Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng

Bộ xây dựng Viện vật liệu xây dựng Báo cáo kết đề tài nghiên cứu Theo nghị định th việt nam-trung quốc Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng Chủ nhiệm đề tài: TS Mai Ngọc Tâm 7454 15/7/2009 Hà Nội - 2009 Bộ xây dựng Viện vật liệu xây dựng Báo cáo tổng kết đề ti Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng H nội 12-2008 Bộ xây dựng Viện vật liệu xây dựng Báo cáo tổng kết đề ti Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng Chủ nhiệm đề ti: TS Mai Ngọc Tâm Các cộng tác viên: 1) KS Trần Quốc Huy 2) KS Phạm Đức Nhuận 3) Th.S Trần Thu H H Nội, ngy tháng năm 2009 Viện Vật liệu xây dựng Mục lục Mở đầu Phần I Tỉng quan vỊ viƯc øng dơng c«ng nghƯ vμ vËt liƯu nano cho s¬n vμ líp phđ vËt liƯu x©y dùng 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.3.1 1.1.3.2 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.3 2.1 2.1 2.3 3.1 3.1.1 VËt liƯu nano xóc t¸c quang hãa Xóc tác quang hóa v chế xúc tác quang ho¸ VËt liƯu nano xóc t¸c quang hãa Titan dioxyt (TiO2) Phơng pháp điều chế nano TiO2 xúc tác quang hóa Các phơng pháp chế tạo vật liệu nano Điều chế nano TiO2 phơng pháp Sol-gel Những ứng dụng vật liệu nano xúc tác quang hóa Những ứng dụng lĩnh vực khác Những ứng dụng nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng ứng dơng cđa bét nano TiO2 xóc t¸c quang hãa s¬n diƯt khn øng dơng cđa bét nano TiO2 xóc tác quang hóa sơn tự lm ứng dụng vật liệu nano TiO2 xúc tác quang hóa để lọc không khí v phân hủy độc tố Một số thμnh tùu nghiªn cøu vμ øng dơng bét nano TiO2 xúc tác quang hóa cho sơn v lớp phủ Trung Quốc Tình hình nghiên cứu v ứng dụng công nghƯ vμ vËt liƯu nano TiO2 xóc t¸c quang hãa Việt Nam Sơn xây dựng v thnh phần sơn Phần II Nội dung v phơng pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phơng pháp nghiên cứu Nguyên vật liệu, hóa chất sử dụng Phần III Các kết nghiên cứu nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang hóa điều kiện khí hậu việt nam Nghiên cứu định tính hoạt tính xúc tác quang hóa nano TiO2 ®iỊu kiƯn khÝ hËu ViƯt Nam Trang 4 8 10 12 12 13 14 16 19 20 23 24 27 27 28 29 31 31 32 3.1.2 Nghiên cứu định lợng hoạt tính xúc tác quang hóa nano TiO2 điều kiƯn khÝ hËu ViƯt Nam 3.2 Nghiªn cøu lùa chän thnh phần cấp phối sơn nano xúc tác quang hóa 3.2.1 Lựa chọn thnh phần, cấp phối cho sơn 3.2.2 Xác định tỷ lệ xúc tác tối u thnh phần sơn nano 3.2.3 Chế tạo sơn nano TiO2 xúc tác quang hóa phòng thí nghiệm 3.2.4 Kết khảo sát thnh phần cấp phối v tính chất sơn nano 3.3 Nghiên cứu tính sản phẩm sơn nano 3.3.1 Tính diệt khuẩn sơn nano 3.3.1.1 Khảo sát khả diệt khuẩn sơn nano môi trờng nuôi cấy vi sinh vật 3.3.1.2 Khảo sát khả diệt khuẩn sơn nano môi trờng không khí 3.3.2 Tính tự lm sơn nano 3.3.3 Khả lm không khí sơn nano 3.4 Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo sơn nano 3.4.1 Sơ đồ công nghệ 3.4.2 Mô tả công nghệ 3.5 Sản xuất v thử nghiệm sơn diệt khuẩn v sơn tự lm 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 Sản xuất thử sơn ngoi trời (sơn tự lm sạch) Sản xuất thử sơn nh (sơn diệt khuẩn) Thử nghiệm sơn tự lm Thử nghiệm sơn diệt khuẩn Tính toán hiệu kinh tế sơn nano xúc tác quang hóa Phần IV Kết luận v kiến nghị Ti liệu tham khảo 34 37 37 39 41 43 45 45 45 50 55 57 58 50 60 60 61 63 64 65 65 70 72 Lời cám ơn Trong trình thực đề ti Nhóm đề ti đà nhận đợc nhiều hợp tác giúp đỡ tận tình v quý báu quan, tổ chức sau: 1) Xin trân trọng cám ơn hợp tác chân thnh Viện hn lâm khoa học vật liệu Trung Quốc nh gi¸o s− tiÕn sü Sui Tong Bo vμ Ji Zhijiang v đồng nghiệp khác CBMA với t cách l đối tác đề ti chơng trình hợp tác KHCN theo Nghị định th Chính phủ Việt Nam v Trung Quốc 2) Xin trân trọng cám ơn hợp tác Tiến sỹ Lê Mai Hơng - Phó Viện trởng, Trởng phòng Hoạt chất sinh học - Viện Hóa hợp chất tự nhiên -Viện KHCN Việt Nam việc thử nghiệm tính diệt khuẩn sơn nano 3) Xin trân trọng cám ơn hợp tác Viện Kỹ thuật Nhiệt đới - Viện KHCN ViƯt Nam viƯc ®o vμ thư nghiƯm ®é bỊn thời tiết sơn nano 4) Xin trân trọng cám ơn hợp tác giúp đỡ Phòng thí nghiệm trọng điểm vật liệu polymer composite Trung tâm nghiên cứu vật liệu polymer - Trờng Đại học Bách khoa thμnh Hå ChÝ Minh viƯc ®o gãc tiÕp xúc bề mặt sơn v thử nghiệm số tính chất mng sơn nano 5) Xin trân trọng cám ơn hợp tác giúp đỡ Phòng Hóa Phân tích -Viện Công nghệ hóa học - Phân viện KHCN ViƯt Nam t¹i thμnh Hå ChÝ Minh việc đo xác định hm lợng xanh methylene để đánh giá mức độ hoạt tính xúc tác quang hóa nano TiO2 6) Xin trân trọng cám ơn hợp tác Phòng thí nghiệm Nano - Trờng đại häc KHTN thμnh Hå ChÝ Minh viƯc ph©n tích ảnh kính vi điện tử quét (SEM) vËt liƯu nano xóc t¸c quang hãa nano TiO2 7) Xin trân trọng cám ơn Trung tâm dịch vụ phân tÝch thÝ nghiƯm - thc Së Khoa häc c«ng nghƯ TP Hồ Chí Minh việc phân tích formaline để đánh giá mức độ lm không khí sơn nano xúc tác quang hóa 8) Xin trân trọng cám ơn hợp tác Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lờng chất lợng (QUATEST 3) viƯc ph©n tÝch thư nghiƯm mét sè tÝnh chÊt cđa mng sơn nano 9) Xin trân trọng cám ơn hợp tác giúp đỡ Trung tâm phân tích Kiểm nghiƯm ViƯn VËt liƯu x©y dùng - Bé X©y dùng việc phân tích đánh giá cấu trúc v thnh phân pha vật liệu nano TiO2 phơng pháp nhiễu xạ tia X 10) Xin trân trọng cám ơn hợp tác giúp đỡ công ty Sơn Đông việc sản xuất thử nghiệm 200 kg sơn nano xúc tác quang hóa 11) Xin trân trọng cám ơn hợp tác Công ty TNHH Thơng mại Him Lam t¹i Tp Hå ChÝ Minh viƯc thư nghiệm đáng giá chất lợng sơn tự lm 12) Xin trân trọng cám ơn quan tâm giúp đỡ quan quản lý đề ti Bộ Khoa học Công nghệ, Bộ Xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng Mở đầu Trong thời gian 20 năm trở lại đây, công nghệ nano đà đợc quan tâm v phát triển nhanh chóng giới với tiềm ứng dụng lớn nhiều lĩnh vực có lĩnh vực vật liệu xây dựng Có thể so sánh phát triển nhanh chóng số lợng công trình nghiên cứu v ứng dụng công nghệ nano vo đời sống đầu kỷ 21 tơng tự nh phát triển nhanh chóng công nghệ bán dẫn, công nghệ vi mạch vo cuối thÕ kû 20 Ngμy nay, c«ng nghƯ vμ vËt liƯu nano đà đợc ứng dụng để chế tạo nhiều loại vật liệu có tính đặc biệt nh nano composite, ứng dụng công nghiệp chế tạo vi mạch v bán dẫn nano xúc tác quang hóa.Trong nano xúc tác quang hóa l lÜnh vùc ph¸t triĨn nhanh vμ cã nhiỊu øng dơng ®êi sèng Víi viƯc sư dơng bét Nano TiO2 ngời ta đà chế tạo nhiều lớp phủ có tính đặc biệt nh: khả lm không khí, khả diệt khuẩn, chống rêu mốc, lớp phủ chống bám dính v tự lm Những lớp phủ ny đà đợc dùng để phủ kính, bề mặt gốm sứ vệ sinh, mặt ngoi xe ô tô, sơn tờng v tờng ngoi công trình xây dựng Với đặc tính tuyệt vời nh loại sơn xúc tác quang hóa TiO2 đà đợc kỳ vọng l sản phẩm lý tởng để lm môi trờng kỷ 21 Tại nhiều nớc có trình độ khoa học phát triển nh Mỹ, Nhật v Tây Âu dẫn đầu số lợng công trình nghiên cứu nh s¸ng chÕ vỊ vËt liƯu nano xóc t¸c quang hãa TiO2 Thị trờng sản phẩm xúc tác quang hóa giới phát triển mạnh Nếu nh năm 2000 doanh số sản phẩm xúc tác quang hóa cha đáng kể đến năm 2003 doanh số bán đà đạt tỷ USD [1] Tại nớc châu nh Nhật Bản, Hn Quốc sản phẩm nano xúc tác quang hóa đà trở nên phổ biến thị trờng Trung Quốc đà bắt đầu nghiên cứu vật liệu nano xúc tác quang hóa từ năm 1992 Từ đến nh nớc Trung Quốc đà cấp kinh phí cho khoảng 863 đề ti nghiên cứu vật liệu nano xúc tác quang hóa [2] Trong nhóm nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano xúc tác quang hóa Trung Quốc ViƯn Hμn l©m khoa häc vËt liƯu Trung Qc BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 (China Building Material Academy – CBMA) lμ mét đơn vị mạnh nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano xúc tác quang hóa để chế tạo số sơn có tính đặc biệt nh: Sơn diệt khuẩn, Sơn Ion âm lọc không khí, Sơn tự lm sạch, Đến sản phẩm sơn v lớp phđ sư dơng bét nano TiO2 xóc t¸c quang hãa Trung Quốc đà đợc bán thị trờng Trung Quốc với giá cạnh tranh so với sản phẩm nano xúc tác quang hóa loại châu Âu v Mỹ Mối quan hệ hợp tác Viện Vật liệu xây dựng Bộ Xây dựng vμ ViƯn Hμn l©m khoa häc VËt liƯu Trung Qc (CBMA) đà có từ lâu v l mối quan hệ truyền thống Từ năm 2002 Viện Vật liệu xây dựng v CBMA đà hợp tác hiệu thực đề ti nghiên cứu chung Bê tông cờng độ cao Tiếp theo hợp tác ny, bên đà thống hợp tác lĩnh vực l nghiên cứu ứng dụng công nghệ v vật liệu nano vật liệu xây dựng Với mục tiêu tiếp cận, lm chủ v ứng dụng công nghệ tiên tiến việc chế tạo vật liệu xây dựng, Viện VLXD đà đề xuất hợp tác với Viện Hn l©m KH VËt liƯu x©y dùng Trung Qc (CBMA) việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng thời gian năm (từ 2006-2007) v đà đợc Bộ Khoa học Công nghệ giao chủ trì thực đề ti hợp tác chung Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng Đề ti đà thực nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu tính chất v hoạt tính xúc tác quang hãa cđa bét Nano TiO2 ®iỊu kiƯn khÝ hậu Việt Nam - Nghiên cứu chế tạo bột nano TiO2 vμ thư nghiƯm c¸c tÝnh chÊt xóc t¸c quang hóa sản phẩm chế tạo đợc, so sánh với sản phẩm loại nớc ngoi - Nghiên cứu thnh phần phối liệu để chế tạo loại sơn diƯt khn vμ tù lμm s¹ch cã chøa bét nano TiO2 xúc tác quang hóa - Nghiên cứu tính chất sản phẩm sơn nano xúc tác quang hóa: Thử nghiệm tính diệt khuẩn, tính tự lm sạch, tính phân hủy độc tố, độ bền thêi tiÕt BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn x©y dùng ”, VIBMCBMA, 2008 - X©y dùng qui trình công nghệ sản xuất hai loại sơn nano tờng vμ t−êng ngoμi - S¶n xt vμ thư nghiƯm sơn nano qui mô pilot BC TK §T: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Phần I Tỉng quan vỊ viƯc øng dơng c«ng nghƯ vμ vật liệu nano cho sơn v lớp phủ xây dùng 1.1 VËt liƯu nano xóc t¸c quang hãa 1.1.1 Xúc tác quang hóa v chế xúc tác quang hoá Xúc tác quang hóa l khả sử dụng lợng quang tử ánh sáng để thúc đẩy trình hóa học (chủ yếu l trình oxy hóa v trình khử) bề mặt hạt xúc tác Trong tự nhiên, cối sử dụng lợng ánh sáng mặt trời để quang hợp bao gồm trình oxy hóa nớc để tạo oxy v khử khí CO2 để tạo phân tử bon hydrate nh cellulose, đờng v hng loạt hợp chất khác cần thiết cho sống [3] Nghiên cứu trình quang hợp tự nhiên thực vật, ngời đà phát minh ứng dụng khả quang hóa khác m ngμy ®· trë thμnh phỉ biÕn, vÝ dơ nh− chế tạo chất tiếp nhận v chuyển hóa lợng ánh sáng thnh điện sử dụng lợng mặt trời Hình 1: Cơ chế hoạt động xúc t¸c quang hãa nãi chung [4, 5] BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 3.4.2 Mô tả công nghệ Theo qui trình công nghệ nguyên liệu sản xuất sơn nano TiO2 xúc tác quang hóa đợc chia lm nhóm: - Nhóm 1: Xúc tác quang hóa nano TiO2 đợc phân tán riêng với nớc khuấy tốc độ cao 10.000-12.000 v/phót - Nhãm 2: ChÊt mμu TiO2 Pigment, ChÊt ®én CaCO3, phụ gia phân tán đợc trộn với nớc v đợc nghiền ớt máy nghiền sơn - Nhóm 3: Polymer latex cđa acrylic vμ polysiloxane vμ phơ gia chèng tạo bọt v nớc đợc phân tán sơ khy cao tèc - Nhãm 4: Phơ gia ®iỊu chØnh ®é nhít th−êng dïng lμ dung dÞch Hydroxyethylcellulose (HEC) Sau nhóm nguyên liệu từ 1-3 đợc trộn lại với v đợc nghiền máy nghiền sơn để thnh phần nguyên liệu phân tán hỗn hợp sơn Sau nghiền xong hỗn hợp sơn đợc đợc lọc qua sng kích thớc 80 m, cho thêm phụ gia điều độ nhớt l dung dịch Hydroxyethylcellulose (HEC) v khuấy nhẹ ổn định Sản phẩm sơn sau đợc đóng bao bì sắt nhựa Các máy móc thiết bị cần thiết để sản xuất sơn nano qui mô pilot gồm có: - Máy trộn tốc độ cao dung tích từ 150-200 lít tốc độ khuấy từ 3.000 -12.000 vòng/phút - Máy nghiền sơn dung tích từ 150-200 lít 3.5 Sản xuất v thử nghiệm sơn diệt khuẩn v sơn tự lm Với kết nghiên cứu đà trình bầy phần đề ti đà tiến hnh sản xuất thử 200 kg sơn nano xúc tác quang hóa TiO2 nhằm kiểm chứng yếu tố công nghệ v tính chất sản phẩm sơn nano ë qui m« pilot Chóng t«i tËp trung vμo sản phẩm chủ yếu đề ti l sơn diệt khuẩn (sơn tờng bê tông nh) v sơn tự lm (sơn tờng ngoi) Hiện thị trờng 60 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 sơn xây dựng gốc nớc có sản phẩm sơn nh v sơn ngoi trời loại sơn ny có khác thnh phần v chất nguyên liệu tạo nên chúng điều kiện lm việc khác - Sơn ngoi trời (Exterior Paint): phải có độ bền thời tiết tốt (đặc biệt l độ bền với tia UV), độ bền kiềm, độ chịu nớc, độ chịu mi mòn, chịu nhiệt độ cao, chênh lệch nhiệt độ ngy v đêm nên thnh phần sơn ngời ta phải dùng tới chất tạo mng có độ bền v tính chất đáp ứng với yêu cầu nh−: pure acrylic latex hc polyurethane hc epoxy vvv - Sơn nh (Interior Paint) điều kiện lm việc mng sơn khắc nhiệt v ổn định nên để giảm giá thnh ngời ta chọn chất tạo mng thích hợp nh: copolymer latex acrylate Từ lý nên đề ti đà lựa chọn cấp phối sơn M1, M2 cho sơn tự lm dùng cho tờng ngoi mẫu M5 cho sơn diệt khuẩn tờng nhiên có thay đổi thnh phần nớc tăng lên 31% v chất độn, chất mu giảm xuống 29% Do thnh phần nguyên liệu loại sơn khác tỷ lệ nên mặt qui trình công nghệ để sản xuất loại sơn ny l giống theo sơ đồ hình 28 3.5.1 Sản xuất thử sơn ngoi trời (sơn tự lm sạch) Để sản xuất 100 kg sơn tự lm đà phối hợp với Công ty Sơn Đông sử dụng máy móc thiết bị nh máy sơn để sản xuất a) Nguyên liệu, phụ gia: Số lợng loại nguyên liệu v phụ gia để sản xuất đợc trình bầy bảng 17 nh sau: 61 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Bảng 17: Số lợng nguyên liệu v phụ gia dùng để sản xuất 100 kg sơn tự lm Nhóm Nguyªn liƯu Tû lƯ Ghi chó Bét nano TiO2 Degussa P25 kg Khy tèc ®é cao 10.000-12.000 v/phót N−íc lÝt - TiO2 pigment TR-92 14 kg NghiỊn −ít thμnh dung dÞch - CaCO3 16 kg - Phụ gia phân tán (Hydropalat 5040) 0,7 - Nớc 25 lÝt - Acrylic latex (Revacryl 4134 TTK0 20 kg Khuấy phân tán - Polysiloxane latex (Neochem 60) 14 kg - Phơ gia chèng t¹o bät Foamaste 111 0,5 kg HEC 1,8 kg b) Sản xuất sơn: Thnh phần nhóm nguyên liệu đợc trộn với theo trình tự sơ đồ công nghệ sản xuất sơn nano ë h×nh 28 - Nhãm 1: Bét nano TiO2 xúc tác quang hóa đợc phân tán nớc máy khuấy tốc độ cao 10.000-12.000 v/phút thnh hỗn hợp dung dịch lỏng mu trắng 30 phút - Nhóm 2: Bột độn, bột mu v phụ gia phân tán đợc phân tán máy nghiền ớt 30 - Nhãm 3: lo¹i polymer latex vμ phơ gia chống tạo bọt đợc phân máy khuấy tốc độ cao khoảng 20 phút Trộn chung dung dịch nhóm v nhóm vo máy nghiền chứa nhóm Sau tiếp tục nghiền hỗn hợp sơn thời gian Tháo sản phẩm chuyển sang máy khuấy nhẹ, vừa khuấy vừa cho phụ gia điều chỉnh độ nhớt Tiếp tục khuấy hỗn hợp sơn thêm nữa, sau lọc sơn qua sng kích thớc lỗ 50 m Bảo quản sơn thùng nhựa thùng sắt có nắp đậy kín c) Chất lợng sản phẩm: Chất lợng sản phẩm đợc thể bảng 18 sau Đối với sơn nano tự lm (sơn ngoi trời) đề ti đà cố gắng đa mức chất lợng đáp ứng tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn Nhật JIS K 5960:1993 có qui định tiêu quan trọng l ®é bỊn n−íc, ®é bỊn kiỊm vμ ®é bỊn rưa trôi (nh bảng 18) Đây l mức chất lợng m nhiều sản phẩm sơn nớc bán thị trờng Việt Nam áp dụng 62 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Bảng 18: Chất lợng sơn tự lm TT 10 11 12 13 Tính chất Kết Khối lợng riêng (g/ml) 1,311 pH 8,7 Hm lợng chất không bay (%) 49,2 o §é nhít Brookfield ë 25 C - Tèc ®é quay 10rpm 8800 - Tèc ®é quay 20 rpm 5600 20 Độ mịn (m) Độ phủ (m /lit) 12,7 Thời gian khô (Giờ) 0,5 Cờng độ bám dính (Mpa) 0,13 Độ bền nớc (số ngâm nớc m mng sơn 96 không phồng rộp) 48 Độ bền kiềm (số ngâm dung dịch Ca(OH)2 bÃo hòa m mng sơn không bị phồng rộp Khả chịu chùi rửa (số lần chùi rửa m 500 mng sơn không bị h hỏng) Độ bền thời tiết (số thử gia tốc)* 720 Không Tự lm với rêu mốc v chất bẩn hữu bám bẩn cơ*** *, ** Kết bảng 9, ***: Kết mơc 3.3.2 Tiªu chn thư ISO 2811-1:1997 ASTM E 70-90 ASTM D 2369-93 ASTM D 2196-1999 JIS K 5400 : 1990 JIS K 5960 : 1993 JIS K 5960 : 1993 ASTM D4541-2002 JIS K 5960 : 1993 JIS K 5960 : 1993 JIS K 5960 : 1993 ASTM D 4587-1991 3.5.2 Sản xuất thử sơn nh (sơn diệt khuẩn) Chúng đà sản xuất 100 kg sơn tự lm Công ty Sơn Đông hệ thống máy móc thiết bị nh sản xuất sơn tự lm a) Nguyên liệu, phụ gia: Số lợng nguyên liệu v phụ gia dùng để sản xuất sơn diệt khuẩn đợc trình bầy bảng 20 sau; Bảng 19: Số lợng nguyên liệu v phụ gia dùng để sản xuất 100 kg sơn diệt khuẩn Nhóm Nguyªn liƯu Bét nano TiO2 Degussa P25 N−íc - TiO2 pigment TR-92 - CaCO3 Tû lƯ kg lÝt 14 kg 15 kg Ghi chó Khy tèc ®é cao 10.000 – 12.000 v/phót NghiỊn −ít thnh dung dịch - Phụ gia phân tán (Hydropalat 5040) 0,7 - n−íc - Acrylic latex (Revacryl 4134 TTK0 - Polysiloxane latex (Neochem 60) - Phơ gia chèng t¹o bät Foamaste 111 HEC 25 lít 28 kg Khuấy phân tán kg 0,5 kg 1,8 kg 63 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 b) Sản xuất sơn: Trình tự bớc sản xuất sơn diệt khuẩn giống nh trình sản xuất sơn tự lm nh đà miêu tả mục 3.7.1 c) Chất lợng sản phẩm : Nh đà trình bầy trang 62 mức chất lợng sơn tự lm đề ti đà áp dụng theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS K 5960:1993 sơn tờng ngoi Còn sơn diệt khuẩn (sơn tờng trong) áp dụng mức chất lợng theo nh qui định tiêu chuẩn ny JIS K5960:1993 (nh trình by bảng 20) Bảng 20: Chất lợng s¬n diƯt khn TT TÝnh chÊt Khối lợng riêng (g/ml) pH Hm lợng chất không bay (%) Độ nhớt Brookfield 25oC - Tốc độ quay 10rpm - Tốc độ quay 20 rpm Độ mịn (m) Độ phủ (m2/lit) Thời gian khô (Giờ) Cờng độ bám dính (Mpa) Độ bền nớc (số ngâm nớc m mng sơn không phồng rộp) Độ bền kiềm (số ngâm dung dịch Ca(OH)2 bÃo hòa m mng sơn không bị phồng rộp Khả chịu chùi rửa (số lần chùi rửa m mng sơn không bị h hỏng) Khả diệt khuẩn (%) (E Coli)* Khả phân hủy formaline (%)** 10 11 12 13 * KÕt qu¶ 1,237 8,5 38,6 Tiªu chn thư ISO 2811-1:1997 ASTM E 70-90 ASTM D 2369-93 ASTM D 2196-1999 2300 1540 15 10,6 0,5 0,28 96 JIS K 5400 : 1990 JIS K 5960 : 1993 JIS K 5960 : 1993 ASTM D4541-2002 JIS K 5960 : 1993 48 JIS K 5960 : 1993 200 JIS K 5960 : 1993 99 98 Kết mục 3.3.1.1, ** Kết bảng 15 3.5.3 Thử nghiệm sơn tự lm Sản phẩm sơn sản xuất đà đợc thử nghiệm tờng ngoi 100 m2 công trình xây dựng Công ty TNHH Thơng m¹i Him Lam t¹i Tp Hå ChÝ Minh Qua tháng thử nghiệm Công ty đà có nhận xét: - Tính lý v trạng thái sản phẩm giống nh sơn nớc mu trắng thông thờng - Khả chống mốc cao - Có khả tự lm với chất bẩn hữu (xem nhận xét phÇn phơ lơc) 64 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 3.5.4 Thử nghiệm sơn diệt khuẩn Sơn nano diệt khuẩn đề ti chế tạo đà đợc thử nghiệm sơn lên tờng bên cđa X−ëng thùc nghiƯm vμ phßng thÝ nghiƯm vi sinh vật Viện Hóa hợp chất tự nhiên ViƯn KHCN ViƯt Nam Qua thêi gian 12 th¸ng thư nghiệm mng sơn nano hầu nh không thay đổi mu sắc, không bị rạn nứt v qua 01 năm hiệu diệt khuẩn mng sơn không khí đạt 40-60% so với ban đầu (Xem nhận xét phần phụ lục) 3.5.5 Tính toán hiệu kinh tế sơn nano xúc tác quang hóa Qua kết nghiên cứu thử nghiệm sơn nano xúc tác quang hóa nhóm đề ti đà sơ tính toán giá thnh loại sơn tờng v sơn tờng ngoi nh sau: a) Giá thnh sơn tự lm Bảng 21: Chi phí giá thnh để sản xuất 100 kg sơn tự lm sử dụng nano xúc tác quang hóa TiO2, P-25, Degusa (Đức) TT Vật t Đơn vÞ Kg 31.000 Kg 48.000 Kg 30.000 Kg 8.000 Kg 1.190.000 Kg 100.000 C«ng 100.000 50.000 Polyacrylic latex Polysiloxane TiO2 Pigment CaCO3 TiO2 Nano phụ gia Nhân công Điện + nớc Tổng Đơn giá (Đồng) Định mức (kg) 20 14 14 16 3 Thμnh tiỊn (§ång) 620.000 672.000 420.000 128.000 3.570.000 300.000 100.000 50.000 5.860.000 Tû lƯ gi¸ thμnh (%) 10,58 11,47 7,17 2,18 60,92 5,12 1,71 0,85 100,00 Víi giá xúc tác quang hóa Đức l 70USD/kg (1.190.000 đ/kg) giá thnh sơn tự lm l 58.600®/kg 65 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Bảng 22: Chi phí giá thnh để sản xuất 100 kg sơn tự lm sư dơng nano xóc t¸c quang hãa TiO2-CBMA, (Trung Qc) TT Vật t Đơn vị Đơn giá (Đồng) Kg Kg Kg Kg Kg Kg C«ng 31.000 48.000 30.000 8.000 425.000 100.000 100.000 50.000 Polyacrylic latex Polysiloxane TiO2 Pigment CaCO3 TiO2 Nano phô gia Nhân công Điện + nớc Tổng Định mức (kg) 20 14 14 16 3 Thμnh tiỊn (§ång) Tû lƯ gi¸ thμnh (%) 620.000 672.000 420.000 128.000 1.275.000 300.000 100.000 50.000 3.565.000 17,39 18,85 11,78 3,59 35,76 8,42 2,81 1,40 100,00 Víi gi¸ xóc t¸c quang hãa cđa Trung Quốc l 25USD/kg (425.000 đ/kg) giá thnh sơn tự lm l 35.650đ/kg Qua số liệu phân tích giá thnh sơn nano xúc tác quang hãa th× chóng ta cã thĨ thÊy r»ng tû lƯ cấu thnh giá thnh phần xúc tác quang hóa lμ rÊt lín chiÕm 37% nÕu lμ xóc t¸c quang hãa cđa Trung Qc vμ 62% nÕu sư dơng nano xúc tác quang hóa Đức Sử dụng xúc tác quang hóa từ Trung quốc có giá thnh rẻ (25 USD/kg) lm giảm đáng kể giá thnh sơn nano Tuy nhiên khác chất lợng xúc tác quang hóa loại sản phẩm cần đợc nghien cứu kỹ lỡng l độ bền xúc tác điều kiện khí hậu nớc ta Điều ny đà gợi ý cho nhóm đề ti cần phải tiếp tục nghiên cứu theo dõi sâu hoạt tính xúc tác quang hãa theo thêi gian sư dơng b) Gi¸ thμnh sơn diệt khuẩn Bảng 23 v 24 tính toán giá thnh sơn diệt khuẩn theo cấp phối đề ti với loại vật liệu nano xúc tác quang hóa Đức v Trung Quốc tơng ứng lμ 57.240 ®/kg vμ 34.290 ®/kg 66 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Bảng 23: Chi phí giá thnh để sản xuất 100 kg sơn diệt khuẩn sử dụng nano xúc tác quang hãa TiO2-P25 (§øc) Vật t Đơn vị Đơn giá (Đồng) Định mức (kg) Polyacrylic latex Polysiloxane TiO2 Pigment CaCO3 TiO2 Nano phô gia Nhân công Điện + nớc Tổng Kg 31.000 28 Kg 48.000 Kg 30.000 14 Kg 8.000 16 Kg 1.190.000 Kg 100.000 C«ng 100.000 50.000 Thμnh tiỊn (§ång) 868.000 288.000 420.000 128.000 3.570.000 300.000 100.000 50.000 5.724.000 Tû lƯ gi¸ thμnh (%) 15,16 5,03 7,34 2,24 62,37 5,24 1,75 0,87 100,00 Bảng 24: Chi phí giá thnh để sản xuất 100 kg sơn diệt khuẩn sử dơng nano xóc t¸c quang hãa TiO2-CBMA, (Trung Qc) VËt t− Polyacrylic latex Polysiloxane TiO2 Pigment CaCO3 TiO2 Nano phơ gia Nh©n công Điện + nớc Tổng Đơn vị Đơn giá Định (§ång) møc (kg) Kg 31.000 28 Kg 48.000 Kg 30.000 14 Kg 8.000 16 Kg 425.000 Kg 100.000 Công 100.000 50.000 Thnh tiền (Đồng) 868,000 288.000 420.000 128.000 1.275.000 300.000 100.000 50.000 3.429.000 Tû lƯ gi¸ thμnh (%) 25,31 8,40 12,25 3,73 37,18 8,75 2,92 1,46 100,00 Nếu so sánh với giá số loại sơn bán thị trờng Việt Nam đợc trình bầy bảng 25 thấy sơn nano có giá thnh mức loại sơn thờng vμ s¬n cao cÊp 67 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Bảng 25: Giá số sơn nớc bán thị trờng Việt Nam [24, 25] STT HÃng sản xuất Tên sản phẩm Thnh phần ICI Dulux weathershield (chống kiềm) JOTON Joton FA TOA NIPPON §ång t©m expo seamas ter alphan am Kova Sơn Kova 10 Nano Tự lm 11 Nano Nhựa acrylic, bột khoáng, chất mu, không chứa chì Nhựa acrylic, bét kho¸ng, chÊt mμu Acrylic 100% chÊt Toa seasons lợng cao, bột mu smooth matt Acrylic, chất độn, Nippon super mu phụ gia Matex Đồng Tâm Nhựa styrene Expo rainkote acrylic, bét kho¸ng, chÊt mμu Acrylic copolymer, Seamaster bét kho¸ng, chÊt Watt tex mμu 7700 Nhùa acrylic, bét Alphanam khoáng, chất mu Diệt khuẩn Nhựa acrylic bột độn, mu, phụ gia Polyarylic Polysiloxane Polyarylic Polysiloxane Đơn giá (đồng/kg) Ghi chó 64.000 (chèng kiỊm) 76.000 (chèng thÊm) Cao cÊp 37.000 B×nh th−êng 34.500 B×nh th−êng 42.000 B×nh th−êng 65.450 (ngo¹i thÊt) 94.160 (néi thÊt) Cao cÊp 22.000 (Néi thÊt) B×nh th−êng 32.000 (Néi thÊt) B×nh th−êng 35.000 B×nh th−êng 35.000 B×nh th−êng 65.000-70.000 Cao cÊp 45.000- 55.000 Th−êng 65,000-70,000 Cao cấp 45000- 55000 Thờng Tóm lại: Đề ti đà cố gắng đa số phơng án sản xuất sơn có sử dụng loại xúc tác quang hóa Trung Quốc v Đức để tính giá thnh sản xuất (các bảng từ 21 đến 24) v giá bán (bảng 25) để nh sản xuất có đợc thông tin để lựa chọn phơng án sản xuất dựa việc cân nhắc chất lợng sơn v giá thnh sản phẩm 68 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Qua việc phân tích giá thnh sơn nano thấy sơn nano xúc tác quang hóa có giá thnh mức dới loại sơn cao cấp thị trờng Việt Nam Nếu cân nhắc tính u việt m sơn nano xúc tác quang hóa có đợc v giá thnh sản phẩm sản phẩm có tính cạnh tranh thị trờng so với loại sơn thông thờng 69 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng ”, VIBMCBMA, 2008 PhÇn IV: KÕt luËn vμ kiÕn nghị 4.1 Kết luận Đề ti Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng đà đợc thực hết nội dung nghiên cứu đà đề v đạt đợc số kết sau: 1) Đà tiếp cận với công nghệ nano xóc t¸c quang hãa TiO2 vμ c¸c øng dơng chúng việc chế tạo số sơn có tính đặc biệt dùng xây dựng 2) Đà tiếp cận v chế tạo đợc vật liệu TiO2 có kích thớc nano Các kết phân tích chứng tỏ ®ã lμ nano anatase TiO2 vμ cã ho¹t tÝnh chÊt xúc tác quang hóa tơng đơng với sản phẩm nano TiO2 cïng lo¹i cđa Trung Qc vμ cđa Degussa P25 Vật liệu nano TiO2 đề ti chế tạo đợc đà đợc thử nghiệm chế tạo sơn nano 3) Đà nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang hóa nano TiO2 VIBM v loại sản phẩm loại TiO2-CBMA vμ Degussa P25 ®iỊu kiƯn khÝ hËu ViƯt Nam t¹i khu vùc thμnh Hå ChÝ Minh KÕt nghiên cứu đà cho thấy sản phẩm ny thể hoạt tính xúc tác quang hóa mạnh điều kiện ánh sáng tự nhiên Việt Nam 4) Đà nghiên cứu v xác định đợc thnh phần cấp phối sơn nano, sở đề ti đà chế tạo loại sơn diệt khuẩn v sơn tự lm Hai loại sơn nano xúc tác quang hóa ny đà đợc nghiên cứu tính diệt khuẩn v tự lm 5) Đà chế tạo v thử nghiệm sơn lm không khí Kết nghiên cứu đà sơn nano xúc tác quang hóa phân hủy đợc 100% formaline vμ ®iỊu nμy më triĨn väng to lín cho viƯc øng dơng vËt liƯu nano xóc t¸c quang hóa để chế tạo loại sơn có tác dụng lm không khí khỏi tác nhân gây ô nhiễm môi trờng 6) Đà xây dựng qui trình công nghệ qui trinh công nghệ sản xuất sơn nano diệt khuẩn v sơn tự lm Trên sở ®· s¶n xt thư nghiƯm 100 70 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 kg s¬n diƯt khn vμ 100 kg s¬n tù lμm để sử dụng thử công trình xây dựng Qua trình thử nghiệm 01 năm nay, chất lợng sơn đảm bảo v tính xúc tác quang hóa đảm bảo 4.1 Kiến nghị Đề ti đà đạt đợc số kết nghiên cứu định, nhiên để triển hai kết nghên cứu ny thực tế đề ti xin kiến nghị quan quản lý nh sau: 1) Đề nghị cho nhóm đề ti tiếp tục xây dựng tiêu chuẩn cho loại sơn nano xúc tác quang hóa l sơn diệt khuẩn v sơn tự lm 2) Đề ti xin tiếp tục triển khai dự án sản xuất thử nghiệm để hon thiện công nghệ đặc biệt l công nghệ chế tạo vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2 3) Đề ti xin đợc tiếp tục hợp tác với CBMA việc nghiên cứu biến tính nano TiO2 để nâng cao chất lợng xúc tác quang hóa 71 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Tμi liƯu tham kh¶o http://www.vietnamnet.vn/khoahoc/vande/2005/03/390467/ Ji Zhijiang, “Nano-material and Functional Coating, Báo cáo hội thảo Application of Nano Photo-Catalyzing Technology on Building Coating, VIBM-CBMA, Hμ Néi, Th¸ng năm 2007 S D MO, W Y Ching "Electronic and optical properties of three phases of titanium dioxide: Rutile, anatase, and brookite ", Physical Review B (1995), 51(19), 13023-13032 vi.wikipedia.org Roland Benedix, Frank Dehn, Tana Quaas, Marko Orgass, “Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Create Self-Cleaning Building Material”, LACER, No 5, 2000, pp 157-169 Charles Tan Jia Hao, “Photocatalytic Performance of Titanium Dioxide in Coating Formulation”, Bachelor of Engineering Thesis, University of Qeensland, October 2004 Yassine Bessekhouad, Didier Robert, Jean Victor Weber, “Synthesis of Photocatalytic TiO2 Nanoparticle: Optimization of the Preparation Conditions”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 157 (2003) pp 47-53 Zilong Tang, Junying Zhang, Zhe Cheng, Zhongtai Zhang, “Synthesis of Nanosized Rutile TiO2 Powder at Low Temperature”, Materials Chemistry and Physics 77 (2002) pp 314-317 Yuhong Zhang, Guoxing Xiong, Nan Yao, Weishen Yang, Xianzhi Fu, “Preparation of Titania-based Catalysts for Formadehyde Photocatalytic Oxidation from TiCl4 by Sol-gel Method”, Catalysis Today 68 (2001) pp 89-95 10 Q-H, Zhang, L Gao, J-K Guo, “Preparation and Characterization of Nanosized TiO2 Powder from Aqueous TiCl4 Solution”, NanoStructure Material, Vol.11, No 8, (1999) pp 1293-1300 72 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng ”, VIBMCBMA, 2008 11 Akira Fujishima, Tata N Rao, Ronald, A.Tryk, “Titanium Dioxide Photocatalysis” Journal of Photochemistry C, Photochemistry Review, 1, (2000) pp 1-21 12 www.physorg.com 13 Cheng, Y.T, Rodak DE, Wory C A and Heyden C.A, “Effects of Micro ans Nano Strutures on the Self-Cleaning Behavious of Lotus Leaves”, Nanotechnology, 17, (2006) pp 1359-1362 14 Andrew Mills, Jishun Wang, “Photobleaching of Methylene blue Sensitised by TiO2: An ambiguous System”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 127 (1999) pp 123-134 15 V.Kandavelu, H.Kastien, K Ravindrannathan Thampi, “Photocatalytic Degradation of Isothiazolin-3-one in Water and Emulsion Paints Containing Nanocrystalline TiO2 and ZnO Catalysts”, Applied Catalysis B: Environmental 48(2004) pp 101-111 16 Tetsuro Noguchi, Akira Fujishima, Phillip Sawunyama, Kazuhito Hashimoto, “Phocatalytic Degradation of Gaseous Formaldehyde Using TiO2 Film”, Environmental Science & Technology Vol.32, No 23 (19980 pp 3831-3833 17 http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Ecopaint-chong-o-nhiem-khoi-xe-bang-sonsinh-thai/20047379/195/ 18 L.Cassar, “Nanotechnology and Photocatalysis in cementitious Materials”, NICOM-2 Bilbao, 13-16 November, 2005 19 M.V Diamanti, M.F Brunella, MP Pedeferri, C Pirotta, P Manzocchi, S Curtoni, “Self-Cleaning and Antipolluting Properties of Tio2-Containing Cementitious Materials”, The Nanotechnology Conference and Trade Show, Santa Clara, May 20-24, 2007 20 Bharat Thakka, “Nanotechnology- New Avenues in Coating”, Paintindia, July, 2005 pp 87-88 21 Norman S Allen , Michele Edge , Gonzalo Sandoval , Jo Verran , John Stratton, Julie Maltby, “Photocatalytic Coatings for Environmental Applications”, Photochemistry and photobiology, Vol 81, Iss.2, (2005) pp 279-290 73 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 22 US Patent 5,424,375: “Process for the manufacture of a polymeric material containing interpenetrated polysiloxane-polyacrylic networks” 23 WO/2003/022462: “Self-Cleaning Surfaces Using Polysiloxane Coating Composition with Photocatalytic Property” 24 www.lamnha.com 25 www.sonnuoc.com 74 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 ... 14 BC TK ĐT: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng , VIBMCBMA, 2008 Bột nano xúc tác quang hóa TiO2 đợc ứng dụng lm tác nhân diệt khuẩn cho sơn xây dựng có nhiều... liệu nano Điều chế nano TiO2 phơng pháp Sol-gel Những ứng dụng vật liệu nano xúc tác quang hóa Những ứng dụng lĩnh vực khác Những ứng dụng nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng ứng dụng bột nano. .. phơng pháp nghiên cứu 2.1 Nội dung nghiên cứu Đề ti Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng đà đợc giao thực nhằm đặt đợc mục tiêu sau: - ứng dụng công nghệ Nano để