CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.2. Quy trình thí nghiệm
2.2.1. Quy trình tổng hợp dung dịch nano bạc
Hệ vi nhũ tƣơng đƣợc sử dụng trong quá trình chế tạo hạt nano bạc là hệ vi nhũ nƣớc trong dầu (w/o). Dựa trên các tài liệu tham khảo[50], [51], chúng tôi chọn AOT làm chất hoạt động bề mặt. Tỷ lệ mol giữa H2O và AOT là =5, =7.5 và =10. Chất hoạt động bề mặt AOT đƣợc đƣa vào trong hệ vi nhũ tƣơng nhằm mục đích hạn chế sự phát triển kích thƣớc của hạt nano bạc. Mối quan hệ giữa tỷ lệ nƣớc và chất hoạt động bề mặt đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự hình thành và phát triển của hạt nano bạc.
Đầu tiên, cần chuẩn bị hai hệ gồm AOT/dung môi (khảo sát với các dung môi khác nhau: cyclohexane, isooctane và dodecane) có cùng thể tích. Khuấy từ trong khoảng 30 phút cho AOT tan hoàn toàn trong dung môi.
Cân khối lƣợng AgNO3 và NaBH4 theo đúng tỷ lệ đã tính toán, sau đó hòa tan vào nƣớc cất để tạo dung dịch AgNO3 (0.1-0.2M) và dung dịch NaBH4 0.2M.
Sau đó nhỏ giọt từ từ dung dịch AgNO3 và NaBH4 vào mỗi hệ AOT/dung môi nói trên để tạo hai hệ vi nhũ tƣơng, một chứa tiền chất (AgNO3), một chứa chất khử (NaBH4). Tỷ lệ mol giữa AgNO3 và NaBH4 đƣợc chọn là 1:1. Ta nhận thấy có sự thay đổi màu sắc rõ rệt ở hệ vi nhũ tƣơng chứa AgNO3. Từ không màu, chuyển dần sang màu vàng nhạt. Tiếp tục khuấy từ trong vòng 30 phút.
Sử dụng tác nhân khử để khử Ag+
thành Ag0 bằng cách cho hệ vi nhũ tƣơng chứa AgNO3 vào hệ vi nhũ tƣơng NaBH4 với tốc độ nhỏ là 1 giọt/giây để tránh tình trạng phản ứng xảy ra quá nhanh làm các hạt bạc co cụm lại với nhau gây ra hiện tƣợng sa lắng dƣới đáy lọ. Trong quá trình nhỏ giọt, vẫn tiếp tục khuấy từ trong vòng 2 giờ ở mức độ 5, tƣơng đƣơng 500 vòng/phút. Đồng thời quan sát thấy dung dịch dần chuyển màu từ vàng nhạt đến vàng đậm, có khi chuyển sang màu nâu đậm (tùy vào từng loại dung môi và tốc độ cũng nhƣ thời gian khuấy).
Cơ chế hình thành nano bạc đƣợc diễn tả trong phƣơng trình (2.1)
AgNO3 + NaBH4 Ag + ½ H2 + ½ B2H6 + NaNO3 (2.1)
Sản phẩm sau khi đƣợc tạo thành sẽ đƣợc chiết ra các lọ bi nhỏ đậy kín, đánh dấu và bảo quản ở nhiệt độ phòng.
Hình 2.5: Sơ đồ tổng hợp dung dịch nano bạc
2.2.2. Quy trình tổng hợp sol TiO2:Ag
Một trong những khó khăn của chất TIP là rất nhạy với không khí và nƣớc vì vậy nếu ban đầu cho phản ứng với nƣớc thì dung dịch sẽ nhanh chóng kết tủa và nhƣ thế quá trình sol-gel sẽ không xảy ra. Để khắc phục những nhƣợc điểm trên, đầu tiên chúng tôi pha trộn chất TIP với axit acetic. Axit acetic sẽ đóng vai trò làm giảm tính kích họat của TIP trong không khí, vì vậy chất TIP sẽ không bị kết tủa.
Vai trò thứ hai của axit acetic là có thể tham gia vào phản ứng ester. Vì vậy tạo thành nƣớc, giúp cho quá trình thủy phân của quá trình sol-gel. Quá trình ngƣng tụ giúp cho quá trình hình thành mạng lƣới Ti-O-Ti.[3]
Dựa vào tài liệu tham khảo[48],chúngtôi đã tiến hành pha hệ sol TiO2 theo tỷ lệ mol:
Ti(OC3H7)4: CH3COOH: (CH3)2CHOH: CH3OH=1:6,06:1,34:7,17
Quy trình tạo sol TiO2 đƣợc thể hiện trong hình 2.6. Tốc độ khuấy từ tƣơng đƣơng 500 vòng/ phút, tốc độ nhỏ giọt là 3 giọt/giây.
Sau đó ta lấy dung dịch chứa nano bạc đã pha trƣớc đó đem pha tạp vào hệ sol TiO2 theo tỷ lệ ban đầu là 5%. Ban đầu dựa vào tài liệu [17], chúng tôi sử dụng thêm chất phụ gia axit arcobic làm chất keo tụ, tuy nhiên quá trình keo tụ diễn ra rất nhanh, sản phẩm tạo thành không thể đem nhúng màng nhƣ dự tính. Vì vậy chúng tôi chỉ ứng dụng thử nghiệm trong quá trình tạo mẫu bột hoặc khối.
Khuấy từ trong vòng 30 phút
Khuấy từ trong 2 giờ Dung dịch AgNO3 Dung dịch NaBH4 AOT Dung môi AOT Dung môi Dung dịch nano bạc
Hình 2.6: Sơ đồ tổng hợp sol TiO2:Ag
2.2.3. Quy trình tạo mẫu màng và bột TiO2:Ag[23]
Quy trình tạo mẫu màng và mẫu bột TiO2:Ag đƣợc thể hiện ở hình 2.7.
Đối với mẫu bột, sau khi nghiền nhỏ, ta tiếp tục nâng nhiệt lên 400o
và 600o với tốc độ gia nhiệt là 1o/phút.
Đối với mẫu màng, việc xử lý và bảo quản đế trƣớc và sau khi nhúng rất quan trọng, ảnh hƣởng trực tiếp đến độ bám dính, độ tinh khiết và một số tính chất khác của màng.
Quy trình xử lý đế: đế đƣợc ngâm lần lƣợt trong dung dịch axit HCl loãng 0.5M, dung dịch NaOH 10% khoảng 15-20 phút để loại bỏ các tạp chất. Giữa 2 lần ngâm, xả lại với nƣớc và dùng khăn chà sạch với xà phòng. Cuối cùng, đánh siêu âm với nƣớc cất hai lần và aceton trong 2 phút. Sấy khô và cất trong lọ đựng lam chuyên dụng.
Tốc độ phủ nhúng tốt nhất trong quá trình thực nghiệm là 6cm/phút. Với vận tốc này chúng tôi thấy màng thu đƣợc có độ đồng đều cao.
Quá trình sấy và nung mẫu màng đƣợc tiến hành trong điều kiện nghiêm ngặt vì đây là bƣớc cuối cùng quyết định đến sự chuyển đổi cấu trúc của sản phẩm. Quá trình
sấy có thể chia thành hai giai đoạn chính: giai đoạn tốc độ bay hơi gần nhƣ là không đổi (CRP), giai đoạn tốc độ bay hơi giảm rất nhanh với thời gian (FRP). Điểm cuối cùng của quá trình CRP, gel co rút ít so với khối lƣợng ban đầu. [38]
Hình 2.7: Sơ đồ tạo mẫu bột và màng TiO2:Ag