1
MỞ ĐẦU
Công nghệ nano đang là một hướng công nghệ mũi nhọn của thế
giới. Nhiều vấn đề then chốt như: an toàn năng lượng, an ninh lương
thực, môi trường sinh thái, sức khoẻ… sẽ được giải quyết thuận lợi
hơn dựa trên sự phát triển của công nghệ nano. Sự phát triển mạnh và
thiếu kiểm soát của nhiều ngành kinh tế đã tạo ra sự ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng: khí thải CO
2
gây ra hiệu ứng nhà kính làm trái
đất nóng lên, mực nước biển dâng cao, bão lũ ngày càng mạnh với sức
tàn phá khủng khiếp đe dọa trực tiếp đến cuộc sống của cư dân ven
biển và sự phát triển kinh tế ở quy mô toàn cầu Mối quan hệ trái
ngược giữa phát triển kinh tế và ô nhiễm môi trường sống có thể giải
quyết được nếu dựa trên sự phát triển của công nghệ nano với loại vật
liệu điển hình là nano TiO
2
. Trong thực tế, các vật liệu gốm sứ sử dụng
trong gia đình như bồn cầu, chậu rửa hay bồn tắm khi làm sạch cần
một lượng lớn hóa chất tẩy rửa thậm chí còn mất rất nhiều công sức để
cọ rửa và có thể gây ô nhiễu môi trường. Mặt khác, đây là những vật
cần phải làm sạch thường xuyên. Để giải quyết vấn đề này cần tạo ra
một bề mặt tự làm sạch cho vật liệu, có khả năng chịu được mài mòn,
diệt được vi khuẩn, nấm mốc.
Chính vì vậy đề tài luận án “Nghiên cứu công nghệ chế tạo nano
TiO
2
và ứng dụng tạo màng phủ trên vật liệu gốm sứ” được thực hiện
với mục đích sau.

Mục đích nghiên cứu của luận án

(SEM); Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N
2
(BET); Hiển vi điện
tử (TEM); Hiển vi lực nguyên tử (AFM).
- Các phương pháp xác định tính chất màng: Độ thấm ướt; Độ bền hóa
học; Độ bền mài mòn; Độ cứng theo thang Mohs.
- Các xét nghiệm khả năng diệt khuẩn, diệt nấm của màng TiO
2

Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và đóng góp mới của luận án
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến quá
trình tạo màng nano TiO
2
.
Nghiên cứu và tìm ra chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình tạo
màng thông qua mô hình thống kê mô tả lần đầu tiên được nghiên cứu
tại Việt Nam (ứng dụng triển khai quy trình công nghệ phủ màng nano
TiO
2
trên bề mặt ceramic của công ty Cổ phần Sứ Viglacera Thanh Trì
bằng phương pháp phun phủ ở nhiệt độ thường). Đây là công nghệ đơn
giản, dễ thực hiện, thân thiện với môi trường.
Xác định được hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm của màng nano
TiO
2
trong điều kiện phòng thí nghiệm và điều kiện thực tế.
Kết cấu của luận án:
Luận án được trình bày trong các phần sau:
Các danh mục.
Mở đầu.

cứu về TiO
2
đã được hình thành trong năm thập kỷ qua và một số ý kiến
về các khía cạnh khác nhau của TiO
2
đã được công bố.
1.2 Cấu trúc của vật liệu TiO
2

Titan dioxide (TiO
2
) có thể kết tinh ở ba dạng thù hình khác nhau là
anatase, rutile và brookite. Hai dạng thù hình chính thường gặp và
thường được sử dụng là anatase và rutile. Khi sử dụng cho quá trình oxi
hóa quang xúc tác thông thường sử dụng ở dạng anatase là chủ yếu, vì
hoạt tính quang xúc tác của nó cao hơn 2 dạng còn lại.
1.3 Cơ chế của phản ứng quang xúc tác với TiO
2
kích thước nano mét
Nguyên lý cơ bản về hoạt động quang xúc tác trên các chất bán dẫn
là: khi được kích thích bởi ánh sáng có năng lượng lớn hơn hay bằng độ
rộng vùng cấm của chất bán dẫn (thường là tia tử ngoại vì độ rộng vùng
cấm của TiO
2
khá lớn ~3.2eV) thì sẽ tạo ra cặp electron - lỗ trống (e, h
+
) ở
vùng dẫn và vùng hóa trị. Những cặp (e, h
+
) này sẽ di chuyển ra bề mặt

2
O. Người ta đã phủ
TiO
2
lên các vật liệu khác nhau như kính hoặc gạch lát, bề mặt vật liệu có
khả năng tự làm sạch với việc sử dụng phản ứng quang xúc tác. Các chất
có tính oxy hoá mạnh sẽ làm phân huỷ các chất hữu cơ và cũng có tác
dụng diệt các mầm bệnh và vi khuẩn. Song song với tính chất quang xúc
tác, khi được chiếu ánh sáng tử ngoại dạng TiO
2
- anatase còn thể hiện
một tính chất nữa cũng rất đặc biệt, đó là tính chất siêu thấm ướt.
1.4 Ứng dụng của TiO
2
trên thế giới
Quang xúc tác oxi hóa bởi TiO
2
đã được áp dụng mạnh mẽ ở một
số nước như Nhật, Mỹ, Hà Lan và cả một số nước như Hàn Quốc, Đài
Loan để xử lý các chất ô nhiễm trong không khí. Ở Nhật Bản các nhà
khoa học nghiên cứu chế tạo và ứng dụng TiO
2
ở dạng màng , sơn hoặc
bột với hiệu quả rất cao trong xử lý ô nhiễm không khí. Với nguồn sáng
40W, khoảng cách chiếu sáng 150cm, TiO
2
có thể khử H
2
S, amoni,
trimetylamin từ 30ppm xuống còn 1,9-2,0 ppm sau 2 giờ được chiếu

đây: nghiên cứu và ứng dụng nano TiO
2
trong chế tạo sensor hóa học tại
Trung tâm Quốc tế Nghiên cứu và Đào tạo Khoa học Vật liệu nano
(ITIMS), sensor quang học tại Khoa Vật lý, trường đại học Khoa học tự
nhiên, nghiên cứu chế tạo màng phủ nano TiO
2
trên kính phục vụ xây dựng,
tổng hợp bột nano TiO
2
quy mô pilot, ứng dụng TiO
2
vào xử lý nước của
Viện Kỹ thuật Hóa học, nghiên cứu ứng dụng TiO
2
cho chế tạo pin mặt trời
tại Viện Vật lý kỹ thuật, nghiên cứu vật liệu và tính chất TiO
2
trong các quá
5
trình hóa học chống ăn mòn đang được triển khai tại khoa Hóa, trường đại
học Khoa học tự nhiên, Quốc gia Hà Nội, nghiên cứu chế tạo điện cực trong
suốt cho pin mặt trời; chế tạo sơn nano có khả năng diệt khuẩn; màng nano
TiO
2
có khả năng tự làm sạch, phân hủy chất độc, chống nấm mốc, diệt
khuẩn, tính chất siêu ưa nước của Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị Khoa
học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hiện nay, hướng nghiên cứu
mới tổng hợp nano TiO
2

và ứng dụng tạo màng phủ trên vật liệu gốm sứ” rất hữu dụng và
cần thiết.
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Phương pháp nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO
2
từ TTIP
Phương pháp chế tạo màng phủ nano TiO
2
trên ceramic gồm các
bước chính sau:
- Bước 1: Tổng hợp sol nano TiO
2
bằng phương pháp sol-gel đi từ TTIP;
- Bước 2: Quá trình phun phủ vật liệu;
- Bước 3: Quá trình làm khô;
- Bước 4: Quá trình nung.
6
2.2 Phương pháp nghiên cứu chế tạo sol nano TiO
2
theo phương pháp
sol-gel Quy trình chế tạo sol nano TiO
2
được tiến hành theo sơ đồ (hình 2.1)


với các yếu tố thay đổi điều kiện nồng độ TTIP ban đầu, thể tích axit
HNO
3
, thời gian và nhiệt độ nung.
2.4 Phương pháp nghiên cứu chế tạo màng nano TiO
2
.P25 trên
ceramic
Dung dịch sol TiO
2
.P25 được tạo thành khi cho TiO
2
nano dạng bột
phân tán trong dung dịch. Kích cỡ hạt tạo thành của TiO
2
có ảnh hưởng
lớn đến quá trình phản ứng, khi kích thước hạt càng nhỏ, các hạt sẽ phân
Dung dịch TTIPIsopropanol

Thêm chậm nước cất
Khuấy trộn 30 phút
Sol A

Sol nano TiO
2
Khuấy trộn 1 giờ
Axit

nhiệt độ phòng nhằm tách các hạt TiO
2
.P25 thành các hạt TiO
2
riêng lẻ.
Rung siêu âm dung dịch thu được trong 60 phút cho đến khi
TiO
2
.P25 phân tán đều thành dung dịch màu trắng sữa.
Thêm PEG (4000g/mol) vào dung dịch trên dưới điều kiện khuấy
mạnh sao cho PEG chiếm 5% khối luợng dung dịch. Quá trình khuấy trộn
được thực hiện trong 5 giờ ở nhiệt độ phòng tạo thành sol nano TiO
2
.P25.

2.5 Phương pháp thực nghiệm đánh giá hiệu suất diệt khuẩn và nấm
Các loại vi sinh vật sẽ được sử dụng trong thí nghiệm bao gồm vi
khuẩn E.coli và nấm Candida albicans (lấy từ Viện vệ sinh an toàn thực
phẩm Quốc gia). Sau đó pha loãng khuẩn lạc với dung dịch nước muối
sinh lý 8,5% để đạt nồng độ 10
6
CFU/ml (sử dụng máy đo độ đục).
Dung dịch thu được sau khi quét được sử dụng để cấy lên môi trường
thạch NA. Nhỏ 0,1 ml dịch này lên đĩa môi trường và cấy đều trên bề mặt
thạch, đặt đĩa trong tủ ấm với nhiệt độ 37
0
C. Sau 24 giờ đếm số khuẩn lạc
xuất hiện trên bề mặt các đĩa thạch, xác định được số lượng vi sinh vật sống
sót trên bề mặt mẫu.
2.6 Phương pháp quy hoạch hóa bậc 1 và bậc 2

i
i
j
i
jj
xxbxbby
với j=1,2,…
Tính chất về điều kiện tiêu chuẩn hóa: tổng bình phương các thành
phần véctơ bằng tổng số thí nghiệm.
+ Quy hoạch thực nghiệm bậc 2
Mô hình thống kê dạng bậc 2 đầy đủ có dạng như sau:
    




 

 

k
i
k
i
k
il
k
im
mli
j


Các hệ số của phương trình hồi quy nhận được nhờ các kế hoạch trực
giao bậc hai được xác định với độ chính xác khác nhau trong khi đó các ma
trận trực giao bậc một đảm bảo hệ số có độ chính xác như nhau.
+ Xác định các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu
Sau khi xây dựng được hàm mục tiêu từ những số liệu thực nghiệm,
việc xác định giá trị của hàm mục tiêu là tìm giá trị cực trị của hàm nhiều
biến. Các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu được xác định nhờ các phương
pháp tối ưu hóa thường dùng như phương pháp tìm cực trị cổ điển,
phương pháp quy hoạch hình học, quy hoạch tuyến tính hoặc phi tuyến,
phương pháp biến phân, phương pháp thừa số Lagrandre, nguyên lý cực
đại của Pontryagin… để đạt được độ chính xác cao.

2.7 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu
Các phép đo đạc và phân tích các tính chất của mẫu đã dùng như
phép đo phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp hiển vi điện
tử quét (SEM), phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) phương
pháp hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý N
2
(BET), phương pháp đo phổ hấp
thụ UV-Vis, phương pháp AFM, phương pháp phổ tán xạ micro-Raman
và các phương pháp xác định độ diệt khuẩn, diệt nấm của mẫu. Các
phương pháp này là công cụ tốt nhất cho việc nghiên cứu hoàn toàn phù
hợp với điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam.
CHƯƠNG 3. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG NANO TiO
2
TRÊN CERAMIC
3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến cấu
trúc, kích thước tinh thể nano TiO

(%)
Hiệu suất
diệt nấm
(%)
1
0,6
anatase
25
67,2
35,2
2
0,8
anatase
23
77,4
43,5
3
1,0
anatase
20
82,3
45,3
4
1,2
anatase
27
81,5
44,9
5
1,4

2
có
mặt trên bề mặt tăng lên, điều này có thể thúc đẩy hoạt tính quang xúc
tác, bởi vì có nhiều tâm xúc tác Ti (III) chưa bão hòa trên bề mặt. Kích
thước hạt nhỏ cũng là thuận lợi để các hạt tải điện không phải di chuyển
đi xa khi lên đến bề mặt hạt để tham gia phản ứng oxi-hóa khử.
Như vậy, căn cứ trên kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TTIP
ban đầu đến cấu trúc, kích thước tinh thể nano TiO
2
và hiệu suất diệt
khuẩn, nấm của màng nano TiO
2
trên ceramic ta nhận thấy nên chọn
khoảng giá trị nồng độ TTIP ban đầu từ 0,8 mol/l đến 1,2 mol/l để tiến
hành quy hoạch thực nghiệm và tìm giá trị tối ưu cho quá trình.
+ Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu trúc, kích thước tinh
thể nano TiO
2
và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO
2
trên
ceramic
Tương tự qui trình thực nghiệm chế tạo sol nano TiO
2.
Thực hiện 5
thí nghiệm (mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình)
tương ứng với các nhiệt độ nung khác nhau khi nhiệt độ nung thay đổi
tăng dần 350
0
C, 400

C và giảm dần đến 36,5% khi nhiệt độ nung tăng đến 550
0
C.
Căn cứ trên kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu

Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
nung đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt
nấm của màng nano TiO
2
trên ceramic
11
trúc, kích thước tinh thể nano TiO
2
và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của
màng nano TiO
2
trên ceramic ta nhận thấy nên chọn khoảng giá trị nhiệt
độ nung từ 400 đến 500
0
C để
tiến hành quy hoạch thực
nghiệm và tìm giá trị tối ưu cho
quá trình.
+ Khảo sát ảnh hưởng của thể
tích axit HNO
3
đến cấu trúc, kích
thước tinh thể nano TiO
2
và hiệu

đến 45,2%.
Từ các kết quả khảo sát
nghiên cứu các yếu tố ảnh
hưởng đến quá cấu trúc, kích
thước tinh thể nano TiO
2
và
hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm
của màng nano TiO
2
nghiên cứu
sinh đã chọn ra miền khảo sát
thích hợp của các yếu tố công
nghệ cho các nghiên cứu tiếp theo như sau: Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của thể tích
axit HNO
3
đến hiệu suất diệt khuẩn,
diệt nấm của màng nano TiO
2
trên
ceramic

Đồ thị 3.4 Ảnh hưởng của thời gian
nung đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm
của màng nano TiO
2
trên ceramic

1
x
3
+
0,052x
2
x
3

0237,0
2

du
S

Từ đó tính được chuẩn số Fisher: F = 26,35
Tra bảng ở mức có nghĩa p = 0,05, ứng với bậc tự do lặp f
2
= 2, bậc
tự do dư f
1
= 8-7= 1, ta tìm được F
B
=18,5.
So sánh giá trị của F tính được và F
B
ta thấy: F = 26,35 > F
B
= 19,2.
Như vậy mô hình trên (y

= 8 - 6 = 2, ta tìm được F
B
=19,2.
So sánh giá trị của F tính được và F
B
ta thấy: F = 35,47 > F
B
=19,2
Như vậy mô hình y
II
không tương hợp với bức tranh thực nghiệm.
Chính vì mô hình thực nghiệm bậc một không tương hợp, cần thiết
phải cải tiến mô hình sang dạng phi tuyến xác định các tham số bằng
cách tiến hành thực nghiệm với x
'
theo kế hoạch bậc hai trực giao.
* Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao
Mô hình thống kê biểu diễn hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm và các
biến mã hóa theo quy hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao ta được:
+ Hiệu suất diệt khuẩn = y
I*
= 82,0287+ 1,6318 x
1
+ 0,9717x
2
-
0,8509x
3
+ 1,7588x
1

TTIP
=1,0 mol/l; nhiệt độ nung 450
0
C; thể
tích axit HNO
3
=0,4 ml.

Hình 3.1 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt khuẩn
ảnh hưởng bởi nồng độ TTIP ban đầu và nhiệt độ nung

Hình 3.2 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt khuẩn
ảnh hưởng bởi nhiệt độ nung và thể tich HNO
3
+ Tương tự hiệu suất diệt nấm = y
II*
= 45,5783 + 0,8362x
1
+ 0,6885x
2

-0,3464x
3
+ 0,7775x
1
x
2
+ 1,0475x
1
x

3
=0,4 ml.

Hình 3.3 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt nấm
ảnh hưởng bởi nồng độ TTIP ban đầu và nhiệt độ nung Hình 3.4 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt nấm
ảnh hưởng bởi nhiệt độ nung và thể tich HNO
3
* Tối ưu hóa công nghệ tạo màng trên ceramic
Kết quả tối ưu hóa quá trình được xác định bằng phần mềm
Design-Expert 8.0. Ta được kết quả tối ưu (bảng 3.2).

15
Bảng 3.2 Kết quả tối ưu công nghệ chế tạo màng
Nồng độ
TTIP ban đầu
(mol/l)
Nhiệt độ
nung (
0
C)
Thể tích
axit HNO
3

(ml)
Hiệu suất
diệt khuẩn

2
.
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ HÓA VÀ KHẢ
NĂNG DIỆT KHUẨN, DIỆT NẤM CỦA MÀNG NANO TiO
2
4.1 Nghiên cứu chế tạo sol nano TiO
2
từ TTIP theo phương pháp
sol-gel
Qui trình tổng hợp sol nano TiO
2
được tiến hành ở mục 2.2. Các mẫu
sol nano TiO
2
tổng hợp được có độ
đồng đều, trong suốt, thích hợp phủ
lên ceramic vì không làm ảnh hưởng
đến tính thẩm mỹ của sản phẩm.
+ Kết quả phân tích bằng phương
pháp hiển vi điện tử quét (SEM) cho
thấy kết quả hoàn toàn tương tự. Ảnh
SEM của mẫu M1 cho thấy các hạt
co lại thành cụm kích thước lớn. Sau
khi thủy phân trong môi trường axit thì các mẫu đã có sự phân tách nhỏ

Hình 4.1. Ảnh SEM của mẫu
M3 lấy sau khi nung ở 450
o
C
16

(211); 62,20
0
(213) và 62,85
0
(204) ứng với TiO
2
có
cấu trúc pha
anatase. Để xác
định kích thước
hạt của TiO
2

chúng tôi sử
dụng phương
trình Debye-
Sherrer. Thay số
vào công thức ta
có kích thước
hạt trung bình
của mẫu
TiO
2
.TƯ là 20 nm và của TiO
2
.P25 là 25 nm.
+ Kết quả phân tích bằng phổ tán xạ Raman
Đối với phổ Raman của mẫu TiO
2
.P25, ngoài các mode đặc trưng cho

chỉ ra rằng hình dạng của đường cong hấp phụ và giải hấp phụ của
TiO
2
.TƯ thuộc loại IV theo phân loại của IUPAC, đường phân bố kích
thước mao quản của mẫu TiO
2
.TƯ có 1 pic tù, cho phép dự mẫu

Hình 4.2 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu TiO
2
.TƯ sau khi nung

17
TiO
2
.TƯ có 1 pic tù, cho phép dự đoán vật liệu

Đồ thị 4.1 Đường phân bố kích thước mao quản của mẫu TiO
2
.TƯ
thu được có nhiều loại mao quản. Pic cực đại ứng với kích thước mao
quản trung bình 9 nm, do vậy mẫu TiO
2
.TƯ chủ yếu chứa các mao quản
trung bình với đường kính khoảng 9 nm.
+ Kết quả phân tích ảnh hiển vi điện tử (TEM)
Kết quả phân tích ảnh hiển vi điện tử của mẫu TiO
2
.TƯ sau khi
xử lý nung ở 448

.P25
18
Đo FE-SEM ta xác định được độ dày màng của mẫu TiO
2
.P25 là
khoảng 351  355nm và độ dày màng của mẫu TiO
2
.TƯ là 359 nm.
Cấu trúc màng khá xít chặt, bề mặt màng có độ xốp nhất định.
+ Để đánh giá chất lượng của màng TiO
2

chúng tôi thực hiện chụp
ảnh hiển vi lực nguyên tử AFM (hình 4.4).

Hình 4.4 Ảnh AFM của mẫu TiO
2
.P25 (a) và mẫu TiO
2
.TƯ (b)
Qua phân tích ảnh AFM của các mẫu TiO
2
.P25 và mẫu TiO
2
.TƯ,
nhận thấy màng phủ tạo được là lớp phủ thống nhất, khá đồng đều,
màng có chất lượng tốt, độ đồng nhất cao và phẳng với độ ghồ ghề
bề mặt nhỏ dưới 10 nm. Màng nano TiO
2
.TƯ có độ gồ ghề khoảng 8

ceramic phủ màng TiO
2
.P25 cũng có khả năng chuyễn từ kị nước sang
ưu nước sau 300 phút chiếu sáng UVA. Đây là hai đặc tính hết sức quan
trọng khi chế tạo màng phủ.
+ Độ bền hóa học
Được thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6415-2013 tại Viện
Vật liệu xây dựng, Bộ xây dựng. Kết quả: Mẫu ceramic được phủ màng
a)
b)
19
TiO
2
. TƯ có độ bền hóa học tương đương với mẫu không phủ màng, tức
là vẫn giữ được độ bền hóa học theo tiêu chuẩn. Đối với dung dịch thử
dân dụng và loãng thì không thấy thay đổi gì trên bề mặt mẫu, còn đối
với dung dịch thử đậm đặc thì thấy có sự thay đổi trên cạnh bị cắt. Còn
mẫu được phủ màng TiO
2
. P25 có độ bền hóa học kém ngay cả khi dung
dịch thử loãng hay đậm đặc.
+ Độ bền mài mòn
Mẫu ceramic được phủ màng TiO
2
. TƯ có độ bền mài mòn tương
đương với mẫu không phủ màng, tức là vẫn giữ được độ bền mài mòn
theo tiêu chuẩn. Giai đoạn mài mòn bắt đầu xuất hiện khuyết tật đối với
mẫu TiO
2
. TƯ và mẫu chưa phủ màng là 300 vòng. Còn mẫu được phủ

vi khuẩn bị tiêu diệt ở mẫu M
2
-S có tỷ lệ 24,8% gấp 3,5 lần so với mẫu
M
1
-S và gần 5 lần so với mẫu và M
0
-S. Nhưng sau 3 giờ chiếu sáng, tỷ
lệ vi khuẩn chết ở mẫu M
1
-S là 89,4% và mẫu M
2
-S gần như tuyệt đối
là 98,4%. Còn mẫu M
0
-S chỉ tiêu diệt được 21,4%. Sau 6 giờ chiếu
sáng, số lượng vi khuẩn trên các mẫu M
1
-S và M
2
-S chết gần như hoàn
toàn tương ứng với tỷ lệ 96,4% và 99,2%. Như vậy, hầu hết số vi
khuẩn sau thời gian chiếu sáng từ 3 đến 6 giờ đã bị tiêu diệt hoàn
toàn.
So sánh các mẫu để trong bóng tối, sau 1 giờ chưa có bất kỳ vi
khuẩn nào bị tiêu diệt. Sau 3 giờ lượng vi khuẩn trong mẫu M
1
-T và
M
2

-S là 12,2%. Tỷ lệ nấm
chêt ở mẫu đối chứng M
1
-T và M
2
-T là 4,2% và 12,2%. Điều đáng
lưu ý ở đây là tại các thời điểm chiếu sáng 3 giờ và 6 giờ, các đĩa
thạch SA cấy từ các mẫu M
1
-S và mẫu M
2
-S không phát hiện 1 khuẩn
lạc nào. Như vậy, nấm đã bị chết hoàn toàn và có thể đưa ra giả
thuyết rằng, hoạt tính khử trùng của màng nano TiO
2
tác động tới
nấm Candida albicans mạnh hơn so với vi khuẩn thường được sử
dụng trong thí nghiệm này.
4.5 Đánh giá khả năng diệt khuẩn, diệt nấm của vật liệu đã chế tạo
tại điều kiện thực tế
Mẫu ceramic sau khi được chuẩn bị đặt trong Căngtin của
Trường Cao đẳng Nghề cơ điện và thực phẩm trong thời gian nghiên
cứu. Sau từng khoảng thời gian nhất định lấy đem kiểm tra số lượng vi
sinh vật trên mẫu.
Vi sinh vật sau khi được rửa khỏi bề mặt mẫu sẽ được nuôi trên 4
môi trường thạch NA, BA, Mac và thạc SA. Thạch SA có chỉ số pH
thấp thích hợp nuôi nấm.
+ Đánh giá khả năng diệt khuẩn trong điều kiện thực tế
Kết quả phân tích số vi khuẩn có trên các loại thạch theo thời gian
nghiên cứu được thể hiện đồ thị 4.4.

các mẫu M
1
và M
2
giảm đi rất nhiều từ 60 CFU xuống còn 20,10 CFU
(tương đương 66,7% và 83,3). Còn số lượng vi khuẩn trên mẫu M
0

thay đổi giảm dần do vi nấm chết theo chu kỳ sống. Sau 6 giờ, vi nấm
trên mẫu M
1
và M
2
đã bị tiêu diệt hoàn toàn (100%) và kết quả này
được kéo dài trong vòng 2 tháng (tại thời điểm đã thực hiện nghiên
cứu). Khả năng diệt nấm của 2 mẫu M
1
và M
2
sau hai tháng vẫn duy
trì được hiệu suất diệt nấm rất tốt (100%).

Đồ thị 4.5 Số lượng vi nấm trên các mẫu theo thời gian nghiên cứu
Kết quả thử nghiệm cho thấy tác dụng diệt khuẩn và diệt nấm của
23
màng phủ nano TiO
2
là rất tốt, thời gian diệt khuẩn ngắn và tác dụng
kéo dài tới 2 tháng (tại thời điểm đã thực hiện trong thời gian nghiên
cứu). Màng có tác dụng với cả vi khuẩn và nấm. Màng diệt vi nấm tốt

trên
bề mặt ceramic của công ty Cổ phần Sứ Viglacera Thanh Trì bằng
phương pháp phun phủ ở nhiệt độ thường. Màng thu được ổn định, bề
mặt không bị rạn nứt, trong suốt, có độ xốp nhất, có độ dày khoảng 350-
360 nm. Có độ bền hóa học, độ bền cứng, độ chịu mài mòn khá tốt
(tương đương với mẫu khi chưa phủ màng). Màng có khả năng kị nước
và khi được chiếu sáng UVA thì có khả năng siêu thấm ướt.
3. Đã nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng trong quá trình tạo
màng nano TiO
2
trên nền ceramic của công ty CP Sứ Viglacera Thanh
Trì (nồng độ TTIP ban đầu (mol/l), nhiệt độ nung (
0
C), thời gian nung
(phút) và thể tích axit HNO
3
(ml)) đến hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm
của màng. Từ đó chọn và xác định được khoảng khảo sát quy hoạch
thực nghiệm:
- Nồng độ TTIP ban đầu: từ 0,8 đến 1,2 (mol/l)
- Nhiệt độ nung: 400 đến 500
0
C
24
- Thể tích axit HNO
3
68%: từ 0,2 đến 0,6 (ml)
4. Thiết lập thành công phương trình hồi qui thực nghiệm bậc hai đối
với hiệu suất diệt khuẩn y
I

-0,3464x
3
+
0,7775x
1
x
2
+ 1,0475x
1
x
3
-0,9685x
1
2
- 0,8044 x
2
2
-1,2833x
3
2
Cho các thông số công nghệ tối ưu để màng nano TiO
2
đạt hiệu suất
diệt khuẩn, diệt nấm lớn nhất. Các thông số công nghệ trùng khớp với
kết quả khi sử dụng phần mềm Design-Expert 8.0:
- Nồng độ TTIP ban đầu: 1,04 (mol/l)
- Nhiệt độ nung: 448 (
0
C)
- Thể tích axit HNO

nhằm đạt mục
tiêu cho màng.