chương 1.1 Đối tượng nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu.3 Phương pháp nghiên cứu .4 Quy trình tổng hợp mẫu.1 Quy trình tổng hợp bột nano TiO2 .2 Quy trình tạo vải phủ nano TiO2.5 Phương pháp phân tích .1 Phân tích đặc trưng mẫu .2 Phân tích sự biến đổi màu sắc.3 Phân tích tính chất cơ lý .6 Kết luận chương 2. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .1 Kết quả nghiên cứu tính chất hóa lý của vật liệu.1 Kết quả phân tích XRD.2 Kết quả SEM.3 Kết quả EDS .2 Kết quả xử lý chất màu và chất bẩn hữu cơ trên vải phủ TiO2 dựa theo theo nguyên lý quang xúc tác (ISO 105-J02:1997).1 Khảo sát khả năng phân hủy MB và chất màu trong dung dịch rượu vang đỏ của bột nano TiO2 dưới điều kiện chiếu sáng bằng tia cực tím (UV).2 Khảo sát khả năng phân hủy chất màu trong dung dịch nước dâu của bột nano TiO2 dưới điều kiện chiếu sáng bằng tia cực tím .3 Khả năng phân hủy MB, chất màu trong nước dâu và chất màu trong dung dịch rượu vang đỏ trên vải bông phủ TiO2 dưới điều kiện chiếu sáng bằng tia UV.3 Khả năng tự làm sạch của vải dựa trên tính kị nước của bề mặt phủ TiO2 (ISO 27448:2009).4 Độ bền kéo đứt – Độ giãn đứt của của vải bông (TCVN 1754-1986).5 Độ thoáng khí của vải (TCVN- 5092- 2009) .6 Kết luận chương 3. 59 KẾT LUẬN CHUNG. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
68 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt MB METHYLENE BLUE Xanh methylen DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Ứng dụng vải bông tự làm sạch .2 Những giọt nước lăn dài trên bề mặt lá sen và cuốn đi những hạt bụi bẩn, thể hiện hiệu quả tự làm sạch đặc biệt.3 Hình ảnh mô phỏng của nhú tế bào phân bố trên mặt lá sen - Các hạt ô nhiễm bám vào bề mặt của giọt và được loại bỏ khỏi lá khi giọt lăn ra.4 Góc tiếp xúc của bề mặt ưa nước, kị nước và siêu kị nước .5 Minh họa trạng thái “Hiệu ứng hoa sen” .6 Minh họa về việc làm sạch bằng giọt nước trên bề mặt nhẵn và bề mặt có cấu trúc phân cấp. Trên bề mặt nhẵn, các hạt bụt bẩn chủ yếu chỉ được bố trí lại bởi nước (a), trong khi chúng bám vào bề mặt của các giọt nước và được lấy đi khỏi bề mặt phân cấp (b) [10] .7 Năng lượng vùng cấm của một số chất bán dẫn .8 Ảnh hưởng của diện tích hiệu dụng bề mặt lên hoạt động quang xúc tác .9 Cấu trúc của tinh thể TiO2: (a) rutile; (b) anatase và (c) brookite [40].10 Sơ đồ minh họa các quá trình xảy ra khi quang hóa TiO2 tinh khiết bằng tia UV .11 Mô phỏng quá trình tự làm sạch chất bẩn trên vải dựa vào cơ chế xúc tác quang .1 Dụng cụ lấy và chứa mẫu.2 Cân phân tích.3 Bộ cối chày sứ .4 Cốc nung sứ.5 Tủ hút khí độc .8 Máy rung siêu âm.10 Đầu lọc mẫu .11 Cuvette thạch anh.12 Sơ đồ tổng hợp TiO2 theo phương pháp sol-gel .13 Sơ đồ minh họa phương pháp chuẩn bị vải bông tự làm sạch .15 Thiết bị Avatest UV-Vis .16 Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ .17 Nhiễu xạ bột [53] .18 thiết bị Máy phổ quang tia X (XPS) .19 Kính hiển vi điện tử quét môi trường E-SEM kết hợp EDX .20 Sơ đồ nguyên lý của hệ ghi nhận tín hiệu phổ EDX trong TEM.21 Mô phỏng thiết lập chiếu xạ bằng đèn cực tím.22 Hệ màu Lab.23 Thiết bị Ci4200 .24 Hệ thống đo góc tiếp xúc .25 Góc tiếp xúc của bề mặt ưa nước, kị nước và siêu kị nước .26 Tenso Lab 3 2512A – Mesdan, Italy.27 MOZIA Air Permeability Tester. Kết quả XRD của mẫu vải bông phủ TiO2 .2 Hình ảnh SEM của bột TiO2 với độ phóng đại 10000 lần .3 Hình ảnh SEM của vải bông phủ TiO2 với độ phóng đại (a) 500 lần và (b) 5000 lần.4 Kết quả phân tích mẫu EDS của vải bông phủ TiO2 .5 Khả năng hấp phụ MB và chất màu của rượu vang đỏ trong bóng tối theo thời gian .6 Kết quả hấp phụ (a) MB và (b) chất màu trong rượu vang đỏ của TiO2 .7 Biểu đồ chuyển hóa nồng độ MB với đèn UV dưới tác dụng của xúc tác TiO2 .8 Biểu đồ chuyển hóa nồng độ chất màu trong rượu vang đỏ với đèn UV, xúc tác TiO2 .9 Hình chuyển hóa nồng độ chất màu trong nước dâu với đèn UV, xúc tác TiO2. Ảnh chụp sự biến đổi màu sắc của MB trên vải bông phủ TiO2.
Ảnh chụp sự biến đổi màu sắc của nước dâu trên vải bông phủ Cu- TiO2. Ảnh chụp sự biến đổi màu sắc của rượu vang trên vải bông phủ TiO2. Kết quả đo góc nước của vải bông (73o), vải bông phủ TiO2 (153o- 154o). Quy trình đẩy vết bẩn ra khỏi bề mặt của vải bông phủ TiO2 đối với (a-c) dung dịch MB 10 ppm và (d-f) rượu vang đỏ 5 %.
58 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Đặc điểm vật liệu phủ bề mặt tạo lớp phủ kị nước và ứng dụng.2 Bảng phân chia các bức xạ sóng điện từ/ánh sáng [32].3 Đặc tính cấu trúc của của TiO2 [41].4 Thế oxy hoá của một số tác nhân oxy hoá.1 Các hóa chất sử dụng .2 Các vật liệu sử dụng .1 Bảng thông số đo màu các mẫu vải bông phủ TiO2 đối với chất màu MB.2 Bảng thông số đo màu các mẫu vải bông phủ TiO2 đối với nước dâu .3 Bảng thông số đo màu các mẫu vải bông phủ TiO2 đối với rượu vang 56 Bảng 3. Bảng thông số Độ bền kéo đứt và Độ giãn đứt của các mẫu vải.5 Bảng thông số độ thoáng khí của các mẫu vải .1 Giới thiệu chung Công nghệ tự làm sạch có thể hiểu là bề mặt vật liệu có khả năng tự loại bỏ hoặc phân hủy các vết bẩn mà không sử dụng hóa chất hay tác động vật lý. Nguồn gốc Thí nghiệm đầu tiên của một bề mặt tự làm sạch được tạo ra vào năm 1995 [2] một màng titan đioxit (TiO2) trong suốt đã được tạo ra và sử dụng để phủ lên kính giúp cung cấp khả năng tự làm sạch cho kính. Ứng dụng thương mại đầu tiên của bề mặt tự làm sạch này, được phát triển bởi Pilkington Glass vào năm 2001.
Kể từ khi tạo ra thủy tinh tự làm sạch, titan đioxit cũng đã được nghiên cứu ở dạng các hạt nano có thể được đưa vào các bề mặt vật liệu khác để cho phép chúng tự làm sạch [3]. Ứng dụng Nghiên cứu liên quan đến bề mặt tự làm sạch trên vải đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong cộng đồng khoa học do các ứng dụng tiềm năng của chúng trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày [4]. Ví dụ, nó rất hữu ích cho các sản phẩm dệt có nguy cơ bị bẩn bởi các chất như bồ hóng, dầu, chất bôi trơn hoặc những thứ không có khả năng giặt do kích thước lớn hoặc nhạy cảm với chất tẩy rửa (ô, dù che, mái che, lán trại, rèm, mành, rèm cuốn, hoặc che nắng bên ngoài) [5]. Các loại vải dệt tự làm sạch cũng hứa hẹn cho quân đội rất nhiều các ứng dụng, giảm thời gian để giặt trong những điều kiện khắc nghiệt [6].
Vải bông tự làm sạch có tiềm năng ứng dụng phổ biến vào cuộc sống như quần áo hàng ngày, trang phục chống nắng, chăn ga, mền, gối, trong đồ trang trí nội thất, vải bọc đồ gỗ và nội thất ô tô, vải dùng trong nhà bếp, khăn mặt; trong lĩnh vực y tế dùng làm khăn trải giường và khăn che phẫu thuật v.1 Ứng dụng vải bông tự làm sạch 1.2 Các phương pháp tự làm sạch trên vải Hiện nay, có hai khái niệm được sử dụng trong việc xử lý hoàn tất hàng dệt may tự làm sạch [7]. Khái niệm thứ nhất, Physical self-cleaning – phương pháp 1 tự làm sạch vật lý: dựa trên phương pháp siêu kị nước trong đó các giọt nước đạt được hình dạng hình cầu và sau đó chúng lăn khỏi bề mặt mang đi các hạt bụi bẩn [8]. Khái niệm thứ hai, Chemical self-cleaning - tự làm sạch bằng hóa chất: dựa trên quá trình xúc tác quang trong đó các phân tử chất bẩn / vết bẩn bị phá vỡ trở thành các hợp chất đơn giản hơn (như CO2 và nước) khi tiếp xúc với ánh sáng [9].1 Phương pháp tự làm sạch vật lý Lá sen có thể được coi là nguồn cảm hứng từ thiên nhiên về cấu trúc bề mặt vật liệu với khả năng tự làm sạch. Nó dựa vào tính siêu kị nước để loại bỏ bùn hoặc chất bẩn bằng nước mưa.
Mặc dù được phát hiện từ năm 1970, Barthlott và nhóm của ông vào những năm 1990 mới xác định được nguyên lý cho đặc tính tự làm sạch và đặt tên cho nó là “Hiệu ứng Hoa sen” [10]. Nó dựa trên các tính chất cụ thể của bề mặt siêu kị nước có cấu trúc vi mô và nano giúp tạo ra góc tiếp xúc cực cao cho phép các giọt nước lăn ra ở độ nghiêng nhỏ, làm như vậy, nước có thể lấy hết các chất bẩn bám dính và loại bỏ chúng, để lại một bề mặt sạch và khô.2 Những giọt nước lăn dài trên bề mặt lá sen và cuốn đi những hạt bụi bẩn, thể hiện hiệu quả tự làm sạch đặc biệt Nghiên cứu chỉ ra rằng các cấu trúc micromet và lớp sáp thượng bì trên bề mặt lá sen đóng vai trò quan trọng trong tính siêu kị nước, tức là, góc tiếp xúc với nước cao (~ 160 °) và góc trượt thấp (~ 2 °), được định nghĩa là "Hiệu ứng hoa sen" [10]. Năm 2002, Jiang et al. đã báo cáo các cấu trúc nano dạng nhánh nhỏ với đường kính xấp xỉ 120 nm, làm tăng đáng kể độ nhám của bề mặt bông sen và ngăn chặn hiệu quả sự gắn kết của các giọt nước [11].
Khi các giọt nước lăn trên bề mặt lá, các hạt bụi bẩn sẽ dính vào giọt nước và bị mang đi.3 Hình ảnh mô phỏng của nhú tế bào phân bố trên mặt lá sen - Các hạt ô nhiễm bám vào bề mặt của giọt và được loại bỏ khỏi lá khi giọt lăn ra. Góc tiếp xúc giữa bề mặt chất lỏng và bề mặt vật liệu rắn Bề mặt của các loại vật liệu rắn đều có tính kị nước ở một mức độ nào đó. Mức độ kị nước được phản ánh qua góc tiếp xúc của giọt nước với bề mặt, gọi tắt là góc tiếp xúc nước (CA – contact angle), ký hiệu θ.