VIỆN HÓA HỌC - VIỆN HÀ N LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
KHOA HỌC TỰ NHIÊN- HOÁ HỌC
TRẦN QUANG VINH
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO BẠC
CHẤT MANG ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
MÃ SỐ: 62.44.31.01
CHUYÊN NGÀNH: HÓA LÝ THUYẾT – HÓA LÝ
HÀ NỘI - 2015
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ......................................... 7
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................... 9
DANH MỤC HÌNH .................................................................................... 10
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 13
Chương 1. TỔNG QUAN......................................................................... 15
1.1.
Tổng quan về nano bạc .......................................................................... 15
Tính chất và ứng dụng của nano bạc ...................................................... 15
1.1.1.
1.1.1.1.
1.3.
Tổng quan các vật liệu chứa nano bạc .................................................. 31
Vật liệu nano Ag/Than hoạt tính............................................................. 32
1.3.1.
1.3.1.1.
Chất mang than hoạt tính .................................................................... 32
1.3.1.2.
Các phương pháp chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính ............... 34
Vật liệu nano Ag/Sứ xốp ........................................................................ 35
1.3.2.
1.3.2.1.
Chất mang sứ xốp ............................................................................... 35
1.3.2.2.
Các phương pháp chế tạo vật liệu nano Ag/Sứ xốp ........................... 37
Vật liệu nano Ag/Zeolit ZSM-5 .............................................................. 39
1.3.3.
1.3.3.1.
Chất mang zeolit ZSM-5 .................................................................... 39
1.4.2.
Đánh giá qua khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn
benzen
................................................................................................................ 55
1.4.3.
Tóm lược nội dung nghiên cứu tổng quan và nhiệm vụ nghiên cứu ...... 57
Chương 2. THỰC NGHIỆM .................................................................... 59
2.1.
Chế tạo các vật liệu chứa nano bạc ....................................................... 59
2.1.1.
Hóa chất .................................................................................................. 59
2.1.2.
Chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính ................................................ 59
2.1.2.1.
Tổng hợp dung dịch chứa nano bạc.................................................... 59
2.1.6.1.
Phương pháp hồng ngoại .................................................................... 69
2.1.6.2.
Phương pháp nhiễu xạ tia X ............................................................... 69
2.1.6.3.
Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua..................................... 69
2.1.6.4.
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét ............................................... 70
2.1.6.5.
Phương pháp đo bề mặt riêng và phân bố mao quản ......................... 70
2.1.6.6.
Phương pháp phân tích nhiệt vi sai .................................................... 70
2.1.6.7.
Phương pháp đo phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến ................................. 70
2.1.6.8.
Khả năng diệt khuẩn E.coli theo thời gian tiếp xúc............................ 72
2.2.1.3.
Phương pháp phân tích nồng độ khuẩn .............................................. 73
Đánh giá khả năng xúc tác của các vật liệu nano bạc/chất mang cho phản
2.2.2.
ứng oxi hóa hoàn toàn benzen ................................................................................ 73
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 76
Kết quả chế tạo các vật liệu nano bạc/chất mang .................................. 76
3.1.
Kết quả chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính ................................... 76
3.1.1.
3.1.1.1.
Kết quả hoạt hóa than hoạt tính .......................................................... 76
3.1.1.2.
Kết quả điều chế dung dịch chứa nano bạc ........................................ 77
3.1.1.3.
Kết quả đặc trưng vật liệu nano Ag/Than hoạt tính ........................... 78
Đánh giá khả năng diệt khuẩn E.coli của vật liệu nano bạc/chất
3.2.
mang ............................................................................................................. 114
Khả năng diệt khuẩn E.coli của vật liệu nano bạc/chất mang theo hàm
3.2.1.
lượng bạc .............................................................................................................. 114
3.2.2.
Đánh giá khả năng diệt khuẩn E.coli của các vật liệu theo thời gian tiếp
xúc
.............................................................................................................. 117
3.3.
Đánh giá khả năng xúc tác của các vật liệu nano bạc/chất mang cho phản
ứng oxi hóa hoàn toàn benzen ........................................................................ 120
3.3.1.
Đánh giá khả năng xúc tác oxi hóa của các vật liệu nano bạc/chất
mang
Ảnh hưởng của tốc độ không gian WHSV ....................................... 125
3.3.3.
Đánh giá khả năng làm việc ổn định của xúc tác Ag-ZSM-5/SBA-15. 128
Chương 4. KẾT LUẬN .......................................................................... 130
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ....................................... 132
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 134
PHỤ LỤC………………………………………………………………………148
6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AAS
: Phổ hấp thụ nguyên tử
Ag-Z5S15
: Ag-ZSM-5/SBA-15
Ag-Z5S15-BMQ
: Mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 chế tạo bằng phương pháp
bịt mao quản
Cfu
: Colony-forming unit
FID
: Detector ion hóa ngọn lửa
WHSV
: Tốc độ không gian
IR
: Hồng ngoại
MAS-NMR
: Cộng hưởng từ hạt nhân rắn
MQTB
: Mao quản trung bình
P123
: Pluronic
PR-Z5S15
: Hiển vi điện tử truyền qua
DTA-TGA
: Phân tích nhiệt vi sai
TPABr
: Tetrapropylamonibromua
TPD-NH3
: Giải hấp theo chương trình nhiệt độ
UV-vis
: Phổ hấp thụ ánh sáng
XPS
: Phổ quang điện tử tia X
XRD
: Nhiễu xạ Rơnghen
8
Chương 1: Tổng quan
Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của bạc ...................................................................... 15
Hình 1.2: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn....................................................... 18
Hình 1.3: Ion bạc liên kết với ADN ..................................................................... 19
Hình 1.4: Mô hình phương pháp tẩm ................................................................... 27
Hình 1.5: Mô hình phương pháp trao đổi............................................................. 30
Hình 1.6: Kích thước lỗ xốp và phân bố lỗ theo kích thước của than hoạt tính, silica
gel, alumina hoạt tính, và zeolit 5A. .................................................................... 33
Hình 1.7: Các dạng cấu trúc của sứ xốp............................................................... 36
Hình 1.8: Cơ chế phản ứng giữa sứ xốp và nano Ag thông qua APTES ............. 38
Hình 1.9: Cấu trúc zeolit ZSM-5.......................................................................... 40
Hình 1.10: Sự thay thế của các ion Ag+ vào mạng lưới tinh thể của zeolit bằng
phương pháp trao đổi ion ..................................................................................... 41
Hình 1.11: Giản đồ XRD của mẫu ZSM-5/MCM-41 .......................................... 45
Hình 1.12: Giản đồ XRD của mẫu ZSM-5/SBA-15 ............................................ 45
Hình 1.13: Giản đồ XRD của mẫu ZSM-5/SBA-15 ............................................ 46
Hình 1.14: Giản đồ XRD của mẫu ZSM-5/MCM-41 .......................................... 47
Hình 1.15: Cơ chế hình thành nano bạc theo phương pháp thay đổi điện tích bề
mặt vật liệu mang SiO2 ....................................................................................... 51
Chương 2: Thực nghiệm
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình chế tạo dung dịch chứa nano bạc ............................... 60
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính .................... 61
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nano Ag/Sứ xốp ................................ 63
Hình 2.4: Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nano Ag/ZSM-5 ................................ 64
Hình 2.5: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu ZSM-5/SBA-15 .............................. 66
Hình 2.6: Quy trình chế tạo các mẫu Ag-Z5S15.................................................. 69
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phản ứng vi dòng ....................................... 74
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của các mẫu than hoạt tính xử lý bằng axit nitric ...... 76
Hình 3.24: Giản đồ XRD của các mẫu............................................................... 101
Hình 3.25: Giản đồ DTA-TGA của mẫu AS-Z5S15 ......................................... 102
Hình 3.26: Giản đồ DTA-TGA của mẫu CA-Z5S15 ......................................... 102
11
Hình 3.27: Giản đồ DTA-TGA của mẫu PR-Z5S15 .......................................... 103
Hình 3.28: Giản đồ DTA-TGA của mẫu APTES-Z5S15 .................................. 103
Hình 3.29: Giản đồ XRD góc nhỏ của các mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 ................ 107
Hình 3.30: Giản đồ XRD góc lớn của các mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 ................ 107
Hình 3.31: Phổ UV-vis của các mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 ................................. 109
Hình 3.32: Phổ XPS của các mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 ..................................... 110
Hình 3.33: Ảnh TEM của các mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 ................................... 111
Hình 3.34: Hoạt tính xúc tác của các vật liệu trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn
benzen theo nhiệt độ........................................................................................... 121
Hình 3.35: Ảnh TEM của mẫu Ag/SBA-15 ....................................................... 124
Hình 3.36: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính xúc tác ................................ 125
Hình 3.37: Hoạt tính xúc tác của mẫu Ag-Z5S15-KBMQ trong phản ứng oxi hóa
hoàn toàn benzen theo sự thay đổi WHSV và nhiệt độ ..................................... 126
Hình 3.38: Khả năng làm việc ổn định của mẫu xúc tác Ag-Z5S15-KBMQ của
phản ứng oxy hóa hoàn toàn benzen .................................................................. 128
Hình 3.39: Ảnh TEM của mẫu Ag-Z5S15-KBMQ sau phản ứng ..................... 128
12
MỞ ĐẦU
Ứng dụng các vật liệu kích thước nano là vấn đề được quan tâm nhiều trong
lĩnh vực khoa học và công nghệ nano. Vật liệu nano mang lại những giải pháp cho
lên các vật liệu mang. Yêu cầu chung đối với các vật liệu mang nano bạc là phải
có diện tích bề mặt lớn, có khả năng tạo liên kết đối với các hạt nano bạc hoặc có
cấu trúc xốp, giúp cho các hạt nano bạc được phân tán đều và bám chắc trên vật
liệu mang.
Một số loại vật liệu mang nano bạc hiện đang được sử dụng rộng rãi trong
lĩnh vực xử lý nước có thể kể đến như than hoạt tính, sứ xốp, polyurethan. Ngoài
ra, các nghiên cứu trong những năm gần đây cũng cho thấy các loại vật liệu vô cơ
mao quản như zeolit, vật liệu mao quản trung bình (MQTB) với hệ mao quản đồng
đều và các tính chất ưu việt khác, là những vật liệu mang nano bạc tuyệt vời. Các
hạt nano bạc được mang trên các vật liệu mang kể trên có kích thước rất nhỏ và
được gắn chặt trên bề mặt và thậm chí trong hệ mao quản, tạo ra vật liệu chứa nano
bạc có hoạt tính cao.
Bởi những lý do trên, ý tưởng luận án ‘Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano
bạc/chất mang ứng dụng trong xử lý môi trường’ đã được hình thành. Mục tiêu
của bản luận án này hướng tới nghiên cứu các phương pháp chế tạo vật liệu chứa
nano bạc với các hạt nano bạc được tạo ra có kích thước nhỏ, hàm lượng cao, phân
tán đồng đều và được cố định trên chất mang, vật liệu chứa nano bạc có hoạt tính
cao, tuổi thọ tốt trong lĩnh vực khử khuẩn và làm xúc tác cho các phản ứng Hóa
học.
Để đạt được mục tiêu trên, luận án bao gồm các nội dung chính sau đây:
1. Nghiên cứu tổng hợp và sử dụng các chất mang nano bạc
2. Nghiên cứu chế tạo các vật liệu chứa nano bạc
3. Nghiên cứu đánh giá hoạt tính của các vật liệu chứa nano bạc với các
vai trò làm vật liệu diệt khuẩn E.coli và xúc tác cho phản ứng oxi hóa
hoàn toàn vòng thơm benzen.
14
Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của bạc
Để thỏa mãn nguyên lí năng lượng cực tiểu, tùy điều kiện chế tạo mà hạt
bạc có thể sắp xếp theo các kiểu khác nhau và hình thành nên nhiều hình dạng của
hạt bạc như: hình cầu (sphere), que (rod), đĩa phẳng (plate)…. Đến nay bạc đã
được tìm ra 19 đồng vị, trong đó có hai đồng vị thiên nhiên là Ag107 (chiếm 51,35%)
và Ag109 (chiếm 48,65%), còn lại là các đồng vị phóng xạ từ Ag102 đến Ag115, trong
đó đồng vị phóng xạ bền nhất là Ag110 (có chu kì bán hủy là 270 ngày đêm). Đường
kính nguyên tử bạc là 0,288 nm.
1.1.1. Tính chất và ứng dụng của nano bạc
Bạc ở kích thước nano là vật liệu có các tính chất quang học, khả năng dẫn
điện và dẫn nhiệt cao. Ngoài ra, bạc là một trong những kim loại có độ cứng và
khả năng chống mài mòn cao nhất. Nano bạc có thể được tích hợp vào các sản
phẩm đa dạng từ các loại pin quang điện, các sản phẩm điện tử, các chi tiết cần độ
15
dẫn nhiệt cao, tới các sản phẩm cảm biến sinh học và hóa học. Sự có mặt của nano
bạc giúp cho các sản phẩm này có độ dẫn diện, dẫn nhiệt cao, ổn định và có độ bền
cao.
Nhờ hiện tượng plasmon bề mặt, nano bạc có thể hấp phụ ánh sáng ở một
bước sóng đặc trưng. Tính chất quang học của nano bạc được áp dụng để chế tạo
các các bộ phận cảm biến, lọc quang học trong các thiết bị chuẩn đoán phân tử hay
các thiết bị quang học.
Tính chất được biết đến nhiều nhất của nano bạc là khả năng diệt khuẩn của
vật liệu này. Nhiều lĩnh vực từ y tế đến sản xuất hàng tiêu dùng đã sử dụng nano
bạc như một tác nhân giúp cho các sản phẩm tạo ra có được khả năng chống khuẩn,
giúp chăm sóc và bảo vệ sức khỏe con người.
Trong nghiên cứu hóa học, bạc được biết đến với hai ứng dụng chủ yếu làm
vật liệu diệt khuẩn và làm xúc tác cho các phản ứng hóa học. Các nghiên cứu dựa
với cơ thể con người với liều lượng tương đối cao (theo tổ chức bảo vệ môi trường
Mỹ, cơ thể con người có thể nhận liên tục 5.10-3 mg Ag+/kg/ngày trong suốt cuộc
đời mà không bị ảnh hưởng đến sức khỏe [7]. Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh
được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao người ta không còn quan
tâm đến giá trị diệt trùng của bạc nữa. Đến những năm gần đây, do hiện tượng các
chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, người ta lại quan tâm trở lại đối với
việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là bạc
có kích thước nano.
Cơ chế diệt khuẩn của bạc được giải thích theo một số quan điểm dựa trên
cơ sở ức chế quá trình vận chuyển oxy trong tế bào. Bạc tác dụng lên màng bảo vệ
của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các protein được liên kết với
nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng cho màng. Các protein này được gọi
là các peptidoglican. Các ion bạc tương tác với các nhóm peptidoglican và ức chế
khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi
khuẩn [8, 9].
17
Hình 1.2: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn [10]
Các tế bào động vật cấp cao có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế
bào vi sinh vật, không cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn
thương khi tiếp xúc với các ion này. Khả năng diệt khuẩn của ion bạc không dựa
trên đặc tính gây nhiễm của vi khuẩn như là đối với các chất kháng sinh, mà dựa
trên cơ chế tác dụng lên cấu trúc tế bào. Bất cứ tế bào nào không có màng bền hóa
học bảo vệ (vi khuẩn và vi rút thuộc cấu trúc loại này) đều chịu tác động của bạc.
Các tế bào động vật máu nóng như con người có cấu trúc màng hoàn toàn khác,
không chứa các lớp peptidoglycan, nên bạc không tác động được. Nhờ sự khác biệt
đó nano bạc có thể tác động lên 650 loài vi khuẩn, trong khi phổ tác động của bất
kỳ chất kháng sinh nào cũng chỉ từ 5 - 10 loài.
tác, các phương pháp tiền xử lý xúc tác, các điều kiện phản ứng và kích thước của
các hạt nano bạc. Hoạt tính của xúc tác bạc được giải thích bởi sự có mặt của các
dạng tương tác giả oxit Ag-O (hoặc gọi là bạc chứa nguyên tử oxy), trong đó oxy
có thể ở dạng nguyên tử oxy bề mặt hoặc nguyên tử oxy gần bề mặt [24-26]. Các
19
dạng bạc chứa nguyên tử oxy này được coi là các tâm hoạt tính trên xúc tác bạc
trong các phản ứng oxi hóa [27-30].
Sự thay đổi trong các quá trình tiền xử lý xúc tác hay sự thay đổi nhiệt độ
ảnh hưởng mạnh đến sự hình thành tương tác giữa bạc và oxy gần bề mặt. Khi xúc
tác bạc được tiền xử lý ở nhiệt độ cao trong điều kiện có oxy, dạng tương tác này
sẽ hình thành và xúc tác bạc được hoạt hóa [31].
Vai trò của các dạng xúc tác bạc đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy
Ag-O là một dạng xúc tác có hoạt tính ở nhiệt độ dưới 140oC. Ngược lại, trong
nghiên cứu về phản ứng oxi hóa amoni thành nitơ, xúc tác dạng Ag+ (Ag+ mang
trên oxit nhôm Al2O3) lại thể hiện hoạt tính ở nhiệt độ trên 140oC [15]. Trong khi
đó, đối với nghiên cứu về phản ứng loại bỏ NOx, độ chuyển hóa NO thành N2 lại
tăng khi sử dụng xúc tác dạng Ago [13].
1.1.2. Các phương pháp tổng hợp nano bạc
Nano bạc có thể được tổng hợp sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Tùy
vào mục đích, yêu cầu sử dụng, các phương pháp có thể được áp dụng một cách
linh hoạt. Các phương pháp tổng hợp nano bạc có thể được chia thành hai nhóm
chính bao gồm nhóm các phương pháp Hóa học và Vật lý.
1.1.2.1. Phương pháp Hóa học
Phương pháp Hóa học là phương pháp truyền thống và được ứng dụng nhiều
nhất trong tổng hợp nano bạc. Ưu thế của phương pháp Hóa học là dễ thực hiện,
không cần thiết bị phức tạp, có thể điều khiển được kích thước các hạt nano bạc
bằng cách thay đổi linh hoạt các hóa chất sử dụng về nồng độ, hàm lượng các chất
Trong phương pháp khử hóa học, tỷ lệ chất khử, nồng độ ion Ag+, pH của
dung dịch, nồng độ polyme ảnh hưởng đến hiệu suất khử và kích thước hạt bạc
[32].
Thông thường kim loại bạc được điều chế từ muối bạc (thường là AgNO3)
bằng phản ứng khử. Với tác nhân khử là andehit RCHO, phản ứng xảy ra như sau:
Nếu tác nhân khử là andehit focmic, phản ứng xảy ra như sau:
Nếu tác nhân khử là natri bohydrua (NaBH4), phản ứng khử xảy ra như sau
AgNO3 +NaBH4 → Ag + H2+ B2H6 + NaNO3
Phương pháp polyol: Bạc ion được khử thành bạc kim loại trong dung dịch
21
nóng (60 – 70oC) của polyme mạch thẳng có nhóm chức – OH (thường dùng là
polyvinylalcohol, PVA). PVA vừa đóng vai trò tác nhân khử, vừa làm chất ổn
định. Phương pháp này có thể chế tạo dung dịch keo bạc có kích thước hạt từ
10 - 30 nm [33].
Phản ứng giữa ion Ag+ và PVA có thể biểu diễn như sau:
>R – OH + Ag+ → >R – O – Ag + H+
> R – O – Ag → – R = O + Ago
hay
> R – OH + Ag+ → – R = O + Ago + H+
Phương pháp phản ứng thế: Phương pháp này được sử dụng chủ yếu để
tổng hợp dung dịch chứa nano bạc. Người ta sử dụng một kim loại có khả năng
khử bạc ion thành bạc kim loại từ dung dịch muối bạc có mặt của chất ổn định. Ví
dụ như đồng (Cu) kim loại phản ứng thế với bạc nitrat trong dung dịch PVP, chế
tạo được keo nano bạc, có kích thước hạt khoảng 50 nm [34].
Phương pháp khử hóa bức xạ: Bức xạ gamma có thể được sử dụng trong
quá trình khử ion Ag+ thành Ag kim loại với nguồn bức xạ thường được sử dụng
trình điện phân, bạc ion sẽ giải phóng từ điện cực bạc vào dung dịch và dưới tác
dụng của chất khử điện hóa MVCA-C58+, các hạt nano bạc sẽ được hình thành
trong dung dịch.
Phương pháp điện hóa tạo nano bạc cũng có thể được thực hiện theo nguyên
lí dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp
điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy
ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các
hạt nano bám lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng
bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung
dịch. Do hạn chế về việc lựa chọn đối tượng vật liệu mang làm điện cực và quy
mô, khả năng triển khai nên phương pháp này được sử dụng kém phổ biến hơn so
với các phương pháp hóa học khác.
1.1.2.2. Phương pháp Vật lý
Phương pháp vật lý nhìn chung về khía cạnh kỹ thuật rất hiệu quả trong việc
chế tạo nano bạc, sử dụng các kỹ thuật vật lý ở các điều kiện điều khiển chính xác.
Do vậy các hạt nano bạc tạo ra có độ tinh khiết cao, kích thước khá đồng đều. Tuy
nhiên, về khía cạnh kinh tế, các phương pháp vật lý cần đầu tư các thiết bị yêu cầu
khá cao do các điều kiện cho việc chế tạo nano bạc bằng phương pháp vật lý khá
23
nghiêm ngặt. Do đó, giá thành chế tạo nano bạc so với các phương pháp chế tạo
khác còn khá cao. Các phương pháp kỹ thuật trong phương pháp vật lý bao gồm:
Phương pháp bay hơi vật lý: Bay hơi vật lý là một phương pháp hữu ích,
đóng góp nhiều cho sự phát triển công nghệ nano. Bay hơi vật lý bao gồm các kỹ
thuật ngưng tụ khí trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dòng hơi phun mạnh lên bia rắn.
Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: cho hóa hơi sợi dây bạc tinh khiết ở nhiệt độ cao
trong điều kiện chân không, sau đó dòng hơi bạc nguyên tử quá bão hòa được
ngưng tụ và phát triển thành hạt bạc khi tiếp xúc với khí heli được làm lạnh bởi
bình khoảng 15 nm, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng [40].
Các phương pháp vật lý thường được nghiên cứu để tổng hợp một trong hai
đối tượng là dung dịch chứa nano bạc hoặc vật liệu chứa nano bạc. Không có
phương pháp nào cho thấy có thể đáp ứng được cả hai đối tượng nêu trên.
Qua phân tích các phương pháp chế tạo nano bạc khác nhau, có thể thấy
được ưu điểm của phương pháp khử hóa học nói riêng so với các phương pháp hóa
học còn lại cũng như so với phương pháp vật lý, trên phương diện ưu điểm dễ thực
hiện, sự đa dạng trong lựa chọn các đối tượng khác nhau để đạt được mục đích
tổng hợp nano bạc ở cả hai dạng dung dịch chứa nano bạc và vật liệu chứa nano
bạc. Luận án này có mục đích là tổng hợp dung dịch chứa nano bạc, các vật liệu
chứa nano bạc sử dụng chất mang than hoạt tính, zeolit ZSM-5 và các vật liệu
ZSM-5/MCM-41, ZSM-5/SBA-15 dạng bột và sứ xốp. Phương pháp khử hóa học
là phương án phù hợp nhất và được lựa chọn để nghiên cứu.
1.2. Tổng quan các phương pháp chế tạo vật liệu chứa nano bạc
Các vật liệu kim loại phân tán trên chất mang thu hút được sự quan tâm
nghiên cứu của các nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới bởi tính ứng dụng rộng
rãi của chúng trong xúc tác cho các phản ứng hóa dầu và xử lý môi trường
[6, 41-43]. Đặc biệt, các nghiên cứu chế tạo kim loại kích thước nano trên chất
mang đã thu được những thành tựu hết sức ấn tượng trong việc tạo ra vật liệu có
kích thước đồng đều cỡ nanomet, có trạng thái phân tán cao trên chất mang, được
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống.
Hoạt tính của những chất xúc tác kim loại/chất mang này cao hơn rất nhiều
lần so với các xúc tác cũng được chế tạo từ kim loại đó nhưng không ở trạng thái
phân tán cao trên chất mang do số lượng các nguyên tử kim loại phân tán trên chất
mang tăng lên nhiều lần và phân tán trên bề mặt chất mang đồng đều hơn nhiều so
với các xúc tác ở kích thước khác [44]. Đây là yếu tố tạo nên các tính chất đặc thù
25
26
Copyright: Tài liệu đại học ©