TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 2: TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu chế tạo màng SiO2 – TiO2 được đi từ các tiền chất Si(OC2H5)4, Ti(OC3H7)4. Phản ứng thuỷ phân được thực hiện trong dung môi ethanol. Dung dịch sol được đem đi phủ màng trên đế kính và đế gạch men bằng phương pháp phủ quay và phủ phun. Khảo sát các tính chất của màng chế tạo được qua phổ IR, phổ truyền qua UV-Vis, phổ nhiễu xạ tia X, phân tích nhiệt DTA, ảnh hiển vi điện tử quét SEM...
Hoạt tính xúc tác quang được thử nghiệm trên hợp chất xanh methylene và hoạt tính chống mờ sương được thử nghiệm và chứng minh qua việc đo góc thấm ướt.
Sơ đồ thực nghiệm của đề tài như sau:
Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm của đề tài.
2.2.2. Điều chế các hệ sol
2.2.2.1. Các hoá chất sử dụng:
- Tetraetylorthosilicate (TEOS) Si(OC2H5)4 (Merck);
M=208,33g/mol; d=0,94g/ml.
LVTh.S Chương2. Tiến trình thực nghiệm Gel
hóa Các tiền chất phản
ứng, dung môi, xúc tác, phụ gia….
Thủy phân, ngưng tụ
Dung dịch sol trong
Kiểm tra thành phần, tính chất:
FTIR, UV Vis, TEM, phân tích kích thước hạt…
Phân tích tính chất, cấu trúc: FTIR, XDS, DTA…
Phủ quay, phủ phun
Màng ướt trên đế Sấy, thiêu
kết
Màng xốp trên đế
Phân tích cấu trúc, tính chất bề mặt, tính thấm ướt, hoạt tính quang xúc tác, diệt khuẩn
trên các máy: UV Vis, XRD, SEM, AFM, máy đo góc thấm
ướt…
- Tetraisopropylorthotitanate (TPOT) Ti(OC3H7)4 (Merck);
M=284,25g/mol; d=0,96g/ml.
- Nước khử ion
- Axit HNO3 (Trung Quốc).
- Ethanol tuyết đối C2H5OH (Merck); M=46,07g/mol;
d=0,79g/ml.
- PEG (Fisher); M = 600
- Nutrient agar (India) môi trường tăng sinh vi khuẩn - AgNO3 (Prolabo); M = 169.87 g/mol
2.2.2.2. Dụng cụ thí nghiệm
- Bình cầu 3 cổ đáy bằng 250ml có nút nhám (Schott), - Bếp khuấy từ,
- Phếu nhỏ giọt có nút nhám
Vì alkoxide của titan rất dễ bị thuỷ phân khi gặp hơi nước tồn tại trong không khí nên quá trình điều chế hệ sol được thực hiện trong hệ kín để hạn chế sự tiếp xúc với hơi nước của môi trường.
Hình 2.2: Hệ phản ứng điều chế sol.
2.2.2.3. Sơ đồ điều chế sol
Hệ sol được điều chế theo các bước như sau:
Hình 2.3. Sơ đồ điều chế các hệ sol.
Trong dung dịch có thể xảy ra các phản ứng sau:
Si(OC2H5)4 + xH2O → Si(OH)x(OC2H5)4-x + xC2H5OH (2.1) Ti(OC3H7)4 + xH2O → Ti(OH)x(OC3H7)4-x + xC3H7OH (2.2) Trong hai phương trình trên x có thể là 1, 2, 3, 4. Các phản ứng tạo cầu nối giữa Si-O-Si, Ti-O-Ti, Si-O-Ti có thể được mô tả đơn giản như sau
2Si(OH)(OC2H5)3 → (OC2H5)3Si-O-Si(OC2H5)3 + H2O (2.3) Si(OC2H5)4 + Si(OH)(OC2H5 )3 → (OC2H5)3Si-O-Si(OC2H5)3 + C2H5OH (2.4)
2Ti(OH)(OC3H7)3 → (OC3H7)3Ti-O-Ti(OC3H7)3 + H2O (2.5) Ti(OC3H7)4 + Ti(OH)(OC3H7)3 → (OC3H7)3Ti-O-Ti(OC3H7)3 + C3H7OH (2.6)
Si(OH)(OC2H5)3 + Ti(OH)(OC3H7)3 → (OC2H5)3Si-O-Ti(OC3H7)3 + H2O (2.7) Hệ sol thu được trong suốt, không lẫn hạt, có độ nhớt không cao.
Hình 2.4: Hệ sol đã điều chế xong.
Với mục đích pha tạp SiO2 vào hệ sol TiO2 nhằm gia tăng tính ưa nước và độ bền cơ học của màng chúng tôi đã chế tạo dung dịch sol gel TiO2 cùng với hệ sol SiO2. Để khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ SiO2 đến thành phần và tính chất của cấu trúc của pha tinh thể TiO2 chúng tôi đã chế tạo và khảo sát 06 hệ sol khác nhau với nồng độ SiO2 pha tạp vào trong hệ lần lượt là 5%, 10%, 15%, 20%, 25% và 30% (theo số mol).
LVTh.S Chương2. Tiến trình thực nghiệm
TEOS EtOH + HNO31%
Hệ sol trong SiO2
Thủy phân Khuấy liên tục trong 30 phút
TPOT EtOH
Khuấy mãnh liệt trong 5 phút Hệ sol trong TiO2
Thủy phân
Khuấy mãnh liệt và liên tục trong 60 phút
Hệ sol TiO2-SiO2 trong suốt PEG
Để khảo sát sự ảnh hưởng của chất độn PEG đến tính chất và cấu trúc của màng chúng tôi cũng chế tạo 05 hệ sol TiO2-SiO2 (15%) khác nhau với lượng PEG lần lượt là 0.0g; 0.1g; 0.2g; 0.4g; 0.6g.
Điều chế hệ sol có pha tạp AgNO3
Hệ sol có pha tạp AgNO3 cũng được điều chế tương tự như các hệ sol mô tả trên Hình 2.3. Tuy nhiên AgNO3 lúc này được hòa tan trước trong ethanol rồi cho vào ở giai đoạn tạo dung dịch sol SiO2. Trong quá trình khuấy tạo hệ hỗn hợp sol TiO2SiO2
hệ cần được bao bọc kín bằng giấy nhôm để chắn ánh sáng dễ làm cho dung dịch bạc bị chuyển sang màu đen sậm. Hệ sol sau khi đã điều chế xong cũng được bao bọc bằng giấy nhôm cẩn thận rồi được ủ trong tủ tối, kín sáng.
Bảo quản hệ sol
Hệ sol được bảo quản trong chai thủy tinh đậy nút nhựa kín và được bảo quản trong tủ lạnh. Trong khi lưu trữ độ nhớt của dung dịch tăng dần và dung dịch bị gel hoá. Sự gel hoá xảy ra khi dung dịch kết thành khối rắn. Quá trình co ngót xảy ra rất mạnh tiếp theo hiện tượng gel hoá và thường gây nứt gel. Thời gian gel hoá thường từ 30 ngày trở lên, nếu lượng dung môi trong dung dịch càng nhiều dung dịch bảo quản càng lâu.