Nghiên Cứu Điều Chế Vật Liệu Ce-SBA-15 Từ Tro Trấu Và Khảo Sát Ứng Dụng Quang Xúc Tác

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu điều chế vật liệu ce sba 15 từ tro trấu và khảo sát ứng dụng quang xúc tác, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Nguyễn Bình
• Người hướng dẫn: TS. Phan Thị Hoàng Oanh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP. HCM
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Chế Vật Liệu Ce-SBA-15 Từ Tro Trấu Và Khảo Sát Ứng Dụng Quang Xúc Tác
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Vật Liệu Ce SBA 15 từ Tro Trấu Tổng Quan Nghiên Cứu

Sự bùng nổ dân số và quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng tạo áp lực lớn lên môi trường tại Việt Nam. Nguồn cung cấp nước phong phú và bền vững bị đe dọa bởi các nguồn ô nhiễm mới, đặc biệt là ô nhiễm hữu cơ. Các chất thải hữu cơ chứa các hợp chất khó phân hủy như benzen, thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng, thuốc diệt cỏ, hóa chất công nghiệp, thuốc dệt nhuộm. Gần đây, việc sử dụng phản ứng quang xúc tác của các chất bán dẫn như TiO2, ZnO, CdS và Fe2O3 cấu trúc vật liệu nano để tạo các gốc tự do oxy hóa mạnh nhằm phân hủy các chất bẩn hữu cơ đang thu hút sự quan tâm lớn. Nghiên cứu này tập trung vào vật liệu Ce-SBA-15 điều chế từ tro trấu và ứng dụng của nó trong quang xúc tác.

1.1. Giới thiệu chung về vật liệu Ce SBA 15

Vật liệu Ce-SBA-15 là một composite kết hợp giữa cerium oxit (CeO2) và khung silica SBA-15. Silica SBA-15 là một vật liệu mesoporous (có kích thước lỗ xốp trung bình) với diện tích bề mặt lớn và độ xốp cao. Việc đưa cerium oxit vào khung SBA-15 tạo ra một vật liệu có tiềm năng ứng dụng lớn trong các lĩnh vực như quang xúc tác, hấp phụ và cảm biến. Cerium oxit đóng vai trò là tâm hoạt động quang xúc tác, trong khi silica SBA-15 cung cấp diện tích bề mặt lớn và hỗ trợ phân tán cerium oxit, tăng cường khả năng tiếp xúc với chất ô nhiễm.

1.2. Vai trò của tro trấu trong tổng hợp vật liệu

Ở Việt Nam, lượng vỏ trấu thải ra từ quá trình xay xát lúa rất lớn. Sau khi đốt, tro trấu chứa 80-90% SiO2 vô định hình, có hoạt tính hóa học cao. Do đó, việc sử dụng tro trấu làm nguồn silic để tổng hợp silica SBA-15 rất có ý nghĩa về mặt kinh tế, giảm chi phí sản xuất vật liệu. Thay vì sử dụng các hợp chất cơ-silic đắt tiền, tro trấu là nguồn tài nguyên tái tạo, góp phần vào kinh tế tuần hoàn và giảm thiểu chất thải nông nghiệp. Điều này cũng giúp tạo ra vật liệu thân thiện môi trường.

II. Thách Thức Ô Nhiễm Vật Liệu Ce SBA 15 Giải Quyết Ra Sao

Ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước bởi các chất hữu cơ độc hại, là một vấn đề cấp bách. Các chất thải công nghiệp, thuốc nhuộm, dược phẩm và các hợp chất khó phân hủy khác gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm này. Việc phát triển các vật liệu và phương pháp xử lý nước thải hiệu quả, bền vững và kinh tế là vô cùng quan trọng. Ce-SBA-15 với khả năng quang xúc tác hứa hẹn là một giải pháp tiềm năng để xử lý nước thải ô nhiễm.

2.1. Tác động của ô nhiễm hữu cơ đến môi trường

Ô nhiễm hữu cơ gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Các chất hữu cơ khi phân hủy có thể làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước, gây ảnh hưởng đến các sinh vật thủy sinh. Nhiều chất hữu cơ là các chất độc hại, có thể gây ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt và gây ra các bệnh nguy hiểm cho con người. Ngoài ra, một số chất hữu cơ có thể tích tụ trong chuỗi thức ăn, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của các loài động vật hoang dã. Cần có những giải pháp xử lý hiệu quả để giảm thiểu tác động của ô nhiễm hữu cơ.

2.2. Ưu điểm của phương pháp quang xúc tác so với phương pháp khác

Phương pháp quang xúc tác có nhiều ưu điểm so với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống. Quang xúc tác có thể phân hủy các chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại như CO2 và H2O. Quá trình quang xúc tác có thể diễn ra ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, tiết kiệm năng lượng. Vật liệu quang xúc tác có thể được tái sử dụng, giảm chi phí xử lý. Đặc biệt, quang xúc tác có khả năng xử lý các chất ô nhiễm khó phân hủy mà các phương pháp truyền thống không thể xử lý được.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Ce SBA 15 Từ Tro Trấu Hướng Dẫn Chi Tiết

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp vật liệu Ce-SBA-15 từ nguồn silic trong tro trấu thông qua một quy trình tẩm ướt đơn giản. Đầu tiên, silica SBA-15 được tổng hợp từ tro trấu bằng phương pháp kiềm hóa và kết tủa. Sau đó, silica SBA-15 được tẩm với dung dịch muối cerium (Ce(NO3)3) với các tỉ lệ khác nhau. Quá trình nung ở nhiệt độ cao giúp hình thành cấu trúc CeO2 trên bề mặt silica SBA-15. Các phương pháp phân tích hóa lý như XRD, TEM, BET, UV-Vis DRS được sử dụng để xác định đặc tính vật liệu.

3.1. Quy trình tổng hợp silica SBA 15 từ tro trấu

Quy trình tổng hợp silica SBA-15 từ tro trấu bao gồm các bước sau: Đầu tiên, tro trấu được xử lý bằng dung dịch kiềm mạnh (ví dụ NaOH) để hòa tan silic. Sau đó, dung dịch silic được kết tủa bằng axit (ví dụ HCl) để tạo thành gel silica. Gel silica được lão hóa và nung ở nhiệt độ cao để loại bỏ nước và các tạp chất hữu cơ, tạo thành silica SBA-15 có cấu trúc mesoporous.

3.2. Phương pháp tẩm ướt Ce lên nền SBA 15

Phương pháp tẩm ướt được sử dụng để đưa cerium lên nền silica SBA-15. Silica SBA-15 được tẩm với dung dịch muối cerium (Ce(NO3)3) trong dung môi nước hoặc etanol. Sau khi tẩm, vật liệu được sấy khô và nung ở nhiệt độ cao. Quá trình nung giúp phân hủy muối cerium và hình thành CeO2 trên bề mặt silica SBA-15. Tỉ lệ cerium so với silica SBA-15 có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa hoạt tính quang xúc tác.

IV. Ứng Dụng Quang Xúc Tác Phân Hủy Methylene Xanh Bằng Ce SBA 15

Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Ce-SBA-15 được khảo sát thông qua phản ứng phân hủy methylene xanh (MB) trong nước dưới ánh sáng UV. Kết quả cho thấy vật liệu Ce-SBA-15 có khả năng phân hủy MB hiệu quả. Hiệu suất phân hủy phụ thuộc vào tỉ lệ cerium trong vật liệu, cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng. Cơ chế quang xúc tác của Ce-SBA-15 liên quan đến sự hấp thụ ánh sáng, tạo thành các cặp electron-hole pair, và oxy hóa các chất ô nhiễm.

4.1. Cơ chế phản ứng quang xúc tác của Ce SBA 15

Khi vật liệu Ce-SBA-15 hấp thụ ánh sáng có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm, các electron bị kích thích từ vùng hóa trị lên vùng dẫn điện, tạo thành các cặp electron-hole pair. Các electron trong vùng dẫn điện có thể phản ứng với oxy hòa tan trong nước, tạo thành các gốc superoxit (O2-). Các lỗ trống (hole) trong vùng hóa trị có thể phản ứng với nước, tạo thành các gốc hydroxyl (*OH). Các gốc superoxit và gốc hydroxyl là các chất oxy hóa mạnh, có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ thành CO2 và H2O.

4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác

Hiệu suất quang xúc tác của Ce-SBA-15 phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: Tỉ lệ cerium trong vật liệu: tỉ lệ cerium tối ưu giúp tăng cường sự hấp thụ ánh sáng và tạo ra nhiều cặp electron-hole pair. Diện tích bề mặt và độ xốp của vật liệu: diện tích bề mặt lớn và độ xốp cao giúp tăng cường khả năng tiếp xúc giữa vật liệu và chất ô nhiễm. Cường độ ánh sáng: cường độ ánh sáng cao cung cấp nhiều năng lượng hơn cho quá trình quang xúc tác. Thời gian chiếu sáng: thời gian chiếu sáng dài cho phép quá trình phân hủy chất ô nhiễm diễn ra hoàn toàn.

V. Đánh Giá Vật Liệu Ce SBA 15 Kết Quả Nghiên Cứu Và Phân Tích

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu Ce-SBA-15 tổng hợp từ tro trấu có cấu trúc mesoporous đặc trưng của silica SBA-15 và sự phân tán tốt của CeO2 trên bề mặt. Phân tích XRD và TEM xác nhận sự tồn tại của CeO2 trong vật liệu. Đo BET cho thấy vật liệu có diện tích bề mặt lớn và thể tích lỗ xốp cao. Phổ UV-Vis DRS cho thấy vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng UV. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu được chứng minh thông qua phản ứng phân hủy methylene xanh.

5.1. Phân tích cấu trúc và tính chất vật lý của Ce SBA 15

Các phương pháp phân tích như XRD, TEM, BET và UV-Vis DRS được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất vật lý của vật liệu Ce-SBA-15. Phân tích XRD giúp xác định cấu trúc tinh thể của CeO2 và sự hình thành của silica SBA-15. Ảnh TEM cung cấp thông tin về hình thái và sự phân bố của CeO2 trên bề mặt silica SBA-15. Đo BET giúp xác định diện tích bề mặt, thể tích lỗ xốp và kích thước lỗ xốp của vật liệu. Phổ UV-Vis DRS giúp xác định khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu.

5.2. So sánh hiệu suất quang xúc tác với các vật liệu khác

Hiệu suất quang xúc tác của Ce-SBA-15 được so sánh với các vật liệu quang xúc tác khác đã được báo cáo trong các nghiên cứu trước đây. So sánh này giúp đánh giá tiềm năng ứng dụng của Ce-SBA-15 trong xử lý nước thải. Các yếu tố như cấu trúc vật liệu, tỉ lệ cerium, diện tích bề mặt, độ xốp và điều kiện phản ứng (cường độ ánh sáng, thời gian chiếu sáng) được xem xét trong quá trình so sánh.

VI. Tương Lai Vật Liệu Ce SBA 15 và Ứng Dụng Rộng Hơn

Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi của vật liệu Ce-SBA-15 tổng hợp từ tro trấu trong lĩnh vực quang xúc tác và xử lý ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng tro trấu làm nguồn silic giúp giảm chi phí sản xuất và góp phần vào kinh tế tuần hoàn. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng, tối ưu hóa vật liệu và mở rộng ứng dụng sang các chất ô nhiễm khác là cần thiết để khai thác tối đa tiềm năng của Ce-SBA-15.

6.1. Hướng phát triển vật liệu Ce SBA 15 trong tương lai

Hướng phát triển trong tương lai của vật liệu Ce-SBA-15 bao gồm: Tối ưu hóa quy trình tổng hợp để tăng hiệu suất quang xúc tác. Nghiên cứu cơ chế phản ứng chi tiết hơn để hiểu rõ hơn về quá trình phân hủy chất ô nhiễm. Phát triển các vật liệu Ce-SBA-15 biến tính để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng ánh sáng nhìn thấy. Ứng dụng vật liệu trong việc diệt khuẩn và xử lý các chất ô nhiễm khác.

6.2. Đóng góp vào mục tiêu phát triển bền vững

Nghiên cứu về vật liệu Ce-SBA-15 từ tro trấu đóng góp vào mục tiêu phát triển bền vững thông qua việc: Sử dụng rơm rạ và tro trấu – nguồn tài nguyên tái tạo, giảm thiểu chất thải nông nghiệp. Phát triển các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường hiệu quả và bền vững. Thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và giảm sự phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên không tái tạo. Góp phần bảo vệ sức khỏe con người và hệ sinh thái.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Phần Mở đầu, 3 chương chính văn và phụ lục. Vật liệu mao quản trung bình 1. Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình Trong nhiều thập kỉ qua, các nhà khoa học đã được chứng kiến những công trình lớn và sự phát triển nhanh chóng về tính chất của vật liệu vi mao quản, trong đó nổi bật nhất là vật liệu họ zeolite, trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, do kích thước mao quản nhỏ nên chúng còn có nhiều hạn chế [5]: • Các phân tử có kích thước lớn không khuếch tán được vào bên trong mao quản để tiếp xúc với các tâm hoạt động ở đó, do đó phần bề mặt bên trong không được sử dụng mà bề mặt ngoài chỉ chiếm khoảng 1% tổng diện tích bề mặt; • Không thể đưa các nhóm chức lớn lên thành mao quản nhằm tạo ra tính chất bề mặt mong muốn như quang học, xúc tác, hấp phụ… Vì vậy để tăng cường hơn nữa khả năng ứng dụng của vật liệu mao quản, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm tăng kích thước mao quản.1 trình bày sự phát triển của vật liệu mao quản theo thời gian.

Theo IUPAC, vật liệu vô cơ rắn chứa các mao quản có đường kính trong khoảng 2 - 50 nm được gọi là vật liệu mao quản trung bình (MQTB) [12]. Vi mao quản Mao quản trung bình Mao quản lớn Năm 1960: zeolite Năm 1990: M41S, Vật liệu xốp (ZSM5, Y) SBA Hình 1. Phân loại vật liệu mao quản theo IUPAC 4 Những nghiên cứu đầu tiên là thay đổi cấu trúc vi mao quản thành mao quản trung bình. Ví dụ như phương pháp dựng khung (Hình 1.2): quá trình dựng khung của bentonite, vật liệu này được trao đổi cation Na+ bằng cation Ca2+ có kích thước lớn hơn; do đó khi thay thế nó sẽ làm tăng khoảng cách giữa các lớp của vật liệu, tuy nhiên phương pháp này thực hiện rất khó khăn và đạt được thành công hạn chế.

Sơ đồ phương pháp dựng khung từ khoáng bentonite Cho đến những năm 1991-1992, các nhà khoa học hãng Mobil đã phát minh ra phương pháp tổng hợp trực tiếp vật liệu MQTB đầu tiên, ký hiệu là M41S [12]. Họ vật liệu này có kích thước mao quản đồng đều và đường kính mao quản dao động trong khoảng 20 – 100 Å. Tùy theo điều kiện tổng hợp như: bản chất của chất hoạt động bề mặt, bản chất của chất phản ứng, nhiệt độ tổng hợp, giá trị pH,. mà kích thước và cấu trúc mao quản được hình thành khác nhau như cấu trúc lục lăng (MCM-41), cấu trúc lập phương (MCM-48), cấu trúc lớp (MCM-50).

Năm 1998, Zhao và các cộng sự đã cho ra đời họ vật liệu MQTB mới ký hiệu là SBA (Santa Barbara Amorphous) [27], [28]. Những vật liệu này có độ trật tự cao, kích thước mao quản lớn, có thể lên tới 500 Å. Cấu trúc của SBA phụ thuộc chủ yếu vào 5 loại chất hoạt động bề mặt (HĐBM) được sử dụng và cho đến nay, họ SBA đã có 16 thành viên từ SBA-1 đến SBA-16 (Bảng 1. Một số loại SBA được tổng hợp từ các chất HĐBM khác nhau Loại vật Cấu trúc Chất HĐBM liệu SBA-1 Lập phương (Pm3n) C 16 TEABr Lục lăng - 3D SBA-2 [CH 3 (CH 2 ) 15 N(CH 3 ) 2 (CH 2 ) 3 N(CH 3 ) 3 ]Br 2 (P6 3 /mmc) SBA-11 Lập phương (Pm3m) C 16 EO 10 SBA-14 Lập phương - 2D C 12 EO 4 SBA-15 Lục lăng - 2D (P6mm) EO 20 PO 70 EO 20 SBA-16 Lập phương EO 106 PO 70 EO 106 Trong họ SBA, SBA-15 thu hút được sự quan tâm đặc biệt và được nghiên cứu rộng rãi do có kích thước mao quản lớn, thành mao quản dày, độ bền nhiệt và thuỷ nhiệt cao hơn các nguyên liệu trước, đây là những tính chất quan trọng để ứng dụng làm xúc tác để chuyển hoá các phân tử lớn dưới điều kiện khắc nghiệt trong công nghệ lọc hoá dầu.

Chi tiết về vật liệu này sẽ được chúng tôi đưa ra trong phần sau. Phân loại vật liệu mao quản trung bình Phân loại theo cấu trúc (Hình 1.3): • Cấu trúc lục lăng (hexagonal), ví dụ: MCM-41, SBA-15. • Cấu trúc lập phương (cubic), ví dụ: MCM-48, SBA-16. • Cấu trúc lớp (laminar), ví dụ: MCM-50.

Phân loại theo chất hình thành nên mạng lưới mao quản: • Vật liệu MQTB chứa silic: MCM, SBA và các vật liệu thay thế một phần Si mạng lưới bằng các nguyên tố khác như Ti, Al, Ru,. • Vật liệu MQTB không chứa Si: ZrO 2 , TiO 2. 3 loại cấu trúc thường gặp của vật liệu MQTB 1. Sơ lược về chất tạo cấu trúc Tạo cấu trúc là quá trình các oxit (ví dụ SiO 2 ) tổ chức thành mạng lưới tinh thể xung quanh các cấu trúc trung tâm tạo ra bởi các chất hữu cơ.

Trong trường hợp đơn giản nhất là vật liệu mao quản có cấu trúc tương tự như dạng hình học của phân tử hữu cơ (thường là các muối amin phân tử lượng thấp dùng trong tổng hợp zeolite, ví dụ TPABr để tổng hợp ZSM-5). Trường hợp khác là các phân tử hữu cơ tổ hợp thành các cấu trúc khác nhau (các phân tử hữu cơ này là các chất hoạt động bề mặt có phân tử lượng lớn hình thành nên vật liệu mao quản trung bình) [12], [21]. Hai trường hợp này được minh họa trên Hình 1. Sự hình thành nên mạng lưới vi mao quản sử dụng tác nhân tạo cấu trúc amin bậc bốn có chuỗi alkyl ngắn (a) và sự hình thành mạng lưới vật liệu MQTB sử dụng chất tạo cấu trúc có chuỗi alkyl dài (b).

7 Để đáp ứng vai trò tạo khung, chất tạo cấu trúc phải có một đầu ưa nước và một đầu kị nước vì đa phần các phản ứng tổng hợp vật liệu mao quản trung bình thường tiến hành trong dung môi phân cực là nước (Hình 1. Hình mẫu của một chất tạo cấu trúc 1. Vai trò của chất tạo cấu trúc Chất tạo cấu trúc giữ vai trò phức tạp: • Tổ chức mạng lưới thông qua việc lấp đầy các lỗ xốp, làm cân bằng điện tích; • Tạo nên hình thái cấu trúc cho các kênh mao quản thông qua hình dạng, kích thước, tính chất của chúng, đây là đặc tính quan trọng và cần thiết của chất tạo cấu trúc; • Làm giảm thế hoá học của mạng lưới hình thành nhờ tạo nên các tương tác với các chất vô cơ (liên kết hydro, tương tác tĩnh điện…). Chất tạo cấu trúc trong tổng hợp vật liệu MQTB là các chất hoạt động bề mặt (có một đầu phân cực ưa nước và một đuôi hydrocacbon dài kị nước), chất tạo cấu trúc cần phải thoả mãn các điều kiện sau: • Có khả năng hoà tan tốt trong dung dịch; • Bền dưới các điều kiện tổng hợp; • Có khả năng làm bền mạng lưới mao quản được hình thành; • Tách khỏi vật liệu mà không phá huỷ khung.

Phân loại chất tạo cấu trúc Chất tạo cấu trúc rất đa dạng và được phân loại theo phần tích điện của chúng [12] (Hình 1.6): • Loại cation: thường là các muối amin, ví dụ CTABr (C 16 H 33 (CH 3 ) 3 N+Br-) (Hình 1. 8 • Loại anion: các hợp chất hữu cơ chứa nhóm -SO 3 -, ví dụ muối natri lauryl sunfat (C 12 H 25 OSO 3 -Na+) (Hình 1. • Loại không ion: các alkylpoly(etylen oxyt), ví dụ C 16 H 33 (CH 2 CH 2 O) 20 , hay các copolyme (polyme khối) chứa các chuỗi polyetylen oxyt và polypropylen oxyt như P 123 (m = 20, n=70) (Hình 1. Phân loại chất tạo cấu trúc theo điện tích Trong đó loại chất tạo cấu trúc copolyme không ion thu hút được nhiều sự chú ý hơn cả.

Đây là loại polime mới có tiềm năng ứng dụng cao do giá thành thấp hơn so với các loại khác, khả năng phân hủy sinh học cao và có khả năng tổng hợp vật liệu ngay cả trong môi trường axit hoặc bazơ mạnh và không độc hại. Ngoài ra, khi sử dụng loại copolyme loại này có người ta có thể điều chỉnh được năng lượng hình thành và cấu trúc vật liệu, tổng hợp được vật liệu có thành dày hơn so với cấu trúc cation thông thường, ví dụ vật liệu SBA-15 tổng hợp với việc sử dụng P 123 thường có thành mao quản dày hơn so với vật liệu MCM-41 dùng chất tạo cấu trúc là CTABr [28]. Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình Để tổng hợp vật liệu MQTB cần 3 hợp phần cơ bản sau: • Chất hoạt động bề mặt (HĐBM): đóng vai trò làm tác nhân định hướng cấu trúc; • Nguồn vô cơ: hình thành nên mạng lưới mao quản; • Dung môi (nước cùng với axit hoặc bazơ): thường đóng vai trò chất xúc tác trong quá trình kết tinh. Sơ đồ tổng hợp hình thành vật liệu MQTB Để tổng hợp được vật liệu có tính chất mong muốn thì cần biết được cơ chế của quá trình.

Tuy nhiên, cho đến nay cơ chế hình thành vật liệu MQTB nói chung và SBA-15 nói riêng chưa được sáng tỏ và vẫn là vấn đề thách thức đối với các nhà khoa học. Đã có rất nhiều cơ chế được đưa ra như cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng, cơ chế phối hợp tạo cấu trúc. Các cơ chế này có một điểm chung là đều khẳng định sự tương tác giữa chất hoạt động bề mặt với tiền chất vô cơ trong dung dịch. Dưới đây chúng tôi trình bày một số cơ chế được đề nghị [5], [12], [21]: Hình 1.

Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình 10 • Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng (Liquid Crystal Templating - LCT) (quy trình A – Hình 1.8): Theo cơ chế này, các chất HĐBM ban đầu có dạng mixen ống, thành ống là các đầu ưa nước và đuôi kỵ nước hướng vào trong. Các mixen ống này đóng vai trò làm tác nhân tạo cấu trúc và sắp xếp thành cấu trúc tinh thể lỏng. Sau khi thêm nguồn silic vào dung dịch, các ion chứa silic tương tác với phần phân cực của chất HĐBM tạo ra lớp silicat xung quanh mixen ống, quá trình polyme hoá tạo nên vật liệu oxit silic MQTB. • Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc (quy trình B1- Hình 1.8): Trong một số trường hợp, nồng độ chất HĐBM có thể thấp hơn nồng độ cần thiết để tạo ra cấu trúc tinh thể lỏng hay thậm chí là dạng mixen.

Theo cơ chế này, trước khi thêm nguồn silic vào các phân tử chất HĐBM nằm ở trạng thái cân bằng động giữa mixen ống, mixen cầu và các phân tử chất HĐBM riêng rẽ. Khi thêm nguồn silic, các ion silicat tương tác với đầu phân cực của chất HĐBM và tự sắp xếp tạo thành pha silic. • Cơ chế phù hợp mật độ điện tích (quy trình B2 - Hình 1.