế bào và đều
tạo nên từ các lipid khác nhau) nên bị phá hủy ở bất cứ hình thái nào. Nhờ vậy, vật
liệu TiO2 được ứng dụng làm sạch nguồn nước, không khí, các bề mặt…
Trong quá trình quang xúc tác, hiệu suất lượng tử có thể bị giảm bởi sự tái hợp kết
hợp của các electron và lỗ trống:
e-
+h+
TiO2 + E (1.4)
Trong đó, E là năng lượng được giải phóng ra dưới dạng bức xạ điện từ hoặc
dưới dạng nhiệt. Để tăng hiệu suất lượng tử ta tăng tốc độ chuyển điện tử và giảm
độ tái kết hợp điện tử – lỗ trống. Khi đó, “bẫy điện tích” được sử dụng để thúc đẩy
sự bẫy điện tử và lỗ trống ở bề mặt, tăng thời gian tồn tại của electron và lỗ trống
trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn. “Bẫy điện tích” có thể được tạo ra bằng cách biến
tính bề mặt chất bán dẫn như đưa thêm kim loại, chất biến tính.
Tổng hợp TiO2 bằng phương pháp sol-gel:
1.2.4.1. Định nghĩa sol-gel:
Sol – Gel là phương pháp hóa học ướt tổng hợp các phần tử huyền phù dạng
keo rắn trong chất lỏng, sau đó tạo thành nguyên liệu lưỡng pha của bộ khung chất
rắn, được chứa đầy dung môi cho đến khi xảy ra quá trình chuyển tiếp sol – gel
1.2.4.2. Các phản ứng trong quá trình sol-gel:
Trong quá trình sol – gel các phần tử trung tâm trải qua 2 phản ứng hóa học cơ
bản: phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ (dưới xúc tác acid hoặc bazo) để
hình thành một mạng lưới trong toàn dung dịch [4].

15
 Phản ứng thủy phân
Phản ứng thủy phân thay thế nhóm alkoxide (–OR) trong liên kết kim loại –
alkoxide bằng nhóm hydroxyl (–OH) để tạo thành liên kết kim loại – hydroxyl [1].
Thủy phân
M(OR)x + nH2O M(RO)x-n(OH)n + nROH (1.5)
Ester hóa
M(OR)x + xH2O M(OH)x + xROH (1.6)
Dưới đây là mô hình phản ứng thủy phân
Các thông số ảnh hưởng đến quá trình thủy phân là pH, bản chất và nồng độ
xúc tác, nhiệt độ, dung môi, tỉ số r = nH2O/nM [8].
 Phản ứng ngưng tụ
Phản ứng ngưng tụ tạo nên liên kết kim loại – oxide – kim loại, là cơ sở cấu
trúc cho các màng oxide kim loại. Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục làm cho liên
kết kim loại – oxide – kim loại không ngừng tăng lên cho đến khi tạo ra một mạng
lưới kim loại – oxide – kim loại trong toàn dung dịch.
Hình 1.8 Quá trình thủy phân

16
Phản ứng diễn ra theo 2 kiểu:
- Ngưng tụ rượu:
M(OH)(OR)n-1 + M(OR)n (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + ROH (1.7)
- Ngưng tụ nước:
M(OH)(OR)n-1 + M(OH)(OR)n-1 (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + H2O (1.8)
Trong những điều kiện thích hợp, sự ngưng tụ diễn ra liên tục và phá hủy
polymer, tái tạo thành những hạt keo lớn, từ đó tạo thành các polymer lớn hơn [2].
Các thông số ảnh hưởng chủ yếu: độ pH, bản chất và nồng độ của chất xúc tác,
nhiệt độ, dung môi, tỉ số mol H2O/M [8].
Tóm lại, hai phản ứng thủy phân – ngưng tụ xảy ra đồng thời và có mối quan
hệ với nhau. Do đó, chúng ta phải bảo quản các precusor nơi khô ráo và môi trường
nhiệt độ thấp để tránh sự kết tủa và hư hỏng.
1.2.4.3. Các giai đoạn chính trong Sol – Gel
Tạo dung dịch sol: Alkoxide kim loại bị thủy phân và ngưng tụ, tạo thành
dung dịch sol gồm những hạt oxide kim loại nhỏ phân tán trong dung dịch sol. Sau
đó dung dịch có thể được dùng để phủ màng hoặc dùng chế tạo gel khí hay gel khối.
Gel hóa (gelation): Những hạt sol hình thành liên kết. Độ nhớt dung dịch tiến ra vô
hạn do sự hình thành mạng lưới oxide kim loại ba chiều trong dung dịch.
Thiêu kết (sintering): Đây là quá trình kết chặt khối mạng, được điều khiển bởi
năng lượng phân giới. Thông qua quá trình này gel sẽ chuyển từ pha vô định hình
sang tinh thể dưới tác dụng của nhiệt độ cao.
Trong toàn bộ quá trình, hai phản ứng thủy phân – ngưng tụ quyết định cấu
trúc và tính chất của sản phẩm sau cùng. Do đó, việc kiểm soát tốc độ phản ứng
thủy phân – ngưng tụ là rất quan trọng [1].

17
Bảng 1.4 Ưu-nhược điểm của sol-gel
Ưu điểm Nhược điểm
- Có thể tạo ra màng phủ liên kết mỏng
để mang đến sự dính chặt rất tốt giữa vật
liệu kim loại và màng [1].
- Có thể phun phủ lên các hình dạng
phức tạp.
- Có thể sản xuất được sản phẩm có độ
tinh khiết cao.
- Có thể tạo màng dày cung cấp cho quá
trình chống ăn mòn.
- Có thể tạo màng ở nhiệt độ thường.
- Là phương pháp hiệu quả, kinh tế, sản
xuất đơn giản, màng chất lượng cao.
- Liên kết trong màng yếu.
- Độ chống mài mòn yếu.
- Rất khó điều khiển độ xốp.
- Dễ bị rạn nứt khi xử lý ở nhiệt độ cao.
- Chi phí cao đối với những vật liệu thô.
- Hao hụt nhiều trong quá trình tạo màng
Ứng dụng của TiO2
1.2.5.1. Trong quang xúc tác
Ứng dụng quan trọng nhất trong quang xúc tác là xử lý môi trường. TiO2 được
đánh giá là chất xúc tác quang hóa thân thiện với môi trường và hiệu quả nhất, sử
dụng rộng rãi trong quá trình quang phân hủy các chất ô nhiễm khác nhau. TiO2 còn
được sử dụng để diệt khuẩn, tiêu diệt tế bào ung thư, khử trùng… nhờ khả năng oxy
hóa mạnh với hầu hết các loại vi khuẩn, virus, nấm mốc… Cơ chế diệt khuẩn này
chủ yếu là do các lỗ trống và electron quang sinh có trên bề mặt xúc tác có tác dụng
phá hủy hoặc làm biến dạng màng tế bào, làm đứt gãy chuỗi DNA của các vật liệu
sinh học, làm cho chúng bất hoạt hoặc bị tiêu diệt [9].
1.2.5.2. Trong pin mặt trời
Ứng dụng TiO2 trong pin mặt trời rất quan trọng vì thế hệ pin mặt trời trước có
nhược điểm lớn nhất là giá thành quá cao, khó ứng dụng trong thực tế ở diện rộng.
Michael Graetzel đã giải quyết vấn đề này bằng pin mặt trời trên cơ sở chất bán dẫn

18
TiO2 tẩm chất nhạy quang (DSC). Ngày nay, pin mặt trời nhạy quang đang được
tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới như Hoa Kỳ, Nhật Bản,
Australia, Trung Quốc…
1.2.5.3. Trong diệt khuẩn và khử trùng
Quá trình quang xúc tác có thể phá hủy các vật liệu sinh học như vi khuẩn,
virus và nấm mốc… Cơ chế diệt khuẩn này chủ yếu là do các lỗ trống quang sinh,
electron quang sinh có trên bề mặt xúc tác có tác dụng phá hủy hoặc làm biến dạng
thành tế bào, làm đứt gãy chuỗi DNA của các vật liệu sinh học kể trên làm cho
chúng bất hoạt hoặc chết ngay tức khắc [13].
1.2.5.4. Ứng dụng khác
Vật liệu TiO2 còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như : vật liệu gốm,
chất tạo màu, chất độn, làm vật liệu chế tạo pin mặt trời, làm cảm biến khí trong
môi trường ô nhiễm nặng, trong sản xuất bồn rửa tự làm sạch bề mặt trong nước,
làm vật liệu sơn trắng, tạo màng lọc trong máy làm sạch không khí, máy điều hòa…

19
POLY PROPYLENE
Giới thiệu về vật liệu nanocomposite:
Vật liệu nano mở đầu cho nhiều đột phá trong nhiều lĩnh vực, trong đó
nanocomposite đang được tập trung phát triển. Cấu trúc nano có những ảnh hưởng
trực tiếp đối với cấu trúc vùng năng lượng và gián tiếp thay đổi cấu trúc nguyên tử
liên quan gọi là giam hãm lượng tử. Đối với loại composite thông thường được gia
cường bằng chất độn ở kích cỡ micro vào mạng polymer thường phải hy sinh một
vài tính chất khác để đạt được tính chất mong muốn. Còn polymer độn ở kích thước
nano hay gọi là nanocomposite đã mở ra những cánh cửa để vượt qua những hạn
chế mà phương pháp cũ hay gặp phải.
Nanocomposite có thể đạt được thêm những tính chất như sau:
Hình 1.9 Các tính chất của polymer nanocomposite.

20
Giới thiệu về poly propylene (PP):
1.3.2.1. Sơ lược về nhựa PP:
Poly propylene là một poly anken mạch thẳng, có công thức cấu tạo như sau:
Polypropylene là vật liệu sợi để tổng hợp nhựa có giá thành hợp lý. Ngoài ra,
nó được sử dụng phổ biến, rộng rãi nhờ mang nhiều tính chất về cơ lý, hóa học phù
hợp với mục đích sử dụng. Tính chất của nó thay đổi theo khối lượng phân tử, cách
tổng hợp cũng như chất tham gia đồng trùng hợp với nó.
1.3.2.2. Tính chất của nhựa PP:
Lấy Polypropylene isotactic hay còn gọi là PP có cấu trúc đồng hướng minh
họa cho tính chất PP như sau:
Bảng 1.5 Tính chất của PP isotactic
Properties Values
Moisture regain (%) <0.1
Melting point (o
C) 160-175
Softening point (o
C) 140-160
Tg (o
C) 40
Density (g/cm3
) 0.9
Specific heat (J.g-1
.o
C-1
) 1.6
Mn 106
Polydispersibility (Mw/Mn) 9-11
Heat of combustion (kJ.g-1
) 44
Heat of fusion (J.g-1
) 21
Limiting oxygen index (%) 17.4
Decomposition range (o
C) 328-410

21
 Ưu điểm của PP:
Polypropylene là sợi tổng hợp nhẹ nhất với khối lượng riêng là 0,91g/cm3
. PP
có độ cứng cao hơn so với Polyethylene (PE), trong suốt, không hút ẩm, không độc
hại. PP ít bị biến tính bởi hóa chất, sợi PP chịu được tác dụng của đa số các loại acid
và kiềm. Nấm mốc không tăng trưởng được trên PP và côn trùng cũng không thể
tấn công nó. Polypropylene dễ gia công=> tăng hiệu suất, tiết kiệm năng lượng. PP
dai chắc và chịu nhiệt tốt hơn một số loại polymer với nhiệt độ nóng chảy trên
160o
C. Khả năng dẫn nhiệt của PP thấp hơn so với những loại sợi khác.
 Nhược điểm của PP:
Tuy nhiên, PP vẫn thuộc loại nhựa có nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ cháy. Nó
không thể nhuộm sau khi tổng hợp nên màu của PP khá hạn chế. PP không bền với
nhiệt, tia UV và khả năng phục hồi kém so với polyester và nylon. Để vượt qua
những hạn chế này, nanocomposite là một trong những lựa chọn tốt nhất. Nhiều nhà
nghiên cứu đã nghiên cứu theo hướng này và đã sản xuất ra được những
nanocomposite với bạc, kẽm, TiO2, v.v.
Ứng dụng của PP:
Với những ưu điểm nêu trên, PP được sử dụng khá nhiều trong đời sống. Ứng
dụng của sợi PP được sử dụng rộng rãi trong màng bao, phủ sàn nhà, trong y tế,
công nghiệp xe hơi, dệt may, bọc tường,v.v Đối với lĩnh vực may mặc, PP đang
hướng vào dệt kim, ví dụ như đồ tắm, đồ thể thao, vớ, v.v.
 Bao bọc mềm:
PP là vật liệu được ưa chuộng để tạo nên các màng bọc, bao bì như bao bọc
thực phẩm, thuốc lá hay bọc quần áo, v.v bởi PP có giá thành rẻ và dai chắc.

22
(Hình minh họa)
 Bao bọc cứng:
Với khối lượng phân tử, cách chế tạo hay chất đồng trùng hợp khác nhau, PP
có thể có độ cứng để dùng làm vật dụng để chứa như chai, lọ nhựa PP, hộp, thùng,
v.v.
(Hình minh họa)
 Vật dụng hàng ngày:
Với tính bền, khá trơ, PP có thể được sử dụng để làm vật dụng trong nhà, đồ nội
thất, va-li, túi xách, đồ chơi trẻ em v.v.

23
 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:
Ngoài nước: Một số công trình công bố gần đây, cụ thể là Binyu Yu và các
cộng sự [26] đã tổng hợp màng TiO2 – nano Ag và ứng dụng diệt khuẩn, Mansor
Bin Admad và các cộng sự [27] đã tổng hợp màng sinh học nanocomposite Ag có
khả năng kháng khuẩn bằng phương pháp khử hóa học, Hebeish và các cộng sự [28]
đã sử dụng sợi TiO2 pha tạp nano Ag ứng dụng trong vải chống khuẩn và quang xúc
tác. Bên cạnh đó còn có các tác giả nghiên cứu ứng dụng nhựa có nano Ag trong
màng bọc thực phẩm, đóng gói thức ăn,… Kết quả của LinFeng cho thấy các hạt
nano Ag phân tán đều vào nhựa PP, và có khả năng diệt trên 92% vi khuẩn
Escherichia Coli và Staphylococcus aureus.
Trong nước: Hiện nay ngoài hướng nghiên cứu sơ khởi của nhóm thực hiện đề
tài thì chưa có công bố nghiên cứu nào trong nước cho thấy việc chế tạo vật liệu
nanocomposite trên nền polymer phối trộn với TiO2 – nano Ag nhằm tạo ra loại vật
liệu có khả năng diệt và kháng khuẩn.Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu gia
dụng nhựa chứa nano Ag và TiO2 , có khả năng diệt khuẩn, tự làm sạch bề mặt và
thân thiện với môi trường để phòng bệnh và phòng ngừa lây nhiễm bệnh nhằm ứng
dụng trong y tế và đời sống hằng ngày của con người là vấn đề mang tính thời sự,
có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.

24
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
NHIỄU XẠ TIA X (XRD):
Tia X được khám phá bởi W.C.RÖentgen vào năm 1985. Nhiễu xạ tia X là
hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần
hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và các cực tiểu nhiễu xạ.Trong khoa
học vật liệu cũng như trong nhiều ngành khoa học khác, kỹ thuật xác định cấu trúc
tinh thể bằng tia X là một công cụ hữu ích và đắc lực cho việc tìm ra ẩn số cấu trúc
của vật liệu.
 Nguyên lý hoạt động
Xét một chùm tia X có bước sóng  chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc
tới . Sự nhiễu xạ chỉ xảy ra ứng với một số hướng nhất định của tia tới so với các
mặt của tinh thể. Đối với những tinh thể có tính tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách
nhau những khoảng đều đặn d, có vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra
hiện tượng nhiễu xạ của các tia X. Nếu quan sát các chùm tia tán xạ theo phương
phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang lộ giữa các tia tán xạ trên các mặt là
L = 2.d.sin.
Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện hiệu
quang lộ bằng số nguyên lần bước sóng:
L = 2.d.sin = n
Với n: số nguyên biểu thị bậc nhiễu xạ, n= 1, 2,...
: bước sóng của tia X.
d: khoảng cách của 2 lớp tinh thể.
: góc giữa tia tới và mặt phẳng phản xạ.

25
Hình 2.1 Máy nhiễu xạ tia X (Bruker D8 Advance)
PHỔ HẤP THỤ UV-Vis:
Giới thiệu về phổ hấp thu UV-Vis:
 Vùng phổ UV-Vis là vùng nằm ở cận UV cho đến cận IR. Được xác định từ
khoảng 180-1100nm.
 Đây là vùng phổ đã được nghiên cứu nhiều và được áp dụng nhiều về mặt
định lượng.
 Quá trình định lượng được tiến hành bằng cách đo ở một vài bước sóng hấp
thu của hợp chất, sau đó áp dụng định luật Lambert-Beer để tính toán.
 Nhiều thế hệ thiết bị ra đời dựa trên phương pháp này, và ngày càng tối ưu hóa
quá trình.

26
 Vùng phổ này thường được chia làm 3 vùng chủ yếu: cận UV (185–400 nm),
khả kiến (400–700 nm) và cận hồng ngoại (700–1100 nm).
Nguyên lý hoạt động:
 Nguồn gốc của sự hấp thụ trong vùng này chủ yếu là sự tương tác của các
photon của bức xạ với các ion hay phân tử của mẫu.
 Sự hấp thụ chỉ xãy ra khi có sự tương ứng giửa năng lượng photon và năng
lượng các điện tử ngoài cùng (của ion hay phân tử) hấp thụ.
 Kết quả của sự hấp thụ là có sự biến đổi năng lượng điện tử của phân tử.
 Sự hấp thụ năng lượng điện tử trong vùng sóng ánh sáng tử ngoại gần (190-
400nm) và khả kiến (400- 780nm) của các chất gây ra sự chuyển dịch của các điện
tử từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích.
 Biểu đồ biển diễn sự tương quan giữa cường độ hấp thu theo bước sóng của
một chất được gọi là phổ UV-Vis của chất ấy trong điều kiện xác định
 Mỗi chất có khả năng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng khác nhau nên nhờ đỉnh
hấp thụ trong phổ UV-Vis ta có thể xác định được đó có phải chất ta hướng tới hay
không.
Hình 2.2 Mô hình của một máy đo UV-Vis

27
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA (TEM):
Là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng
lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo
ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn
huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
Ta thấy rằng bước sóng của điện tử nhỏ hơn rất nhiều so với bước sóng ánh
sáng khả kiến nên việc sử dụng sóng điện tử thay cho sóng ánh sáng sẽ tạo ra thiết
bị có độ phân giải tốt hơn nhiều kính hiển vi quang học.
TEM hiện tại vẫn là một công cụ nghiên cứu mạnh và hiện đại trong nghiên
cứu về cấu trúc vật rắn, được sử dụng rộng rãi trong vật lý chất rắn, khoa học vật
liệu, công nghệ nanô, hóa học, sinh học, y học... và vẫn đang trong quá trình phát
triển với nhiều tính năng và độ mạnh mới.
KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM):
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) là một loại kính
hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách
sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo
ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ
phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật [23].
Hình 2.3 Máy Jeol 6600

28
Nguyên lý hoạt động: Điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử, được tăng
tốc và hội tụ thành chùm điện tử hẹp nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề
mặt vật liệu nhờ các cuộng quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ
kích thước của chùm điện tử hội tụ. Độ phân giải còn phụ thuộc vào tương tác giữa
bề mặt vật liệu và điện tử.
PHƯƠNG PHÁP QUÉT NHIỆT VI SAI (DSC):
Giới thiệu về DSC:
Là phương pháp phân tích nhiệt mà ở đó độ chệnh lệch về nhiệt độ ΔT giữa
hai mẫu chuẩn và mẫu nghiên cứu được duy trì bằng 0. Thay vào đó người ta sẽ xác
định Enthalpy của quá trình này bằng cách xác định lưu lượng nhiệt vi sai cần để
duy trì mẫu vật liệu và mẫu chuẩn trơ ở cùng nhiệt độ. Nhiệt độ này thường được
lập trình để quét một khoảng nhiệt độ bằng cách tăng tuyến tính ở một tốc độ xác
định.
Tính năng của DSC:
DSC cho ta thông tin về sự chuyển pha của vật chất. Trong những nghiên cứu
về chuyển pha người ta thường sử dụng phương pháp này vì nó thường cho thông
tin trực tiếp về năng lượng chuyển pha. DSC có thể đo được các hiện tượng chuyển
pha: nhiệt nóng chảy, kết tinh, thủy tinh hóa hay nhiệt của phản ứng hóa học của
polymer.
PHƯƠNG PHÁP ĐO UỐN:
 Các đặc tính uốn, như độ bền và các ứng suất uốn được xác định bằng
phương pháp thí nghiệm ASTM D790.
 Mẫu thí nghiệm là vật liệu composite tiết diện hình chữ nhật được đặt tải
theo chế độ uốn 3 điểm hoặc uốn 4 điểm.
 Ứng suất sợi lớn nhất khi bị phá hủy ở mặt (thớ) chịu kéo của mẫu được gọi
là độ bền uốn của vật liệu.
 Độ bền uốn trong thí nghiệm uốn 3 điểm được xác định dựa trên lý thuyết
dầm của vật liệu đồng nhất.

29
 Các ứng suất uốn được tính toán từ hệ số góc của đường cong tải trọng – độ
võng.
 Pmax - tải trọng lớn nhất khi mẫu bị phá hỏng
 b - chiều rộng; h = chiều cao và L – chiều dài mẫu
 m là độ dốc (hệ số góc) của đường cong tải trọng – độ võng
max
UF 2
3
2
P L
bh
 
3
F 3
E
4
mL
bh


30
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP NANO BẠC, NANO
TiO2, TiO2-Ag và
NANOCOMPOSITE PP/TiO2-Ag
TỔNG HỢP NANO BẠC
Hóa chất:
 Polyvinyl Pirrolidone PVP (C6H9NO)n, xuất xứ: Ấn Độ
 Ethanol C2H5OH, xuất xứ: Trung Quốc
 Bạc Nitrate AgNO3, xuất xứ: Trung Quốc
Quá trình thực nghiệm:
 Bước 1: Cân 0,4g PVP cho vào lọ có nắp đậy, khuấy chung với 20ml
Ethanol ở nhiệt độ 70o
C trong vòng 1h để PVP tan hết.
 Bước 2: Cho 0,02g AgNO3 vào dung dịch trên, tiếp tục khuấy ở 70o
C
trong 15 phút.
 Bước 3: Sau 15 phút, dung dịch có màu vàng, tắt máy đặt dung dịch
xuống máy khuấy, lấy cá từ ra và đậy kín nắp.
Hình 3.1 Quy trình tổng hợp nano bạc
PVP+
Ethanol
Khuấy 1h
ở 70
o
C Cho
AgNO3
vào
Sol
Ag-NPs
Khuấy 15’
ở 70
o
C

31
Cơ chế ổn định hạt nano bạc: [12]
Hình 3.2 Công thức cấu tạo của PVP
PVP được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp các Vinylpyrrolidone – một plymer
ưa nước và hòa tan trong nước, không độc, sử dụng phổ biến trong lĩnh vực y tế.
Kết quả nghiên cứu cho thấy các hạt bạc hấp thụ mạnh lên bề mặt của PVP,
chuỗi polyvinylpyrrolidone tạo ra hiệu ứng không gian, ngăn cản sự kết hợp giữa
các hạt. Cơ chế ổn định hạt nano bạc của PVP gồm các giai đoạn:
Đầu tiên, PVP chuyển một cặp electron từ nguyên tử oxy và nito trên mạch
sang các orbital s và p các ion bạc tạo liên kết phối trí với ion bạc.
Thúc đẩy sự hình thành nhân của kim loại bạc.
Chuỗi PVP ngăn cản sự kết tụ của các hạt bạc do hiệu ứng không gian.
Hình 3.3 Cơ chế ổn định hạt nano bạc của PVP

32
TỔNG HỢP NANO TiO2
Hóa chất:
 Titanium Tetraisopropoxide TTIP - Ti(OC3H7)4, xuất xứ: Merck
 Iso propanol (CH3)2CHOH, xuất xứ: Trung Quốc
 Metanol CH3OH, xuất xứ: Trung Quốc
 Acid acetic CH3COOH, xuất xứ: Trung Quốc
 Bước 1: 10ml TTIP khuấy chung với 11ml acid acetic trong bình có nắp đậy 30
phút ở nhiệt độ phòng, nắp đậy kín.
 Bước 2: Sau 30 phút, cho vào hỗn hợp trên 3ml Isoprpanol, tiếp tục khuấy 30
phút.
 Bước 3: Sau 30 phút, cho vào hỗn hợp 9,5ml Methanol và tiếp tục khuấy 30 phút.
 Bước 4: Sau 30 phút, tắt máy khuấy, đem dung dịch xuống và để 2 ngày để dung
dịch TiO 2 ổn định.
Hình 3.4 Quy trình tổng hợp sol TiO2
Khuấy
30’
Khuấy30’
CH3COOH
Ti(OC3H7)4
(CH3)2CHOH
CH3OH
Sol
TiO2
trong
suốt
Khuấy30’

33
TỔNG HỢP TiO2-NANO Ag:
3.3.1.1. Pha tạp nano Ag vào nền TiO2:
Hình 3.5 Quy trình pha tạp nano Ag vào TiO2
3.3.1.2. Quá trình xử lý tạo bột:
Hình 3.6 Quy trình xử lý dung dịch thành bột.
Dung dịch
TiO2-
nano Ag
Bột TiO2-
nano Ag
Bột TiO2-
nano Ag
Sấy
100o
C
24 giờ
Nung
500o
C
2 giờ

34
TỔNG HỢP NANOCOMPOSITE PP/TiO2 - Ag
Hóa chất
Nhựa polypropylene của hãng Exxon Mobil-USA.
Bột TiO2 – nano Ag đã điều chế ở trên.
Quy trình thực nghiệm
Quy trình thực nghiệm được thực hiện bằng phương pháp phối trộn nóng chảy
giữa hỗn hợp bột TiO2 – nano Ag với nhựa nền PP trên máy trộn kín Haake
Rheomix (Đức). Qua quá trình khảo sát điều kiện gia công trên máy dựa theo giản
đồ ngẫu lực phối trộn Torque thì cho thấy sau quá trình trộn tại nhiệt độ 180o
C
trong vòng 2 phút thì nhựa PP đã chảy đều đồng nhất với giản đồ ngẫu lực Torque
đã giảm và ổn định. Tiếp theo hỗn hợp bột TiO2 – nano Ag được nạp vào trong máy
và tiếp tục phối trộn với nhựa PP nóng chảy với thời gian 2 phút trước khi mẫu
được lấy ra đưa vào máy ép gia nhiệt nhằm ép định hình mẫu để khảo sát tính chất
cơ lý.

35
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO BẠC:
Hình 4.1 Dung dịch nano bạc sau khi tổng hợp.
Hình 4.2 Phổ UV-Vis của dung dịch nano Ag
Theo [21], tỷ lệ số mol PVP:Ag để hạt nano Ag nhận được có độ ổn định cao
và phân bố đồng đều là 3:5 ứng với phổ hấp thu như hình 4.2

36
 Từ phổ UV-Vis xuất hiện đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt tại vị trí bước
sóng 411 nm, điều này chứng tỏ có sự hình thành nano Ag. Dung dịch hạt keo nano
Ag được chế tạo ổn định với thời gian 2 tháng.
 Từ ảnh TEM (hình 4.3) của dung dịch nano Ag cho thấy các hạt keo nano Ag
có dạng hình cầu, phân bố đồng đều và kích thước trong khoảng 3 nm – 5 nm.
(a) (b)
Hình 4.3 Ảnh TEM của dung dịch nano bạc
(a) thang 100nm; (b) thang 20nm

37
KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO TiO2:
2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0
0
2
4
6
8
10
Dd TiO2
h

h
Hình 4.4 Xác định độ rộng vùng cấm của TiO2
Sau quá trình thủy phân và ngưng tụ, từ phổ UV-Vis của sol TiO2 (hình 4.4),
có thể xác định được độ rộng vùng cấm quang Eg = 3,32 eV. Điều này chứng tỏ sol
TiO2 đã được hình thành.
20 30 40 50 60 70
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
A(204)
R(112)
intensity
2
300
0
C
400
0
C
900
0
C
A: Anatase
R: Rutile
300
0
C
500
0
C
900
0
C
A: Anatase
R: Rutile
A
R(110)
R(101)
A R
R(111)
R(210) A
R(211)
R(220)
A
A(101)
A
A(004) A(200) A(105)
A A A
Hình 4.5 Giản đồ XRD của các mẫu bột TiO2 được nung ở các nhiệt độ khác nhau.

38
Dựa vào giản đồ XRD (hình 4.5), chúng tôi thấy ở cả 3 mẫu bột đều có sự xuất
hiện của các đỉnh đặc trưng của TiO2 ở pha Anatase, thể hiện qua các đỉnh nhiễu xạ
2θ = 25.3o
, 37.8o
, 48.1o
, 54.7o
, 62.6o
tương ứng với các mặt mạng (101), (004),
(200), (105) và (204). Bên cạnh đó, Mẫu bột nung ở nhiệt độ 900o
C có sự xuất hiện
của các đỉnh nhiễu xạ 2θ = 27.3o
, 36o
, 41.1o
, 44o
, 54.2o
, 56.5o
, 68.9o
tương ứng với
các mặt mạng (110), (101), (111), (210), (211), (220), (112) đặc trưng cho TiO2 ở
pha Rutile. Như vậy, mẫu bột nung ở 900o
C có sự chuyển pha từ Anatase sang
Rutile.

39
KẾT QUẢ TỔNG HỢP TiO2-NANO Ag:
2.5 3.0 3.5
0
4
8
h
h

TiO2
0,5 %
1,0 %
1,5 %
2,0 %
Hình 4.6 Phổ UV-Vis của TiO2-nano Ag với các nồng độ pha tạp khác nhau.
Dựa vào phổ UV-Vis (hình 4.6), ta thấy được đỉnh công hưởng plasmon bề
mặt của nano Ag, độ rộng vùng cấm Eg của TiO2 giảm khi có pha tạp Ag. Khảo sát
từ 0.5%-1%, ta nhận thấy khi tăng nồng độ pha tạp thì độ rộng vùng cấm TiO2 có
xu hướng giảm đi, nhưng khi nồng độ pha tạp tăng từ 1.5-2% thì động rộng vùng
cấm Eg lại tăng. Từ đó, ta thấy sự có mặt của nano Ag nồng độ 1% trong cấu trúc
TiO2 làm giảm đáng kể(giảm nhiều nhất trong các nồng độ khảo sát) năng lượng
vùng cấm(từ 3.32eV xuống 3.12eV) tức là bờ hấp thu dịch chuyển về bước sóng
dài. Điều này cho thấy sự cải thiện hiệu ứng quang xúc tác của TiO2 nhờ sự có mặt
của nano Ag trong cấu trúc vật liệu.

40
Hình 4.7 Ảnh TEM của bột TiO2 – nano Ag nung ở 500oC
Từ ảnh TEM (hình 4.7) thu được ta thấy sự tồn tại các hạt Ag kích thước nano
khoảng 6 – 10 nm được gắn trên bề mặt của vật liệu nền TiO2 với kích thước trung
bình khoảng 30 – 60 nm. Việc gắn kết này sẽ được khẳng định thông qua giản đồ
XRD.

41
Hình 4.8 Giản đồ XRD của các mẫu bột TiO2 – nano Ag với tỷ lệ pha tạp Ag khác
nhau (nung ở 500oC)
Từ giản đồ XRD của 3 mẫu bột TiO2 pha tạp nano Ag với nồng độ pha tạp
1%, 2% và 3% nung ở nhiệt độ 500o
C, ta nhận thấy cả ba mẫu đều có sự xuất hiện
các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của Ag và TiO2. Đối với TiO2 có sự xuất hiện của các
mặt mạng (101), (004), (200), (211), (213), (116), (220) và (215) tương ứng với các
đỉnh nhiễu xạ 2θ = 25.30
, 37.70
, 48.10
, 55.20
, 62.10
, 68.80
, 70.30
và 73.00
đặc trưng
cho pha anatase.Bên cạnh đó, trong giản đồ có sự xuất hiện của các mặt mạng
(110), (101), (111), (211) và (002) đặc trưng cho pha rulite tương ứng với đỉnh
nhiễu xạ ở 2θ = 27.50
, 36.10
, 41.20
, 54.30
và 62.70
. Do đó, chúng tôi kết luận rằng ở
500o
C có sự tồn tại đồng thời của cả 2 pha anatase và rulite. Giản đồ XRD còn cho
thấy được các đỉnh nhiễu xạ tại 2θ = 38.10
, 44.20
và 77.40
tương ứng với các mặt
mạng (111), (200) và (311) của nano Ag. Việc đó cho thấy rằng đã có sự pha tạp
giữa Ag vào TiO2. So sánh cường độ của các mẫu ta thấy, nồng độ pha tạp bạc vào
TiO2 càng cao thì cường độ XRD càng cao.

42
KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANOCOMPOSITE PP/TiO2-Ag:
 Khảo sát tính chất cơ lý:
Nhằm khảo sát đặc tính nhiệt của vật liệu khi có sự hiện diện của vật liệu TiO2
– nano Ag, quá trình phân tích nhiệt vi sai (DSC) đã được tiến hành trên các mẫu
PP với hàm lượng chất độn được thay đổi từ 1% wt đến 3% wt.
Hình 4.9 Giản đồ DSC của PP nguyên chất.
Hình 4.10 Giản đồ DSC của PP/TiO2 – nano Ag (1% wt chất độn).

43
Hình 4.11 Giản đồ DSC của PP/TiO2 – nano Ag (3% wt chất độn).
Bảng 4.1 Bảng giá trị nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg), nhiệt độ chảy (Tm) và nhiệt độ kết
tinh (Tc) của PP, vật liệu TiO2 – nano Ag 1% wt và 3%wt.
Mẫu khảo sát Tg (o
C) Tc(o
C) Tmonset (o
C)
PP nguyên chất -68,72 111,88 164,96
PP/TiO2 – nano
Ag
1% wt -68,64 114,55 163,24
3% wt -68,40 111,71 164,26
Quá trình phân tích DSC trên các mẫu vật liệu được thực hiện thành 2 vòng
lặp quét với tốc độ quét 10o
C/phút. Vòng quét đầu tiên được thực hiện nhằm loại bỏ
giá trị lịch sử nhiệt của PP (thermal history) với nhiệt độ quét được trải dài từ nhiệt
độ phòng 30o
C đến 200o
C, sau đó mẫu được quét nguội đến -80o
C và cho gia tăng
nhiệt trở lại đến trên giá trị nhiệt độ chảy của vật liệu (200o
C). Quá trình quét nhiệt
này đã cho thấy mẫu PP nguyên chất có nhiệt độ chảy bắt đầu (Tm onset) tại
164,96o
C và nhiệt độ kết tinh lại tại 111,88o
C.

44
Thông thường với sự phân bố đồng nhất ở cấu trúc nano của chất độn (TiO2 –
nano Ag) trong polime nền (PP) thì dẫn đến trường hợp sẽ có sự tương tác tốt giữa
hai pha và làm giảm độ linh động của các mạch PP. Như vậy vật liệu sẽ cần một
năng lượng hấp thụ nhiệt lớn hơn để các mạch polime chuyển trạng thái và làm cải
thiện các giá trị nhiệt độ chảy và nhiệt độ thủy tinh hóa. Tuy nhiên cũng có trường
hợp pha phân bố cấu trúc nano và các mạch polime này đều trơ và không có sự
tương tác mạnh với nhau thì sẽ xảy ra trường hợp hầu như mẫu composite không có
sự thay đổi đáng kể về các giá trị nhiệt như đang khảo sát ở đây. Kết quả số liệu trên
hình 4.9, hình 4.10, hình 4.11 và bảng 4.1 cho thấy sự hiện diện của chất độn TiO2 –
nano Ag trong mẫu, với hàm lượng từ 1% wt đến 3% wt hầu như không gây ảnh
hưởng đến đặc tính nhiệt của vật liệu và cho thấy không có sự tương tác cụ thể nào
giữa TiO2 – nano Ag với polime nền. Điều này thể hiện qua sự không thay đổi rõ rệt
của các giá trị Tg và Tm (bảng 4.1).
Ngoài ra, tuy không rõ ràng nhưng kết quả này cũng cho thấy mặc dù giá trị
nhiệt độ kết tinh (Tc ~112o
C) của vật liệu hầu như không thay đổi nhiều nhưng khả
năng kết tinh lại của mẫu có chất độn TiO2 – nano Ag được cải thiện rõ rệt, nhất là
trong trường hợp 3% wt chất độn (hình 4.11). Khi đó, giá trị nhiệt lượng tỏa ra tăng
từ 517,64 mJ đến 575,91 mJ. Điều này cho thấy vật liệu TiO2 – nano Ag đóng vai
trò như chất tạo mầm tinh thể và giúp cho quá trình kết tinh lại của các mạch PP
diễn ra một cách dễ dàng hơn.
Theo các quy trình tổng hợp nhựa, khi cho chất độn TiO2 vào nền nhựa thì
TiO2 có khả năng gây oxy hóa và phân hủy quang hóa khi vật liệu hấp thụ ánh sáng
dẫn đến tính chất cơ lý giảm. Do đó, chúng tôi đã tiến hành đo uốn theo tiêu chuẩn
ASTM D790 với tốc độ uốn là 5 mm/ph.

45
PP Ag-TiO2/PP (1%) Ag-TiO2/PP (3%)
40
42
44
46
48
50
52
54
flexuralstrength(N/mm
2
)
flexural strength
Hình 4.12 Ứng suất uốn của composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag
(1%wt và 3%wt).
PP Ag-TiO2/PP (1%) Ag-TiO2/PP (3%)
5
6
7
8
9
10
11
12
elongation(mm)
elongation
Hình 4.13 Độ giãn dài của composite với hàm lượng TiO2 – nano Ag
(1%wt và 3%wt).
Từ hình 4.12 chúng tôi thấy rằng khi cho TiO2 – nano Ag vào nền nhựa PP thì
ứng suất uốn cực đại tăng lên so với chất nền nhựa PP nguyên chất. Với nồng độ

46
TiO2 – nano Ag là 3%wt thì ứng suất uốn cực đại là tốt nhất và đạt giá trị 51,9551
N/mm2
và độ giãn dài cho giá trị cao nhất là 0,8210 mm (hình 4.13).
Như vậy, từ kết quả so sánh độ uốn ở trên, có thể kết luận được rằng khi cho
chất độn TiO2 – nano Ag 3% wt vào nền nhựa PP thì tính chất cơ lý của nhựa, đặc
biệt là giá trị ứng suất được cải thiện rõ rệt.
Như vậy, phân tích nhiệt DSC và đo uốn khẳng định chất độn TiO2 – nano Ag
không làm ảnh hưởng đến đặc tính nhiệt của nền nhựa PP và làm tăng tính cơ lý của
vật liệu.
Nhằm khảo sát phân bố của chất độn TiO2 – nano Ag trên bề mặt vật liệu
PP/TiO2 – nano Ag, chúng tôi tiến hành đo ảnh SEM.
Hình 4.14 Ảnh SEM bề mặt của composite PP/TiO2 – nano Ag

47
Từ ảnh SEM (hình 4.14) cho thấy xuất hiện các hạt TiO2 – nano Ag hình tròn
màu trắng trên bề mặt nhựa với kích thước trung bình khoảng 30 – 60 nm phù hợp
với kết quả TEM của bột TiO2 – nano Ag (hình 4.7). Tuy nhiên các hạt phân bố
không đồng đều và xuất hiện nhiều trong các lỗ xốp.
Từ các kết quả trên, chúng tôi tiếp tục tiến hành khảo sát khả năng diệt khuẩn
của vật liệu TiO2 – nano Ag/PP đã chế tạo được.
KHẢO SÁT KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN CỦA DUNG DỊCH NANO Ag
VÀ NANOCOMPOSITE PP/TiO2 – NANO Ag
 Đối với dung dịch nano Ag
Kết quả kiểm nghiệm của viện Pasteur Tp.HCM với quy trình sử dụng phương
pháp JIS Z 2801:2006 [23] đã chứng tỏ khả năng diệt khuẩn của dung dịch nano
Ag. Trong thời gian tiếp xúc 15 phút, dung dịch nano Ag có thể diệt hoàn toàn 2
chủng vi khuẩn E.coli và B.Subtillis (99,8824% đối với vi khuẩn E.coli và
99,9365% đối với vi khuẩn B.Subtillis). (Đính kèm phiếu kiểm nghiệm).
 Đối với composite PP/TiO2 – nano Ag
Từ ảnh SEM (hình 4.14) đã cho phép khẳng định sự tồn tại của TiO2 và Ag
trên bề mặt nhựa PP. Vì vậy, khả năng diệt khuẩn của vật liệu nhựa là kết quả có thể
dự báo được. Kết quả kiểm tra tại viện Pasteur Tp.HCM về tính năng diệt khuẩn của
vật liệu composite PP/TiO2 – nano Ag mà chúng tôi đã chế tạo được, cho thấy mẫu
có khả năng diệt hoàn toàn 99,999% vi khuẩn E.coli sau thời gian tiếp xúc 24 giờ.
(Đính kèm phiếu kiểm nghiệm).

48
KẾT LUẬN
Với mục đích tổng hợp vật liệu TiO2 – nano Ag và pha tạp vật liệu TiO2 –
nano Ag vào nền nhựa và tìm hiểu khả năng diệt khuẩn của nanocomposite này
nhằm ứng dụng trong đời sống, trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thu được những
kết quả sau:
1. Đã tổng hợp thành công hạt nano Ag có dạng hình cầu, cho độ ổn định cao
nhằm pha tạp trong chất nền TiO2.
2. Đã tổng hợp thành công vật liệu TiO2 bằng phương pháp sol – gel, đây là
phương pháp có nhiều ưu điểm trong việc pha tạp kim loại vào trong chất nền
TiO2. Từ kết quả nghiên cứu tính chất quang của Ag và TiO2 chúng tôi đã xác
định được nồng độ pha tạp tối ưu là 1%. Từ giản đồ XRD, có thể khẳng định
dược rằng, nano Ag được pha tạp hoàn toàn vào trong chất nền TiO2. Từ việc
tổng hợp thành công vật liệu TiO2 – nano Ag, chúng tôi sử dụng vật liệu này
làm chất độn vào nền nhựa PP nhằm chế tạo vật liệu nhựa có tính năng khử
khuẩn.
3. Đã chế tạo thành công vật liệu nhựa PP/TiO2 – nano Ag với tính chất cơ lý
tăng so với nhựa PP nguyên chất.
4. Kết quả khảo sát tính năng diệt khuẩn theo phương pháp JIS Z 2801:2006
tại viện Pasteur Tp. HCM [23] cho thấy, vật liệu PP/TiO2-Ag có khả năng khử
khuẩn đạt 99,9% sau 24h.
Các kết quả nghiên cứu đã đạt được cho thấy chúng tôi đã hoàn thành các mục
tiêu đề ra.

49
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong các nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi sẽ tiếp tục chế tạo các vật liệu
nanocomposite PP/TiO2 – nano Ag với tỷ lệ chất độn (TiO2 – nano Ag) khác nhau
và xác định được điều kiện tối ưu cho việc chế tạo vật liệu nhựa vừa diệt khuẩn tốt
vừa có tính chất cơ lý được nâng cao nhằm triển khai ứng dụng trong thực tế.

50
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
[1] Nguyễn Thị Kim Cương. (2011). Luận văn Thạc sĩ Vật lý. ĐH Khoa học Tự
nhiên, Hồ Chí Minh.
[2] Phạm Văn Việt, Lê Văn Hiếu, Nguyễn Sĩ Hoài Vũ, Lê Chính Tâm. (2011). Chế
tạo vật liệu cấu trúc nano TiO2 bằng phương pháp Sol - Gel, những tiến bộ của
quang học quang phổ và quang tử và ứng dụng lần 6.
[3]Hoàng Duy Phong (2012), Khóa luận tốt nghiệp, NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU
TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI GIAI ĐOẠN XỬ LÝ HIẾU KHÍ NƯỚC THẢI BÚN BẰNG
THIẾT BỊ AEROTEN, ĐH dân lập Hải Phòng.
[4] Lưu Mai Loan. (n.d.). Luận văn thạc sĩ.
[5] Nguyễn Thị Kim Giang. (n.d.). Luận văn thạc sĩ - Nghiên cứu điều chế vật liệu
TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng.
[6] Lê khắc Tốp. (n.d.). Tạo màng bằng phương pháp Sol - Gel.
[7] Phạm Thị Thu Hà. (2011). Tổng hợp nano Ag/TiO2 nhằm ứng dụng trong quang
xúc tác, Khóa luận tốt nghiệp ĐH Khoa học Tự nhiên - TP Hồ chí Minh.
[8] Nguyễn Ngọc Hùng. (2011). Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc và khả năng sát
khuẩn của nó, Khóa luận tốt nghiệp trường ĐH Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội.
[9] Thạc sĩ. Ngô Thị Thùy Dương (2012). Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành hóa
hữu cơ
[10] Nguyễn Đức Hữu, Nguyễn Hoài Hà, Trần mậu Danh. (2005). Chế tạo và ứng
dụng hạt nano từ tính trong y sinh học. Báo cáo hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ
VI.
[11] Đỗ Thị Xuân Thu, Nguyễn Thị Ngọc Thùy. (2011). Tổng hợp nanocomposite
Ag/PVA bằng phương pháp khử hóa học. Bien Hoa.
[12] Bùi Thanh Hương. (2005). Luận Văn Tiến sĩ Hóa học. Hồ Chí Minh: Công
nghệ Hóa học.

51
[13] Huỳnh Nguyễn Thanh Luận. (2010). Luận văn tốt nghiệp. ĐH Khoa học Tư
nhiên, Hồ Chí Minh.
[14] Nguyễn Đức Nghĩa. (2007). Công nghệ hóa học nano. Hà Nội: NXB Đại học
Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh:
[15]: J.J. Wu, G.J. Lee, Y.S. Chen, T.L. Hu (2012), “The synthesis of nano
silver/polypropylene plastics for antibacterial application”, Current Applied
Physics, Vol.12, pp.89-95.
[16] Jeonghwan Kim, Bart Van der Bruggen. (2010). The use of nanoparticles in
polymeric and ceramic membrane structures: Review of manufacturing procedures
and performance improvement for water treatment, Environmental Pollution.
[17] G.G. Lenzi, C.V.B.Favero, L.M.S. Colpini, H. Bernabe, M.L. Baesso, S.
Specchia, O.A.A. Santos. (2011). Photocatalytic reduction of Hg (II) on TiO2 and
Ag/TiO2 prepared bay Sol- Gel and impregnation methods. Desalination, 241 - 247.
[18] Professor Gary Halada, Synthesis of Silver Nanoparticles Laboratory Report
(Lab I)
[19] Quang Huy Tran, Van Quy Nguyen and Anh-Tuan Le (Published 14 May
2013), Silver nanoparticles: synthesis, properties, toxicology, applications and
perspectives.
[20] Ngô Võ Thanh Kế, Nguyễn Thị Phương Phong. (2009). Investigation of
antibacterial activity of cotton fabric incorporating nano silver colloid. Journal of
Physics.
[21] Angshuman Pal, Sunil Shah, Surekha Devi (2009), Microwave-assisted
synthesis of silver nanoparticles using ethanol as a reducing agent, Materials
Chemistry and Physics 114, pp.530–532.
[22] Nikolaj L.Kildeby, Ole z.andersen, Ramus E.roge, Tomlarsen, Rene Petrsen,
Jacob F.Riis, (2005) Silver Nanoparticle.

52
[23] Mungkalasiri, Jitti and Bedel, Laurent and Emieux, Fabrice and Dore, Jeanne
and N. R. Renaud, François and Sarantopoulos, Christos and Maury, Francis
Chemical Vapor Deposition, Vol. 16 (n° 1-3), pp. 35-41, 2010, ISSN 0948-1907.
[24] Geraldine C. Schwartz, Kris V. Srikrishnan (2006), Handbook of
Semiconductor Interconnection Technology, Second Edition
[25] Benno Muller-hill, 1996, The Lac Operon: A Short History Of A Genetic
Paradigm, Publisher: Walter de Gruyter. Berlin. New York. Part 3.2 pp.134
[26] Binyu Yu, Kar Man Leung, Qiuquan Guo, Woon Ming Lau and Jun Yan,
Synthesis of Ag–TiO2 composite nano thin film for antimicrobial application.
[27] Mansor Bin Ahmad, Jenn Jye Lim, Kamyar Shameli, Nor Azowa Ibrahim, Mei
Yen Tay and Buong Woei Chieng, Antibacterial activity of silver
bionanocomposites synthesized by chemical reduction route.
[28] A.A. Hebeish, M.M. Abdelhady, A.M. Youssef, TiO2 nanowire and TiO2
nanowire doped Ag-PVP nanocomposit forantimicrobial and self-cleaning cotton
textile.

53
PHỤ LỤC

Hoàng lộc 1019082-khóa luận tốt nghiệp

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Hoàng lộc 1019082-khóa luận tốt nghiệp

Similar to Hoàng lộc 1019082-khóa luận tốt nghiệp (20)

More from Rùa Con Con Rùa

More from Rùa Con Con Rùa (9)

Hoàng lộc 1019082-khóa luận tốt nghiệp