Tổng hợp vật liệu nano carbon đa mao quảnvà than hoạt tính AC từ phế phẩm nông nghiệp (vỏ chuối)

MỤC LỤC Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 1 DANH MỤC BẢNG Trang 2 DANH MỤC HÌNH Trang 3 MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường trở thành vấn đề nóng toàn cầu Với đà phát triển kinh tế, xã hội, phát triển ngành công nghiệp quốc gia giới có tác động lớn môi trường Trong năm gần đây, phải đối mặt với nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường không khí: biến đổi khí hậu, nóng lên toàn cầu, suy giảm tầng ozon, mưa axit Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường vấn đề nan giải, đặc biệt đô thị lớn Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, làng nghề, khu công nghiệp Ô nhiễm môi trường không làm ảnh hưởng đến sức khỏe người, mà tác động mạnh đến hệ sinh thái biến đổi khí hậu Theo số liệu thống kê Bộ Y tế, năm gần đây, bệnh nhân đường hô hấp có tỷ lệ mắc cao toàn quốc, nguyên nhân chủ yếu ô nhiễm không khí gây Để khắc phục tình trạng này, cần phải tìm nhiều giải pháp để làm giảm lượng khí thải phát sinh vào môi trường Một biện pháp sử dụng loại vật liệu để hấp phụ khí gây ô nhiễm số vật liệu nanocarbon lên ứng cử viên tiềm Vật liệu nano carbonvới cấu trúc đa thành đa mao quản thu hútđược quan tâm vô lớn có tính chất độc đáo tiềm ứng dụng to lớn bao gồm hấp phụ, xúc tác, phân tách khí lưu trữ lượng Diện tích bề mặt riêng cao với thể tích mao quản lớn đặc tính cần thiết cho ứng dụng kể có nhiều phương pháp tổng hợp khác áp dụng để nâng cao tính chất Gần vật liệu kim loại khung hữu (MOFs) với kích thước mao quản lớn, có khả chức hóa xem chất tạo cấu trúc lý tưởng cho việc tổng hợp vật liệu nano carbon Tuy nhiên công trình công bố gần hạn chế chất tạo cấu trúc 4 việc điều chỉnh mao quản cacbon, điều kiên chặt chẽ tác nhân tinh khiết tổng hợp MOF Một vài công trình nghiên cứu xác nhận nguồn carbon thêm vào không cần thiết trình tổng hợp carbonnano sử dụng MOFs chất tạo cấu trúc thân MOFs chứa nhiều carbon Hơn tất phương pháp áp dụng cần đến tác nhân đắt tiền diện tích bề mặt riêng lớn MOFgiảm nhanh qui trình mở rộng phạm vi phòng thí nghiệm Bởi việc áp dụng phương pháp tổng hợp dùng MOFs chất tạo cấu trúc công nghiệp bị hạn chế nhiều Người ta chứng minh chức hóa vật liệu nano carbon nhóm chứa nito làm tăng tính chất dẫn điện, tăng khả chống oxi hóa có tính chất bề mặt khác Điều đãn đến làm tăng vượt bậc khả ứngdụng vật liệu nano carbon Gần đây, hướng tổng hợp vật liệu nano sở carbontừsinh khối thay cho qui trình sử dụng chất hóa học quan tâm nguồn sinh khối sẵn có, kinh tế, không độc hại Vật liệu cacbon tổng hợp từ phế thải sinh khối có nhiều ứng dụng hấp phụ, xúc tác Các phế phẩm sinh khối sẵn có, có giá trị kinh tế, thân thiện môi trường xem nguồn vật liệu tiềm tàng để tổng hợp vật liệu cacbon Cho tới nay, số trình kỹ thuật cacbon hóa thủy nhiệt, nhiệt phân trực tiếp sử dụng để tổng hợp vật liệu carbon Tuy nhiên chưa có qui trình chung hoàn thiện cho tổng hợp carbon mao quản từ nguồn sinh khối thô Xuất phát từ phân tích trên, em chọn đề tài “ Bước đầu nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano carbon từ phế phẩm nông nghiệp" với mục đích chế tạo nên loại vật liệu sở cacbon có cấu trúc đa thành, đa mao quản có nhiều ứng dụng thực tiễn đặc biệt hấp phụ phân tách khí chế tạo siêu tụ điện Để đạt mục đích này, nghiên cứu em, vật liệu nanocarbon tổng hợp sử dụng F127 tổ hợp sở Al chất tạo cấu trúc , vỏ 5 chuối tiền chất Vỏ chuối phế thải nông nghiệp,là nguồn xenllulozo chứa nhiều nhóm chức hữu , lignin, pectins protein Dựa tương tác nhóm chức bề mặt –COOH, -OH vỏ chuối ion Al, tổ hợp Al hình thành nhờ trình hấp phụ tạo liên kết Tổ hợp Al chất tạo cấu trúc cho vật liệu carbon mao quản Polymer sở Al chứng minh có cấu trúc 3D dùng làm tiền tố để tổng hợp vật liệu nano cacbon với bề mặt riêng cao, thể tích mao quản lớn 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 đặc trưng xốp vật liệu chế tạo - Bước đầu thí nghiệm ứng dụng vật liệu nano carbon đa mao quản hấp phụ oxi hóa m-xylen III Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng quan vật liệunanocarbonđa mao quảnvà than hoạt tính (AC) Tổng quan hấp phụ Chế tạo vật liệu nano carbon đa mao quảnvà than hoạt tính AC Tổng quan phương pháp xác định đặc trưng xốp vật liệu Bước đầu thí nghiệm ứng dụng vật liệu nano carbon đa mao quản hấp phụ oxi hóa xilen IV Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thu thập tài liệu Nghiên cứu thực nghiệm , tổng hợp Nghiên cứu đặc trưng : phương pháp BET, SEM, IR Phương pháp hấp phụ cột động sử dụng hệ vi dòng để nghiên cứu hoạt tính xúc tác phản ứng oxy hóa m-xylen CHƯƠNG I.TỔNG QUAN I.1 Tổng quan vật liệu carbon mao quản 6 Vật liệu có mao quản thường đánh giá qua tính chất xốp Các thông số mô tả tính chất xốp gồm: - Thể tích lỗ xốp riêng: không gian rỗng tính cho đơn vị khối lượng(cm3/g) - Diện tích bề mặt riêng: diện tích bề mặt tính cho đơn vị khối lượng, bao gồm tổng diện tích bề mặt bên mao quản bên hạt(m2/g) - Hình dáng mao quản: thực tế khó xác định hình dáng mao quản, song có loại mao quản thừa nhận: mao quản hình trụ, hình cầu, hình que hình chai Phân bố kích thước mao quản phân bố lỗ xốp dựa giả thiết hình dáng mao quản, chúng xác định theo biến đổi thể tích diện tích mao quản với kích thước mao quản Theo JUPAC, vật liệu mao quản chia thành loại dựa đường kính mao quản chúng Trong : - Vật liệu mao quản nhỏ dmq < nm Vật liệu mao quản trung bình 2nm < dmq< 50 nm Vật liệu mao quản rộng dmq> 50 nm dmq đường kính mao quản Có nhiều định nghĩa, nhiên nói chung rằng, vật liệucarbon mao quản dạng cacbon xử lý để mang lại cấu trúc xốp, có diện tích bề mặt lớn, khoảng từ 500-2500m 2/g thường đặc trưng cấu trúc vớimao quản phân tán, tạo nên từ mao quản với kích thước hình dạng khác nhauvà cấu trúc mao quản phân bố rộng, cho thấy khả tích điện lớn Vật liệu carbon mao quản chất hấp phụ quí linh hoạt, đượcsử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích loại bỏ màu, mùi, vịkhông mong muốn tạp chất hữu cơ, vô nước thải công nghiệp sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm không khí, kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp khí thải động cơ, làm nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm nhiều 7 ứng dụng pha khí Chúng biết đến nhiều ứng dụng y học, sử dụng để loại bỏ độc tố vi khuẩn số bệnh định Cacbon thành phần chủ yếu loại vật liệu với hàm lượng khoảng 85 –95% Tuy nhiên, vật liệu carbon mao quản nhỏ có nhiều hạn chế : - Các phân tử có kích thước lớn không khuyếch tán vào mao quản - để tiếp xúc với tâm hoạt động Các phân tử có kích thước lớn khuyếch tán vào mao quản để tạo tính chất bề mặt mong muốn xúc tác, hấp phụ, Vì vậy, năm gần đây, người ta nghiên cứu nhiều, chế tạo vật liệu carbon mao quản trung bình để tăng cường khả sử dụng vật liệu I.1.1 Tổng quan vật liệu carbon mao quản trung bình Vật liệu carbon mao quản trung bình biết đến loại vật liệu có mao quản đồng đều, kích thước mao quản lớn (đường kính mao quản từ 20nm đến 50 nm), diện tích bề mặt riêng lớn ( >1000 m 2/g), vật liệu chứa nhiều tâm hoạt động bề mặt nên dễ dàng tiếp cận với tác nhân phản ứng Tuy nhiên,vật liệu mao quản trung bình vật liệu tinh thể Mặc dù mao quản phân bố theo quy luật tuần hoàn mạng tinh thể, nhìn góc độ gần phân tử ( ion, nguyên tử, nhóm nguyên tử, ) lại liên kết với cách vô định hình.Như vậy, xem vật liệu mao quản trung bình "giả tinh thể".Vật liệu mao quản trung bình chứa nhóm chức bề mặt Vật liệu mao quản trung bình phân loại theo cấu trúc theo dạng sau : - Cấu trúc lục lăng - Cấu trúc lập phương - Cấu trúc lớp mỏng I.1.2 Tổng quan than hoạt tính 8 Than hoạt tính sản phẩm từ carbon xử lý để tạo nên cấu trúc lỗ xốp nhằm nâng cao diện tích bề mặt riêng than.Thành phần chủ yếu than hoạt tính cacbon dạng vô định hình kết hợp với phần nhỏ cacbon dạng tinh thể graphit Ngoài C than hoạt tính bao gồm nhiều nguyên tố hóa học khác như: Silic, oxy, hydro, lưu huỳnh, nitơ, Than hoạt tính có bề mặt riêng lớn (từ 500 đến 2500 m 2/g), kích thước mao quản nhỏ ( đường kính mao quản nhỏ 2nm) Bên than hoạt tính có nhiều ngóc ngách hang động với kích thước vô bé có khả hấp phụ loại khí có kiểu liên kết ion cộng hóa trị phân cực Các loại chất hấp phụ giữ lại bề mặt than hoạt tính.Do vậy, than hoạt tính có dung lượng hấp phụ tương đối lớn chất khí, chất tan I.2 Phế thải nông nghiệp Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, đa dạng sinh thái nên chủng loại ăn nước ta đa dạng, có tới 30 loại ăn khác nhau, thuộc nhóm là: ăn nhiệt đới (chuối, dứa, xoài…), nhiệt đới (cam, quýt, vải, nhãn…) ôn đới (mận, lê…) Một nhóm ăn lớn phát triển mạnh nhãn, vải chôm chôm Tiếp theo chuối Việt Nam xứ sởcủa chuối với nhiều giống chuối quý như: chuối tiêu, chuối tây, chuối bom,chuối ngự Các giống chuối Việt Nam không phong phú kích cỡ, hươngvị mà có giá trị sử dụng khác Ở Việt Nam, chuối loạitrái có diện tích sản lượng cao Với diện tích chiếm 19% tổng diện tíchcây ăn trái Việt Nam hàng năm, chuối có sản lượng khoảng 1,4 triệu Như vậy, Chuối loại hoa phổ biến, rẻ tiền có quanh năm nước ta Ăn chuối tốt cho sức khỏe vỏ chuối phế phẩm cần tiêu 9 hủy Tuy nhiên, với sản lượng chuối tiêu thụ nước ta lớn vậy, phải đối mặt với lượng rác thải vô lớn từ vỏ chuối, gây ô nhiễm môi trường Trong đó, nhà khoa học giới chứng minh vỏ chuối có nhiều công dụng , sử dụng theo nhiều cách khác để phục vụ sống thân thiện với môi trường Trước thực trạng đó, em sử dụng vỏ chuối để nghiên cứu, chế tạo vật liệu hấp phụ Nếu nghiên cứu thành công, mở hướng việc chế tạo cacbon đa mao quản , ứng dụng xử lý môi trường công nghệ hóa học I.3 Tổng quan hấp phụ 1.3.1 Khái niệm hấp phụ - Hiện tượng hấp phụ tăng nồng độ khí (hơi lỏng) bề mặt phân cách pha (rắn-khí rắn –lỏng) - Chất hấp phụ chất có bề mặt thực hấp phụ Chất bị hấp phụ chất bị thu hút lên bề mặt chất hấp phụ Các chất hấp phụ có bề mặt phát triển khả hấp phụ tốt Để so sánh khả hấp phụ chất người ta sử dụng khái niệm bề mặt riêng: diện tích bề mặt chất hấp phụ tính cho gam chất hấp phụ, có đơn vị m 2/g Bề mặt riêng khác phụ thuộc vào chất vật liệu trình điều chế, ví dụ silicagen 200-700m2/g, zeolit 500-800m2/g… - Ngược lại với trình hấp phụ trình giải hấp phụ trình chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ - Trong hấp phụ, phân tử (nguyên tử) chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt chất hấp phụ lực tương tác khác Tùy thuộc vào chất lực hấp phụ người ta chia loại hấp phụ : hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 10 10 giai đoạn cacbon hóa tạo bề mặt lớn với hang hốc không hoàn toàn đồng Các mẫu than tổng hợp có bề mặt xốp, cấu trúc dạng hình sợi cầu xen kẽ nhau, nhiên không rõ ràng Mẫu có tỉ lệ YAC/F127 = 3,3 ( hàm lượng F127 thấp hơn) có hình thái bề mặt xốp đồng Khi so sánh thể tích bề mặt mẫu có giá trị lớn Đê khảo sát ảnh hưởng chế độ nhiệt giai đoạn polymer hóa, mẫu chọn Mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073 Mẫu HPCMs-2,5-0,5-1073 Hình 3.5: Ảnh SEM mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073 mẫu HPCMs-2,50,5-1073 thang 1μm 3.1.3.Ảnh hưởng phương pháp polymer nhiệt Trong lần khảo sát này, em tổng hợp mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073 theo phương pháp thủy nhiệt giai đoạn polymer để so sánh với mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073 theo phương pháp polymer nhiệt bình thường tổng hợp 33 33 3.1.3.1 Kết phân tích theo phương pháp BET Bảng 3.5 Bề mặt riêng đặc trưng mao quản mẫu vật liệu với phương pháp polymer nhiệt khác SBET Mẫu Smi Sex (m2/g) (m2/g) (m2/g) Sex/SBET (%) Vmi Vex Vtot (cm3/g) (cm3/g) (cm3/g) Vex/Vtot D (%) (nm) HPCMs-3,330,5-1073-thủy nhiệt HPCMs-3,330,5-1073 424 360 64 15,15 0,181 0,106 0,287 36,93 6,612 272 238 35 12,86 0,113 0,112 0,225 49,78 Hình 3.6 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K mẫu vật liệu chế tạo điều kiện khác phương pháp polymer nhiệt Hình 3.6 bảng 3.5 cho thấy, với việc thay đổi chế độ thủy nhiệt, trình polymer hóa xảy tốt Độ dốc đường hấp phụ cao đường trễ giải hấp rộng chứng tỏ trình polymer thủy nhiệt làm tăng diện tích bề mặt riêng diện tích bề mặt Mẫu thủy nhiệt có diện 34 34 12,7 tích bề mặt riêng tăng gấp đôi, diện tích bề mặt tổng thể tích mao quản tăng, nhiên, đường kính mao quản trung bình lại giữ khoảng 6,6 nm Điều loại trừ khả cấu trúc mao quản bị sập trình thủy nhiệt 3.1.3.2 Kết phân tích theo phương pháp SEM Hình 3.7 mô tả ảnh SEM mẫu theo phương pháp thủy nhiệtở thang 1μm Dễ thấy mẫu than tạo nên từ hạt có dạng gần cầu với kích thước đồng Ở thang 10μm ( hình 3.8a)có thể quan sát thấy hình thái ba chiều bề mặt vật liệu Điềm ưu việt so với phương pháp polymer hóa nhiệt thông thường (Hình 3.8b) Hình 3.7.Ảnh SEM mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt thang μm 35 35 HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt HPCMs-3,33-0,5-10730- bình thường Hình 3.8 Ảnh SEM hai mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt(a) HPCMs-3,33-0,5-10730- bình thường (b) thang 10μm 3.1.3.3 Kết phân tích theo phương pháp IR Hình 3.9 Phổ IR mẫu HPCMs-3,33-0,5-1073- bình thường 36 36 Hình 3.10.Phổ IR mẫu HPCMS-3,33-0,5-1073-thủy nhiệt Hình 3.9 hình 3.10 giới thiệu phổ IR hai mẫu vật liệu carbon nghiên cứu Có thể thấy phổ IR mẫu than có hình dạng tương tự Trong khoảng số sóng từ 500 đến 4000 cm -1, mẫu có vân phổ đặc trưng gán cho nhóm chức có bề mặt vật liệu: vân phổ ~ 3437,15 cm-1 gán cho dao động kéo dài nhóm OH ; vân phổ 2920 2924 cm-1 gán cho dao động kéo dài liên kết CH no; vân phổ 1631 1624 cm -1 gán cho dao động nhóm C=C vòng thơm;vân phổ 601,79 cm-1đặc trưng cho dao động kéo dãn liên kết C-C Như việc nghiên cứu phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi IR xác nhận vắng mặt nhóm chức chứa oxi bề mặt mẫu vật liệu chế tạo được.Điều khẳng định thành công phương pháp tổng hợp nano cacbon đa mao quản 3.1.4 Kết luận Bằng phương pháp sử dụng tổ hợp sở Al F127 tác nhân tạo cấu trúc, đề tài thành công việc tổng hợp vật liệu nano cacbon đa mao quản có cấu trúc kiểu vật liệu khung hữu kim loại Phương pháp BET vật liệu có cấu trúc đa mao quản bào gồm vi mao quản mao quản trung bình với kích thước tập trung khoảng 3-4nm Hình thái học bề mặt thông qua ảnh SEM cho thấy bề mặt phát triển có cấu trúc 37 37 3D dạng lớp sợi chưa thật rõ ràng Phổ IR xác định mặt nhóm chức chứa oxi bề mặt vật liệu Qua việc khảo sát nồng độ dung dịch Al3+ tỉ lệ YAC/F127 phương thức polymer hóa nhiệt, đưa điều kiện tổng hợp tốt sau - Nồng độ Al3+ =0,5, - Tỉ lệ YAC/F127= , - Quá trình polymer hóa thủy nhiệt 3.2 Tổng hợp vật liệu than hoạt tính Để so sánh để nghiên cứu khả sử dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp góc độ khác, mẫu than hoạt tính tổng hợp từ vỏ chuối, theo quy trình tổng hợp nhóm tiến sĩ Lê Văn Khu nghiên cứu môn Hóa lý thuyết Hóa lý Trường ĐH SPHN 3.2.1 Kết phân tích theo phương pháp đo BET Bảng 3.6 Bề mặt riêng đặc trưng mao quản than hoạt tính SBET Smi Sex Sex/SBET Vmi Vex Vtot Vex/Vtot D Mẫu 2 3 (m /g) (m /g) (m /g) (%) (cm /g) (cm /g) (cm3/g) (%) (nm) AC 3282 2609 672 20,48 1,45 0,63 2,08 30,28 3,77 Hình 3.11 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K mẫu than hoạt tính 38 38 Qua hình 3.11, ta thấy rằngở vùng áp suất tương đối thấp (p/p o< 0,1), đường đẳng nhiệt có dạng I theo phân loại IPUAC Điều chứng tỏmẫu than thuộc loại vật liệu mao quản nhỏ Tuy nhiên hình,ta thấy xuất vòng trễ nhỏ giải hấp phụ N Điều chứng tỏ bên cạnh mao quản nhỏ, mẫu than chứa lượng đáng kể mao quản trung bình (mesopore, nm < dmao quản< 50 nm) Từ bảng 3.6 nhận thấy mẫu than chế tạo có bề mặt riêng phát triển với diện tích lớn 3282 m 2/g, chứa nhiều mao quản nhỏ: diện tích mao quản nhỏ 2609 m2/g Tuy nhiên bên cạnh mao quản nhỏ, mẫu than chứa lượng lớn mao quản trung bình: diện tích mao quản trung bình 672 m2/g; phần trăm thể tích mao quản trung bình 30,28%, điều dẫn đến độ rộng trung bình mao quản mẫu than lớn nm Kết phù hợp với nhận xét rút quan sát đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 trình bày Kết bất ngờ lý thú so sánh với mẫu than hoạt tính tổng hợp từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp khác Mẫu than có diện tích bề mặt riêng lớn, nói lớn hẳn mẫu than hoạt tính từ lõi ngô, vỏ hạt phê, rơm rạ…và cà than hoạt tính thương mại Trà bắc Điểm ưu việt vật liệu tổng hợp bề mặt riêng lớn diện tích bề mặt lớn, lên tới 672 m2/g, chiếm tới 20,5% tổng diện tích bề mặt Đồng thời, thể tích tính theo BJH, tức thể tích mao quản trung bình chiếm tới 30% tổng thể tích Điều nảy tuyệt vời so với chưa đến 3% diện tích bề mặt chưa đến 6% thể tích mao quản trung bình than Trà bắc Và bề mặt chứa nhiều mao quản nhỏ kích thước mao quản lại tập trung chủ yếu nm, điều không xảy với mẫu than hoạt tính khác công bố.Kết đóng góp có tiềm cho việc chế tạo siêu tụ điện 39 39 3.2.2.Kết phân tích phương pháp SEM Hình 3.12.Ảnh SEM mẫu than hoạt tính Có thể thấy hình 3.12, mẫu than tổng hợp cấu trúc bề mặt xốp, chứa đựng hang hốc với nhiều kích cỡ khác nhau.Chính mà mẫu than tổng hợp có diện tích bề mặt riêng thể tích mao quản lớn Điều phù hợp với kết đo BET 3.2.3.Kết phân tích phương pháp IR Hình 3.13 Phổ IR mẫu than hoạt tính 40 40 Qua hình 3.13, ta thấy phổ IR mẫu than hoạt tínhngoài số pic tương tự phổ IR vật liệu nano carbon đa mao quản xuất nhiều pic Những pic đặc trưng cho nhóm chức chứa oxi bề mặt than hoạt tính.Trong khoảng số sóng từ 500 đến 4000 cm -1, mẫu than hoạt tính có vân phổ đặc trưng gán cho nhóm chức có bề mặt than: vân phổ ~ 3417,8 cm-1 gán cho dao động kéo dài nhóm OH; vân phổ 2924,09 cm-1 gán cho dao động kéo dài liên kết C-H no; vân phổ 1627,92 cm-1 gán cho dao động nhóm C=C vòng thơm; vân phổ khoảng 1469,76 cm-1 gán cho dao động uốn C-H bất đối xứng; vân phổ khoảng ~ 1388,75 cm -1 đặc trưng cho dao động uốn C-H đối xứng bất đối xứng ; vân phổ khoảng 1037,70 cm-1 gán cho dao động kéo dài C-O axitcacboxylic, ancol, phenol, ete este; vân phổ 682,8 470,63 cm-1là dao động kéo dãn nhóm C-C Như việc nghiên cứu phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi IR xác nhận có mặt nhóm chức chứa oxi bề mặt mẫu than chế tạo 3.3 Khảo sát vai trò nhóm chức vật liệu nano cacbon đa mao quản thông qua chất khảo sát m-xylen Than hoạt tính biết có khả hấp phụ m-xylen tốt chất mang hữu hiệu cho xúc tác oxi hóa m-xylen Đê khác tính chất vật lý đặc biệt tính chất hóa học bề mặt ảnh hưởng định đến khả ứng dụng vật liệu, mẫu cac bon đa mao quản khảo sát hấp phụ m-xylen khảo sát vai trò chất mang xúc tác cho phản ứng oxi hóa m-xylen 3.3.1.Nghiên cứu trình hấp phụ động m-xylen vật liệu HPCMs-2,5-0,5-1073 Thí nghiệm hấp phụ động m-xylen HPCMs-2,5-0,5-1073được thực hai nhiệt độ khác 50 oC 100oC Khối lượng vật liệu 0,2 gam, khí mang N2 với lưu lượng dòng D = L/h 41 41 Hình 3.14 Đường cong thoát m-xylen chế độ hấp phụ động Điều kiện 0,2 gam HPCMs-2,5-0,5-1073, D = L/h, nhiệt độ 50oC 100oC Từ đường cong thoát hình 3.14 thấy sau khoảng 10 phút xuất nồng độ m-xylen,như khả hấp phụ m-xylen mẫu vật liệu không cao Điều hoàn toàn dễ hiểu chất nhóm chức bề mặt vật liệu không chứa oxi (theo kết từ phổ IR) Xét ảnh hưởng nhiệt độ cho thấy hấp phụ giảm tăng nhiệt độ 3.3.2 Nghiên cứu trình oxi hóa xúc tác m-xylen vật liệu 20%CuO,5%CoO/HPCMs-5-0,5-1073 Để thực nội dung này, mẫu HPCMs-5-0,5-1073 tẩm lượng định dd muối Cu(NO 3)2 CoCl2 để tạo vật liệu xúc tác với hàm lượng 20% CuO 5% CoO Quá trình tẩm diễn nhiều lần Sau mẫu sấy khô nghiên cứu khả xúc tác cho trình oxy hóa m- xylen 42 42 Hình Hình 3.15, Ảnh SEM mẫu 20%CuO,5%CoO/HPCMs-5-0,5-1073 thang 5μm 10μm Quan sát ảnh SEM mẫu thấy vật liệu HPCMs-5-0,5-1073 có cấu trúc hình thái bề mặt lớp xen kẽ lớp giống graphen, vật liệu có 43 43 cấu trúc 3D rõ nét Những cụm tròn nhỏ kích thước trung bình khoảng 2-5μm nằm rải rác bề mặt gán cho cụm tâm Cu-Co Qúa trình khảo sát hoạt tính xúc tác cho thấy đến 300 o C xúc tác bắt đầu thể hoạt tính Điều giải thích nguyên nhân vật liệu có khảnăng hấp phụ m-xylen thấp không thuận lợi cho trình Kết khảo sát hoàn toàn dự kiến, khác với than hoạt tính ( dùng chất hoạt hóa), vật liệu cacbon mao quản không hấp phụ hoạt tính xúc tác cho trình oxi hóa m-xylen Kết chứng tỏ hai phương pháp tổng hợp khác cho hai vật liệu sở cacbon có tính chất bề mặt hình thái học hoàn toàn khác 44 44 KẾT LUẬN Đề tài phát triển từ tập môn học năm thứ ba với mục đích tổng hợp vật liệu nano cacbon mao quản trung bình từ nguồn phế phẩm đặc biệt vỏ chuối Sau thời gian nghiên cứu, em đạt kết sau Đã đề xuất qui trình tổng hợp thành công vật liệu nano cacbon đa mao quản sở sử dụng tổ hợp Al F127 chất tạo cấu trúc Vật liệu minh chứng phương pháp phân tích Hóa lý thích hợp hấp phụ khử hấp phụ N2, ảnh SEM phổ IR Đã tổng hợp thành công mẫu than hoạt tính theo phương pháp nhiệt phân hoạt hóa hóa học NaOH KOH Cac kết đặc trưng cho thấy vật liệu có tính chất bề mặt vượt hẳn mẫu than hoạt tính tổng hợp từ nguồn khác công bố Đã thực trình hấp phụ oxi hóa m-xylen mẫu vật liệu nano cacbon đa mao quản để chứng minh vật liệu thực nghiệm khác tính chất bề mặt hai loại vật liệu tổng hợp hai phương pháp khác Cac kết thu từ nghiên cứu hoàn toàn Việt Nam Tuy kết bước đầu, song có ý nghĩa việc nghiên cứu tổng hợp định hướng ứng dụng vật liệu tương lai Hơn nữa, nghiên cứu góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp 45 45 CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Đề tài hướng hoàn toàn nên kết thu bước đầu cần phải lặp lại thay đổi điều kiện tổng hợp khác để có qui trình tổng hợp chuẩn Nghiên cứu khả ứng dụng hai loại vật liệu thực tiễn 46 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Jinliang Zhu, Juhong Cheng, Anne Dailly, Mei Cai, Matthew Beckner, Pei Kang Shen, “One-pot synthesis of Pd nanoparticles on ultrahigh surface area 3D porous carbon as hydrogen storage materials”, international journal of hydrogen energy 39 (2014) 14843- 14850 Rui-Lin Liu, Wen-Juan Ji, Tian He, Zhi-Qi Zhang, Jing Zhang, Fu-Quan Dang, “Fabrication of nitrogen-doped hierarchically porous carbons through a hybrid dual-template route or CO2 capture and haemoperfusion”, CARBON 76 (2014) 84 – 95 Yu-Tai Liu, Teng Long, Sha Tang, Jin-Liang Sun, Zhen-An Zhu, Ya-Ping Guo,” Biomimetic fabrication and biocompatibility of hydroxyapatite chitosan nanohybrid coatings on porous carbon fiber felts”, Materials Letters 128 (2014) 31–34 47 47 ... cao, thể tích mao quản lớn 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 đặc trưng xốp vật liệu chế tạo -... dụng vật liệu nano carbon đa mao quản hấp phụ oxi hóa m-xylen III Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng quan vật liệunanocarbonđa mao quảnvà than hoạt tính (AC) Tổng quan hấp phụ Chế tạo vật liệu nano carbon. .. luận Tổng quan vật liệu nano cacbon đa mao quản cho thấy tiềm ứng dụng to lớn nhiều lĩnh vực khác Khác với than hoạt tính vật liệu cacbon có cấu trúc vi mao quản vật liệu nano cacbon tổng hợp