1.4. Các phương pháp chế tạo nano TiO2 phủ trên vật liệu mang
1.4.4. Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol – gel [116] là một phương pháp tổng hợp vật liệu hiện đại, nhờ khả năng điều khiển tính chất sản phẩm thơng qua tác động vào bước tạo sol hoặc gel, nên sol - gel là một phương pháp tỏ ra rất ưu việt để tổng hợp những vật liệu có kích cỡ nano hay những màng siêu mỏng.
Bản chất của phương pháp sol-gel là dựa trên các phản ứng thủy phân và ngưng tụ của các tiền chất (precusor) bằng cách điều chỉnh tốc độ của hai phản ứng thủy phân và ngưng tụ chúng ta sẽ đạt được vật liệu mong muốn. Từ dung dịch (sol) bao gồm các chất đưa vào phản ứng được hoà tan với nhau, qua các phản ứng thủy phân và ngưng tụ ta thu được gel. Q trình sol-gel có thể cho ta gel chứa tồn bộ các chất tham gia phản ứng và dung môi ban đầu, hoặc kết tủa gel tách khỏi dung mơi và có khi là cả các chất sau phản ứng. Với đa số các phản ứng thì tốc độ phản ứng thủy phân thường lớn hơn tốc độ phản ứng ngưng tụ. Vì vậy cần nghiên cứu về động học phản ứng để điều chỉnh tốc độ của hai phản ứng đó xảy ra thích hợp với tính chất sản phẩm cuối.
Ưu điểm:
Có thể tạo ra sự liên kết vững chắc giữa đế mang và lớp phủ phía trên. Có thể tạo ra những màng với độ dày nhất định có khả năng ngăn chặn
sự ăn mịn.
Phương pháp sol-gel là phương pháp có thể trộn lẫn ở quy mơ ngun tử, tính đồng nhất của sản phẩm cao, độ tinh khiết hóa học cao, các giai đoạn của phản ứng có thể điều khiển được để có thể tạo được sản phẩm mong muốn, không gây ô nhiễm môi trường.
Nhiệt độ thiêu kết thấp, thường 200oC 600o
C.
Cách làm đơn giản, rẻ tiền phương pháp đạt hiệu quả chất lượng cao.
Nhược điểm:
Bên cạnh những ưu điểm đã trình bày ở trên, phương pháp sol-gel để tổng hợp vật liệu nói chung và vật liệu nano nói riêng cũng tồn tại những nhược điểm. Nhược điểm đầu tiên cần phải nói đến là rất dễ ảnh hưởng đến độ tinh khiết của vật liệu. Sản phẩm cuối cùng tổng hợp bằng phương pháp này rất dễ bị lẫn các tạp chất có thể do các chất đưa vào ban đầu chưa phản ứng triệt để hoặc do tạp chất là phẩm phụ của quá trình phản ứng phụ. Bên cạnh đó, độ dày tối đa có thể tạo được là 5 m khi đó khả năng rạn nứt là
không thể tránh khỏi. Một hạn chế nữa của phương pháp sol-gel là sự kết tủa không mong muốn trong bất kỳ giai đoạn nào của quá trình tổng hợp, điều này sẽ dẫn đến sự thay đổi về thành phần cũng như tính chất của vật liệu. Khả năng ứng dụng vào sản xuất cơng nghiệp cịn hạn chế có thể do điều kiện phản ứng đặc biệt.
Nhận xét: Thơng qua việc tìm hiểu về thuốc trừ cỏ PQ, thuốc trừ sâu DDT và
các kết quả nghiên cứu về vật liệu TiO2 với định hướng quang xúc tác xử lý HCBVTV , đề tài luận án rút ra các kết luận chính sau đây.
1. Nước ô nhiễm chất PQ, DDT là một vấn đề môi trường vẫn là đề tài cấp thiết cần giải quyết.
2. Hiện nay, các phương pháp xử lý nước ô nhiễm chất BVTV chưa thỏa mãn yêu cầu xử lý hoàn toàn, vận hành đơn giản và chi phí thấp. Q trình quang
xúc tác dựa trên vật liệu TiO2 pha tạp phủ trên silica gel là một biện pháp triển vọng.
3. Sử dụng TiO2 làm vật liệu quang xúc là phương pháp AOP cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong xử lý nước thải. Hiện nay, các nghiên cứu đang tập trung để nâng cao hiệu suất xúc tác quang hóa và hạn chế các nhược điểm của TiO2. Pha tạp TiO2 với Fe, Co, Ni để chuyển vùng ánh sáng kích hoạt phản ứng quang xúc tác mở rộng sang vùng ánh sáng khả kiến và đưa TiO2 lên các
chất mang là biện pháp có nhiều triển vọng để đưa xúc tác quang TiO2 vào ứng dụng thực tế trong công nghệ môi trường.
4. Phương pháp sol-gel kết hợp với ngâm tẩm là phương pháp đơn giản, có thể thực hiện được trong nhiều phịng thí nghiệm ở Việt Nam để chế tạo xúc tác TiO2 pha tạp phủ trên vật liệu mang hạt SiO2.