SpStinet - vwpChiTiet

 

Nghiên cứu chế tạo tổ hợp vật liệu màng ZnO/TiO2 biến tính Ag định hướng ứng dụng khử khuẩn

Trong đề tài này, tác giả Vũ Thị Hạnh Thu và cộng sự (Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM) đã nghiên cứu quy trình chế tạo màng TiO2 biến tính Ag bằng phương pháp quang khử; chế tạo màng hai lớp ZnO/TiO2 bằng kỹ thuật phún xạ magnetron DC; quy trình chế tạo màng TiO2:Ag bằng kỹ thuật phún xạ magnetron DC. Các sản phẩm được định hướng ứng dụng trong quá trình diệt khuẩn và xử lý chất ô nhiễm hữu cơ.

Vật liệu TiO2 là chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm khoảng 3,2eV có tính năng quang xúc tác rất mạnh trong ứng dụng môi trường. Đặc biệt trong môi trường nước, dưới tác dụng của ánh sáng và sự có mặt của TiO2, các hợp chất ô nhiễm dễ dàng bị phân hủy. Tính chất này được áp dụng làm sạch nước, không khí và diệt khuẩn. TiO2 có khả năng tổng hợp dưới nhiều dạng như màng mỏng, bột, có khả năng bám dính cao, bền về hóa học, cơ học, có thể ứng dụng đa dạng. ZnO là chất bán dẫn có vùng cấm rộng ở nhiệt độ phòng cỡ 3,2 eV, được sự quan tâm đáng kể trên toàn thế giới nhờ đặc tính thế mạnh như kháng khuẩn, an toàn, oxy hóa và xúc tác quang hoá học. ZnO được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp bao bì thực phẩm. Sự hiện diện của ZnO trong vật liệu đóng gói sẽ làm giảm đáng kế các mầm bệnh do thực phẩm nhờ tính năng diệt vi khuẩn, nấm bệnh và một số vi rút bằng cơ chế bất hoạt enzym.

Tuy nhiên, khả năng diệt khuẩn của TiO2 và ZnO đều bị giới hạn do cần được xúc tác bằng ánh sáng tử ngoại, thời gian phân hủy các chất bẩn, vi khuẩn khá lâu. Vì vậy, các nghiên cứu trong bốn thập kỷ qua tập trung để tạo ra những chất quang xúc tác hiệu quả hơn, đặc biệt quan tâm đến năng lượng và môi trường. Trong đó, các nghiên cứu về cấu trúc kết hợp ZnO/TiO2 trong thời gian vừa qua đã cho thấy tính năng quang xúc tác được cải thiện đáng kể so với trường hợp đơn lớp, cũng như đã mở rộng bước sóng hấp thụ sang vùng ánh sáng nhìn thấy.

Với đề tài này, nhóm tác giả đã nghiên cứu xây dựng được các quy trình chế tạo màng TiO2 biến tính Ag bằng phương pháp quang khử; quy trình chế tạo màng hai lớp ZnO/TiO2 bằng kỹ thuật phún xạ magnetron DC; quy trình chế tạo màng TiO2:Ag bằng kỹ thuật phún xạ magnetron DC.

Qua đó đạt được các yêu cầu kỹ thuật của một hệ phún xạ mangnetron DC trong chế tạo màng và các kỹ thuật biến tính hạt kim loại lên vật liệu. Sản phẩm màng hai lớp ZnO/TiO2 được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron DC có kích thước 2,5x7,5 cm, thông số chế tạo của màng ZnO là công suất 60W, thời gian phún là 60 phút, màng TiO2 là 100W và thời gian phún là 240 phút. Màng đã đạt một số tính chất như: thể hiện đặc điểm cấu trúc tính tinh thể đặc trưng của TiO2 và ZnO; độ truyền qua của màng > 80% trong vùng ánh sáng khả kiến; độ ghồ ghề bề mặt của màng khoảng 2,1–3,75 nm; hiệu suất phân hủy dung dịch hữu cơ MB đạt 80% sau 90 phút chiếu UV; hiệu suất kháng khuẩn (diệt khuẩn khuẩn Ecoli, Bacillus) đạt khoảng 80% sau 70 phút chiếu UV (cao hơn màng đơn lớp ZnO và TiO2); tương đối bền sau 3 lần tái sử dụng đánh giá hiệu quả phân hủy dung dịch MB.

Sản phẩm màng ZnO/TiO2 biến tính Ag kích thước 2,5x7,5 cm được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron DC sau đó biến tính Ag bằng phương pháp quang khử với các nồng độ khác nhau từ 0,5-2,5%. Màng này có tính chất nổi bật như: độ truyền qua của màng trong vùng ánh sáng khả kiến trên 80%; bờ hấp thụ dịch về vùng ánh sáng khả kiến 380-760nm; bề mặt thể hiện thấm ướt nước tốt; hiệu suất phân hủy dung dịch hữu cơ MB và diệt khuẩn trong vùng ánh sáng khả kiến > 80% (cao hơn màng ZnO/TiO2); độ bám dính của màng tốt, không bị bong tróc sau một thời gian bảo quản ở điều kiện bình thường.

Ngoài ra, nhóm đề tài cũng chế tạo và đánh giá khả năng khử khuẩn của vật liệu truyền thống ZnO và Ag trong tối. Theo đó, màng ZnO khử khuẩn trong tối được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron DC với thông số chế tạo là 60W và thời gian phún là 60 phút. Màng này có khả năng kháng khuẩn tốt nhờ tính độc tự nhiên của vật liệu dựa vào ion Zn2+. Màng Ag khử khuẩn trong tối được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron DC với thông số chế tạo 9W, thời gian phún từ 5-15 giây, có khả năng kháng khuẩn nhờ tính độc tự nhiên của vật liệu thông qua quá trình hình thành các ion của Ag.

Các tin khác: