Chọn 2 mẫu mạ để đỏnh giỏ: mẫu thứ nhất là mẫu mạ được mạ với dung dịch DD cú chứa thờm 1g/l SiC và 1g/l TiO2 với điện ỏp mạ 8V trong thời gian 30phỳt; mẫu thứ 2 là mẫu mạ được mạ với dung dịch DD cú chứa 2g/l SiC và 2g/l TiO2 cũng với điện ỏp là 8V và thời gian mạ là 30 phỳt.
- 65 -
a b
c d
Hỡnh 3.8 - Hỡnh ảnh mẫu nước trước và sau khi được xử lý với mẫu mạ
Bảng 3.7 - Bảng mẫu mạ được dựng để xỏc định khả năng làm sạch nước
TT Ký hiệu mẫu Dung dịch mạ Điện thế mạ Mật độ dũng (A/cm2) Thời gian mạ Thời gian xử lý
1 a Mạ DD + 1g/l SiC, 1g/lTiO2 8V 1000-1200 30ph Ban đầu
2 b Mạ DD + 1g/l SiC, 1g/lTiO2 8V 1000-1200 30ph 10 ngày
3 c Mạ DD + 2g/l SiC, 2g/l TiO2 8V 800 30ph Ban đầu
- 66 -
Kết quả qua hớnh 3.8 và bảng 3.7 cho thấy mẫu nước được nuụi cấy vi khuẩn ban đầu cú lượng vi khuẩn nhiều, sau 10 ngày phơi dưới ỏnh mặt trời với sự cú mặt của mẫu mạ cú chứa nanocomposit, lượng vi khuẩn đó giảm đi đỏng kể. Cú thể giải thỡch như sau: Lớp mạ nanocomposit cú chứa nano titan (IV) oxit là một chất bỏn dẫn cú khả năng làm xỳc tỏc quang dưới sự tỏc động của ỏnh sỏng.
Hỡnh 3.9 – Mụ tả quỏ trỡnh hoạt động của xỳc tỏc quang
Quỏ trớnh xỳc tỏc quang là một một phản ứng sử dụng năng lượng ỏnh sỏng để hoạt húa một chất mà chất này sẽ làm thay đổi tốc độ phản ứng húa học.
Chất xỳc tỏc quang điển hớnh là chỡnh là titan (IV) oxit, khi TiO2 hấp thu ỏnh sỏng vựng UV, cỏc điện tử ở miền húa trị (valance band) bị kỡch thỡch và sẽ nhảy lờn miền dẫn tạo ra cặp điện tử-lỗ trống. Sự khỏc biệt năng lượng giữa miền dẫn và miền húa trị được gọi là miền cấm (band gap). Năng lượng miền cấm của TiO2 = 3.2eV. Do đú, bước súng ỏnh sỏng cần thiết để kỡch thỡch điện tử từ miền húa trị lờn miền dẫn được tỡnh toỏn theo cụng thức sau:
1240 (Planck's constant, h) / 3.2 ev (band gap energy) = 388 nm
Chỡnh vớ kết quả này mà tại sao TiO2 chỉ cú thể làm xỳc tỏc quang trong ỏnh sỏng vựng UV.
- 67 -
TiO2 khụng những cú khả năng diệt cỏc tế bào vi khuẩn mà cũn phõn hủy luụn cỏc tế bào đú sau khi đó diệt. Cỏc chất độc được sinh ra từ tế bào chết cũng cú thể bị phõn hủy bởi TiO2. Khả năng xỳc tỏc quang của TiO2 được xem là khụng mất hoạt tỡnh theo thời gian và cú khả năng chống vi khuẩn trong thời gian rất dài. Khả năng diệt khuẩn của TiO2 gấp 3 lần chlorine và 1.5 lần ozone. Bằng cỏch kết hợp TiO2 với tia UV, cỏc hợp chất hữu cơ dễ dàng được phõn hủy tạo ra CO2 và nước. Hơn nữa, vi khuẩn cũng sẽ được diệt một cỏch hiệu quả, làm cho nguồn nước sẽ sạch và an toàn hơn.
Kết quả qua hớnh 3.8 và bảng 3.7 cũng cho thấy, khi nồng độ hạt nano titan (IV) oxit tăng lờn (mẫu a, b so với mẫu c, d) trong dung dịch mạ, hay núi cỏch khỏc, thành phần hạt nano titan (IV) oxit trong lớp mạ nanocomposit tăng lờn thớ khả năng làm sạch nước cú chứa vi khuẩn của lớp mạ tăng lờn rừ rệt.
Nhận xột: Cỏc nghiờn cứu cỏc tỡnh chất của lớp mạ nanocomposit Ni-SiC- TiO2 bằng phương phỏp mạ chải cho thấy:
- Lớp mạ nanocomposit Ni-SiC-TiO2 cú sự phõn bố cỏc hạt khỏ đồng đều, cấu trỳc bề mặt mịn, khả năng che lấp bề mặt nền tốt hơn lớp mạ niken thường.
- Lớp mạ nanocomposit Ni-SiC-TiO2 cú xu hướng chịu ăn mũn, chịu nhiệt tốt hơn khi được mạ chải với điện ỏp từ 6-10V.
- Thành phần lớp mạ được tạo ra từ dung dịch cú nồng độ hạt pha 2 cao hơn cũng cú chứa nhiều hạt nano pha 2 hơn, dẫn đến cỏc tỡnh chất chống ăn mũn, mài mũn, chịu nhiệt,... tăng lờn. Tuy nhiờn, lượng hạt pha 2 thờm vào cần xem xột về tỡnh kinh tế khi sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp.
Cỏc khảo sỏt đều cho thấy nanocomposit Ni-SiC-TiO2 bằng phương phỏp mạ chải cú độ mịn, độ cứng, độ bền ăn mũn cao hơn cỏc lớp mạ niken thường.
- 68 -
KẾT LUẬN
Từ cỏc kết quả nghiờn cứu, cú thể đưa ra cỏc kết luận sau:
1. Mạ chải là một phương thức mạ tiờn tiến, cú tỡnh “linh động cao” do cụng cụ để mạ nhỏ gọn, dễ mang vỏc, cú thể sử dụng khi mạ bảo dưỡng hay mạ mới đều được, cú thể mạ cỏc chi tiết quỏ lớn, quỏ nhỏ hay quỏ khú làm đồ gỏ mà khụng cần che chắn nhiều.
2. Thành phần dung dịch mạ chải nanocomposit Ni-SiC-TiO2 sẽ cú chất lượng lớp mạ tốt và cú tỡnh kinh tế cao như sau:
STT Tờn húa chất Ký hiệu hoỏ học Nồng độ (g/l)
1 Niken clorua NiCl2.6H2O 500
2 Amoni clorua NH4Cl 120
3 Amoni citrat C6H17N3O7 80
4 Sacarin C6H4CO 2
5 Natri laurin sunphat C12H25SO4Na 0,05
6 Hạt nano silic cacbua -SiC ≤ 5
7 Hạt nano titan (IV) oxit TiO2 ≤ 5
3. Hàm lượng cỏc hạt nano silic cacbua và nano titan (IV) oxit trong lớp mạ phụ thuộc vào điện ỏp sử dụng và nồng độ hạt trong dung dịch. Hàm lượng cỏc hạt nano silic cacbua và nano titan (IV) oxit trong lớp mạ tăng khi tăng nồng độ của chỳng trong dung dịch mạ cũng như khi tăng điện ỏp sử dụng. Điện ỏp sử dụng tốt nhất là từ 6 đến 10V, khi điện ỏp tăng đến 10V, đối với lớp mạ được tạo ra từ dung dịch cú chứa 2g/l SiC, 2g/l TiO2, hàm lượng nano SiC đạt cực đại là 0,44% khối lượng lớp mạ và nano TiO2 đạt cực đại 0,24% khối lượng lớp mạ.
- 69 -
Giữ nguyờn điện ỏp sử dụng là 8V, khi nồng độ cỏc hạt pha 2 tăng trong dung dịch mạ từ 1g/l lờn 2, 5, 10g/l thớ hàm lượng cỏc hạt pha 2 trong lớp mạ tăng và đạt bóo hoà ở nồng độ 2 g/l với hàm lượng nano silic cacbua cực đại là 0,42% khối lượng lớp mạ và nano titan (IV) oxit đạt cực đại khoảng 0,20% khối lượng lớp mạ. Nghĩa là khi nồng độ cỏc hạt nano pha 2 trong dung dịch mạ tăng tiếp thớ hàm lượng cỏc hạt này trong lớp mạ cũng khụng tăng nữa, nú đó đạt tới trạng thỏi bóo hoà.
4. Lớp mạ nanocomposit Ni-SiC-TiO2 cú sự phõn bố cỏc hạt khỏ đồng đều, cấu trỳc bề mặt mịn, khả năng che lấp bề mặt nền tốt hơn lớp mạ niken thường do vậy nú cú xu hướng chịu ăn mũn, mài mũn, chịu nhiệt tốt hơn và cú độ cứng cao hơn.
5. Lớp mạ nanocomposit Ni-SiC-TiO2 cú tỡnh chất đặc biệt đú là khả năng làm sạch nước do nano titan (IV) oxit là một chất bỏn dẫn, là xỳc tỏc quang khi cú tỏc động của ỏnh sỏng, đặc biệt là tia UV.
6. Lớp mạ nanocomposit Ni-SiC-TiO2 được tạo ra từ phương phỏp mạ chải thủ cụng (bằng tay) do đú khụng trỏnh khỏi những hạn chế từ người thao tỏc, phương phỏp này sẽ hữu dụng hơn và chỡnh xỏc hơn rất nhiều nếu thiết bị mạ chải được nõng cấp thành thiết bị tự động.
- 70 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Trương Ngọc Liờn - Ăn mũn và bảo vệ kim loại - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội - 2004.
2. Alain Galerie - Ăn mũn và bảo vệ vật liệu - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội - 2002.
3. Nguyễn Văn Lộc - Cụng nghệ mạ điện - Nhà xuất bản Giỏo dục - 2007. 4. Nguyễn Văn Vạn (Chủ biờn) - Đề tài nghiờn cứu đỏnh giỏ khả năng ăn mũn vật liệu kim loại do mụi trường đất, nước, khụng khớ khu vực nhà mỏy
lọc dầu số 2 và đề xuất biện phỏp bảo vệ - Trung tõm nghiờn cứu và phỏt triển
chế biến dầu khỡ - Tổng cụng ty dầu khỡ Việt Nam - 1996.
5. Trương Ngọc Liờn - Điện hoỏ lý thuyết - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội - 2000.
6. Nguyễn Khương - Mạ điện - Tập I, II, III - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội – 2006.
7. Trần Minh Hoàng - Mạ điện - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội - 2001.
8. Trần Minh Hoàng, Nguyễn Văn Thanh, Lờ Đức Tri - Sổ tay mạ điện - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội - 2003.
9. Lờ Cụng Dưỡng - Vật liệu học - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội - 1996.
10. Nguyễn Tiến Thảo, Nguyễn Thị Ngoan, Đặng Văn Long - Nghiờn cứu hoạt tỡnh xỳc tỏc của TiO2/SiO2 trong phản ứng oxi húa stiren - Tạp chỡ phỏt triển KH&CN, tập 12, số 03 - 2009.
- 71 -
Tiếng Anh
1. John O’M. Bockris , Shahed U.M. Khan - Surface Electrochemistry: A
molecular Level Approach - Plenum Press, NewYork and London, 1993.
2. Jack W. Dini - Electrodeposition: The Materials Science of Coatings and
Substrates - Noyes Publications, Westwood, New Jersey, U.S.A, 1993.
3. Carl C. Koch - Nanostructured Materials: Processing, Properties and
Potential Applications - Noyes Publications, William Andrew Publishing,
Norwich, New York, U.S.A, 2002.
4. Luigi Nicolais, Gianfranco Carotenuto - Metal Polymer Nanocomposites -
A John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2005.
5. Gỹnter Schmid - Nanoparticals: From Theory to Application - WILEY- VCH Verlag gmbh & Co. Kgaa, Weinheim, 2004.
6. Kenneth J. Klabunde - Nanoscale Materials in Chemistry - John Wiley & Sons, Inc, 2001.
7. Arthur A. Tracton - Coatings Technology Handbook, Third Edition - Taylor and Francis Group, 2006.
8. Pierre R. Roberge - Handbook of Corrosion Engineering - McGraw-Hill companies, 1999.
9. Joseph V. Koleske - Paint and Coating Testing Manual Fourteenth Edition
of the Gardner-Sward Handbook - ASTM, 1916 Race Street, Philadelphia,
U.S.A, 1995.
10. Michael F Ashby, David R H Jones - Engineering Materials 1: An lntroduction to their Properties and Applications - Butterworth Heinemann (An imprint of Elsevier Science), Linacre House, Jordan Hill, Oxford, 2002. 11. Michael F Ashby, David R H Jones - Engineering Materials 2: An
- 72 -
Heinemann (An imprint of Elsevier Science), Linacre House, Jordan Hill, Oxford, 1999.
12. Shiyun DONG, Binshi XU, Junming LIN, “A Novel NDT Method for Measuring Thickness of Brush-Electroplated Nickel Coating on Ferrous Metal Surface”, 17th World Conference on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China
13. Bin Wu, Bin-shi Xu, Bin Zhang, Xue-dong Jing, Cun-long Liu, “Automatic brush plating: An update on brush plating”, Materials Letters 60 (2006) 1673–1677.
14. B. Subramaniana, C. Sanjeeviraja, M. Jayachandran, “Brush plating of tin(II) selenide thin films”, Journal of Crystal Growth 234 (2002) 421–426. 15. Denny Thiemig, Andreas Bund, “Characterization of electrodeposited Ni– TiO2 nanocomposite coatings”, Surface & Coatings Technology 202 (2008) 2976–2984, Science Direct.
16. R.D. Clarke, “DALIC selective brush plating and anodising”, International Journal of Adhesion & Adhesives 19 (1999) 205}207.
17. Ming-Der Ger, “Electrochemical deposition of nickel/SiC composites in the presence of surfactants”, Materials Chemistry and Physics 87 (2004) 67–74.
18. E. Garcıa-Lecina, I. Garcıa-Urrutia, J.A. Dıeza, M. Salvob, F. Smeacettob, G. Gautier c, R. Seddond, R. Martind, “Electrochemical preparation and characterization of Ni/SiC compositionally graded multilayered coatings”, Electrochimica Acta 54 (2009) 2556–2562.
19. V.D. Stankovic a, M. Gojob, “Electrodeposited composite coatings of copper with inert, semiconductive and conductive particles”, Surface and Coatings Technology 81 (1996) 225-232.
- 73 -
20. X.H. Chen, F.Q. Cheng, S.L. Li, L.P. Zhou, D.Y. Li, “Electrodeposited nickel composites containing carbon nanotubes”, Surface and Coatings Technology 155 (2002) 274–278.
21. Xu Bin-shi, Wang Hai-dou, Dong Shi-yun, Jiang Bin, Tu Wei-yi, “Electrodepositing nickel silica nano-composites coatings”, Electrochemistry Communications 7 (2005) 572–575.
22. Yu-jun xue, Di zhu, Fei zhao, “Electrodeposition and mechanical properties of Ni–La2O3 nanocomposites”, Journal of materials science 39 (2004) 4063 – 4066.
23. I. Garcia, J. Fransaer, aJ.-P. Celisa, “Electrodeposition and sliding wear resistance of nickel composite coatings containing micron and submicron SiC particles”, Surface and Coatings Technology 148 (2001) 171–178.
24. V.B. Singh and Pinky Pandey, “Electrodeposition of Ni composites and nanocomposites from aqueous organic solution”, Journal of New Materials for Electrochemical Systems 8, 299-303 (2005).
25. Ani Zhechevaa, Wei Shaa, Savko Malinovb, Adrian Long, “Enhancing the microstructure and properties of titanium alloys through nitriding and other surface engineering methods”, Surface & Coatings Technology 200 (2005) 2192– 2207.
26. A.S.M.A. Haseeb, U. Albers b, K. Badea, “Friction and wear characteristics of electrodeposited nanocrystalline nickel–tungsten alloy films”, Wear 264 (2008) 106–112.
27. A. Tessa ten Cate, Susan A.F. Reinders, Daniởl H. Turkenburg, Anouk Bruin, Fraddry D’Souza, Glen T. Donnelly, Peter R.Willemsen, Joost H. Maas, Kjeld J.C. van Bommel, “High density hydrophilic and hydrophobic brush coatings using a polymeric primer layer”, Progress in Organic Coatings 64 (2009) 221–224.
- 74 -
28. Meenu Srivastava, V.K. William Grips, K.S. Rajam, “Influence of SiC, Si3N4 and Al2O3 particles on the structure and properties of electrodeposited Ni”, Materials Letters 62 (2008) 3487–3489.
29. Yan-sheng Ma, Zheng-qiu Gu, Yin-shun Wu, Jia-jun Liu, Lin-qing Zheng, “Lubricating mechanism of sulfurized olefin on Ni-P brush plating Layer”, Wear 181-183 (1995) 413-416.
30. Wei-hong Li, Xi-ying Zhou, Zhou Xu, Min-jie Yan, “Microstructure of
Ni–polytetrafluoroethylene composite coating prepared by brush