Đề tài Tìm hiểu về Titanium dioxide TiO2

nhiều năng lượng hơn. I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO Phân loại theo hình dáng vật liệu nano: Các loại vật liệu nano 1 chiều: màng mỏng, các lớp, các bề mặt… Các vật liệu nano 2 chiều: dây nano, các ống nano… Các vật liệu nano 3 chiều: các hạt nano, các hạt keo, các chấm lượng tử, các vật liệu dạng tinh thể nano, các đám nano… Ngoài ra còn có các vật liệu có cấu trúc nano hay nanocompozit trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano, hoặc cấu trúc của nó có nano 3 chiều, 1 chiều , 2 chiều đan xen nhau. I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO Các vật liệu nano 1 chiều: Màng nano carbon Màng VO2 I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO Các vật liệu nano 2 chiều: Vụ nổ NanoFanny Béron, Montréal, Canaga Tấm ảnh quét bởi máy hiển vi điện tử có màu sắc được làm nổi bật cho thấy một phần của dây nano CoFeB, được hình thành trong quá trình kết tủa bằng các dòng xung điện trong một khung nhôm mẫu lỗ xốp. Trong quá trình kết tủa điện, một số dây nano tràn ra trên bề mặt khung mẫu, tạo hình ảnh như một vụ nổ. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO Các vật liệu nano 2 chiều: Ống nano carbon (30X) bởi Paul Marshall, Ottawa, Ontario “Cánh rừng” trong ống nano carbon. Màu sắc là kết quả do sử dụng bộ lọc cho các loại màu sắc khác nhau dựa vào chiều cao mẫu. ống nano carbon I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO Các vật liệu nano 3 chiều: Các hạt nano YBaCuO có kích thước từ 100-200 nm mang từ tính. Tinh thể nano. Đây là những chùm tinh thể của các hạt selenua cadmi bé nhỏ (đường kính khoảng 50 nanomét). I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO Nano composite II. SƠ LƯỢC VỀ TIO2 Nano TiO2 là loại vật liệu rất phổ biến hiện nay, được tiêu thụ tới hơn 3 triệu tấn/năm. II. SƠ LƯỢC VỀ TIO2 1.Ưu điểm: Có 2 tính chất đặc biệt: Tính xúc tác quang (là nguyên liệu quang xúc tác trội nhất) Tính siêu thấm ướt II. SƠ LƯỢC VỀ TIO2 2. Ứng dụng: Ứd rộng rãi trong công nghệ vật liêu,hóa học và thực phẩm Pha chế tạo màu sơn,màu men,mỹ phẩm Hiện tượng quang xúc tác +Chất xúc tác(xúc tác quang hóa) +Pin quang điện phân bán dẫn Hiện tượng quang xúc tác & siêu thấm ướt: +Vật liệu tự làm sạch (gạch lát nền, cửa kính, sơn tường, vải tự làm sạch…) + Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm + Diệt vi khuẩn, virus, nấm mốc + Tiêu diệt các tế bào ung thư Hiện tượng siêu thấm nước: + chống mờ kính xe ô tô dưới trời mưa + sản phẩm sứ vệ sinh, sản phẩm phòng tắm , nhà bếp + chế tạo vật liệu khô siêu nhanh làm việc trong điều kiện ẩm ướt Hấp thụ tia tử ngoại  Làm vật liệu chống tia tử ngoại III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ Rutile Brookite Anatse III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ Đều thuộc hệ tinh thể Tetragonal. Trong tinh thể anatase: Khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn, khoảng cách Ti-O dài hơn so với rutile III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ Đa diện phối trí : III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ Thông số vật lý của anatase và rutile III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ Đều thuộc hệ tinh thể Tetragonal. Anatase khi bị tác động của nhiệt độ cao (9150C) chuyển thành Rutile. Tinh thể anatase thường có màu nâu sẫm,màu vàng hoặc xanh, có độ sáng bóng như tinh thể kim loại,rất dễ bị rỗ bề mặt, các vết xước có màu trắng,anatase được tìm thấy trong các khoáng cùng với rutile, brookite, quarzt, feldspars, apatite, hematite, chlorite, micas, calcite... Chỉ có dạng Anatase thể hiện tính hoạt động nhất dưới sự có mặt của ánh sáng mặt trời. Đó là do sự khác biệt về cấu trúc vùng năng lượng của Anatase so với Rutile, dẫn đến một số tính chất đặc biệt của Anatase. TiO2 dạng anatase trong quặng bauxide III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: a/ Định nghĩa: Xúc tác quang hóa là xúc tác nếu được kích hoạt bởi nhân tố ánh sáng thích hợp thì sẽ giúp phản ứng xảy ra. VD: CH3CHO + 5/2 O2 2CO2 + 2H2O ( =0.0001mmol/(l.h.cm2) b)Cơ chế xúc tác quang dị thể : Được tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng. TiO2 được dùng làm xúc tác quang dị thể vì thỏa 2 đk sau: Có hoạt tính quang hóa  Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng cực tím hoặc nhìn thấy. IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: b)Cơ chế xúc tác quang dị thể Điểm khác biệt: PỨ xúc tác dị thể truyền thống : xúc tác được hoạt hóa bởi nhiệt, 5 giai đoạn PƯ xúc tác quang hóa :xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp thụ ánh sáng,6 giai đoạn: Có thêm gđ hấp thụ photon ánh sáng , p.tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích electron Giai đoạn pứ quang hóa chia làm 2 gđ nhỏ: PỨ quang hóa sơ cấp: các phân tử chất bán dẫn bị kích thích tham gia trực tiếp vào pứ với các chất bị hấp phụ. PỨ quang hóa thứ cấp (gđ pứ “tối” hay pứ nhiệt):pứ của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp. IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn ĐK: NL photon ánh sáng(hv) >= NL vùng cấm (Eg) SC : bề mặt xúc tác bán dẫn (TiO2) IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: b)Cơ chế xúc tác quang dị thể Khi chiếu ánh sáng có năng lượng photon (hv) thích hợp năng lượng vùng cấm (Eg) lên bề mặt xúc tác bán dẫn (SC) thì sẽ tạo các cặp điện tử(e-) – lỗ trống (h+) →Các e- chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ trống ở lại vùng hoá trị : hv + SC → e- + h+ Các phân tử chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt xúc tác gồm 2 loại: Các phân tử có khả năng nhận e (Acceptor) Các phân tử có khả năng cho e (Donor) Quang electron ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận electron (A) ,quá trình khử xảy ra: A(ads) + e- → A- (ads) IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: b)Cơ chế xúc tác quang dị thể Lỗ trống chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng cho electron (D),thực hiện phản ứng oxh : D(ads) + h+ → D+ (ads) Các ion A-(ads) và D+(ads) sau khi được hình thành sẽ phản ứng với nhau qua một chuỗi các phản ứng trung gian và sau đó cho sản phẩm cuối cùng . Trong quá trình xúc tác quang, electron và lỗ trống có thể tái kết hợp làm hiệu suất lượng tử giảm và giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ hoặc nhiệt Thông thường Ag là kim loại được lựa chọn để tạo nên bẫy điện tích làm giảm tốc độ tái kết hợp điện tử và lỗ trống, tăng hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác TiO2 IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: c)Cơ chế xúc tác quang của TiO2 dạng Anatase: Khi xúc tác được hoạt hóa bởi ánh sáng thích hợp  xảy ra sự chuyển điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: c)Cơ chế xúc tác quang của TiO2 dạng Anatase: Tại vùng hóa trị có sự hình thành các gốc OH* và RX+: Tại vùng dẫn có sự hình thành các gốc O2-, HO2*: IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: c)Cơ chế xúc tác quang của TiO2 dạng Anatase: IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: d) So sánh hoạt tính xúc tác của Anatase và Rutile: TiO2 ở dạng Anatase có hoạt tính quang hóa cao hơn hẳn các dạng tinh thể khác Mặc dù Rutile có thể hấp thụ cả tia tử ngoại và những tia gần với ánh sáng nhìn thấy, còn Anatase chỉ hấp thụ được tia tử ngoại nhưng khả năng xúc tác của Anatase nói chung cao hơn Rutile. Vùng hóa trị của Anatase và Rutile trên giản đồ xấp xỉ nhau và cũng rất dương chúng đều có khả năng oxh mạnh (các lỗ trống ở vùng hóa trị oxh H2O thành OH*,hay một số gốc hữu cơ thành RX+) Vùng dẫn của Rutile có giá trị gần với thế khử nước thành khí Hidro (thế khử chuẩn 0V) ,trong khi với Anatase thì mức này âm hơn một chút,đồng nghĩa với tính khử mạnh hơn  Anatase có khả năng khử O2 thành O2- (còn Rutile thì không)  Vùng dẫn của Anatase có sự hình thành các gốc O2- ,HO2* IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: Nguyên nhân IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: d) So sánh hoạt tính xúc tác của Anatase và Rutile: Vì vậy, Anatase có khả năng nhận đồng thời oxy và hơi nước từ không khí, cùng với ánh sáng tử ngoại giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ:Tinh thể Anatase dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại đóng vai trò như 1 cầu nối trung chuyển điện tử từ H2O sang O2, chuyển 2 chất này thành dạng O2- và OH*, là 2 dạng có hoạt tính oxh cao có khả năng phân hủy các chất hữu cơ thành H2O và CO2 Tuy nhiên, sự so sánh này cũng không thật chính xác vì 2 dạng TiO2 trên có bandgap khác nhau và được tạo thành từ các điều kiện cũng khác nhau,nhất là về nhiệt độ.Vì thế,ta phải xét trong từng phản ứng cụ thể mới có thể đánh giá được hoạt tính xúc tác, trong đó thành phần pha là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: e)Ứng dụng của xúc tác quang hóa TiO2 trong pin quang điện phân bán dẫn: PỨ tách H2 và O2 từ H2O H2O  H2 + ½ O2 Lý thuyết: Nước trong suốt với ánh sáng nhìn thấy  không thể phân huỷ nước nhờ các bức xạ đơn sắc mà phải nhờ ánh sáng cực tím với 1/2O2 + H2 - Khi sử dụng pin quang điện cực hoá học : khó khăn trong việc xây dựng oxit bán dẫn ở quang điện cực - Khi phân huỷ quang học nước sử dụng chất bán dẫn thay cho các quang điện cực : chi phí xây dựng thấp, khả năng bền hoá dưới ánh sáng, diện tích bề mặt lớn IV. TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TIO2 Ở DẠNG ANATASE: e)Ứng dụng của xúc tác quang hóa TiO2 trong pin quang điện phân bán dẫn: V. HIỆN TƯỢNG SIÊU THẤM ƯỚT CỦA TIO2 f). Cơ chế siêu ưa nước: Màng TiO2 được kích thích bởi ánh sáng có TiO2( e- + h+) Chúng di chuyển tới bề mặt thực hiện các pứ oxh-khử: +Vùng dẫn:Ti4+ khử về Ti3+ +Vùng hoá trị:O2- của TiO2 bị oxh thành O2 tự do V. HIỆN TƯỢNG SIÊU THẤM ƯỚT CỦA TIO2 Khi tạo 1 màng mỏng TiO2 ở pha Anatase với kích cỡ nanomet trên 1 lớp đế SiO2 phủ trên 1 tấm kính thì các hạt nước tồn tại trên bề mặt với góc thấm ướt chừng 20-400 Nếu chiếu ánh sáng tử ngoại lên bề mặt tấm kính có màng TiO2 đó thì góc thấm ướt giảm dần (có thể gần 0 độ) →nước trải rộng ra trên bề mặt thành 1 màng mỏng tạo nên hiện tương siêu thấm ướt của TiO2 V. HIỆN TƯỢNG SIÊU THẤM ƯỚT CỦA TIO2 V. HIỆN TƯỢNG SIÊU THẤM ƯỚT CỦA TIO2 V. HIỆN TƯỢNG SIÊU THẤM ƯỚT CỦA TIO2 Giải thích: Cứ 4 phân tử TiO2 trên bề mặt giải phóng 1 phân tử O2, hình thành trên đó một mạng lưới các lỗ trống. Khi có nước, các phân tử nước nhanh chóng chiếm chỗ các lỗ trống, mỗi phân tử chiếm 1 lỗ trống bằng chính nguyên tử oxy của nó và quay 2 nguyên tử Hidro ra ngoài → bề mặt lúc này hình thành một mạng lưới Hidro . Nhờ lực liên kết Hidro giữa lớp “ion Hidro bề mặt” và các “ion oxy” của nước mà giọt nước được kéo mỏng ra, tạo nên hiện tượng siêu thấm ướt V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Có 2 phương pháp chính : Phương pháp axit sulfuric Phương pháp clo hóa Ngoài ra ,còn có qui trình sản xuất TiO2 bằng axit HCl đậm đặc của công ty Altair của Mỹ và phương pháp dùng amoni florua để flo hóa quặng ilmenite Phương pháp axit sulfuric:Có 4 giai đoạn : 1. Phân hủy 2.Tách Fe ra khỏi dung dịch 3.Thủy phân : tạo ra axit mêtatitanic 4. Nung H2TiO3 V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp axit sulfuric: 1. Phân hủy: dùng H2SO4 để phân hủy tinh quặng ilmenite sẽ xảy ra những phản ứng: FeTiO3 + 3H2SO4 = Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2OFeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O Lúc đầu người ta chỉ cần nung lên 1250C-1350C,sau đó nhiệt độ sẽ tự nâng lên (nhờ nhiệt của phản ứng ) đến 1800C-2000C V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp axit sulfuric: 2.Tách Fe ra khỏi dung dịch : để làm sạch dung dịch khỏi phần lớn tạp chất sắt,người ta dùng phôi sắt hoàn nguyên Fe3+ đến Fe2+ và sau đó kết tinh cuporos sắt FeSO4.7H2O (lợi dụng tính giảm độ hòa tan của nó để làm sạch dung dịch). Sau khi kết tinh ta được dung dịch chứa TiO2, H2SO4 hoạt tính , sulfat sắt và các tạp chất Al,Mg,Mn.. V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp axit sulfuric: 3.Thủy phân : tạo ra axit mêtatitanic: TiOSO4 + H2O = H2TiO3 + H2SO4 Thành phần dung dịch và phương pháp tiến hành thủy phân ảnh hưởng đến thành phần và cấu trúc của kết tủa.Có 2 cách tiến hành thủy phân:+ Pha loãng dung dịch.+ Cho thêm mầm tinh thể vào dung dịch: mầm tinh thể được cho vô dưới dạng dung dịch keo của oxit titan ngậm nước . V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp axit sulfuric: 4. Nung H2TiO3 : để tách nước và SO3 khỏi tinh thể TiO2 người ta nung từ 200-3000C (đối với nước) và từ 5000C -9500C (đối với SO3).Khi nung ở nhiệt độ 9500C cho ta TiO2 dạng rutile. V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp axit sulfuric: Ưu điểm: Qui trình sản xuất chỉ dùng 1 loại hóa chất là H2SO4. Có thể dùng nguyên liệu có hàm lượng TiO2 thấp, rẻ tiền. Nhược điểm: Lưu trình phức tạp. Thải ra một lượng lớn sunfat sắt và axit loãng. Khâu xử lý chất thải khá phức tạp và tốn kém. Chi phí đầu tư lớn. V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp axit sulfuric: Phương pháp Clo hóa: Phương pháp này nhận TiO2 từ TiCl4 bằng 3 cách: 1.Thủy phân dung dịch TiCl4 2.Thủy phân trong pha khí 3. Đốt TiCl4 V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp Clo hóa: 1.Thủy phân dung dịch TiCl4: cần chuẩn bị dung dịch nước TiCl4 bằng cách rót TiCl4 vào nước lạnh hoặc axit HCl loãng. TiCl4 + 3H2O = H2TiO3 + 4HCl Sau đó nung H2TiO3 ở 8500C -9000C sẽ thu được TiO2. V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp Clo hóa: 2. Thủy phân trong pha khí:TiCl4 tác dụng với hơi nước ở 3000C-4000C TiCl4 + 2H2O = TiO2 + 4HCl Cho dòng không khí no nước và dòng không khí với hơi TiCl4 đã đun nóng 3000C-4000C vào trong bình.Bình phản ứng cũng đã được nung nóng tới 3000C-4000C.Để tách TiO2 khỏi HCl có thể dùng màng lọc bằng gốm. V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp Clo hóa: 3. Đốt TiCl4: muốn tái sinh Cl2 thì tốt nhất là nhận TiO2 bằng cách đốt TiCl4 với oxy ở nhiệt độ cao. TiCl4 + O2 = TiO2 + 2Cl2 Quá trình này có thể tiến hành liên tục cho 2 dòng khí được đun nóng 10000C-11000C gặp nhau trong bình phản ứng.Bình phản ứng được nung và giữ ở 7500C .Theo ống khí ,các hạt TiO2 (khói) sẽ được lôi vào bộ phận lọc bụi. V. ĐIỀU CHẾ, SẢN XUẤT Phương pháp Clo hóa: Ưu điểm:Lượng chất thải ít hơn Khí clo được thu hồi dùng lại.Sản phẩm trung gian là TiCl4 đã có thể bán để dùng cho ngành sản xuất titan bọt.Thành phẩm được sử dụng rất rộng rãi trong ngành sơn, giấy, plastic, vv.... Nhược điểm:Sản phẩm phụ là clorua sắt ít được sử dụngPhản ứng ở nhiệt độ cao,tốn nhiều năng lượngBình phản ứng phải chọn loại vật liệu có thể chống sự phá hoại của HCl khi có mặt của hơi nước. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Công nghiệp chất màu titan đioxit (TiO2) là động lực chủ yếu của ngành khai thác sa khoáng, tiêu thụ lượng lớn nhất ilmenit và leucoxen (4,77 triệu tấn/ năm), rutil (417 nghìn tấn/ năm) và xỉ titan (2,07 triệu tấn/ năm). Khoảng 94% TiO2 được sản xuất để làm chất màu trắng trong sơn, chất dẻo và giấy. Những thị trường không phải là chất màu đối với TiO2 là làm chất độn chức năng, ắc quy titan và hóa chất VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Millennium Chemicals Hãng sản xuất TiO2 lớn thứ hai trên thế giới, sản xuất TiO2 nano tại Thann (Pháp), đây là trung tâm của chương trình phát triển TiO2 siêu mịn. Hãng đã đầu tư 10 triệu USD để tăng công suất ở Thann lên 200% và đã hoàn thành vào đầu năm 2002. Công suất sản xuất ở Thann là 30.000 tấn TiO2/ năm, trong đó, 10.000 tấn/ năm là TiO2 siêu mịn. Hãng Millennium dự định trở thành người dẫn đầu thế giới về TiO2 siêu mịn để ứng dụng trong quá trình khử xúc tác chọn lọc (SCR DeNOx) và xúc tác Claus (dùng để thu hồi lưu huỳnh), ước tính chiếm 35 - 40% thị trường. Nhà máy mở rộng ở Thann tập trung vào phát triển TiO2 để dùng vào sứ điện tử, quang xúc tác, lớp chắn tia tử ngoại, tiền chất cho chất màu và chất hấp thụ đặc biệt. Hãng Millennium Chemicals Đối với những ứng dụng như sản xuất titanat vô cơ cho bột màu và bột sứ điện tử, thì thích hợp hơn là TiO2 với kích thước hạt cỡ bước sóng ánh sáng. Những sản phẩm chất lượng DT tiêu chuẩn của hãng Millennium là những bột đã được nung và sấy phun. Các sản phẩm DT51 và DT51D được thiết kế đặc biệt cho vật liệu xúc tác. Sản phẩm DT52 có chứa tác nhân chèn WO3 để làm tăng hoạt tính xúc tác. DT58 có độ ổn định nhiệt cao và hoạt tính tốt hơn (rất bền trong khí SO2) nhờ có chèn SiO2 và WO3. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Millennium Chemicals VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Kemira Pigments Vận hành nhà máy chất màu TiO2 ở Pori (Phần Lan), là nhà sản xuất TiO2 lớn thứ bảy trên thế giới. Công suất sản xuất TiO2 đạt 130.000 tấn/năm. Ngoài ra còn sản xuất sản phẩm UV-Titan đạt chất lượng TiO2 trong suốt và siêu mịn, có khả năng bảo vệ đối với bức xạ tử ngoại và có hiệu quả đặc biệt khi kết hợp với chất màu kim loại. Sản phẩm UV-Titan được dùng trong các sản phẩm mỹ phẩm khác nhau, các màng chất dẻo (bao gói thực phẩm, nhà kính) và lớp phủ cho ôtô và gỗ. Những lĩnh vực hãng Kemira tập trung chú ý gồm thị trường đối với TiO2 hoạt động quang hóa trên bề mặt tự làm sạch, nhất là vật liệu xây dựng. Hướng khác là những hệ thống làm sạch không khí, phân hủy dư lượng thuốc trừ sâu, và làm sạch nước thải của công nghiệp sơn hay nước mưa từ các khe suối. TiO2 hoạt động quang hóa chỉ thực sự có tác dụng trong vùng nước nông, ở chỗ bức xạ ánh sáng tới có thể chiếu lên xúc tác. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Kemira Pigments VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Sachtleben Chemie Có cơ sở tại Duisburg, Đức, hãng Sachtleben Chemie vừa kỷ niệm 125 năm thành lập vào năm 2003. Hiện nay hãng đang vận hành nhà máy TiO2 công suất 100.000 tấn/ năm ở Duisburg. Hãng Sachtleben sản xuất hai chủng loại sản phẩm TiO2 chủ yếu, Eusolex dùng trong công thức sản phẩm chống ánh nắng, và Hombitec dùng làm phụ gia trong suốt cho sản phẩm bảo quản gỗ. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Sachtleben Chemie Những hạt TiO2 nano của Hombitec bảo vệ các đồ dùng bằng gỗ có màu sáng khỏi những tác dụng làm hóa đen hay vàng trong rất nhiều ứng dụng khác nhau. Công nghiệp ôtô cũng lợi dụng được những khả năng độc đáo của TiO2 nano. Ví dụ, những hạt cực mịn của Hombitec cho phép đạt được những sắc thái màu mới và hấp dẫn trong sơn và các lớp phủ. Màu sắc luôn thay đổi phụ thuộc vào góc ánh sáng chiếu tới. Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, TiO2 nano Hombikat được dùng làm xúc tác trong các nhà máy phát điện lạnh và trong ôtô có thể phân hủy tối đa các nitơ oxit phát ra từ quá trình cháy nhiên liệu. Cả những phản ứng phân hủy xúc tác quang hóa, ví dụ, trong xử lý nước, cũng như những phản ứng trùng ngưng và đồng phân hóa lựa chọn trong tổng hợp hữu cơ là một phần trong lĩnh vực ứng dụng rộng rãi của xúc tác quang hóa Hombikat UV100. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Altair Technologies Hãng Altair Technologies có cơ sở ở Nevada là một trong những người tiên phong phát triển các hạt nano. Hãng đã đăng ký bằng sáng chế quá trình sản xuất TiO2 kích thước nano vào năm 2002 và đã bắt đầu sản xuất sản phẩm chất màu TiO2 nano. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hãng Altair Technologies Hãng Altair độc quyền ba bằng sáng chế: về TiO2 nano, về chế biến ilmenit thành TiO2 và về thủy phân gắn với quá trình ilmenit. Quá trình ilmenit đã được phát triển trở thành giá thấp hơn và thân môi trường hơn so với những quá trình sunfat và clorua truyền thống. Cải tiến giai đoạn thủy phân phun của quá trình ilmenit của hãng Altair là chìa khóa để phát triển quá trình TiO2 nano. Hiện nay hãng Altair đang phát triển những vật liệu nano đặc biệt, có những ứng dụng tiềm năng trong ngành dược, xử lý môi trường, ắc quy cao cấp, pin nhiên liệu và sơn phun bằng gia nhiệt. Các vật liệu hạt nano đang được sản xuất và bán từ cơ sở sản xuất TiO2 nano công suất 200 tấn/ năm đặt tại Reno, Nevada. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Vật liệu tự làm sạch. Xử lý nước bị ô nhiễm. Xử lý không khí ô nhiễm. Diệt vi khuẩn, vi rút, nấm. Tiêu diệt các tế bào ung thư. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Vật liệu tự làm sạch Bụi bẩn, kính lớp màng chứa tinh thể TiO2 ánh mặt trời chiếu tia cực tím kích thích phản ứng quang hoá trong lớp TiO2, bẻ gẫy các phân tử bụi Khi nước rơi trên mặt kính tạo ra hiệu ứng thấm nước. Nước trải đều ra bề mặt, tạo ra hiệu ứng thấm nước. Nước trải đều ra bề mặt thay vì thành giọt, cuốn theo chất bẩn đi xuống. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Vật liệu tự làm sạch Bề mặt thay đổi dần theo thời gian chiếu tia UV VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Vật liệu tự làm sạch ứng dụng trong bề mặt tự sạch VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Vật liệu tự làm sạch VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm Nhà máy xử lý nước thải VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm Từ năm 1996, các viện thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, bao gồm Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị khoa học, Viện Hóa học, Phân viện Vật liệu tại TP HCM, Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã hợp tác sử dụng công nghệ nano để nghiên cứu vật liệu bán dẫn này. Đề tài tập trung vào nghiên cứu công nghệ chế tạo lớp phủ TiO2 có kích thước hạt nano lên một số loại vật liệu khác nhau, dùng để phân hủy các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm như khói thải xe cộ, khói thuốc lá và các hóa chất độc trong nước thải, thuốc trừ sâu... nhờ tác động khuếch tán của ánh sáng.  VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm Dưới tác động của ánh sáng khuếch tán, vật liệu bán dẫn có kích thước nano có thể phá vỡ các liên kết hữu cơ độc hại Các hạt TiO2 dưới tác động của ánh sáng sẽ phát sinh các tác nhân ôxy hoá cực mạnh như H2O2, O2- ,OH-, mạnh gấp hàng trăm lần các chất ôxy hoá quen thuộc hiện nay là clo, ozone. Nhờ đó, nó có thể phân huỷ hầu hết các hợp chất hữu cơ, khí thải độc hại, vi khuẩn, rêu mốc bám vào bề mặt thành những chất vô hại như khí carbonic và hơi nước. Ứng dụng: phân hủy các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm như khói thải xe cộ, khói thuốc lá và các hóa chất độc trong nước thải, thuốc trừ sâu... VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm Xử lý nứơc nhờ vào gốc HO* hoạt động(HO* là một tác nhân oxy hoá rất mạnh,và nó có khả năng khoáng hoá cao đối với các chất gây bẩn nước. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm bọc lớp TiO2 bên ngoài một nhân là chất mang từ tính, phân tán hạt TiO2 trong nước dưới dạng huyền phù, như vậy bề mặt tiếp xúc sẽ lớn hơn và chúng ta sẽ thu hồi lại bằng từ trường. gạch men có khả năng tự làm sạch và diệt vi khuẩn dùng cho các bệnh viện, hệ thống lọc nước sử dụng ánh sáng tử ngoại và TiO2 để khử các chất độc hữu cơ còn sót lại trong nước sau khi đã xử lý bằng các phương pháp thông thường, thiết bị làm sạch không khí và mùi… các nhà khoa học đã thiết kế và chế thử thành công tấm panen quang xúc tác TiO2 có cấu trúc nano xốp để đưa vào một số thiết bị làm sạch môi trường như máy khử mùi, làm sạch không khí, hệ thống lọc nước. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm PHÂN HỦY ĐIÔXIN: Giải pháp :phủ vật liệu nano TiO2 hoạt tính cao lên các hạt cát để trộn với đất bị ô nhiễm điôxin .ưu điểm của giải pháp:  Nano TiO2 không bị cuốn trôi theo nước  Nano TiO2 hoạt tính cao có thể phân hủy điôxin trong điều kiện thiếu ánh sáng  Nano TiO2 và các sản phẩm phân hủy điôxin không độc hại nên đây là giải pháp có tính triệt để trong việc khử độc đioxin. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xử lý nước, không khí bị ô nhiễm KHẨU TRANG DiỆT KHUẨN VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tiêu diệt các tế bào ung thư các phân tử nano phóng thích thuốc khi bị tác động bằng bức xạ điện từ VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tiêu diệt các tế bào ung thư Các phân tử nano đưa vào mạch máu có kích cỡ thích hợp để vẫn ở lại trong mạch máu, không bị rò rỉ ra bên ngoài và sẽ tìm đến khối u thành công.Một khi các phân tử nano tiếp cận được các mô bị bệnh, chúng sẽ rò thẳng vào tế bào ung thư Khi các phân tử nano tiếp cận khối u, các bác sĩ sẽ kích thích chúng bằng loạt xung bức xạ điện từ. Năng lượng này làm sắt trong nhân nóng lên, phá vỡ liên kết hydro và phóng thích thuốc vào khối u. Một hạt như thế có thể tải nhiều loại thuốc khác nhau và mỗi loại được lập trình giải phóng thuốc ở những nhiệt độ khác nhau VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tiêu diệt các tế bào ung thư Hiện nay người ta đang thử nghiệm trên chuột bằng cách cấy các tế bào để tạo nên các khối ung thư trên chuột, sau đó tiêm một dung dịch chứa TiO2 vào khối u. Sau 2-3 ngày người ta cắt bỏ lớp da trên và chiếu sáng vào khối u, thời gian 3’ là đủ để tiêu diệt các tế bào ung thư. Với các khối u sâu trong cơ thể thì một đèn nội soi sẽ được sử dụng để cung cấp ánh sáng. VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt Trước và sau khi tráng TiO2 VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt Ứng dụng trong sản xuất các loại kính,gương chống mờ (VD :kính ôtô,cửa kính….) VII. ỨNG DỤNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt Đưa TiO2 lên các sản phẩm sứ vệ sinh như bồn cầu, bồn tiểu, chậu rửa...Lớp TiO2 siêu thấm ướt trên bề mặt sẽ làm cho bề mặt sứ thấm ướt tốt, khi dùng chúng ta có thể tưởng tượng giống như một màng mỏng nước được hình thành trên bề mặt sứ, ngăn cản các chất bẩn bám lên bề mặt đồng thời bề mặt có ái lực mạnh với nước hơn là với chất bẩn sẽ giúp chúng ta dễ dàng rửa trôi chất bẩn đi chỉ bằng động tác xả nước. Chế tạo các vật liệu khô siêu nhanh làm việc trong điều kiện ẩm ướt. Do tính chất thấm ướt tốt, giọt chất lỏng loang trên bề mặt TiO2 và sẽ bay hơi rất nha