NANO TIO2 TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Thứ sáu, 07 Tháng 10 2011 01:11

Khoa học và công nghệ nano đang là một hướng nghiên cứu mũi nhọn của thế giới trong đó nano TiO₂ được các tổ chức khoa học danh tiếng như NASA (Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ), EPA (Ủy ban bảo vệ môi trường Mỹ), và nhiều quốc gia phát triển khác như Nhật bản... đánh giá là công nghệ đột phá trong khoa học môi trường, là giải pháp của thế kỷ 21. Hàng tỷ USD đã được đầu tư để nghiên cứu phát triển công nghệ này và thực sự đã trở thành một cuộc cách mạng sôi động: Các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản… đang dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ mũi nhọn này. Các nước chậm phát triển cũng kỳ vọng thoát nghèo nhờ công nghệ nano.. Nhiều sản phẩm nano TiO2 đã được thương mại hoá như: Vật liệu nano TiO­₂ (Mỹ, Nhật Bản…), máy làm sạch không khí khỏi nấm mốc, vi khuẩn, virus và khử mùi trong bệnh viện, văn phòng, nhà ở (Mỹ); khẩu trang nano phòng chống lây nhiễm qua đường hô hấp; vải tự làm sạch, giấy khử mùi diệt vi khuẩn (Đức, Úc), gạch lát đường phân huỷ khí thải xe hơi (Hà Lan); pin mặt trời (Thuỵ Sỹ, Mỹ…).

TiO₂ là vật liệu an toàn với con người. Từ lâu nay nó vẫn được dùng trong công nghiệp sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm....Điều đặc biệt là ở kích thước nano dưới tác dụng của ánh sáng TiO₂ trở thành một môi trường ôxy hóa khử mạnh nhất trong số các chất đã biết.

Thế ô-xi hóa của một số chất thông dụng:

 [http://www.epa.gov/swerust1/pubs/tum_ch13.pdf]

Đặc điểm ứng dụng vật liệu nano TiO₂ :

1.  Nano TiO2 phân hủy các hợp chất độc hại, vi khuẩn virut, nấm mốc...thành các chất đơn giản vô hại như nước, cacbonic...

2.  Phản ứng phân hủy của Nano TiO₂ là phản ứng ôxy hóa khử. Do đó với vi khuẩn vi rút nó tiêu diệt không phân biệt chủng loại không sợ bị nhờn thuốc và đột biến gen. Theo greencometrue.com EPA và Đại học Harvard đã xác nhận rằng TiO₂ tiêu diệt được virut cúm H1N1, H5N1, SARS.  Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương bằng kỹ thuật di truyền phân tử cũng đã xác định được khả năng tiêu diệt vi khuẩn và virut cúm rất mạnh của nano TiO₂ do Nanofinetech chế tạo.

3.  Nano TiO₂ tham gia phản ứng với tư cách là chất xúc tác được kích hoạt bởi ánh sáng (chất quang xúc tác). Sau phản ứng nó lại trở về trạng thái cơ bản và chờ được kích hoạt tiếp theo. Do vậy vật liệu không bị tiêu hao, đầu tư một lần có thể sử dụng lâu dài.

4.  Nano TiO₂ khi được kích hoạt còn có tính năng siêu dính nước. Khả năng này có thể ứng dụng để tạo bề mặt tự tẩy rửa không cần hóa chất, kỳ cọ, hay bề mặt tự làm lạnh không cần điện. 

Những thách thức kỹ thuật cần phải giải quyết

Để phát huy được các đặc tính ưu việt trên của nano TiO₂ cần phải vượt qua được các thách thức không nhỏ về khoa học và công nghệ. Cụ thể là:   

a.  TiO₂ tinh khiết chỉ hoạt động khi được kích thích bởi ánh sáng tử ngoại. Thành phần này chỉ chiếm 3-4% trong ánh sáng mặt trời nên hiệu suất sử dụng vật liệu không cao. 

b.  Các ứng dụng môi trường chỉ có ý nghĩa khi nano TiO₂ được chế tạo bởi công nghệ có chi phí thấp với khả năng triển khai ở quy mô lớn. Trong công nghệ môi trường nano TiO2 được sử dụng chủ yếu ở dạng màng mỏng với một chất kết dính thích hợp. Tuy nhiên phản ứng của nano TiO₂ là phản ứng bề mặt trong khi hất kết dính có thể gây hiệu ứng che phủ ngăn cản sự tiếp xúc làm giảm thậm chí triệt tiêu hoàn toàn hoạt tính của TiO₂.

Những giải  pháp công nghệ đã được nghiên cứu áp dụng

i.  Nghiên cứu biến tính vật liệu bằng biện pháp pha tạp chất thích hợp, chế tạo vật liệu tổ hợp (composit) để vật liệu có thể hoạt động được trong điều kiện không có tia tử ngoại thậm chí trong bóng tối.

ii.  Nghiên cứu các giải pháp kết dính để bảo toàn hoạt tính của các hạt nano TiO₂ và tuổi thọ của lớp phủ theo thời gian

Mức độ thành công của các giải pháp này quyết định phẩm chất, giá trị sử dụng và giá thành của sản phẩm nano TiO₂ trên thị trường .