ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ nano ra đời đã tạo nên cuộc cách mạng trong các ngành công nghiệp,
nông nghiệp, y tế, hàng tiêu dùng, thực phẩm .v.v. Hơn thế, khoa học nano còn là một
trong những biên giới của khoa học chưa được thám hiểm tường tận và nó hứa hẹn nhiều
phát minh kỹ thuật lý thú nhất. Với kích thước hạt cỡ nanomet, vật liệu nanomet có tính
chất lý hóa nổi trội hơn rất nhiều so với tính chất của chúng ở dạng khối thông thường và
như vậy sẽ làm tăng đáng kể các tính chất đó khi chúng tham gia vào thành phần của các
sản phẩm thứ cấp. Vật liệu nano có những tính năng ưu việt như độ bền cơ học cao, tính
siêu thuận từ, các tính chất quang học nổi trội, có hoạt tính xúc tác và tạo ra các vùng có
hoạt tính mạnh trên bề mặt. Vì vậy nó được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực như
xúc tác , huỳnh quang, bảo vệ môi trường, y dược .v.v.
Như chúng ta đều biết, kẽm oxit (ZnO) ngày càng được sử dụng nhiều trong các
ngành công nghiệp như gốm sứ, thủy tinh, sơn, mạ điện, lưu hóa cao su, y tế, mỹ phẩm
.v.v. Ngoài ra, ZnO còn được ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm nhựa, xi măng, dầu
bôi trơn, thuốc mỡ, chất kết dính, bột màu, thực phẩm, chống cháy .v.v.

SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

Ở Việt Nam trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp
nano ZnO dạng màng, sợi để ứng dụng trong lĩnh vực bán dẫn, pin mặt trời và cảm biến

(a) - Hexagonal Wurtzite, (b) – Zince blende, (c) Rocksalt
Với cấu trúc hexagonal wurtzite mỗi nguyên tử oxi liên kết với bốn nguyên tử kẽm
và ngược lại. Trong mỗi ô đơn vị ZnO chứa hai ion Zn 2+ và ion O2- , mỗi anion (O2- được
bao quanh bởi bốn cation Zn2+ ở góc tứ diện). Các ion này chỉ chiếm khoảng 44% thể tích
của tinh thể, do vậy khoảng trống còn lại tương đối rộng. Hằng số mạng a, c dao động
khoảng 0.32495 nm đến 0.32860 nm và 0.52069 nm tới 0.5214 nm.

Hình 1.2: Cấu trúc hexagonal wurtzite của ZnO

Hai đặc trưng quan trọng của cấu trúc wurtzite là không có tính đối xứng trung tâm
và có các mặt phân cực. Mặt phân cực cơ bản nhất là mặt (0001), đây cũng là mặt được
ưu tiên phát triển nhất. Nguyên nhân sự hình thành mặt phân cực trong tinh thể ZnO là sự
trái ngược của hai ion điện tích Zn 2+ ở mặt giới hạn trên và ion O 2- mặt giới hạn dưới gây
nên, do vậy hình thành một moment lưỡng cực và sự phân cực tự nhiên dọc theo trục đối
xứng C. Bao quanh tinh thể, các cạnh bên của hình tinh thể lục giác ZnO là các mặt không
phân cực. Cấu trúc lập phương đơn giản rocksalt là cấu trúc giả bền của tinh thể ZnO chỉ
tồn tại trong điều kiện áp suất cao. Cấu trúc lập phương giả kẽm zinc blende, ở nhiệt độ
cao tinh thể ZnO tồn tại ở cấu trúc lập phương giả kẽm, đây là cấu trúc giả bền của ZnO.

1.1.2. Cấu trúc hình thái học [16]
ZnO ở cấu trúc nano có thể tồn tại ở một số dạng hình học như màng mỏng, sợi
nano, dây nano, thanh nano, ống nano hay tồn tại ở dạng lá, dạng lò xo, dạng ZnO
tetrapods .v.v. như minh họa trên hình 1.3. Tùy vào ứng dụng mà người ta sẽ tìm điều kiện
để tổng hợp ZnO cấu trúc nano dưới những dạng hình học khác nhau.
SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O

(1.1)

ZnO + 2NaOH + H2O → Na2(Zn(OH)4)

(1.2)

SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

Kẽm oxit phản ứng chậm với các axit béo trong dầu tạo thành muối cacboxylic, ví
dụ như oleate (muối của axit Oleic CH 3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH) hoặc stearate (muối
của axit stearic C17H35COO−).
ZnO tạo liên kết chặt chẽ với dung dịch ZnCl 2 và nó được gọi là kẽm hydroclorit.
Sự liên kết chặt chẽ này cũng được hình thành khi xử lý ZnO với axit phosphoric với
thành phần chính là Zn3(PO4)2.4H2O. Sản phẩm này được sử dụng trong kỹ nghệ hàn răng.
ZnO bị phân huỷ thành hơi kẽm và oxy từ khoảng 1975 0C trở lên, nó phản ánh
trạng thái bền vững của ZnO. Khi nung cùng với cacbon thì ZnO chuyển thành kẽm kim
loại, nhưng nó dễ hoá hơi hơn là ở dạng kẽm oxit [19].
ZnO + C → Zn + CO

(1.3)


5.606
1975
2360
0.16
2.0041
494


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

Có rất nhiều ứng dụng của kẽm oxit dạng bột, dựa trên khả năng phản ứng của oxit
kẽm mà tạo thành các hợp chất khác của kẽm. Trong ngành khoa học vật liệu ứng dụng,
kẽm oxit có chỉ số khúc xạ cao (n D = 2,0041) nên tính dẫn nhiệt cao, có khả năng liên kết,
khả năng chống vi khuẩn, ngăn cản tia cực tím. Nó được sử dụng thêm vào các vật liệu
khác nhau như nhựa, xi măng, chất bôi trơn, sơn, thuốc mỡ, chất màu .v.v.
Trong ngành công nghiệp cao su: Khoảng 50% lượng ZnO được sử dụng trong
ngành này. Kẽm oxit với axit stearic được sử dụng trong lưu hóa cao su.
Trong ngành công nghiệp bê tông: Kẽm oxit có chức năng cải thiện thời gian xử lý
và sức đề kháng của bê tông chống lại nước.
Trong y tế: Hỗn hợp ZnO với khoảng 0,5% Fe2O3 được gọi là calamine và được sử
dụng trong lotion calamine. ZnO cũng được sử dụng nhiều trong sản xuất thuốc chống dị
ứng (hồ nước), vật liệu hàn răng. Các hạt oxit kẽm có tính chất khử mùi và kháng khuẩn
là thành phần của kem trị mụn, kem chống nắng, thuốc mỡ, dầu gội đầu .v.v. Nó cũng là
thành phần trong băng được gọi là băng zinc oxit được sử dụng bởi các vận động viên để
ngăn chặn tổn thương mô mồm trong lúc tập luyện.
Trong ngành công nghiệp thuốc lá: Kẽm oxit là một thành phần của bộ lọc thuốc
lá dùng để loại bỏ các thành phần được lựa chọn từ khói thuốc lá. Một bộ lọc bao gồm
than đã ngâm tẩm với oxit kẽm và oxit sắt có tác dụng loại bỏ một lượng đáng

ứng dụng của loại vật liệu này cũng rất đa dạng và phong phú. ZnO cấu trúc nano có
nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong khoa học - kỹ thuật. Chẳng hạn như
dùng làm vật liệu phát quang (Phosphors), thực phẩm bổ sung kẽm, kem chống nắng;
ZnO cấu trúc màng mỏng hay cấu trúc sợi nano ứng dụng trong điện trở biến đổi
(varistor), thiết bị áp điện (piezoelectric devices), pin mặt trời, cảm biến khí, bộ dẫn sóng
quang học phẳng (planar optical waveguides), màng dẫn điện trong suốt, transitor hiệu
ứng trường, photodetector .v.v.
Riêng đối với ZnO cấu trúc nano ở dạng sợi, do có một số tính chất đặc biệt liên
quan đến hiệu ứng lượng tử nên ngày nay, cấu trúc này được nghiên cứu và ứng dụng
rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực như quang điện tử, cảm biến, y học .v.v.
Ngoài ra, sợi nano ZnO còn có khả năng nhạy tốt với tia UV. Dựa vào tính chất
này người ta chế tạo cảm biến UV sử dụng ZnO cấu trúc thanh/sợi nano.

Hình 1.4: Ảnh

SEM của sợi

Nano ZnO

trong

Tính chất áp

điện

những

chất quan trọng

tính


Một trong những ứng dụng về tính áp điện của sợi nano ZnO là tạo ra máy phát
nano (nanogenerator). Máy phát nano dùng để tạo năng lượng bằng cách chuyển năng
SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

lượng bên ngoài (năng lượng cơ hay năng lượng sóng âm) thành năng lượng điện dựa trên
hiệu ứng áp điện của vật liệu. Trong thực tế, người ta đã ứng dụng máy phát nano này để
làm thiết bị thu dòng điện từ sự di chuyển của con người.

1.2.

Những vấn đề chung về công nghệ lưu hóa cao su

1.2.1. Nguyên liệu cao su thô
Là loại vật liệu polyme bao gồm các chuỗi dài các phân tử cao su và chúng bao
gồm rất nhiều loại khác nhau. Phổ biến nhất là các loại SBR, PBD, isoprene, nitril,
butyl.v.v. Mỗi loại polyme đều có những thuộc tính và ưu nhược điểm riêng của chúng.
Chính vì vậy vai trò của các nhà chế biến cao su là lựa chọn sự phối hợp hay hỗn
hợp các loại polyme một cách tốt nhất để có thể đạt được những tiêu chí như mong muốn
cũng như tối ưu hóa quá trình và tính chất của sản phẩm cuối cùng.
1.2.2. Các hệ lưu hóa
Hệ các hợp chất hóa học được đưa vào để làm tăng độ cứng, modulus, cường lực
kéo, cường lực xé, khả năng chịu mài mòn, khả năng chống lão hóa, giảm tính giòn, dễ


Là các loại nguyên liệu trợ giúp quá trình độn, phân tán hay gia công hỗn hợp đã
trộn (quá trình đùn, ép, cán). Các chất hỗ trợ quá trình gia công bao gồm các chất hóa
dẻo( plasticzers), các chất độn và các loại dầu khác, thường là các loại axit béo hay các
hydrocacbon đồng thể.
1.2.5. Các phụ gia đặc thù riêng được thêm vào để tăng cường một số tính chất đặc
thù của sản phẩm cao su
Tác nhân tạo màu, tác nhân ức chế, tác nhân chống oxy hóa, tác nhân chống ozon,
tác nhân chống cháy.
1.2.6. Vai trò của ZnO trong lưu hóa cao su
Trong quá trình lưu hóa cao su, ZnO phản ứng với các chất xúc tiến để hình thành
một tiền chất dưới dạng muối kẽm có hoạt tính cao và sự hình thành phức hoạt tính này
của ZnO là yếu tố quyết định tới hiệu quả của quá trình lưu hóa.
Trong giai đoạn đầu, phản ứng của ZnO với axit stearic cho phép tạo thành stearat
kẽm tan trong hydrocacbon và mật độ các liên kết ngang sẽ tăng với sự tăng nồng độ của
stearat kẽm trong hệ.Đồng thời sự có mặt của ZnO không những làm tăng mức độ liên kết
mà còn đảm bảo thời gian lưu hóa (cure time) phù hợp cũng như thời gian lưu hóa sớm
(scorch time) ở mức an toàn.
Bên cạnh vai trò của một chất trợ xúc tiến, ZnO còn thể hiện vai trò của tác nhân
tiêu nhiệt giúp làm giảm nhiệt hình thành và làm tăng khả năng chịu mài mòn của lốp, tác
nhân chống bám dính của sản phẩm cao su cũng như duy trì độ sạch của khuôn.
Tuy nhiên với việc phát hiện ra nhiều chất độn rẻ tiền, phù hợp để thay thế những
nhiệm vụ này, ZnO sẽ chỉ được biết đến với vai trò chính chủ đạo là một chất trợ xúc tiến
cho quá trình lưu hóa cao su.
Theo truyền thống để lưu hóa cao su bằng lưu huỳnh người ta thường sử dụng 5÷8
phần khối lượng ZnO trên 100 phần khối lượng cao su nguyên liệu.Các mức sử dụng phụ
thuộc vào các yêu cầu riêng về lĩnh vực áp dụng và được tối ưu hóa dựa trên tính chất đặc
thù riêng của từng loại sản phẩm cao su.
1.2.7. Tối ưu hóa lượng sử dụng ZnO trong chế hóa cao su


• Cho ra sản phẩm với chất lượng cao chi phí thấp.
• Công nghệ xử lý mọi nguồn nguyên liệu.
• Công nghệ sản xuất giảm thiểu khả năng tác động xấu tới môi trường.
Xuất phát từ những yêu cầu đó, các nhà nghiên cứu công nghệ trong nước và thế giới
đã hoàn thiện và tiêu chuẩn hóa các công nghệ cho phù hợp với từng đối tượng trong từng
điều kiện và nguyên liệu cụ thể.
Đến ngày nay, rất nhiều phương pháp để tổng hợp ZnO cấu trúc nano đã được sử
dụng phổ biến như phương pháp sol-gel, phương pháp kết tủa, tổng hợp pha dung dịch
(solutionphase synthesis), CVD, lắng đọng xung laser ( pulsed-laser deposition ), phương
pháp EBL (electron-beam lithography) kết hợp với CVD hay phương pháp dung dịch .v.v.
Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, quan trọng hơn là tùy vào mục
đích sử dụng khác nhau, người ta sẽ chọn phương pháp chế tạo phù hợp nhất.

1.3.1. Phương pháp dung dịch [32]
SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

Cấu trúc sợi nano của nhiều loại vật liệu được tổng hợp từ phương pháp dung dịch
do phương pháp này có thể tổng hợp được với số lượng lớn. Bên cạnh đó, sợi nano tổng
hợp từ phương pháp dung dịch có ưu điểm là thiết bị thực nghiệm đơn giản, được thực
hiện trong môi trường không khí và ở nhiệt độ thấp (từ 50 0C ÷ 1500C). Trong điều kiện
đặc biệt, sợi nano ZnO thu được khi chế tạo từ phương pháp này sẽ có định hướng thẳng
và đều trên bề mặt đế (đế thủy tinh, thạch anh hay Si).
Với phương pháp này, hầu hết tiền chất thường là các muối kẽm (kẽm nitrat hay

Hình 1.8: Ảnh SEM và phổ XRD của ZnO nano tetrapods

Nhóm nghiên cứu của Oleg Lupan, Lee Chow, Guangyu Chai thuộc Đại học Kỹ
thuật Moldova và Đại học Florida đã tạo ZnO cấu trúc nano tetrapods trên đế thủy tinh từ
dung dịch của kẽm sunphat và ammoniac ở 98 0C trong 15 phút. Kết quả cho thấy ZnO
phát triển dạng nano tetrapods, mỗi nhánh của một nano tetrapod (Hình 1.8) là một thanh
ZnO cấu trúc lục giác có đường kính khoảng 0,5 µm và chiều dài khoảng 6 ÷ 8 µm.
Riêng nhóm tác giả Xiulan Hu, Yoshitake Masuda, Tatsuki Ohji, Kazumi Kato của
Viện Khoa học và kỹ thuật tiên tiến quốc gia Nhật Bản đã tổng hợp ZnO cấu trúc sợi nano
bằng phương pháp dung dịch ở nhiệt độ thấp 85 0C từ tiền chất kẽm axetat, amin HMTA
trong dung môi nước. Đường kính sợi nano vào khoảng 80 nm ÷ 100 nm. Sợi nano có cấu
trúc lục giác, định hướng thẳng đứng từ bề mặt đế (Hình 1.9).

Hình 1.9: Ảnh SEM ZnO nanowires tạo bằng phương pháp dung dịch

Nhóm tác giả khác cũng tổng hợp thành công ZnO cấu trúc ống nano (Hình 1.10)
bằng phương pháp dung dịch là nhóm của Yi Xi, Jinhui Song, Sheng Xu.

SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

Hình 1.10: Ảnh SEM của ống nano ZnO tạo ở 500C, với thời gian phản ứng khác nhau

Theo kết quả của nhóm nghiên cứu này thì quá trình tổng hợp nano ZnO được tiến

Trang 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

xảy ra theo cơ chế nucleophin (SN) (cơ chế olation), hoặc xảy ra theo cơ chế cộng (A N )
nucleophin (cơ chế oxolation). Quá trình polyme hóa và gel hóa: Các quá trình ngưng tụ
của các ion phức oxo, hydroxo, aqua có thể xảy ra sâu hình thành nên mạng lưới polyme.
Khi quá trình polyme của phức hydroxo xảy ra mạnh thì dung dịch gel hóa kế tủa nhanh
chóng.
Đun bốc hơi dung dịch gel hoá trong một số điều kiện nhất định ta thu được dạng
gel. Quá trình ổn định hoá (quá trình già hoá): Mục đích của quá trình này nhằm triệt để
hoá quá trình tạo gel. Thiết lập mạng lưới không gian của hệ triệt để, ổn định cấu trúc và
kích thức mao quản của hệ gel.
Quá trình sấy và nung: Quá trình sấy gel thường duy trì ở 120 ÷ 1300C cho gel khô
hoàn toàn. Sau đó gel khô được đưa vào nung, nhiệt độ nung duy trì khoảng 8000C trong 3
giờ, sản phẩm cuối cùng là bột ZnO mịn.

1.3.3. Phương pháp CVD VLS [44]
Phương pháp lắng đọng hóa học (chemical vapour deposition) gọi tắt là CVD là
phương pháp tổng hợp vật liệu rắn bằng cách cho các chất hóa học ban đầu phản ứng với
nhau và lắng đọng trên đế đã được gia nhiệt. Chất phản ứng được đưa vào buồng và xảy
ra các phản ứng dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp. Sự hình thành vật liệu của
phương pháp CVD bao gồm các quá trình: vận chuyển precursor vào vùng phản ứng, các
precursor phản ứng với nhau và lắng đọng vật liệu lên đế nền (dưới điều kiện nhiệt độ, áp
suất thích hợp), các sản phẩm phụ sau phản ứng sẽ được giải hấp và được đưa ra ngoài
vùng phản ứng.


xảy ra quá trình lắng đọng tại đó (hình 1.13). Tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi loại vật liệu
cần lắng đọng khác nhau mà hệ nhiệt được thiết kế để điều chỉnh được nhiệt độ, áp suất
hoạt động khác nhau. Tuy vậy chúng vẫn phải được cấu thành bởi những bộ phận thỏa
những yêu cầu chung như: hệ đo đạc và truyền khí vào buồng phản ứng, hệ cung cấp
nhiệt cho đế để quá trình phản ứng và lắng đọng diễn ra, hệ xử lý sản phẩm phụ sau phản
SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

ứng. Trong trường hợp tổng hợp nano ZnO theo phương pháp này thì hơi kẽm và oxi sẽ di
chuyển và phản ứng với nhau tạo cấu trúc ZnO trên đế được nâng nhiệt. Để có được hơi
kẽm và oxi, người ta có thể phân hủy trực tiếp bột ZnO. Tuy nhiên hạn chế của phương
pháp này là nhiệt độ để phân hủy ZnO tương đối cao (14000C). Một cách khác có thể tổng
hợp ZnO cấu trúc nano là nung nóng bột Zn trong dòng khí oxi thổi qua để 2 tác nhân này
phản ứng với nhau.

Hình 1.13: Sơ đồ hệ lắng đọng pha hơi

Phương pháp này chỉ cần thực hiện ở khoảng 500 0C ÷ 7000C, tuy nhiên cần phải
kiểm soát kỹ áp suất hơi kẽm và áp suất oxi để tạo được cấu trúc nano ZnO. Nhiều nghiên
cứu cho thấy thay đổi tỷ lệ áp suất này sẽ có thể tổng hợp được rất nhiều dạng thù hình
khác nhau của cấu trúc nano ZnO.

1.3.5. Phương pháp kết tủa [31,36]
Sự kết tủa là quá trình hình thành một chất rắn trong một dung dịch hoặc trong

xảy ra khi một chất tan không thể tan thêm vào dung dịch, khi đó nó làm giảm mạnh khả
năng hoà tan của dung môi. Sau khi tạo được kết tủa thì chất kết tủa được tách ra bằng
phương pháp lọc, lắng gạn hoặc ly tâm.
Quá trình già hoá kết tủa tiến hành khi kết tủa vừa mới hình thành, thông thường
tiến hành ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ khi kết tủa. Quá trình này có tác dụng như là quá
trình rửa và làm cho tinh thể lớn lên. Quá trình lý hoá xảy ra trong quá trình già hoá được
gọi là sự ổn định Ostwald.
Phương pháp kết tủa là phương pháp phổ biến và đơn giản để tổng hợp xúc tác.
Bản chất của phương pháp là kết tủa tất cảc các ion có trong thành phần của dung dịch ở
dưới dạng hydroxide, carbonate, oxalate ,citrate…Sau đó kết tủa được lọc, rửa, sấy, nung
cuối và cùng thu được oxit kẽm.
Phương pháp kết tủa hoá học thông thường bắt đầu với quá trình làm sạch dung
dịch kẽm, từ chất kết tủa trắng như kẽm cacbonat (ZnCO 3), kẽm hydroxit (Zn(OH)2) qua
các công đoạn lọc, rửa, sấy, nung ( khoảng 800 0C) ta thu được ZnO theo các phản ứng
sau:
ZnCO3
→
ZnO +
CO2.
(1.6)
Zn(OH)2
→
ZnO +
H2O.
(1.7)
Không giống như các trường hợp của các ion nhiều hoá trị, sự thuỷ phân của ion
kẽm theo một hướng đơn giản. Phản ứng của ion Zn 2+ với ion OH- kết quả đầu tiên là tạo
SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 18

Phần 1: Quá trình nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ZnO được thực hiện tại Phòng
thí nghiệm Công nghệ Lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác, Hấp phụ - Trường đại học Bách
Khoa Hà Nội. Qua nghiên cứu về ưu, nhược điểm các phương pháp tổng hợp ZnO cùng
với mục tiêu của đồ án chúng tôi quyết định tập trung vào nghiên cứu tổng hợp nano ZnO
bằng phương pháp kết tủa với sự hỗ trợ của phụ gia phân tán Polyacrylamide N101. Sau
đây là các phương pháp thực nghiệm mà chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp nano
ZnO và phân tích đánh giá các đặc trưng của sản phẩm.
Phần 2: Quá trình nghiên cứu ứng dụng của nano ZnO làm chất xúc tiến trong lưu
hóa cao su chống rung NR/CR được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme,
Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu Polyme và Compozit, Trường Đại Học Bách Khoa
Hà Nội. Bước đầu khảo sát các tính chất vượt trội của nano ZnO trong quá trình lưu hóa
cao su so với ZnO thông thường từ đó xác định hàm lượng tối ưu của nano ZnO.
2.1. Tổng hợp vật liệu nano ZnO
2.1.1. Thiết bị và hóa chất tổng hợp
Thiết bị tổng hợp
Bảng 2.1: Thiết bị sử dụng trong quá trình tổng hợp nano ZnO
ST
T
1
2

Tên dụng cụ

Ghi chú

3

Bể siêu âm Elma S60
Chai nhựa chứa dung dịch NaOH và dung dịch
ZnSO4


Hóa chất tổng hợp
Các hóa chất sử dụng trong quá trình tổng hợp nano ZnO được liệt kê trong bảng sau :
Bảng 2.2: Hóa chất dùng trong tổng hợp nano ZnO
STT
1
2
3

Hoá chất
ZnSO4.7H2O
Kiềm NaOH
ZnSO4.7H2O

Độ tinh khiết
99,5%
98,0%
98,0%

Hãng sản xuất
Analar
Sigma
Kirns

Nguồn gốc
Anh
Mỹ
Trung Quốc

Merck

9

Cồn 960

Trung Quốc

2.1.2. Quy trình tổng hợp Zn(OH)2 và nano ZnO
Quy trình tổng hợp bao gồm 5 giai đoạn

-

Giai đoạn 1: Chuẩn bị và pha chế nguyên liệu.
Giai đoạn 2: Tổng hợp nano Zn(OH)2 .
Giai đoạn 3: Sấy.
Giai đoạn 4: Nung tạo nano ZnO dạng bột.
Giai đoạn 5: Cho phụ gia phân tán, li tâm rồi sấy khô

SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

Dung dịch [Zn2+] 0,5M
Dung dịch Zincat 0,5M

dd ổn định pH

Pha dung dịch STA, STZ.

SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

- Từ dung dịch ZnSO4 0,5M (pha từ ZnSO4.7H2O Trung Quốc) và NaOH 1M
ta tiến hành phản ứng thu được dung dịch Zincat 0,5M.
Phương trình phản ứng:
ZnSO4 + 2NaOH

→

Zn(OH)2 + 2NaOH

→

Zn(OH)2 + Na2SO4

(2.1)

Na2Zn(OH)4

(2.2)


Các dung dịch được đưa vào hỗn hợp phản ứng đồng thờ

Hình 2.4: Sơ đồ quy trình tạo kết tủa Zn(OH)2

Lấy vào bình phản ứng có thể tích 1000 ml khoảng 150 ml dung dịch ổn định
pH ( pHdd≈8 ÷ 9). Dung dịch này được cho vào nhằm mục đích làm giảm biên độ dao
động của pH vùng phản ứng trong giai đoạn đầu mới phản ứng nhờ đó mà sự thay đổi pH
diễn ra chậm hơn dẫn đến dễ điều chỉnh, đồng thời chống lại sự thay đổi đột ngột của pH
ảnh hưởng đến quá trình phản ứng tổng hợp Zn(OH)2 nói riêng và nano ZnO nói chung.
Cho máy khuấy từ hoạt động, cấp đồng thời hai dòng dung dịch Zn 2+ và Zincat vào
bình phản ứng. Trong bình phản ứng dần xuất hiện kết tủa trắng. Liên tục đo và điều
chỉnh để ổn định pH ở giá trị mong muốn. Đồng thời phụ gia phân tán cũng được cấp liên
tục trong quá trình nạp liệu, phụ gia được cho thêm vào nhằm mục đích ngăn chặn quá
trình lớn lên của tinh thể trong quá trình phản ứng và già hóa kết tinh do sự tái kết hợp
SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Trang 24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Hàn Long

của các tinh thể nhỏ thành tinh thể lớn hơn.Thời gian phản ứng được duy trì khoảng 5
phút ( thời gian tối ưu của phản ứng). Cần chú ý cho máy khuấy hoạt động liên tục trong
suốt thời gian phản ứng nhằm tăng cường va chạm hoạt động của các chất tham gia phản
ứng để tăng tốc độ phản ứng. Khi ngừng khuấy thì ta chuyển sang bước tinh chế sản
phẩm.
Tinh chế sản phẩm Zn(OH)2: Kết tủa sau phản ứng được đưa đi lọc ly tâm với tốc độ
2500 vòng/phút, sau đó tiến hành rửa trong bể siêu âm bằng nước cất trong khoảng 15 ÷


Zinc oxide

SVTH: Phạm Thị Loan-KTHH2-K56

Zinc stearate
Trang 25

Water