Bước đầu nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano carbon từ phế phẩm nông nghiệp by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

MỤC LỤC Trang

I. Lí do chọn đề tài ....................................................................................... 1

MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1

II. Nội dung nghiên cứu................................................................................ 3

U Y

III. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................. 3

IV. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 3

CHƯƠNG I.TỔNG QUAN ........................................................................ 4

ẠO

I.1. Tổng quan về vật liệu carbon mao quản............................................. 4

I.1.1. Tổng quan về vật liệu carbon mao quản trung bình ............................. 5

I.1.2. Tổng quan về than hoạt tính ................................................................ 6

H Ư

I.2. Phế thải nông nghiệp ........................................................................... 6 I.3. Tổng quan về hấp phụ ......................................................................... 7

TR ẦN

1.3.1. Khái niệm về hấp phụ ......................................................................... 7 1.3.2. Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt ............................................ 8

I.4. Thực trạng về vấn đề ô nhiễm môi trường bởi các chất VOC ..........10

10 00

I.4.1. Định nghĩa về VOC ............................................................................10 I.4.2. Tác hại của các chất VOC đối với môi trường và sức khỏe ................11

I.4.3. Biện pháp xử lí khí VOC ....................................................................12

I.5. Kết luận. ..............................................................................................12

-L

Í-

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .13

ÁN

II.1. Quy trình thực nghiệm ......................................................................13 2.1.1. Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ................................................................13

IỄ N

ÀN

2.1.2. Quy trình chế tạo vật liệu nano cacbon đa mao quản từ vỏ chuối ............13 2.2. Quy trình tổng hợp than hoạt tính AC từ vỏ chuối. .........................17 2.3. Các phương pháp phân tích vật lí và hóa lí sử dụng : ......................18 2.3.1.Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (BET) .................18 2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM: Scanning Electron Microscopy) ................................................................................................20 2.3.3.Phương pháp phổ hồng ngoại IR ........................................................21

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

2.4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu nano cacbon đa mao quản trong hấp phụ xúc tác ......................................................................22

2.4.2. Phương pháp vi dòng xác định hoạt tính oxi hóa trên vật liệu tổng hợp

tổng hợp ......................................................................................................22

2.4.1.Phương pháp hấp phụ động đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu

U Y

HPCMs-5-0,5-1073 .....................................................................................23

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................24

3.1.Vật liệu nano carbon đa mao quản.....................................................24

ẠO

3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Al(NO3)3......................................24 3.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp nhôm và F127 ...............27

3.1.2.1.Kết quả phân tích bằng phương pháp BET ......................................28

3.1.2.2.Kết quả phân tích bằng phương pháp SEM......................................30

H Ư

3.1.3.Ảnh hưởng của phương pháp polymer nhiệt .......................................30

TR ẦN

3.1.3.1. Kết quả phân tích theo phương pháp BET ......................................31 3.1.3.2. Kết quả phân tích theo phương pháp SEM ......................................32

3.1.3.3. Kết quả phân tích theo phương pháp IR..........................................33

10 00

3.1.4. Kết luận .............................................................................................34 3.2. Tổng hợp vật liệu than hoạt tính .......................................................35

3.2.1. Kết quả phân tích theo phương pháp đo BET ....................................35

3.2.2.Kết quả phân tích bằng phương pháp SEM ........................................37

Í-

3.2.3.Kết quả phân tích bằng phương pháp IR ............................................37

-L

3.3. Khảo sát vai trò của các nhóm chức trên vật liệu nano cacbon đa

ÁN

mao quản thông qua chất khảo sát là m-xylen ........................................38

3.3.1.Nghiên cứu quá trình hấp phụ động m-xylen trên vật liệu HPCMs-2,5KẾT LUẬN ................................................................................................42

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................44

IỄ N

ÀN

0,5-1073 ......................................................................................................38

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC BẢNG Trang

Bảng 3.1.Điều kiện chế tạo và kí hiệu các mẫu vật liệu theo nồng độ dung

Bảng 2.1: Nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong đề tàikhóa luận ..............13

dịch Al(NO3)3 .............................................................................................24

U Y

Bảng 3.2. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của các mẫu vật liệu chế

tạo được với nồng độ dung dịch Al(NO3)3 khác nhau ..................................26

Bảng 3.3. Điều kiện chế tạo và kí hiệu các mẫu vật liệu theo tỉ lệ khối lượng

ẠO

giữa tổ hợp nhôm (YACs) và F127 .............................................................27

Bảng 3.4. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của các mẫu vật liệu chế tạo

được với các tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp Al (YACs) và F127 khác nhau .........29

H Ư

Bảng 3.5. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của các mẫu vật liệu với

TR ẦN

phương pháp polymer nhiệt khác nhau. .......................................................31

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Bảng 3.6. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của than hoạt tính. .......35

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC HÌNH Trang

Hình 2.2. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 ở 77K .......19

Hình 2.1.Ảnh minh họa quá trình tổng hợp HPCMs từ vỏ chuối.................15

theo phân loại của IUPAC ...........................................................................19

U Y

Hình 2.3. Sơ đồ hệ phản ứng vi dòng ..........................................................23

Hình 3.1.Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của các

mẫu vật liệu chế tạo trong điều kiện khác nhau về nồng độ dung dịch

ẠO

ngâm Al(NO3)3 ...........................................................................................25

Hình 3.2. Sự phân bố độ rộng mao quản tính theo phương pháp BJH của các

mẫu than trong điều kiện khác nhau về nồng độ Al(NO3)3 ..........................27

H Ư

Hình 3.3.Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của các

TR ẦN

mẫu vật liệu trong điều kiện khác nhau về tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp nhôm và F127 .......................................................................................................28

Hình 3.4.Sự phân bố độ rộng mao quản tính theo phương pháp BJH của các

10 00

mẫu than trong điều kiện khác nhau về tỉ lệ ngâm F127 ..............................29 Hình 3.5: Ảnh SEM của mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073 và mẫu HPCMs-2,5-

0,5-1073 ở thang 1µm .................................................................................30

Hình 3.6. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của các mẫu

-L

Í-

vật liệu chế tạo trong điều kiện khác nhau về phương pháp polymer nhiệt. .....31

ÁN

Hình 3.7.Ảnh SEM của mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt ở thang 1 µm .....32

Hình 3.8. Ảnh SEM của hai mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt(a) và

IỄ N

ÀN

HPCMs-3,33-0,5-10730- bình thường (b) ở thang 10µm .............................33 Hình 3.9. Phổ IR của mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073- bình thường .................33

Hình 3.10.Phổ IR của mẫu HPCMS-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt ...................34 Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của mẫu than hoạt tính...............................................................................................35 Hình 3.12.Ảnh SEM của mẫu than hoạt tính ...............................................37 Hình 3.13. Phổ IR của mẫu than hoạt tính ..................................................37 1

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Hình 3.14. Đường cong thoát của m-xylen trong chế độ hấp phụ động. Điều kiện 0,2 gam HPCMs-2,5-0,5-1073, D = 2 L/h, nhiệt độ 50oC và 100oC .....39

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

thang 5µm và 10µm.....................................................................................40

của mẫu 20%CuO,5%CoO/HPCMs-5-0,5-1073 ở

Hình 3.15, Ảnh SEM

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

MỞ ĐẦU I. Lí do chọn đề tài

trên toàn cầu. Với đà phát triển của nền kinh tế, xã hội, sự phát triển của các

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề nóng

U Y

ngành công nghiệp của các quốc gia trên thế giới đã có những tác động rất lớn đối với môi trường. Trong những năm gần đây, chúng ta đã phải đối mặt

với rất nhiều vấn đề ô nhiễm trong môi trường không khí: sự biến đổi khí

ẠO

hậu, nóng lên toàn cầu, sự suy giảm tầng ozon, mưa axit... Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nan giải, đặc biệt ở các đô thị lớn như

Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, ở các làng nghề, khu công nghiệp. Ô nhiễm

H Ư

môi trường không chỉ làm ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, mà còn tác động mạnh đến hệ sinh thái và biến đổi khí hậu. Theo số liệu thống kê

TR ẦN

của Bộ Y tế, trong những năm gần đây, các bệnh nhân về đường hô hấp có tỷ lệ mắc cao nhất trên toàn quốc, nguyên nhân chủ yếu là do ô nhiễm không

khí gây ra. Để khắc phục tình trạng này, chúng ta cần phải tìm ra nhiều giải

10 00

pháp để làm giảm lượng khí thải phát sinh vào môi trường. Một trong những

biện pháp đó là sử dụng các loại vật liệu để hấp phụ các khí gây ô nhiễm và

trong số đó vật liệu nanocarbon nổi lên là một ứng cử viên tiềm năng.

Í-

Vật liệu nano carbonvới cấu trúc đa thành và đa mao quản đã thu

-L

hútđược sự quan tâm vô cùng lớn do có những tính chất độc đáo và tiềm

ÁN

năng ứng dụng to lớn của nó bao gồm hấp phụ, xúc tác, phân tách khí và lưu

trữ năng lượng. Diện tích bề mặt riêng cao cùng với thể tích mao quản lớn là

IỄ N

ÀN

những đặc tính cần thiết nhất cho những ứng dụng kể trên và có rất nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau đã được áp dụng để nâng cao những tính

chất này. Gần đây vật liệu kim loại khung hữu cơ (MOFs) với kích thước mao quản lớn, có khả năng chức năng hóa đã được xem là những chất tạo cấu trúc lý tưởng cho việc tổng hợp vật liệu nano carbon. Tuy nhiên những công trình công bố gần đây đã chỉ ra những hạn chế của chất tạo cấu trúc này

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

như trong việc điều chỉnh các mao quản của cacbon, rồi những điều kiên chặt chẽ và tác nhân tinh khiết khi tổng hợp MOF.Một vài công trình nghiên

thân MOFs đã chứa rất nhiều carbon rồi. Hơn nữa tất cả các phương pháp đã

trình tổng hợp carbonnano sử dụng MOFs như là chất tạo cấu trúc do bản

cứu đã xác nhận rằng nguồn carbon thêm vào là không cần thiết trong quá

U Y

áp dụng đều cần đến tác nhân rất đắt tiền và diện tích bề mặt riêng lớn của

MOFgiảm nhanh khi qui trình được mở rộng ra ngoài phạm vi phòng thí

nghiệm. Bởi vậy việc áp dụng phương pháp tổng hợp dùng MOFs là chất tạo

ẠO

cấu trúc trong công nghiệp bị hạn chế rất nhiều. Người ta cũng chứng minh

được rằng chức năng hóa vật liệu nano carbon bằng các nhóm chứa nito làm

tăng tính chất dẫn điện, tăng khả năng chống oxi hóa và có những tính chất

H Ư

bề mặt khác nhau. Điều đó đãn đến làm tăng vượt bậc khả năng ứngdụng của

TR ẦN

vật liệu nano carbon.

Gần đây, một hướng tổng hợp vật liệu nano trên cơ sở carbontừsinh

khối thay cho những qui trình sử dụng các chất hóa học rất được quan tâm vì

10 00

nguồn sinh khối là sẵn có, kinh tế, và không độc hại. Vật liệu cacbon tổng hợp từ phế thải sinh khối có nhiều ứng dụng trong hấp phụ, xúc tác. Các phế

phẩm sinh khối do sẵn có, ít có giá trị kinh tế, thân thiện môi trường được

xem là nguồn vật liệu tiềm tàng để tổng hợp các vật liệu cacbon. Cho tới

-L

Í-

nay, một số quá trình kỹ thuật như cacbon hóa thủy nhiệt, hoặc nhiệt phân

ÁN

trực tiếp đã được sử dụng để tổng hợp vật liệu carbon . Tuy nhiên vẫn chưa

có một qui trình chung và hoàn thiện nào cho tổng hợp carbon mao quản từ

IỄ N

ÀN

nguồn sinh khối thô. Xuất phát từ những phân tích như trên, em đã chọn đề

tài “ Bước đầu nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano carbon từ phế phẩm nông nghiệp" với mục đích chế tạo nên một loại vật liệu trên cơ sở cacbon có cấu trúc đa thành, đa mao quản có nhiều ứng dụng thực tiễn đặc biệt trong hấp phụ phân tách khí và chế tạo siêu tụ điện. Để đạt mục đích này, trong nghiên cứu của em, vật liệu nanocarbon được tổng hợp sử dụng F127 và tổ hợp trên cơ sở Al là chất tạo cấu trúc, 2

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

vỏchuối là tiền chất.Vỏ chuốilà một phế thải nông nghiệp,là nguồn xenllulozo chứa rất nhiều các nhóm chức hữu cơ , lignin, pectins và protein. chuối và ion Al, tổ hợp Al sẽ được hình thành nhờ quá trình hấp phụ và tạo

U Y

Polymer trên cơ sở Al này đã được chứng minh là có cấu trúc 3D và đã

liên kết. Tổ hợp Al này sẽ là chất tạo cấu trúc cho vật liệu carbon mao quản.

Dựa trên tương tác giữa các nhóm chức bề mặt như –COOH, -OH của vỏ

được dùng làm tiền tố để tổng hợp vật liệu nano cacbon với bề mặt riêng cao,

thể tích mao quản lớn.

ẠO

II. Nội dung nghiên cứu

- Tổng hợp vật liệu nano carbon đa mao quảnvà than hoạt tính AC từ

phế phẩm nông nghiệp (vỏ chuối).Xác định các đặc trưng xốp của vật liệu

H Ư

chế tạo được.

TR ẦN

- Bước đầu thí nghiệm ứng dụng vật liệu nano carbon đa mao quản trong hấp phụ và oxi hóa m-xylen.

III. Nhiệm vụ nghiên cứu

10 00

- Tổng quan về vật liệunanocarbonđa mao quảnvà than hoạt tính (AC).Tổng quan về hấp phụ

- Chế tạo vật liệu nano carbon đa mao quảnvà than hoạt tính AC .

- Tổng quan về các phương pháp xác định các đặc trưng xốp của vật liệu .

-L

Í-

- Bước đầu thí nghiệm ứng dụng của vật liệu nano carbon đa mao

ÁN

quản trong hấp phụ và oxi hóa xilen.

IỄ N

ÀN

IV. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu thu thập tài liệu. - Nghiên cứu thực nghiệm , tổng hợp. - Nghiên cứu các đặc trưng : phương pháp BET, SEM, IR. - Phương pháp hấp phụ cột động và sử dụng hệ vi dòng để nghiên

cứu hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxy hóa m-xylen.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG I.TỔNG QUAN I.1. Tổng quan về vật liệu carbon mao quản

Vật liệu có mao quản thường được đánh giá qua tính chất xốp của nó.

Các thông số mô tả tính chất xốp gồm:

U Y

- Thể tích lỗ xốp riêng: là không gian rỗng tính cho 1 đơn vị khối

lượng(cm3/g)

- Diện tích bề mặt riêng: là diện tích bề mặt tính cho 1 đơn vị khối

ẠO

lượng, bao gồm tổng diện tích bề mặt bên trong mao quản và bên ngoài các

hạt(m2/g)

- Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định hình dáng mao

H Ư

quản, song có 4 loại mao quản được thừa nhận: mao quản hình trụ, hình cầu, hình que và hình chai.

TR ẦN

Phân bố kích thước mao quản hoặc phân bố lỗ xốp dựa trên những giả thiết về hình dáng mao quản, chúng được xác định theo sự biến đổi của

10 00

thể tích hoặc diện tích mao quản với kích thước mao quản. Theo JUPAC, vật liệu mao quản được chia thành 3 loại dựa trên đường kính mao quản

Trong đó :

của chúng.

Í-

- Vật liệu mao quản nhỏ dmq < 2 nm

-L

- Vật liệu mao quản trung bình 2nm < dmq< 50 nm

IỄ N

ÀN

ÁN

- Vật liệu mao quản rộng dmq> 50 nm

dmq là đường kính mao quản

Có rất nhiều định nghĩa, tuy nhiên có thể nói chung rằng, vật

liệucarbon mao quản là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp, do đó có diện tích bề mặt rất lớn, khoảng từ 500-2500m2/g thường được đặc trưng bằng cấu trúc vớimao quản phân tán, tạo nên từ các mao quản với kích thước và hình dạng khác nhauvà cấu trúc mao quản phân bố rộng, cho thấy khả năng tích điện lớn .Vật liệu carbon mao quản là chất

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

hấp phụ quí và linh hoạt, đượcsử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích như loại bỏ màu, mùi, vịkhông mong muốn và các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước

trong làm sạch nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm và nhiều

kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ,

thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không khí, trong

U Y

ứng dụng trong pha khí. Chúng cũng được biết đến trong nhiều ứng dụng

trong y học, được sử dụng để loại bỏ các độc tố và vi khuẩn của một số bệnh

nhất định. Cacbon là thành phần chủ yếu của loại vật liệu này với hàm lượng

ẠO

khoảng 85 –95%.

Tuy nhiên, đối với các vật liệu carbon mao quản nhỏ có nhiều hạn chế như :

- Các phân tử có kích thước lớn không khuyếch tán được vào trong

H Ư

mao quản để tiếp xúc với các tâm hoạt động ở đó.

TR ẦN

- Các phân tử có kích thước lớn không thể khuyếch tán được vào trong mao quản để tạo ra tính chất bề mặt mong muốn như xúc tác, hấp phụ,...

Vì vậy, trong những năm gần đây, người ta đã nghiên cứu rất nhiều,

10 00

chế tạo ra vật liệu carbon mao quản trung bình để tăng cường khả năng sử dụng vật liệu.

I.1.1. Tổng quan về vật liệu carbon mao quản trung bình

Vật liệu carbon mao quản trung bình được biết đến là loại vật liệu có

-L

Í-

mao quản đồng đều, kích thước mao quản lớn (đường kính mao quản từ

ÁN

20nm đến 50 nm), diện tích bề mặt riêng lớn ( >1000 m2/g), do đó vật liệu

chứa nhiều tâm hoạt động trên bề mặt nên dễ dàng tiếp cận với tác nhân phản

IỄ N

ÀN

ứng. Tuy nhiên,vật liệu mao quản trung bình không phải là vật liệu tinh thể. Mặc dù các mao quản được phân bố theo quy luật tuần hoàn như trong mạng tinh thể, nhưng nhìn ở góc độ gần thì các phân tử ( ion, nguyên tử, nhóm nguyên tử,...) lại liên kết với nhau một cách vô định hình.Như vậy, có thể xem vật liệu mao quản trung bình là "giả tinh thể".Vật liệu mao quản trung bình chứa ít nhóm chức trên bề mặt. Vật liệu mao quản trung bình có thể phân loại theo cấu trúc theo các dạng sau : 5

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- Cấu trúc lục lăng. - Cấu trúc lập phương. I.1.2. Tổng quan về than hoạt tính

Than hoạt tính là một sản phẩm từ carbon đã được xử lý để tạo nên

- Cấu trúc lớp mỏng.

U Y

cấu trúc lỗ xốp nhằm nâng cao diện tích bề mặt riêng của than.Thành phần

chủ yếu của than hoạt tính là cacbon ở dạng vô định hình kết hợp với một

phần nhỏ cacbon ở dạng tinh thể graphit. Ngoài C ra thì than hoạt tính còn

ẠO

bao gồm nhiều nguyên tố hóa học khác như: Silic, oxy, hydro, lưu huỳnh,

nitơ,....Than hoạt tính có bề mặt riêng rất lớn (từ 500 đến 2500 m2/g), kích

thước mao quản nhỏ ( đường kính mao quản nhỏ hơn 2nm). Bên trong than

H Ư

hoạt tính có rất nhiều ngóc ngách như một hang động với kích thước vô cùng

TR ẦN

bé và có khả năng hấp phụ các loại khí có kiểu liên kết ion hoặc cộng hóa trị phân cực. Các loại chất này được hấp phụ và được giữ lại trên bề mặt than

hoạt tính.Do vậy, than hoạt tính có dung lượng hấp phụ tương đối lớn đối với

10 00

các chất khí, hơi cũng như chất tan. I.2. Phế thải nông nghiệp

Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, do đa dạng về sinh

thái nên chủng loại cây ăn quả của nước ta rất đa dạng, có tới trên 30 loại cây

-L

Í-

ăn quả khác nhau, thuộc 3 nhóm là: cây ăn quả nhiệt đới (chuối, dứa,

ÁN

xoài…), á nhiệt đới (cam, quýt, vải, nhãn…) và ôn đới (mận, lê…). Một

trong các nhóm cây ăn quả lớn nhất và phát triển mạnh nhất là nhãn, vải và

IỄ N

ÀN

chôm chôm. Tiếp theo đó là chuối. Việt Nam là một trong những xứ sởcủa

chuối với nhiều giống chuối rất quý như: chuối tiêu, chuối tây, chuối bom,chuối ngự... Các giống chuối của Việt Nam không chỉ phong phú về kích cỡ, hươngvị mà còn có những giá trị sử dụng rất khác nhau. Ở Việt Nam, chuối cũng là loạitrái cây có diện tích và sản lượng cao. Với diện tích chiếm 19% tổng diện tíchcây ăn trái của Việt Nam hàng năm, chuối cósản lượng khoảng 1,4 triệu tấn. 6

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Như vậy, Chuối là một loại hoa quả phổ biến, rẻ tiền và có quanh năm ở nước ta. Ăn chuối rất tốt cho sức khỏe còn vỏ chuối là phế phẩm cần tiêu

nhiễm môi trường. Trong khi đó, các nhà khoa học trên thế giới đã chứng

đangphải đối mặt với một lượng rác thải vô cùng lớn từ vỏ chuối, gây ra ô

hủy. Tuy nhiên, với sản lượng chuối tiêu thụ ở nước ta lớn như vậy, chúng ta

U Y

minh vỏ chuối có rất nhiều công dụng , có thể sử dụng theo nhiều cách khác

nhau để phục vụ một cuộc sống thân thiện với môi trường hơn. Trước thực

trạng đó, em sử dụng vỏ chuối để nghiên cứu, chế tạo ra các vật liệu hấp phụ.

ẠO

Nếu nghiên cứu này thành công, có thể mở ra một hướng đi mới trong việc

chế tạo cacbon đa mao quản , ứng dụng trong xử lý môi trường và công nghệ

hóa học.

H Ư

I.3. Tổng quan về hấp phụ

TR ẦN

1.3.1. Khái niệm về hấp phụ

- Hiện tượng hấp phụ là sự tăng nồng độ của khí (hơi hoặc lỏng) trên

bề mặt phân cách pha (rắn-khí hoặc rắn –lỏng).

10 00

- Chất hấp phụ là chất có bề mặt thực hiện sự hấp phụ. Chất bị hấp phụ là chất bị thu hút lên bề mặt chất hấp phụ.Các chất hấp phụ có bề mặt

càng phát triển thì khả năng hấp phụ càng tốt. Để có thể so sánh khả năng

hấp phụ giữa các chất người ta sử dụng khái niệm bề mặt riêng: đó là diện

-L

Í-

tích bề mặt của chất hấp phụ tính cho một gam chất hấp phụ, có đơn vị m2/g.

ÁN

Bề mặt riêng có thể khác nhau phụ thuộc vào bản chất vật liệu và quá trình

IỄ N

ÀN

điều chế, ví dụ silicagen là 200-700m2/g, zeolit là 500-800m2/g… - Ngược lại với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ là quá

trình các chất bị hấp phụ đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. - Trong hấp phụ, các phân tử (nguyên tử) của chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt chất hấp phụ bằng các lực tương tác khác nhau. Tùy thuộc vào bản chất của lực hấp phụ người ta chia ra 2 loại hấp phụ là : hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- Sự hấp phụ vật lý là sự hấp phụ xảy ra khi lực tương tác giữa các phân tử (nguyên tử hoặc ion) của chất bị hấp phụ với chất hấp phụ là tương phân tử hoặc các nhóm phân tử. Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch.

- Sự hấp phụ hóa học là hấp phụ xảy ra khi có liên kết hóa học giữa

tác Van der Waals, đó là các lực tương tác lưỡng cực- lưỡng cực giữa các

U Y

chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Các liên kết hóa học đó có thể là: liên kết

hóa trị, liên kết ion, liên kết phối trí…hấp phụ hóa học là cơ sở cho xúc tác

dị thể.

ẠO

- Người ta phân biệt hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý có thể dựa

vào các tiêu chuẩn sau đây: nhiệt hấp phụ, tốc độ hấp phụ và nhiệt độ hấp

phụ. Tuy nhiên trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

H Ư

chỉ là tương đối, không có ranh giới rõ rệt giữa 2 loại hấp phụ này.

TR ẦN

1.3.2. Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

- Thuyết hấp phụ Langmuir được xây dựng trên cơ sở thuyết động

10 00

học phân tử và dùng để mô tả quá trình hấp phụ khí hay hơi trên bề mặt vật rắn, thuyết gồm 3 luận điểm chính:

- Bề mặt vật rắn gồm một số có hạn những vị trí hấp phụ độc lập.

Mỗi vị trí chỉ hấp phụ một phân tử khí. Do đó quá trình hấp phụ khí bay hơi

-L

Í-

trên bề mặt vật rắn phải tiến tới tạo nên một lớp hấp phụ đơn phân tử.

ÁN

- Các vị trí hấp phụ đều có ái lực như nhau đối với khí được hấp phụ,

tức là bề mặt vật hấp phụ là đồng nhất, đặc biệt các vị trí hấp phụ đều có - Không có tương tác giữa các phân tử đã được hấp phụ. - Đối với sự hấp phụ chất tan trong dung dịch trên bề mặt chất hấp phụ rắn phương trình Langmuir được viết dưới dạng :

IỄ N

ÀN

nhiệt hấp phụ như nhau.

qe = qm

K L Ce 1 + K L Ce

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(1.1)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- Ở dạng tuyến tính, phương trình này có dạng:

(1.2)

qe : dung lượng hấp phụ của chất bị hấp phụ.

- Trong đó :

U Y

- qm: lượng chất bị hấp phụ cực đại đơn lớp trên một đơn vị khối

lượng chất bị hấp phụ.

- KL: hằng số hấp phụ Langmuir (phụ thuộc vào bản chất hệ hấp phụ

ẠO

và nhiệt độ).

- Ce: nồng độ cân bằng của dung dịch.

H Ư

- Từ các giá trị thực nghiệm của qe và Ce bằng cách xử lý hồi quy tuyến tính theo phương trình (1.3) ta sẽ xác định được các tham số qmvà KL.

TR ẦN

Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt BET (Brunauer-Emmet-Teller) - Trong thực tế người ta thấy có nhiều dạng đường đẳng nhiệt hấp

phụ khác với đường đẳng nhiệt Langmuir. Các nhà khoa học Brunauer,

10 00

Emmet, Teller đã tìm ra lý thuyết giải thích và diễn tả định lượng mối quan

hệ đó dưới dạng phương trình đẳng nhiệt mang tên BET. Để thiết lập phương

trình đẳng nhiệt BET người ta thừa nhận các giả thiết của Langmuir, song

Í-

còn bổ sung thêm các luận điểm sau:

-L

- Entanpi hấp phụ của các phân tử không thuộc lớp thứ nhất đều bằng - Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng ở áp suất bão hòa. - Dựa trên cơ sở đó, người ta đã thiết lập được phương trình BET :

ÀN

ÁN

nhau và bằng entanpy hóa lỏng.

IỄ N

p 0

Va ( p − p )

1 (c − 1). p + Vm c Vm .c. p 0

(1.3)

- Trong đó: Va: thể tích N2 bị hấp phụ tại áp suất cân bằng P. -

P0: áp suất bão hòa.

- Vm: thể tích khí N2 cần thiết để phủ hết bề mặt vật rắn tạo thành một lớp đơn phân tử.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- c: hằng số BET. - Đường đẳng nhiệt BET tuân theo quy luật tuyến tính đối với nhiều Va ( p − p )

theo

p p0

p bằng 0,05-0,30 ta được một đường thẳng cho phép p0

U Y

trong khoảng áp suất

hệ chất hấp phụ, thích hợp với mao quản lớn. Vẽ đồ thị

xác định Vm và C. từ đó tính được diện tích bề mặt riêng.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

ẠO

- Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là một phương trình

kinh nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất và có

dạng sau:

H Ư

- qe= KF Ce1/n(1.4)

TR ẦN

- Ở dạng tuyến tính, phương trình này có dạng: -

Ce: nồng độ cân bằng của dung dịch

10 00

- Trong đó :

(1.5)

- qe : dung lượng cân bằng hấp phụ

- KF : hằng số Freundlich đặc trưng dung lượng hấp phụ và cường độ hấp

phụ

Í-

- n: hằng số thực nghiệm

-L

- Các tham số KF và n cũng có thể xác định được từ các số liệu qe và

IỄ N

ÀN

ÁN

Ce bằng phương pháp hồi quy tuyến tính theo phương trình 1.5. I.4. Thực trạng về vấn đề ô nhiễm môi trường bởi các chất VOC I.4.1. Định nghĩa về VOC VOC – Volatile organic compounds là hỗn hợp các chất hữu cơ bay hơi trong không khí làm ô nhiễm môi trường. VOC thực chất là các hóa chất có gốc Carbon, bay hơi rất nhanh. Khi đã lẫn vào không khí, nhiều loại VOC có khả năng liên kết lại với nhau hoặc liên kết với các phần tử khác trong không khí tạo ra các hợp chất mới. Một số không độc hại lắm. VOC có

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

nguồn gốc từ tự nhiên hoặc do con người tạo ra. Trong tự nhiên, đa số các VOC phát sinh từ thực vật. Các chất thải từ thực vật hầu như phát xạ xảy ra ở

các chất hữu cơ độc hại xuất phát từ các sản phẩm do con người chế tạo.

với số lượng lớn. Tuy nhiên, cụm từ VOC thường dùng đểnói đến hỗn hợp

lá, từ các lỗ khí trên lá. Các chất thải thường là isopren, tecpen, được thải ra

U Y

Chẳng hạn như formaldehyle, được phát ra từ nhiều vật liệu xây dựng như

sơn, keo dán, ván tường,... làm cho con người bị dị ứng và cảm thấy không

thoải mái. Ngoài ra , VOC còn được phát thải nhiều trong các tòa nhà văn

ẠO

phòng, bao gồm các đồ nội thất mới, các vật dụng văn phòng như máy

photocopy. Công nghiệp sản xuất sơn, do dùng nhiều dung môi là chất hữu

cơ, cũng phát thải ra rất nhiều khí VOC, gây ô nhiễm môi trường.

H Ư

I.4.2. Tác hại của các chất VOC đối với môi trường và sức khỏe

TR ẦN

Vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là sự suy giảm chất lượng không khí hiện đang là mối quan tâm hàng đầu thế giới, đặc biệt là ở các quốc gia

có nền công nghiệp phát triển. Một lượng lớn các chất hữu cơ dễ bay hơi

10 00

VOC khác nhau được thải vào khí quyển hàng ngày. Hỗn hợp khí này có thể được tìm thấy trong hàng ngàn sản phẩm. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi sinh

của Mỹ thì 9% hợp chất gây ô nhiễm môi trường là do hàm lượng VOC từ

trong sơn thải ra, chủ yếu là ở 2 thành phần chính là dung môi và phụ gia.

-L

Í-

Nhiều nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và chỉ ra rằng, một số hóa

ÁN

chất được tìm thấy trong những dòng sơn không tốt đã gây tác hại xấu đến

thai nhi. Con người dễ bị dị ứng, đau đầu, chóng mặt, nhức mắt, khó thở khi

IỄ N

ÀN

vừa tiếp xúc với các loại sơn đó. VOC có thể gây khó chịu mắt và da, các vấn đề liên quan đến phổi và đường hô hấp, gây nhức đầu, chóng mặt, các cơ bị yếu đi hoặc gan và thận bị hư tổn. Vì vậy, mối quan tâm về an sinh, sức khỏe ngày càng được chú trọng. Tại thị trường Việt Nam ngày này, nhiều loại sơn có tác hại xấu đến sức khỏe và môi trường sống được sử dụng rất nhiều, để sơn nhà ở, nơi làm việc,

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

các tòa nhà, công trình công cộng.Đó là những loại sơn có hàm lượng VOC rất cao như sơn dầu, sơn Polyurethane (PU), sơn Nitro Cellulose (NC)…

vấn đề cần phải được chú trọng. Có rất nhiều biện pháp để xử lí khí

Trước những tác hại của khí VOC như vậy, việc xử lí khí VOC là một

I.4.3. Biện pháp xử lí khí VOC

U Y

VOC. Một số phương pháp đã được áp dụng nhiều trên thế giới như: phương

pháp hấp thụ, phương pháp lọc sinh học, phương pháp sử dụng các chất xúc

tác để oxy hóa các khí ô nhiễm,...

ẠO

I.5. Kết luận.

Tổng quan về vật liệu nano cacbon đa mao quản cho thấy tiềm năng

ứng dụng to lớn của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Khác với than hoạt

H Ư

tính là vật liệu cacbon có cấu trúc vi mao quản thì vật liệu nano cacbon sẽ

TR ẦN

được tổng hợp trong khóa luận này đi từ vỏ chuối có cấu trúc 3D, diện tích

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

bề mặt riêng lớn và có cấu trúc đa mao quản,

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.1. Quy trình thực nghiệm

2.1.1. Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ

U Y

Hóa chất

Hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm và nguồn gốc xuất xứ

của chúng được tóm tắt trong bảng sau: STT

Hóa chất

Al(NO3)3.4H2O

C2H5OH 99,99%

Copolymers triblock F127

HF 20%

HNO3

NaOH

10 00

ẠO

Bảng 2.1: Nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong đề tàikhóa luận

TR ẦN

Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc

KOH

Trung Quốc

m-xylen

Trung Quốc

Máy khuấy từ

Phễu lọc, giấy lọc

Máy điều nhiệt

Cốc thủy tinh

Bình hình nón

Bình định mức

Pipet

Cối nghiền

Í-

Tên dụng cụ

-L ÁN TO

Merck

Tên dụng cụ

ÀN Đ IỄ N

Trung Quốc

Dụng cụ

H Ư

Trung Quốc

Nguồn gốc

2.1.2. Quy trình chế tạo vật liệu nano cacbon đa mao quản từ vỏ chuối - Vỏ chuối được rửa bằng nước cất, cắt thành các mảnh nhỏ. Sau đó được ngâm trong dd Al(NO3)3có nồng độ xác định trong bảy ngày ở 343 K.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Trong quá trình này, các ion Al3+ sẽ liên kết với các nhóm cacboxylic và nhóm hydroxyl trên bề mặt của vỏ chuối. thu được một phức hợp của nhôm có màu vàng, ký hiệu là YACs.

- Tiếp theo,YACs sẽ được ngâm trong dung dịch ethanolcó pha

- Lọc gạn sản phẩm, sau đó sấy khô ở nhiệt độ 343K. Kết quả là ta sẽ

U Y

triblock copolymer F127 ở một tỉ lệ thích hợp trong 24h ở nhiệt độ phòng.

Sau đó mẫu được polyme hóa nhiệt ở 120oC trong 24h. F127 có tác dụng tạo

khung, định hình cho vật liệu. Hợp chất thu được ký hiệulà DYCscó màu

ẠO

vàng đậm.

- Cuối cùng, DYCs sẽ được carbon hóa ở 1073K (với tốc độ gia nhiệt

3oC/1phút). Nhiệt độ 1073K được giữ trong 3h để phân huy hết F127,

H Ư

cacbon hóa tổ hợp Al và đồng thời tạo ra tổ hợp đa mao quản kim loại hoặc

TR ẦN

oxit kim loại trên cơ sở carbon.

- Vật liệu thu được được nghiền thành bột, ngâm trong dung dịch HF

20% trong điều kiện khuấy từ trong 24h để loại bỏ các hợp chất của Al. Sau

10 00

đó, ta sẽ thu sản phẩm bằng lọc hút chân không. - Rửa sản phẩm, sấy khô và bảo quảntrong lọ kín.- Vật liệu tổng hợp

được kí hiệu là HPCMs-x-y-z . Trong đó, x,y,z tương ứng lần lượt là tỉ lệ

khối lượng giữa YACs và F127, nồng độ của dung dịch Al(NO3)3 và nhiệt độ

-L

Í-

cacbon hóa ( độ K).

ÁN

Vật liệu thu được có diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản và

đường kính mao quản phụ thuộc rất nhiều vào tỉ lệ các thành phần chất trong F127 và nhiệt độ than hóa.

IỄ N

ÀN

quá trình tổng hợp như nồng độ dung dịch Al3+: vỏ chuối, tỉ lệ tổ hợp Al3+:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

Hình 2.1.Ảnh minh họa quá trình tổng hợp HPCMs từ vỏ chuối

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Al(NO3)3.

- Ba nồng độ dung dịch Al(NO3)3được khảo sát là 0,5M, 1,0M, 1,5M.

Khoảng 100 gam vỏ chuối đã rửa bằng nước cất được ngâm lần lượt vào 150 ml dung dịch Al(NO3)3 có nồng độ tương ứng, ở 70oC trong vòng 1 tuần. - Sản phẩm được sấy khô có màu vàng sẫm, gọi là YACs. Khối lượng tương ứng của các mẫu: + YACs – 0,5M : 4,013 gam

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

+ YACs – 1,0M : 3,54 gam + YACs – 1,5M : 5,277 gam

U Y

được gọi là DYCs có màu vàng đậm. Khối lượng các mẫu thu được :

Sau 24h, gạn lấy mẫu, cho vào tủ sấy ở 120oC trong 24 giờ. Hợp chất thu

trong 24h ở nhiệt độ phòng ( tỉ lệ khối lượng giữa YACs và F127 là 5:1 ).

- Lấy 3.5 gam mỗi mẫu, ngâm trong 35 ml dd C2H5OH hòa tan F127

+ DYCs – 0,5M : 3,12 gam

+ DYCs – 1,0M : 3,168 gam

ẠO

+ DYCs – 1,5 M : 3,297 gam

- Tiếp theo, 2.3 gam mỗi mẫu DYCs được cacbon hóa ở 800oC trong

dòng N2, tốc độ gia nhiệt 3oC/1 phút. Nhiệt độ 800 độ C được giữ trong 3h.

H Ư

Khối lượng các mẫu thu được :

TR ẦN

+ DYCs – 0,5M : 1,424 gam + DYCs – 1M : 1,275 gam

+ DYCs – 1,5M : 1,116 gam

10 00

- Cuối cùng , các mẫu được nghiền nhỏ và rửa bằng dd HF để loại bỏ ion Al3+..

- Sản phẩm tiếp tục được rửa bằng nước cất và ethanol. Sau đó sấy

khô. Ký hiệu các vật liệu thu được : tỉ lệ YAC/F127 =5, nồng độ dung dịch

-L

Í-

+ HPCMs-5-0.5-1073 :

ÁN

Al(NO3)3= 0,5M, nhiệt độ cacbon hóa = 1073K tỉ lệ YAC/F127 =5, nồng độ dung dịch

+ HPCMs-5-1-1073 :

IỄ N

ÀN

Al(NO3)3= 1,0 M, nhiệt độ cacbon hóa = 1073K + HPCMs-5-1,5-1073 : tỉ lệ YAC/F127 =5, nồng độ dung dịch Al(NO3)3= 1,5M, nhiệt độ cacbon hóa = 1073K Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng giữa YACs và F127 . -Lấy cố định nồng độ Al(NO3)3 là 0,5M, làm bước 1 theo đúng thủ tục như trên. Đến bước polymer hóa thì thay đổi tỉ lệ YAC/F127 lần lượt = 10; 5; 3,33 và 2,5. Các mẫu được ký hiệu như sau:+ Mẫu 1 : HPCMs-10-0,516

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1073 : tỉ lệ YAC/F127 =10, nồng độ dung dịch Al(NO3)3= 0,5M, nhiệt độ cacbon hóa = 1073K dung dịch Al(NO3)3= 0,5M, nhiệt độ cacbon hóa = 1073K

+ Mẫu 3 : HPCMs-2,5-0,5-1073 : tỉ lệ YAC/F127 =2,5, nồng độ dung

+ Mẫu 2 : HPCMs-3,33-0,5-1073 : tỉ lệ YAC/F127 =3,33, nồng độ

U Y

dịch Al(NO3)3= 0,5M, nhiệt độ cacbon hóa = 1073K

Khảo sát sự ảnh hưởng của phương pháp polymer nhiệt ( thủy nhiệt)

Các bước tiến hành, ta làm tương tự như trên. Khác ở giai đoạn

ẠO

polymer nhiệt. Sau khi ngâm trong dung dịch C2H5OH có hòa tan F127 trong

24h ở nhiệt độ phòng, mẫu được thủy nhiệt ở 80oC trong 24h. Các công đoạn

sau đó làm tương tự như trên. Ở lần khảo sát này,em tổng hợp 1 mẫu là

H Ư

HPCMs-3,33-0,5-1073 thủy nhiệt.

TR ẦN

2.2. Quy trình tổng hợp than hoạt tính AC từ vỏ chuối. Em tổng hợp than hoạt tính theo qui trình tổng hợp được thực hiện

trong phòng thí nghiệm bộ môn Hóa lý trường ĐHSP Hà Nội mà nhóm của

10 00

Thầy-Tiến sĩ Lê Văn Khu đang nghiên cứu. Quy trình như sau : - Lấy vỏ chuối, thái nhỏ, phơi khô, rồi cho vào trong tủ sấy ở 100oC để

cho khô hẳn.

- Giai đoạn than hóa: Giai đoạn than hóa có tác dụng loại bỏ bớt các

-L

Í-

nguyên tố không phải là cacbon (O, H, ... ) ra khỏi nguồn nguyên liệu ban

ÁN

đầu. Vỏ chuối được nung ở 4500C trong vòng 90 phút trong dòng khí N2 với

IỄ N

ÀN

lưu lượng 300ml/phút, tốc độ gia nhiệt 150C/phút. - Giai đoạn hoạt hóa: Sản phẩm sau than hóa được trộn đều với dung

dịch chứa NaOH và KOH theo tỉ lệ 20 g sản phẩm : 40 g NaOH : 40 g KOH. Sau đó cho mẫu vào tủ sấy ở 1000C trong 12 tiếng. - Sản phẩm thu được sẽ mang đi hoạt hóa trong lò nung với các bước như sau: + Nâng nhiệt độ lò nung từ nhiệt độ phòng đến 400oC trong 35 phút (tốc độ gia nhiệt khoảng 100C/1 phút ) . Giữ nhiệt độ 4000C trong 20 phút. 17

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

+ Tiếp theo, nâng nhiệt độ lò nung từ 4000C đến 8500C trong 45 phút (tốc độ gia nhiệt 100C/1 phút ). Giữ nhiệt độ 8500C trong 90 phút. khuấy đều để loại bỏ bớt kiềm.

- Sau đó, Sản phẩm được ngâm bằng axit HCl, rồi được rửa nhiều lần

- Sau khi hoạt hóa xong, mẫu được mang đi rửa bằng nước nóng,

U Y

bằng nước cất đun nóng ở khoảng 800C đến khi pH của nước lọc không đổi

(khoảng 6,6 - 7,0). Mẫu được sấy ở 100oC trong 24h, thu được sản phẩm

cuối cùng .

ẠO

2.3. Các phương pháp phân tích vật lí và hóa lí sử dụng :

2.3.1.Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (BET)

Nguyên lí

H Ư

Khi để vật liệu rắn tiếp xúc với khí N2 ở 77K sẽ xảy ra sự hấp phụ N2

TR ẦN

lên bề mặt vật liệu. Lượng khí (hơi) bị hấp phụ V là đại lượng đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn. V là một hàm đồng biến với áp suất

10 00

cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất bão hòa P0của chất bị hấp phụ tại một nhiệt độ đã cho thì mối quan hệ giữa V và P được gọi là “đẳng nhiệt hấp

phụ”. Sau khi đã đạt đến áp suất bão hoà P0, người ta đo các giá trị thể tích

khí hấp phụ ở các áp suất tương đối (P/P0) giảm dần và nhận được đường

-L

Í-

"đẳng nhiệt khử hấp phụ". Trong thực tế, đối với vật liệu mao quản trung

ÁN

bình đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ không trùng nhau, mà

thường thấy một vòng khuyết (hiện tượng trễ). Hình dạng của đường đẳng

IỄ N

ÀN

nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ và vòng trễ thể hiện những đặc điểm về bản chất

và hình dáng mao quản. Hình 2.1 trình bày các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 tại 77K đặc trưng theo phân loại của IUPAC. Đường đẳng nhiệt kiểu I tương ứng với vật liệu mao quản (VLMQ) nhỏ hoặc không có mao quản. Kiểu II và III là của VLMQ có mao quản lớn (d > 50 nm). Kiểu IV và kiểu V quy cho VLMQ có mao quản trung bình. Kiểu bậc thang VI rất ít gặp. 18

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Từ đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 người ta có thể xác định được các đặc trưng mao quản cũng như diện tích bề mặt riêng của vật liệu

mao quản nhỏ (Vmi). Phương pháp BJH [4] được áp dụng để tính thể tích mao

để tính diện tích mao quản nhỏ (Smi), diện tích bề mặt ngoài (Sex) và thể tích

nghiên cứu. Trong khóa luậnnày, phương pháp đồ thị t-plot [20] được áp dụng

U Y

quản trung bình (Vmes) và phương pháp hàm mật độ (DFT) [33] được sử dụng

để xác định sự phân bố kích thước mao quản.

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Thể tích mao quản tổng (Vtot) được tính theo công thức: Vtot = Vmi + Vmes.

Hình 2.2. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 ở 77K

theo phân loại của IUPAC

Í-

Bề mặt riêng của vật liệu được tính toán trên cơ sở phương trình

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

BET.Ở dạng tuyến tính phương trình này được viết: p 1 (C − 1)  P  = +   0 Va (P − p) Vm C Vm C  P 0 

Trong đó: Va là thể tích N2 bị hấp phụ tại áp suất cân bằng P, P0: áp suất bão hòa Vm: thể tích khí N2 cần thiết để phủ hết bề mặt vật rắn tạo thành 1

lớp đơn phân tử C: là hằng số.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

p p theo 0 trong khoảng áp suất p/p0 bằng 0,05 0 Va (p − p) p

Vẽ đồ thị

- 0,30 ta được một đường thằng cho phép xác định Vm và C. Từ đó tính được

Ơ N

Vm σ N A m V0

U Y

SBET =

bề mặt riêng theo công thức:

Trong đó:

σ là diện tích chiếm bởi 1 phân tử N2 (16,2 × 10-20 m²);

ẠO

NA = 6,023 × 1023,

m (g) là khối lượng chất rắn sử dụng,

V0 = 22414 cm3.

H Ư

Thiết bị, điều kiện đo

TR ẦN

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2ở 77K được thực hiện trên máy TRI START 3000 Micromeritics. Trước mỗi phép đo các mẫu than được làm sạch bề mặt (degas) ở 3000C trong dòng khí N2 trong 5h. Microscopy)

Nguyên tắc :

10 00

2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM: Scanning Electron

Phương pháp này sử dụng kính hiển vi điện tử quét ,là một loại kính

Í-

hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật

-L

bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề

ÁN

mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận

IỄ N

ÀN

và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt

mẫu vật. Trong kính hiển vi điện tử quét, chùm tia sơ cấp được gia tốc bằng điện thế từ 10 đến 50kV giữa catot và anot rồi đi qua thấu kính hội tụ quét lên bề mặt mẫu đặt trong môi trường chân không. Chùm điện tử có kích thước từ 1- 10nm mang dòng điện từ 10 – 12A lên bề mặt mẫu. Tương tác của chùm điện tử đến bề mặt mẫu thường là chùm điện tử thứ cấp hoặc điện

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

tử phản xạ ngược được thu lại và chuyển thành ảnh biểu thị bề mặt vật liệu. Độ nét của ảnh được xác định bằng số hạt thứ cấp đập vào ống tia catot, số

của vật liệu. Qua đó, ta sẽ biết được cách sắp xếp của các nguyên tử trong

mức độ lồi lõm bề mặt. Vì thế, ảnh thu được sẽ phản ánh diện mạo bề mặt

hạt này lại phụ thuộc vào góc bắn ra của electron khỏi bề mặt mẫu, tức là

U Y

tinh thể như thế nào. Chúng có thể sắp xếp có trật tự trong mạng tạo nên tinh

thể hoặc sắp xếp ngẫu nhiên hình thành dạng vô định hình. Các sắp xếp của

các nguyên tử một cách có trật tự sẽ ảnh hưởng tới tính chất như độ dẫn, tính

ẠO

chất điện, độ bền của vật liệu.

Thiết bị và điều kiện đo : Mẫu được chụp bằng phương pháp hiển vi

điện tử quét phát xạ trường gần (FESEM) trên máy S4800−Hitachi tại Viện

H Ư

Vệ sinh dịch tễ Trung Ương

TR ẦN

2.3.3.Phương pháp phổ hồng ngoại IR

Phổ hấp thụ hồng ngoại chính là phổ dao động quay vì khi hấp phụ

bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị

10 00

kích thích. Phương pháp này được dùng để tìm ra các nguyên tử hay nhóm nguyên tử trên bề mặt vật liệu. Phương pháp phổ hồng ngoại cung cấp thông

tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức

tạp. Kĩ thuật này dựa trên một hiệu ứng đơn giản. Các hợp chất hóa học có

-L

Í-

khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Không phải bất kì phân tử nào

ÁN

cũng có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Một phân tử hấp thụ bức xạ

hồng ngoại chỉ khi tần số dao động tự nhiên của một phần phân tử dao động

IỄ N

ÀN

cùng tần số với bức xạ tới và sự hấp thụ đó gây nên sự biến thiên momen

lưỡng cực của chúng. Sau khi hấp phụ bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết trong phân tử hợp chất hóa học, vì vậy có thể căn cứ vào đó để nhận

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

dạng chúng. Phổ hồng ngoại IR được sử dụng rộng rãi trong phân tích cấu trúc và xác định nhóm chức bề mặt.

tại Bộ môn Hóa lý thuyết và Hóa lý trường Đại học SPHN.

Phổ IR của các mẫu than được đo trên máy IR Prestige-21 Shimadzu

Thiết bị đo và điều kiện đo

U Y

2.4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu nano cacbon đa

mao quản trong hấp phụ xúc tác

2.4.1.Phương pháp hấp phụ động đánh giá khả năng hấp phụ của

ẠO

vật liệu tổng hợp

Hấp phụ động m-xylen được nghiên cứu trên hệ vi dòng, sử dụng hệ

thống được xây dựng tạiphòng thí nghiệm bộ môn Hóa lý thuyết và Hóa lý.

H Ư

Hệ gồm 3 bộ phận chính, một van 6 ngả điều chỉnh dòng khí phản ứng đi chỉnh lưu lượng dòng.

Ba bộ phận chính gồm :

TR ẦN

hoặc không đi qua reactor chứa chất hấp phụ (chất xúc tác) và các van điều

10 00

- Bình ổn nhiệt chứa chất bị hấp phụ cần nghiên cứu - Reactor (ống phản ứng bằng thạch anh) chứa chất hấp phụ ( hoặc

chất xúc tác) và được đặt trong bộ điều khiển nhiệt độ.

- Hệ sắc kí khí với detector FID để phân tích nồng độ chất bị hấp phụ

-L

Í-

(m-xylen) trước và sau khi hấp phụ.

ÁN

Nguyên lý hoạt động:

Hấp phụ động:Khí mang N2 được dẫn qua bình sục khí E ( đựng m-

IỄ N

ÀN

xylen lỏng ở 0oC, áp suất hơi bão hòa ở 0oC của m-xylen 1,69 mmHg hay

2240 ppm). Nhờ van sáu ngả G, chất mang N2 cùng hơi m-xylen được dẫn qua (hoặc không qua) reactor M đựng vật liệu hấp phụ/xúc tác. Khí (hơi) mxylen thoát ra sau khi hấp phụ sẽ đi qua van G, sau đó qua thiết bị sắc kí khí với detecor FID. Nhờ thiết bị này lượng m-xylen sẽ được xác định thông qua diện tích pic đặc trưng cho m-xylen. Nhiệt độ của reactor M được điều chỉnh bằng bộ điều khiển nhiệt độ N . 22

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

0.2 gam HPCMs-2,5-0,5-1073

- Lưu lượng dòng khí :

D = 2 L/h

- Áp suất hơi bão hòa của m-xylen ở 0oC :

1,69 mmHg hay 2240

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

ppm

- Khối lượng vật liệu :

Điều kiện thực nghiệm:

Hình 2.3. Sơ đồ hệ phản ứng vi dòng

-L

2.4.2. Phương ng pháp vi dòng xác định hoạt tính oxi hóa trên vật Để khảo sát hoạt tính xúc tác, mẫu HPCMs-5-0,5-1073 được tẩm 15%

CuO và 5%Co và sử dụng làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa m-xylen. Cách tiến hành thí nghiệm giống như khảo sát khả năng hấp phụ ở trên, chỉ thay dòng khí mang N2 bằng dòng oxi không khí.

IỄ N

ÀN

ÁN

liệu tổng hợp HPCMs-5-0,5-1073

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Em đã nghiên cứu chế tạo được1 mẫu vật liệu than hoạt tính, 7 mẫu

của dung dịch Al(NO3)3, tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp Al (YACs) và F127

vật liệu nano cacbon đa mao quản trong các điều kiện khác nhau về nồng độ

U Y

(chất tạo cấu trúc), điều kiện polymer hóa (polymer hóa bằng thủy nhiệt và

polymer hóa bằng nhiệt theo cách thông thường) theo các quy trình mô tả

trong chương II. Các sản phẩm tổng hợp đã được đánh giá thông qua việc

ẠO

xác định các đặc trưng vật lí và hóa lí sau:

- Tính chất xốp của bề mặt được nghiên cứu nhờ phương pháp hấp

phụ-khử hấp phụ N2 ở 77K (phương pháp BET)

H Ư

- Hình thái học của bề mặt vật liệu, được đánh giá thông qua ảnh SEM. - Cấu trúc nhóm chức bề mặt được xác định bằng phương pháp phổ

TR ẦN

hồng ngoại IR.

- Mẫu vật liệu HPCMs-2,5-0,5-1073 và HPCMs-5-0,5-1073 được

10 00

chọn làm tiêu biểu để khảo sát khả năng hấp phụ và oxy hóa m-xylen. 3.1.Vật liệu nano carbon đa mao quản

3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Al(NO3)3

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Al(NO3)3đến tính

Í-

chất xốp của vật liệu em tiến hành chế tạo 3 mẫu vật liệu với các nồng độ

-L

của dung dịch Al(NO3)3 là 0,5M, 1M, 1,5M . Để tiện cho theo dõi, điều kiện

ÁN

chế tạo và kí hiệu mẫu được tóm tắt trong bảng 3.1.

IỄ N

ÀN

Bảng 3.1.Điều kiện chế tạo và kí hiệu các mẫu vật liệu theo nồng độ dung dịch Al(NO3)3 Nồng độ Tỉ lệ khối Cách Nhiệt độ dd lượng giữa TT polymer than hóa Kí hiệu mẫu Al(NO3)3 YACs và F127 (K) nhiệt HPCMs-51 0,5 5 Bình thường 1073 0,5-1073 HPCMs-52 1,0 5 Bình thường 1073 1,0-1073 HPCMs-53 1,5 5 Bình thường 1073 1,5-1073

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Kết quả phân tích bằng phương pháp BET

Hình 3.1 trình bày hấp phụ và khử hấp phụ đẳng nhiệt N2 của 3 mẫu

theo sự tăng của áp suất tương đối (p/po). Điều này cho thấy quá trình hấp

phụ N2 của cả 3 mẫu đều thể hiện đồng thời tính chất của dạng I và dạng IV

HPCMs khi thay đổi nồng độ Al3+. Có thể thấy đường hấp phụ và khử hấp

U Y

phụ là sự pha trộn của hấp phụ đơn lớp và đa lớp.Ở vùng áp suất tương đối

thấp (p/po< 0,1), các phân tử N2 sẽ lấp đầy các vi mao quản, đường đẳng

nhiệt ở vùng này có dạng I, xác định đặc tính của vi mao quản của vật liệu (<

ẠO

tươ đối lớn hơn, xảy ra quá trình hấp phụ đa lớp tại 2 nm). Ở vùng áp suất tương các mao quản trung bình, mao quản lớn và bề mặt ngoài của vật liệu.Việc

xuất hiện đường trễ khá rộng xác định dạng IV của hấp phụ, thể hiện sự tồn

tại của mao quản trung bình trong vật liệu ( 2 nm < D < 50 nm). Đường hấp

H Ư

phụ và khử hấp phụ N2 của mẫu HPCMs-5-0,5-1073 có độ dốc lớn nhất

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

chứng tỏ sự hấp phụ đa lớp xảy ra nhiều hơn ở mẫu này.

Hình 3.1.Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của các mẫu vật liệu chế tạo trong điều kiện khác nhau về nồng độ dung dịch ngâm Al(NO3)3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Kết quả xác định bề mặt riêng (SBET) và các đặc trưng mao quản khác gồm: diện tích mao quản nhỏ (Smi), diện tích bề mặt ngoài (Sex), thể tích mao

tắt trong bảng 3.2.

(Vtot) và độ rộng trung bình của mao quản (D) của các mẫu cacbon được tóm

quản nhỏ (Vmi), thể tích mao quản trung bình (Vex), tổng thể tích mao quản

Sex/SBET

HPCMs-5-11073 HPCMs-5-

(cm3/g) (cm3/g) (cm3/g)

(%)

(nm)

483

9,38

0,2252 0,0715 0,2967

190

163

13,68

0,0777

271

221

533

24,09

2,242 6

18,45

0,06

0,1377

43,57

0,1066 0,0618 0,1684

36,69

2,988 2,475 1

10 00

1,5-1073

Vex/Vtot

0,5-1073

Vtot

(%)

H Ư

HPCMs-5-

Vex

TR ẦN

(m2/g) (m2/g) (m2/g)

Vmi

Sex

ẠO

Smi

SBET

Mẫu

tạo được với nồng độ dung dịch Al(NO3)3 khác nhau

U Y

Bảng 3.2. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của các mẫu vật liệu chế

Từ bảng 3.2 nhận thấy các mẫu than chế tạo được có diện tích bề mặt

riêng nằm trong khoảng 550 – 200 m2/g. Sự thay đổi nồng độ của Al3+ không

làm thay đổi đáng kể đến tính chất xốp của bề mặt. Tuy nhiên nếu xét cụ thể

Í-

hơn sẽ thấy khi nồng độAl3+ tăng, tổng thể tích mao quản giảmtừ 0,2967

-L

cm3/g đến 0,1377 cm3/gtrong khi kích thước mao quản trung bình ( tính theo

ÁN

BJH) lại tăng lên từ 2,2462 nm đến 2,475 nm và 2,988. Điều này có thể giải

IỄ N

ÀN

thích là do khi nồng độ Al3+ tăng quá 1,0 M oxit Al2O3 dễ dàng hình thành với kích thước lớn và có thể làm sập cấu trúc mao quản sau bước sử lý bằng HF. Do bề mặt riêng của mẫu HPCMs-5-0,5-1073 là phát triển nhất, nên nồng độ của dung dịch Al(NO3)3 được cố định là 0,5 M trong các khảo sát tiếp theo. Trên hình 3.2 giới thiệu sự phân bố độ rộng mao quản tính theo phương pháp BJH của các mẫu than. Dễ nhận thấy, các mẫu than chứa cả

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ó mao quản trung mao quản nhỏ và mao quản trung bình khá trật tự, trong đó bình khoảng 4 nm chiếm ưu thế. Kết quả này một lần nữa khẳng định tính đa

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

mao quản trong vật liệu tổng hợp.

10 00

ng pháp BJH của Hình 3.2. Sự phân bố độ rộng mao quản tính theo phương các mẫu than trong điều kiện khác nhau về nồng độ Al(NO3)3 3.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp nhôm và F127 Một yếu tố nữa ảnh hưởng đến đặc tính xốp của vật liệu là tỉ lệ khối

lượng giữa tổ hợp nhôm và F127. Để nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố này,

Í-

4 tỉ lệ YAC/F127 được chọn với các điều kiện chế tạo và kí hiệu mẫu như

-L

trong bảng 3.3

IỄ N

ÀN

ÁN

Bảng 3.3. Điều kiện chế tạo và kí hiệu các mẫu vật liệu theo tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp nhôm (YACs) và F127 Nồng độ Tỉ lệ khối Nhiệt độ Cách polymer TT dd lượng giữa than hóa Kí hiệu mẫu nhiệt Al(NO3)3 YACs và F127 (K) HPCMs-1010,0 1 0,5 Bình thường 1073 0,5-1073 HPCMs-52 0,5 5,0 Bình thường 1073 0,5-1073 HPCMs-3,32 0,5 3,3 Bình thường 1073 0,5-1073 HPCMs-2,53 0,5 2,5 Bình thường 1073 0,5-1073

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3.1.2.1.Kết quả phân tích bằng phương pháp BET

ng cho thấy quá trình hấp phụ và khử hấp phụ N2 của các Hình 3.3 cũng

mẫu vật liệu thể hiện tính chất của vi mao quản và mao quản trung bình,

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

giống như đã phân tích ở trên.

Hình 3.3.Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của các

và F127

-L

Í-

mẫu vật liệu trong điều kiện khác nhau về tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp nhôm

ÁN

Kết quả phân tích về các đặc trưng của vật liệu được tóm tắt trong

bảng 3.4. Có thể thấy sự thay đổi về tỉ lệ giữa YAC và F127 không dẫn đến

ương pháp tổng hợp làm xuất hiện đaa mao quản, tổng thể vẫn thấy rằng, phương ng khi hàm llượng F127 giảm. tích mao quản tăng

IỄ N

ÀN

một sự thay đổi tuyến tính các tính chất xốp của bề mặt vật liệu.. Tuy nhiên

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Bảng 3.4. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của các mẫu vật liệu chế tạo được với các tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp Al (YACs) và F127 khác nhau

(m2/g) (m2/g) (m2/g)

Vex

Vex/Vto

Vtot

(cm3/g) (cm3/g) (cm3/g)

(%)

(nm)

0,1

0,097

0,197

243

211

13,16

533

483

9,38

0,2252 0,0715 0,2967

272

238

12,86

0,113

465

431

7,31

49,23 11,86

HPCMs-5-

24,09

HPCMs-3,3-

0,112

2,242 6

0,225

49,78

12,7

0,272

26,47

8,4

0,5-1073

ẠO

0,5-1073

H Ư

HPCMs-10-

U Y

(%)

Vmi

Sex/SBET

Sex

Mẫu

Smi

SBET

HPCMs-2,5-

0,2

0,072

TR ẦN

0,5-1073

Sự phân bố độ rộng mao quản cho thấy, vật liệu có chứa mao quản

10 00

trung bình khá trật tự, nằm trong khoảng tử 2 nm đến khoảng 40 nm trong đó

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

mao quản trung bình 3-4 nm chiếm ưu thế.

ng pháp BJH của các Hình 3.4.Sự phân bố độ rộng mao quản tính theo phương mẫu than trong điều kiện khác nhau về tỉ lệ ngâm F127

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3.1.2.2.Kết quả phân tích bằng phương pháp SEM Trên hình 3.5 giới thiệu ảnh SEM của 2 mẫu than tiêu biểu được tổng

hoàn toàn đồng nhất. Các mẫu than tổng hợp có bề mặt xốp, cấu trúc dạng

giai đoạn cacbon hóa tạo ra bề mặt ngoài lớn với những hang hốc không

hợp với tỉ lệ khối lượng giữa tổ hợp nhôm và F127 khác nhau. Dễ thấy rằng

U Y

hình sợi hoặc cầu xen kẽ nhau, tuy nhiên không rõ ràng. Mẫu có tỉ lệ

YAC/F127 = 3,3 ( hàm llượng F127 thấp hơn) có hình thái bề mặt xốp và

n. Khi so sánh thể tích bề mặt ngoài thì mẫu này có giá trị lớn đồng đều hơn.

ẠO

nhất. Đê khảo sát ảnh hưởng của chế độ nhiệt trong giai đoạn polymer hóa,

10 00

TR ẦN

H Ư

mẫu này được chọn.

Mẫu HPCMs-2,5-0,5-1073

Mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073

Í-

Hình 3.5: Ảnh SEM của mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073 và mẫu HPCMs-2,50,5-1073 ở thang 1µm

-L

3.1.3.Ảnh hưởng của phương pháp polymer nhiệt

ÁN

Trong lần khảo sát này, em tổng hợp 1 mẫu là HPCMs-3,33-0,5-1073

phương pháp polymer nhiệt bình thường đã tổng HPCMs-3,33-0,5-1073 theo ph hợp ở trên.

IỄ N

ÀN

theo phương pháp thủy nhiệt ở giai đoạn polymer để so sánh với mẫu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ph 3.1.3.1. Kết quả phân tích theo phương pháp BET Bảng 3.5. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của các mẫu vật liệu với

Sex/SBET

(m2/g) (m2/g) (m2/g)

(%)

(nm)

15,15

0,181

0,106

272

238

12,86

0,113

0,112

0,287

ẠO

36,93 6,612

0,225

49,78

12,7

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

0,5-1073

360

424

nhiệt HPCMs-3,33-

(cm3/g) (cm3/g) (cm3/g)

HPCMs-3,330,5-1073-thủy

Vex/Vto

Vtot

U Y

(%)

Vex

Vmi

Sex

Mẫu

Smi

SBET

phươ ương pháp polymer nhiệt khác nhau.

Hình 3.6. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của các mẫu

ng pháp polymer nhiệt. vật liệu chế tạo trong đđiều kiện khác nhau về phương Hình 3.6 và bảng 3.5 cho thấy, với việc thay đổi chế độ thủy nhiệt, quá trình polymer hóa xảy ra tốt hơn. Độ dốc của đường hấp phụ cao hơn và

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

đường trễ của giải hấp rộng hơn chứng tỏ quá trình polymer thủy nhiệt làm tăng diện tích bề mặt riêng và diện tích bề mặt ngoài. Mẫu thủy nhiệt có diện

khoảng 6,6 nm. Điều này loại trừ khả năng cấu trúc mao quản bị sập trong

quản cũng tăng, tuy nhiên, đường kính mao quản trung bình lại được giữ ở

tích bề mặt riêng tăng gấp đôi, diện tích bề mặt ngoài và tổng thể tích mao

U Y

quá trình thủy nhiệt.

3.1.3.2. Kết quả phân tích theo phương pháp SEM

Hình 3.7 mô tả ảnh SEM của mẫu theo phương pháp thủy nhiệtở thang

ẠO

1µm. Dễ thấy rằng mẫu than được tạo nên từ các hạt có dạng gần cầu với

kích thước khá đồng đều. Ở thang 10µm ( hình 3.8a)có thể quan sát thấy

hình thái ba chiều của bề mặt vật liệu. Điềm này là ưu việt hơn so với

Hình 3.7.Ảnh SEM của mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt ở thang 1 µm

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

phương pháp polymer hóa nhiệt thông thường (Hình 3.8b)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

HPCMs-3,33-0,5-10730- bình thường

HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt

ẠO

Hình 3.8. Ảnh SEM của hai mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt(a) và

10µ HPCMs-3,33-0,5-10730- bình thường (b) ở thang 10µm

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ph pháp IR 3.1.3.3. Kết quả phân tích theo phương

IỄ N

ÀN

Hình 3.9. Phổ IR của mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073- bình thường

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.10.Phổ IR của mẫu HPCMS-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt

H Ư

Hình 3.9 và hình 3.10 giới thiệu phổ IR của hai mẫu vật liệu carbon

TR ẦN

nghiên cứu. Có thể thấy rằng phổ IR của 2 mẫu than này đều có hình dạng tương tự nhau. Trong khoảng số sóng từ 500 đến 4000 cm-1, các mẫu đều có

ưng được gán cho các nhóm chức có trên bề mặt vật liệu: các vân phổ đặc trưng

10 00

vân phổ ở ~ 3437,15 cm-1 được gán cho dao động kéo dài của nhóm OH ; các vân phổ ở 2920 và 2924 cm-1 được gán cho dao động kéo dài của liên kết

C-H no; vân phổ ở 1631 và 1624 cm-1 được gán cho dao động của nhóm

ng cho dao động kéo dãn C=C trong vòng thơm;vân phổ ở 601,79 cm-1đặc trưng

Í-

ng pháp phổ hồng của liên kết C-C. Như vậy việc nghiên cứu bằng phương

-L

ngoại biến đổi IR đã xác nhận sự vắng mặt của các nhóm chức chứa oxi trên

ÁN

bề mặt các mẫu vật liệu chế tạo được.Điều này khẳng định sự thành công của

IỄ N

ÀN

phương pháp tổng hợp nano cacbon đa mao quản. 3.1.4. Kết luận

ng pháp sử dụng tổ hợp trên cơ sở Al và F127 như nh một tác Bằng phương nhân tạo cấu trúc, đề tài đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu nano cacbon đa mao quản có cấu trúc kiểu vật liệu khung hữu cơ kim loại. Phương pháp BET chỉ ra vật liệu có cấu trúc đa mao quản bào gồm vi mao quản và mao quản trung bình với kích thước tập trung trong khoảng 3-4nm. Hình thái học của bề mặt thông qua ảnh SEM cho thấy bề mặt phát triển có cấu trúc

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3D dạng lớp và sợi mặc dù chưa thật rõ ràng. Phổ IR xác định sự không có mặt của các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt vật liệu. Qua việc khảo sát

phương thức nồng độ của dung dịch Al3+ và tỉ lệ giữa YAC/F127 cũng như ph

như sau polymer hóa nhiệt, có thể đưa ra một điều kiện tổng hợp tốt nhất nh

- Nồng độ Al3+ =0,5,

U Y

- Tỉ lệ YAC/F127= 5 ,

- Quá trình polymer hóa thủy nhiệt.

3.2. Tổng hợp vật liệu than hoạt tính

ẠO

ũ để nghiên cứu khả năng sử dụng nguồn phế phẩm Để so sánh và cũng nông nghiệp này ở một góc độ khác, một mẫu than hoạt tính được tổng hợp

ăn Khu nghiên từ vỏ chuối, theo quy trình tổng hợp của nhóm tiến sĩ Lê Văn

H Ư

cứu ở bộ môn Hóa lýthuyết và Hóa lý Trường ĐH SPHN.

ph pháp đo BET 3.2.1. Kết quả phân tích theo phương

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

Bảng 3.6. Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản của than hoạt tính. Vex/Vto Vtot D SBET Smi Sex Sex/SBET Vmi Vex Mẫu 2 2 2 3 3 3 t (nm) (m /g) (m /g) (m /g) (%) (cm /g) (cm /g) (cm /g) (%) 2,08 AC 3282 2609 672 20,48 1,45 0,63 30,28 3,77

Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 77K của mẫu than hoạt tính.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Qua hình 3.11, ta thấy rằngở vùng áp suất tương đối thấp (p/po< 0,1), đường đẳng nhiệt có dạng I theo sự phân loại của IPUAC . Điều này chứng

quản nhỏ, mẫu than còn chứa một lượng đáng kể mao quản trung bình

xuất hiện vòng trễ nhỏ khi giải hấp phụ N2. Điều này chứng tỏ bên cạnh mao

tỏmẫu than thuộc loại vật liệu mao quản nhỏ. Tuy nhiên ở trên hình,ta thấy

U Y

(mesopore, 2 nm < dmao quản< 50 nm).

Từ bảng 3.6 nhận thấy mẫu than chế tạo được có bề mặt riêng khá

phát triển với diện tích rất lớn là 3282 m2/g, chứa nhiều mao quản nhỏ: diện

ẠO

tích mao quản nhỏ là 2609 m2/g. Tuy nhiên bên cạnh mao quản nhỏ, mẫu

than cũng chứa lượng khá lớn mao quản trung bình: diện tích mao quản

trung bình là 672 m2/g; phần trăm thể tích mao quản trung bình là 30,28%,

H Ư

điều này dẫn đến độ rộng trung bình của mao quản của mẫu than đều lớn

TR ẦN

hơn 2 nm. Kết quả này phù hợp với nhận xét rút ra khi quan sát đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 trình bày ở trên.

Kết quả này rất bất ngờ và khá lý thú nếu so sánh với các mẫu than

10 00

hoạt tính được tổng hợp từ các nguồn phụ phẩm nông nghiệp khác. Mẫu than có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có thể nói lớn hơn hẳn những mẫu than hoạt

tính đi từ lõi ngô, vỏ hạt cả phê, rơm rạ…và cà than hoạt tính thương mại

Trà bắc. Điểm ưu việt hơn nữa của vật liệu tổng hợp này là mặc dù bề mặt

-L

Í-

riêng lớn như vậy nhưng diện tích bề mặt ngoài cũng rất lớn, lên tới 672

ÁN

m2/g, chiếm tới 20,5% tổng diện tích bề mặt. Đồng thời, thể tích tính theo

BJH, tức là thể tích mao quản trung bình cũng chiếm tới hơn 30% tổng thể

IỄ N

ÀN

tích. Điều nảy quả là tuyệt vời nếu so với chưa đến 3% diện tích bề mặt

ngoài và chưa đến 6% thể tích mao quản trung bình của than Trà bắc. Và còn hơn nữa mặc dù bề mặt chứa nhiều mao quản nhỏ nhưng kích thước mao quản lại tập trung chủ yếu ở 4 nm, điều này không xảy ra với các mẫu than hoạt tính khác đã được công bố.Kết quả này là sẽ là một đóng góp mới có tiềm năng cho việc chế tạo siêu tụ điện.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

ẠO

U Y

3.2.2.Kết quả phân tích bằng phương pháp SEM

Hình 3.12.Ảnh SEM của mẫu than hoạt tính

TR ẦN

Có thể thấy trên hình 3.12, mẫu than tổng hợp cấu trúc bề mặt rất xốp, chứa đựng các hang hốc với nhiều kích cỡ khác nhau.Chính vì vậy mà mẫu

than tổng hợp được có diện tích bề mặt riêng và thể tích mao quản rất lớn.

10 00

Điều này phù hợp với kết quả đo BET.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

3.2.3.Kết quả phân tích bằng phương pháp IR

Hình 3.13. Phổ IR của mẫu than hoạt tính

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Qua hình 3.13, ta thấy rằng phổ IR của mẫu than hoạt tínhngoài một số pic tương tự như phổ IR của vật liệu nano carbon đa mao quản còn xuất

than hoạt tính có các vân phổ đặc trưng được gán cho các nhóm chức có trên

trên bề mặt than hoạt tính.Trong khoảng số sóng từ 500 đến 4000 cm-1, mẫu

hiện nhiều pic hơn. Những pic này đặc trưng cho những nhóm chức chứa oxi

U Y

bề mặt than: vân phổ ở ~ 3417,8 cm-1 được gán cho dao động kéo dài của

nhóm OH; vân phổ ở 2924,09 cm-1 được gán cho dao động kéo dài của liên

kết C-H no; vân phổ ở 1627,92 cm-1 được gán cho dao động của nhóm C=C

ẠO

trong vòng thơm; vân phổ ở khoảng 1469,76 cm-1 được gán cho dao động

uốn của C-H bất đối xứng; vân phổ khoảng ~ 1388,75 cm-1 đặc trưng cho

dao động uốn của C-H đối xứng và bất đối xứng ; vân phổ ở khoảng 1037,70

H Ư

cm-1 được gán cho dao động kéo dài của C-O trong axitcacboxylic, ancol,

TR ẦN

phenol, ete và este; vân phổ ở 682,8 và 470,63 cm-1là dao động kéo dãn của nhóm C-C. Như vậy việc nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại biến

10 00

mẫu than chế tạo được.

đổi IR đã xác nhận sự có mặt của các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt các 3.3. Khảo sát vai trò của các nhóm chức trên vật liệu nano cacbon

đa mao quản thông qua chất khảo sát là m-xylen

Than hoạt tính đã được biết có khả năng hấp phụ m-xylen rất tốt và là

-L

Í-

chất mang hữu hiệu cho xúc tác oxi hóa m-xylen. Đê chỉ ra sự khác nhau về

ÁN

tính chất vật lý và đặc biệt là tính chất hóa học của bề mặt ảnh hưởng quyết

định đến khả năng ứng dụng của vật liệu, một mẫu cac bon đa mao quản

IỄ N

ÀN

được khảo sát hấp phụ m-xylen và khảo sát vai trò chất mang xúc tác cho

phản ứng oxi hóa m-xylen 3.3.1.Nghiên cứu quá trình hấp phụ động m-xylen trên vật liệu HPCMs-2,5-0,5-1073 Thí nghiệm hấp phụ động m-xylen trên HPCMs-2,5-0,5-1073được thực hiện ở hai nhiệt độ khác nhau là 50oC và 100oC. Khối lượng vật liệu là 0,2 gam, khí mang là N2 với lưu lượng dòng D = 2 L/h . 38

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.14. Đường cong thoát của m-xylen trong chế độ hấp phụ động. Điều

TR ẦN

kiện 0,2 gam HPCMs-2,5-0,5-1073, D = 2 L/h, nhiệt độ 50oC và 100oC Từ đường cong thoát trên hình 3.14 có thể thấy chỉ sau khoảng 10

10 00

phút đã xuất hiện nồng độ m-xylen,như vậy khả năng hấp phụ m-xylen của mẫu vật liệu không cao. Điều này hoàn toàn dễ hiểu do bản chất các nhóm

chức trên bề mặt của vật liệu đều không chứa oxi (theo kết quả từ phổ IR).

Xét ảnh hưởng của nhiệt độ cho thấy sự hấp phụ giảm khi ttăng nhiệt

Í-

độ.3.3.2. Nghiên cứu quá trình oxi hóa xúc tác m-xylen trên vật liệu

-L

20%CuO,5%CoO/HPCMs-5-0,5-1073 .

ÁN

Để thực hiện nội dung này, mẫu HPCMs-5-0,5-1073 được tẩm một

hàm lượng là 20% CuO và 5% CoO. Quá trình tẩm được diễn ra nhiều lần. Sau đó mẫu được sấy khô và nghiên cứu khả năng xúc tác cho quá trình oxy hóa m- xylen.

IỄ N

ÀN

lượng nhất định dd muối Cu(NO3)2 và CoCl2 để tạo ra vật liệu xúc tác với

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình

IỄ N

ÀN

Hình 3.15, Ảnh SEM của mẫu 20%CuO,5%CoO/HPCMs-5-0,5-1073 ở thang 5µm và 10µm Quan sát ảnh SEM của mẫu này sẽ thấy vật liệu HPCMs-5-0,5-1073 có

cấu trúc hình thái bề mặt lớp xen kẽ lớp giống như các tấm graphen, vật liệu có cấu trúc 3Drõ nét. Những cụm tròn nhỏ kích thước trung bình khoảng 2-5µm nằm rải rác trên bề mặt được gán cho là những cụm tâm Cu-Co.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Qúa trình khảo sát hoạt tính xúc tác cho thấy đến trên 300o C xúc tác mới bắt đầu thể hiện hoạt tính. Điều này có thể giải thích nguyên nhân là do quá trình này.

Kết quả khảo sát hoàn toàn như dự kiến, khác với than hoạt tính (

vật liệu có khảnăng hấp phụ m-xylen thấp và như vậy không thuận lợi cho

U Y

dùng chất hoạt hóa), vật liệu cacbon mao quản không hấp phụ và do đó

không có hoạt tính xúc tác cho quá trình oxi hóa m-xylen. Kết quả này chứng

tỏ hai phương pháp tổng hợp khác nhau sẽ cho ra hai vật liệu đều trên cơ sở

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

cacbon nhưng có tính chất bề mặt và hình thái học hoàn toàn khác nhau.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

KẾT LUẬN Đề tài này được phát triển từ bài tập môn học năm thứ ba với mục đích

đặc biệt là vỏ chuối. Sau một thời gian nghiên cứu, em đã đạt được những

tổng hợp vật liệu nano cacbon mao quản trung bình đi từ nguồn phế phẩm

U Y

kết quả sau

1. Đã đề xuất được qui trình tổng hợp thành công vật liệu nano cacbon

đa mao quản trên cơ sở sử dụng tổ hợp Al và F127 như chất tạo cấu trúc. Vật

ẠO

liệu được minh chứng bằng các phương pháp phân tích Hóa lý thích hợp như

hấp phụ và khử hấp phụ N2, ảnh SEM và phổ IR.

2. Đã tổng hợp thành công một mẫu than hoạt tính theo phương pháp

H Ư

nhiệt phân và hoạt hóa hóa học bằng NaOH và KOH. Cac kết quả đặc trưng cho thấy đây là một vật liệu có những tính chất bề mặt vượt hẳn những mẫu

TR ẦN

than hoạt tính được tổng hợp từ các nguồn khác đã được công bố. 3. Đã thực hiện một quá trình hấp phụ và oxi hóa m-xylen trên mẫu

10 00

vật liệu nano cacbon đa mao quản để chứng minh vật liệu bằng thực nghiệm sự khác nhau về tính chất bề mặt của hai loại vật liệu tổng hợp bằng hai

phương pháp khác nhau.

4. Cac kết quả thu được từ nghiên cứu này là hoàn toàn mới ở Việt

Í-

Nam. Tuy mới chỉ là kết quả bước đầu, song nó rất có ý nghĩa trong việc

-L

nghiên cứu tổng hợp định hướng ứng dụng vật liệu trong tương lai. Hơn nữa,

ÁN

đây là một nghiên cứu góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do tận dụng

IỄ N

ÀN

nguồn phế phẩm nông nghiệp.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

hợp khác nữa để có một qui trình tổng hợp chuẩn.

mới chỉ là bước đầu cần phải được lặp lại và thay đổi những điều kiện tổng

1. Đề tài là một hướng đi hoàn toàn mới nên những kết quả thu được

U Y

2. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của hai loại vật liệu này trong thực

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

tiễn.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Jinliang Zhu, Juhong Cheng, Anne Dailly, Mei Cai, Matthew Beckner, Pei

area 3D porous carbon as hydrogen storage materials”, international

Kang Shen, “One-pot synthesis of Pd nanoparticles on ultrahigh surface

U Y

journal of hydrogen energy 39 (2014) 14843- 14850

2.Rui-Lin Liu, Wen-Juan Ji, Tian He, Zhi-Qi Zhang, Jing Zhang, Fu-Quan a

hybrid

dual-template

route

CO2

capture

and

ẠO

through

Dang, “Fabrication of nitrogen-doped hierarchically porous carbons

haemoperfusion”, CARBON 76 (2014) 84 – 95

3. Yu-Tai Liu, Teng Long, Sha Tang, Jin-Liang Sun, Zhen-An Zhu, Ya-Ping

H Ư

Guo,” Biomimetic fabrication and biocompatibility of hydroxyapatite

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Letters 128 (2014) 31–34

TR ẦN

chitosan nanohybrid coatings on porous carbon fiber felts”, Materials

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial