TiO2 là một vật liệu đã và đang thu hút được sự quan tâm bởi khả năng tự làm sạch và diệt khuẩn thông qua tính năng quang xúc tác. Trên thế giới, dung dịch phủ đa năng trên cơ sở nano TiO2 đã được thương mại hóa nhưng giá của các sản phẩm này thường rất cao, trong khoảng vài trăm đô la cho một lít dung dịch chứa dưới 3% khối lượng hoạt chất.

Ở Việt Nam, việc phát triển loại màng nano TiO2 đa năng cho các ứng dụng công nghiệp cũng đang được quan tâm. Tuy nhiên, việc triển khai sản xuất các màng phủ TiO2 đa năng còn rất hạn chế, hầu như mới ở qui mô phòng thí nghiệm do quá trình công nghệ còn phức tạp, công nghệ phủ màng chưa ổn định, tính năng của sản phẩm sau phủ chưa được nghiên cứu một cách hệ thống và toàn diện. Các dung dịch phủ trên cơ sở TiO2 nano muốn ứng dụng được trong công nghiệp phải đạt được các chỉ tiêu về độ trong (TiO2 nano được phân tán đồng đều ở kích thước vài nano mét), có khả năng tạo ra màng phủ đa tính chất và bền hoạt tính trong thời gian dài. Màng phủ có thể đơn lớp TiO2 hoặc đa lớp. Với màng đa lớp, lớp trong cùng của màng thường là nano SiO2 xốp, có diện tích bề mặt cao, khả năng hấp thụ tốt và trơ; lớp SiO2 này giúp ngăn cản sự khuếch tán nhiệt của các ion kim loại (như Na từ đế thủy tinh) đến lớp TiO2, lớp SiO2 được điều chế bằng phương pháp sol-gel. Tiếp theo là lớp oxit hoạt tính. Lớp này có thành phần chính là TiO2 và một lượng nhỏ các kim loại, oxit kim loại xúc tiến khác như Ag, Fe, Zr, ...

Năm 2013, Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc hoá dầu đã thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác dị thể TiO2/CNT và ống TiO2 nano ứng dụng để xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy bằng phương pháp quang hóa liên tục”. Kết quả nổi bật của đề tài này là nghiên cứu điều chế được dung dịch phủ trên cơ sở TiO2 kích thước nano và bước đầu ứng dụng thành công công nghệ phủ bề mặt với hiệu quả cao và bền theo thời gian mà không cần phải tiến hành xử lý bề mặt sau phủ ở nhiệt độ cao. Đây chính là điểm mới và tiên tiến của công nghệ nhưng vấn đề này chưa được triển khai ở Việt Nam ở qui mô pilot. Đặc biệt, công nghệ điều chế dung dịch phủ trên cơ sở TiO2 nano tương đối đơn giản, dễ dàng nhân rộng, tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm mà không cần cạn thiếp sâu vào công nghệ, đồng thời hứa hẹn có giá thành cạnh tranh do chi phí nguyên liệu chiếm tỷ trọng thấp trong giá thành. Nhu cầu sử dụng dung dịch phủ đa năng phục vụ cho chế tạo các bề mặt tự làm sạch, diệt khuẩn, chống rêu mốc, chống bám bụi, chống mờ hơi nước trong các ngành công nghiệp dệt may, da giầy, y tế, dân dụng... ở nước ta rất lớn vào khoảng vài chục nghìn lít/năm và dự kiến còn tiếp tục tăng. Tuy nhiên, lượng dung dịch phủ đa năng này hầu như phải nhập ngoại hoàn toàn.

Nhận thấy tiềm năng này, Công ty TNHH Khoa học, Công nghệ và Thương mại PI Việt Nam hợp tác với nhóm nghiên cứu do TS. Nguyễn Thị Thu Trang, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hóa dầu, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam tiến hành thực hiện đề tài “Hoàn thiện công nghệ, sản xuất thử nghiệm dung dịch phủ đa năng trên cơ sở TiO2”

Sau một thời gian triển khai đề tài (từ tháng 01/2017 đến tháng 12/2018), Đề tài đưa ra một số kết luận như sau:

1. Đã hoàn thiện qui trình công nghệ sản xuất dung dịch phủ trên cơ sở nano TiO2

2. Đã xây dựng được hệ thiết bị sản xuất dung dịch phủ trên cơ sở nano qui mô 2.500 lít/năm trên cơ sở cải tiến, hiệu chỉnh các thiết bị sẵn có của cơ quan chủ trì Dự án, gồm:

 - Hệ phản ứng đa năng Chemglass, bằng thủy tinh, dung tích 10L, có áo gia nhiệt bằng chất mang nhiệt, có chức năng làm lạnh nước, khuấy trộn phân tán TiCl4, già hóa hỗn hợp sau phản ứng ở 90oC trong 3h;

- Tủ sấy có vai trò già hóa hỗn hợp sau phản ứng ở 90^oC trong 3h;

- Hệ thiết bị điều chỉnh pH tự động, có chức năng thêm dung dịch NH3 vào hệ phản ứng đa năng, điều khiển tốc độ dòng NH3 đến khi pH ổn định ở giá trị 8;

- Máy ly tâm, 6 ống, thể tích 50 mL/ống, dùng để tách rắn-lỏng trong quá trình rửa hỗn hợp chất rắn;

- Thiết bị siêu âm bán công nghiệp, công suất siêu âm 3.000W và bồn khuấy phụ trợ có thể tích 200L, có chức năng phân tán huyền phù thu được trong nước;

 - Thiết bị phản ứng 100L, có khuấy, gia nhiệt có điều khiển, có sinh hàn tích hợp, có chức năng thực hiện quá trình bền hóa hệ sol với H2O2 ở 97^oC trong 8 giờ;

 - Các bồn chứa nguyên liệu, ổn định sản phẩm và các bơm.

3. Đã sản xuất 2.500 lít dung dịch phủ trên cơ sở TiO2, đáp ứng các chỉ tiêu chất lượng như đã đăng ký, trong đó:

+ 1.250 lít dung dịch phủ chứa nano oxit TiO2, có các chỉ tiêu kỹ thuật đó là: Vẻ bề ngoài: trong mờ; Kích thước hạt tập trung: ≤ 8 nm; Hàm lượng TiO2: ³ 0,75% KL.

+ 500 lít dung dịch phủ chứa nano oxit kim loại trên cơ sở TiO2-SiO2, có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: Vẻ bề ngoài: trong mờ; Kích thước hạt tập trung: ≤ 8 nm; Hàm lượng TiO2: ³ 0,75% KL; Hàm lượng SiO2: ³ 0,1% KL.

+ 250 lít dung dịch phủ chứa nano oxit kim loại trên cơ sở TiO2-ZnO, có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: Vẻ bề ngoài: trong mờ; Kích thước hạt tập trung: ≤ 8 nm; Hàm lượng TiO2: ³ 0,5% KL; Hàm lượng ZnO: ³ 0,1% KL.

+ 500 lít dung dịch phủ chứa nano oxit kim loại trên cơ sở TiO2 và Ag, có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: Vẻ bề ngoài: trong mờ; Kích thước hạt tập trung: ≤ 8 nm; Hàm lượng TiO2: ³ 0,75% KL; Hàm lượng Ag: ³ 0,005% KL.

Như vậy, việc triển khai công nghệ điều chế dung dịch phủ trên cơ sở TiO2 nano không những đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn hứa hẹn mang lại hiệu quả kinh tế rất cao, giảm tiêu hao ngoại tệ do nhập khẩu. Về lâu dài, sản phẩm có thể xuất khẩu nhờ Việt Nam có lợi thế về nhân công, có sẵn nguồn nguyên liệu TiO2 và chi phí công nghệ giảm đáng kể do được phát triển trong nước, không phải nhận chuyển giao từ nước ngoài, Sản phẩm dung dịch phủ đa năng được sản xuất trong nước cũng góp phần giúp các doanh nghiệp liên quan chủ động hơn trong lập kế hoạch sản xuất, tiết kiệm chi phí, góp phần nâng cao trình độ khoa học công nghệ, đào tạo chuyên môn cho đội ngũ công nhân, cán bộ kỹ thuật, kỹ sư và các nhà nghiên cứu.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15570/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)