Nghiên Cứu Điều Chế Hệ Xúc Tác Quang TIO2-Vật Liệu Vải-VIS (Bức Xạ Ánh Sáng Nhìn Thấy) Để Khử Khuẩn Trong Không Khí_
Sự ô nhiễm vi sinh vật trong môi trƣờng khơng khí nói chung và ở các khoa/phịng chun mơn trong bệnh viện nói riêng tiêu biểu nhƣ trực khuẩn mủ xanh và tụ cầu vàng là mối nguy hại có thể ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời. Vì vậy, nghiên cứu điều chế các vật liệu có khả năng khử khuẩn nhằm xử lý mơi trƣờng khơng khí bảo vệ sức khỏe con ngƣời là một vấn đề vô cùng cấp thiết.
Titan điôxit (TiO2) là chất xúc tác bán dẫn. Gần một thế kỷ trở lại đây, bột TiO2 với kích thƣớc cỡ nanomet đã đƣợc điều chế ở quy mô công nghiệp và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ làm chất độn trong cao su, nhựa, giấy, sợi vải, làm chất màu cho sơn, men đồ gốm, sứ… [39]. Gần đây, TiO2 tinh thể kích thƣớc nanomet ở các dạng thù hình rutile, anatase, hoặc hỗn hợp rutile, anatase và brookite đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng vào các lĩnh vực pin mặt trời, quang phân nƣớc và làm vật liệu quang xúc tác tổng hợp các hợp chất hữu cơ, xử lý môi trƣờng nhƣ sơn tự làm sạch [39]. Các ứng dụng mới của vật liệu TiO2 kích thƣớc nanomet chủ yếu dựa vào tính chất bán dẫn của nó. Với hoạt tính quang xúc tác cao, cấu trúc bền và khơng độc, vật liệu TiO2 đƣợc cho là vật liệu triển vọng nhất để giải quyết rất nhiều vấn đề môi trƣờng nghiêm trọng hiện nay.
Tuy nhiên do độ rộng vùng cấm của titan điôxit khá lớn (3,2 eV đối với anatase và 3,05 eV đối với rutile) nên chỉ ánh sáng tử ngoại với bƣớc sóng < 388 nm mới kích thích đƣợc điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tƣợng quang xúc tác. Điều này hạn chế khả năng quang xúc tác của titan điôxit, thu hẹp phạm vi ứng dụng của vật liệu này. Để sử dụng đƣợc các nguồn phát ánh sáng nhìn thấy vào quá trình quang xúc tác của titan điôxit, cần thu hẹp dải trống của nó. Pha tạp TiO2 bằng những ion phi kim khác nhau là cách thức hiệu quả để mở rộng ánh sáng hấp thụ từ vùng UV sang vùng nhìn thấy và giảm sự tái kết hợp của những electron và lỗ trống đƣợc phát quang của TiO2.
NỘI DUNG:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu chung về titan điôxit .................................................................................. 3
1.2. Cơ chế xúc tác của TiO2.............................................................................................. 6
1.2.1. Quá trình kích thích điện tử của chất bán dẫn ..................................................... 6
1.2.2. Cơ chế xúc tác quang hóa của TiO2 ..................................................................... 6
1.3. Vật liệu nano TiO2 biến tính ..................................................................................... 10
1.3.1. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính bằng các kim loại ................................................ 12
1.3.2. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính bằng các nguyên tố phi kim ................................ 13
1.4. Các phƣơng pháp điều chế titan điơxit kích thƣớc nanomet .................................... 15
1.4.1. Các phƣơng pháp vật lý ..................................................................................... 15
1.4.2. Một số phƣơng pháp hoá học ............................................................................. 16
1.5. Ơ nhiễm vi khuẩn trong mơi trƣờng khơng khí ........................................................ 23
1.5.1. Trực khuẩn mủ xanh (Pseudomonas aeruginosa) [1] ....................................... 23
1.5.2. Tụ cầu vàng (Staphylococcus aureus) ............................................................... 25
1.5.3. Tình hình ô nhiễm vi sinh trong môi trƣờng không khí .................................... 26
1.6. TiO2 và khả năng xử lý môi trƣờng .......................................................................... 28
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 34
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 34
2.2. Hóa chất và thiết bị ................................................................................................... 34
2.2.1. Vật liệu và hóa chất ........................................................................................... 34
2.2.2. Các thiết bị và dụng cụ ...................................................................................... 35
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 36
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích tài liệu thứ cấp.............................................................. 36
2.3.2. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu .......................................................................... 36
2.3.3. Phƣơng pháp vật lý xác định đặc tính và cấu trúc vật liệu ................................ 39
2.3.4. Phƣơng pháp đánh giá khả năng khử khuẩn của vật liệu................................... 42
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................... 45
3.1. Kết quả điều chế và khảo sát đặc tính, cấu trúc vật liệu N-TiO2 .............................. 45
3.1.1. Đặc trƣng phổ nhiễu xạ Rơn-ghen của vật liệu N-TiO2 .................................... 45
3.1.2. Đặc trƣng phổ vi điện tử quét SEM của vật liệu................................................ 46
3.1.3. Kết quả phân tích phổ tán xạ năng lƣợng (EDX) .............................................. 48
3.1.4. Kết quả phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier (FTIR) ......... 49
3.2. Kết quả khảo sát khả năng khử khuẩn của vật liệu ................................................... 50
3.2.1. Kết quả khảo sát mật độ vi khuẩn trên các mẫu đối chứng ............................... 50
3.2.2. Khảo sát tính khử khuẩn của vật liệu N-TiO2 .................................................... 58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 69
Sự ô nhiễm vi sinh vật trong môi trƣờng khơng khí nói chung và ở các khoa/phịng chun mơn trong bệnh viện nói riêng tiêu biểu nhƣ trực khuẩn mủ xanh và tụ cầu vàng là mối nguy hại có thể ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời. Vì vậy, nghiên cứu điều chế các vật liệu có khả năng khử khuẩn nhằm xử lý mơi trƣờng khơng khí bảo vệ sức khỏe con ngƣời là một vấn đề vô cùng cấp thiết.
Titan điôxit (TiO2) là chất xúc tác bán dẫn. Gần một thế kỷ trở lại đây, bột TiO2 với kích thƣớc cỡ nanomet đã đƣợc điều chế ở quy mô công nghiệp và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ làm chất độn trong cao su, nhựa, giấy, sợi vải, làm chất màu cho sơn, men đồ gốm, sứ… [39]. Gần đây, TiO2 tinh thể kích thƣớc nanomet ở các dạng thù hình rutile, anatase, hoặc hỗn hợp rutile, anatase và brookite đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng vào các lĩnh vực pin mặt trời, quang phân nƣớc và làm vật liệu quang xúc tác tổng hợp các hợp chất hữu cơ, xử lý môi trƣờng nhƣ sơn tự làm sạch [39]. Các ứng dụng mới của vật liệu TiO2 kích thƣớc nanomet chủ yếu dựa vào tính chất bán dẫn của nó. Với hoạt tính quang xúc tác cao, cấu trúc bền và khơng độc, vật liệu TiO2 đƣợc cho là vật liệu triển vọng nhất để giải quyết rất nhiều vấn đề môi trƣờng nghiêm trọng hiện nay.
Tuy nhiên do độ rộng vùng cấm của titan điôxit khá lớn (3,2 eV đối với anatase và 3,05 eV đối với rutile) nên chỉ ánh sáng tử ngoại với bƣớc sóng < 388 nm mới kích thích đƣợc điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tƣợng quang xúc tác. Điều này hạn chế khả năng quang xúc tác của titan điôxit, thu hẹp phạm vi ứng dụng của vật liệu này. Để sử dụng đƣợc các nguồn phát ánh sáng nhìn thấy vào quá trình quang xúc tác của titan điôxit, cần thu hẹp dải trống của nó. Pha tạp TiO2 bằng những ion phi kim khác nhau là cách thức hiệu quả để mở rộng ánh sáng hấp thụ từ vùng UV sang vùng nhìn thấy và giảm sự tái kết hợp của những electron và lỗ trống đƣợc phát quang của TiO2.
NỘI DUNG:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu chung về titan điôxit .................................................................................. 3
1.2. Cơ chế xúc tác của TiO2.............................................................................................. 6
1.2.1. Quá trình kích thích điện tử của chất bán dẫn ..................................................... 6
1.2.2. Cơ chế xúc tác quang hóa của TiO2 ..................................................................... 6
1.3. Vật liệu nano TiO2 biến tính ..................................................................................... 10
1.3.1. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính bằng các kim loại ................................................ 12
1.3.2. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính bằng các nguyên tố phi kim ................................ 13
1.4. Các phƣơng pháp điều chế titan điơxit kích thƣớc nanomet .................................... 15
1.4.1. Các phƣơng pháp vật lý ..................................................................................... 15
1.4.2. Một số phƣơng pháp hoá học ............................................................................. 16
1.5. Ơ nhiễm vi khuẩn trong mơi trƣờng khơng khí ........................................................ 23
1.5.1. Trực khuẩn mủ xanh (Pseudomonas aeruginosa) [1] ....................................... 23
1.5.2. Tụ cầu vàng (Staphylococcus aureus) ............................................................... 25
1.5.3. Tình hình ô nhiễm vi sinh trong môi trƣờng không khí .................................... 26
1.6. TiO2 và khả năng xử lý môi trƣờng .......................................................................... 28
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 34
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 34
2.2. Hóa chất và thiết bị ................................................................................................... 34
2.2.1. Vật liệu và hóa chất ........................................................................................... 34
2.2.2. Các thiết bị và dụng cụ ...................................................................................... 35
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 36
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích tài liệu thứ cấp.............................................................. 36
2.3.2. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu .......................................................................... 36
2.3.3. Phƣơng pháp vật lý xác định đặc tính và cấu trúc vật liệu ................................ 39
2.3.4. Phƣơng pháp đánh giá khả năng khử khuẩn của vật liệu................................... 42
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................... 45
3.1. Kết quả điều chế và khảo sát đặc tính, cấu trúc vật liệu N-TiO2 .............................. 45
3.1.1. Đặc trƣng phổ nhiễu xạ Rơn-ghen của vật liệu N-TiO2 .................................... 45
3.1.2. Đặc trƣng phổ vi điện tử quét SEM của vật liệu................................................ 46
3.1.3. Kết quả phân tích phổ tán xạ năng lƣợng (EDX) .............................................. 48
3.1.4. Kết quả phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier (FTIR) ......... 49
3.2. Kết quả khảo sát khả năng khử khuẩn của vật liệu ................................................... 50
3.2.1. Kết quả khảo sát mật độ vi khuẩn trên các mẫu đối chứng ............................... 50
3.2.2. Khảo sát tính khử khuẩn của vật liệu N-TiO2 .................................................... 58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 69

%20(1).png)

.png)
Không có nhận xét nào: