ỨNG DỤNG NANOCOMPOSITE GRAPHENELDHS TRONG VIỆC CHỐNG ĂN MÒN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & VẬT LIỆU ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG NANOCOMPOSITE GRAPHENE/LDHS TRONG VIỆC CHỐNG ĂN MÒN GVHD: Th.s VÕ THỊ NHÃ UYÊN SVTH: PHAN THỊ BÍCH NGỌC MSSV: 2004140168 Lớp: 05DHHH1 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Được phân cơng Khoa cơng nghệ hóa học trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm TP HCM đồng ý cô giáo hướng dẫn Ths Võ Thị Nhã Uyên em thực đề tài Để hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy tận tình hướng dẫn, giảng dạy tận tình suốt trình học tập, rèn luyện trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm Xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn Ths Võ Thị Nhã Uyên tận tình, chu đáo hướng dẫn em thực đồ án cơng nghệ hố học Mặc dù cố gắng thực đồ án cách hoàn chỉnh Song buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên không tránh khỏi thiếu xót định mà thân chưa thấy được, mong nhận góp ý để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH SÁCH HÌNH ẢNH iv DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GRAPHENE .1 1.1 Giới thiệu graphene 1.2 Lịch sử hình thành phát triển graphene 1.3 Phân loại 1.3.1 Graphene đơn 1.3.2 Graphene kép 1.3.3 Graphene mọc ghép đa lớp (MEG) 1.4 Tính chất graphene 1.4.1 Graphene vật liệu mỏng tất vật liệu 1.4.2 Graphene có tính dẫn điện nhiệt tốt 1.4.3 Độ bền Graphene .5 1.4.4 Graphene cứng kim cương 1.4.5 Graphene hồn tồn khơng khơng khí lọt qua 1.4.6 Graphene dễ chế tạo dễ thay đổi hình dạng 1.4.7 Hiệu ứng Hall lượng tử Graphene 1.4.8 Chuyển động điện tử Graphene .6 1.5 Tổng hợp graphene 1.5.1 Phương pháp chemical exfoliation 1.5.2 Phương pháp micromechanical cleavage .6 1.5.3 Phương pháp băng keo Scotch .6 1.5.4 Ma sát cột graphite lên bề mặt silicon xốp .7 1.5.5 Cho phân tử hydrocacbon qua bề mặt iridi 1.5.6 Phương pháp tổng hợp graphene diện tích lớn 1.5.7 Kết hợp siêu âm tách lớp ly tâm 1.5.8 Phương pháp bóc tách .7 i 1.5.9 Gắn kết dương cực thủy tinh 1.5.10 Chế tạo graphene lóe sáng đèn flash 1.6 Ứng dụng 1.6.1 Dây dẫn điện cực suốt 1.6.2 FET graphene 1.6.3 Chíp máy tính 1.6.4 Màn hình ti vi cảm ứng 1.6.5 Chất phụ gia dung dịch khoan .9 1.6.6 Làm đế cho mẫu nghiên cứu kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 1.7 Ưu nhược điểm .9 1.7.1 Ưu điểm chất bán dẫn Graphene 1.7.2 Nhược điểm chất bán dẫn Graphene .10 Chương GIỚI THIỆU VỀ HYDROTALXIDE 11 2.1 Hydrotalxide (HT) 11 2.2 Đặc điểm .11 2.2.1 Công thức tổng quát .11 2.2.2 Cấu tạo 12 2.2.3 Đặc điểm .12 2.3 Tính chất 13 2.3.1 Tính trao đổi ion 13 2.3.2 Tính hấp phụ 14 2.4 Điều chế 15 2.4.1 Phương pháp muối – oxit .15 2.4.2 Phương pháp xây dựng lại cấu trúc .15 2.4.3 Phương pháp đồng kết tủa 16 2.5 Ứng dụng 16 2.5.1 Vật liệu hấp phụ 16 2.5.2 Các ứng dụng khác .17 Chương VẬT LIỆU COMPOSITE CỦA LHDs VÀ GRAPHENE 18 3.1 Tính chất graphene .19 3.2 Tính chất LDHs ( layer double hydroxides) 19 3.3 Tính chất vật liệu composite graphene/LDH 20 3.4 Tổng hợp nano composite graphene/LDH 20 3.4.1 Sự tự xếp graphene LDHs 21 ii 3.4.2 Sự tăng trưởng LDHs (graphene) graphene (LDHs) .23 Chương ỨNG DỤNG CỦA NANO COMPOSITE GRAPHENE/LDH TRONG LĨNH VỰC CHỐNG ĂN MÒN 26 4.1 Vật liệu nano composite chống ăn mòn 26 4.2 Cơ chế chống ăn mòn 27 4.3 Tổng hợp màng nanocomposite graphene/LDH 28 4.3.1 Chuẩn bị GO RGO 28 4.3.2 Tổng hợp nanocomposite RGO/ZnAl-LDH 29 4.4 Kết 30 4.4.1 Phổ XRD .30 4.4.2 Phổ FT-IR .31 4.4.3 Quang phổ Raman 32 4.4.4 Phổ XPS 33 4.4.5 Phổ SEM, TEM 35 4.5 Các phương pháp gia công 38 4.5.1 Lớp phủ dập (dip coasting) 38 4.5.2 Lớp phủ quay (spin coasting) .40 4.5.3 Lớp tự lắp ráp ( layer by layer self-assembling: LBL) 41 4.5.5 Áp dụng trực tiếp bảo dưỡng (Direct apply and curing) 43 4.5.6 Phun khô (Spray drying) 43 4.5.7 Lớp phủ phun (Sray coating) .44 4.5.8 Sự tích tụ điện tử (Electrophoretic deposition: EPD) 44 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 2.1 Cấu trúc điển hình HT 12 Hình 3.1 Tiến trình tổng hợp lớp graphene/LDH nanocomposite: (a) sơ đồ đại diện (b) ảnh kỹ thuật số tương ứng 22 Hình 3.2 Quá trình xếp lớp cho màng đa lớp nano LDH tích điện dương mẫu nano GO tích điện âm 23 Hình 3.3 Sơ đồ biểu diễn trình hình thành nano graphene / NiAl-LDH 24 Hình 3.4 Sơ đồ minh hoạ hình thành nano graphene có nguồn gốc từ MMA với số lớp khác cấu trúc lớp: (a) đơn lớp, (b) lớp hai lớp / lớp ba lớp (c) nano graphene đa lớp 25 Hình 4.1 Mơ hình học để bảo vệ ăn mòn 27 Hình 4.2 Phổ XRD (a) Graphite, GO RGO; Phổ XRD (b) 6N01 Al hợp kim, phim ZnAl-LDH, phim RGO / ZnAl-LDH-t1, phim RGO / ZnAl-LDH-t2 30 Hình 4.3 Quang phổ FT-IR (a) GO RGO; Phổ FT-IR (b) màng ZnAl-LDH, Phim RGO / ZnAl-LDH-t1, phim RGO / ZnAl-LDH-t2 phim RGO / ZnAl-LDH-t3 31 Hình 4.4 Quang phổ Raman (a) GO RGO; Phổ Raman (b) màng ZnAlLDH, Phim RGO / ZnAl-LDH-t1, phim RGO / ZnAl-LDH-t2 phim RGO / ZnAlLDH-t3và phim RGO / ZnAl-LDH-t3 .32 Hình 4.5 Phổ XPS (a) GO RGO; XPS sspectra (b) màng ZnAl-LDH, Phim RGO / ZnAl-LDH-t1, phim RGO / ZnAl-LDH-t2 phim RGO / ZnAl-LDH-t3; C 1s Quang phổ XPS GO (c), RGO (d) phim RGO / ZnAl-LDH-t2 (e) 34 Hình 4.6 SEM (a), TEM (b) HRTEM (c) hình ảnh RGO; SEM hình ảnh (d) phim ZnAl-LDH, (e) phim RGO / ZnAl-LDH-t1, (f) phim RGO / ZnAl-LDH-t2 (g) Màng RGO / ZnAl-LDH-t3; Hình ảnh (d-1), (e-1), (f-1), (g-1) tương ứng với mặt cắt ngang bốn phim; Hình ảnh SEM (h) HRTEM (h-1) Hợp chất RGO / ZnAl-LDH cạo từ phim RGO / ZnAl-LDH-t2 36 Hình 4.7 Quá trình tạo lớp màng theo phương pháp phủ dập 37 iv Hình 4.8 Quá trình tạo lớp màng theo phương pháp spin coasting 39 Hình 4.9 Quá trình tạo lớp màng theo phương pháp LBL 40 Hình 4.10 Quá trình tạo lớp màng theo phương pháp sol-gel 41 Hình 4.11 Quá trình tạo lớp phun khô 43 Hình 4.12: Quá trình tạo lớp phủ phun 44 Hình 4.13.Quá trình tích tụ điện tử .46 v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT GO: graphene oxit RGO: graphen oxit khử MGO: graphene ghép đa lớp HT: hydrotalcite LDH: hydrotalcide tách lớp LDHs: nhiều lớp hydrotalcide tách lớp LDOs: hydrotalcide oxit đôi lớp CNTs: ống nano cacbon CVD: lắng đọng hóa học ITO: indium tin oxide (ITO) PDDA: poly (diallyldimethylamoni clorua) DSO: dodecyl sulfonat vi MỞ ĐẦU Kim loại hợp kim vốn loại vật liệu có vai trò quan trọng sống, công nghiệp dịch vụ Ăn mòn kim loại vốn vất đề quan trọng việc sử dụng, sản xuất bảo quản Hiện nay,các nhà khoa học tìm nhiều phương pháp khác để hạn chế qua trình ăn mòn kim loại hợp kim mơi trường phương pháp đơn giản tạo lớp phủ bề mặt vật liệu cần bảo vệ phương pháp an toàn hiệu Graphnene loại vật liệu mới, có nhiều tính chất tuyệt vời, loại vật liệu đầy tìm nhiều lĩnh vực Graphene có cấu trúc đặc biệt, sử dụng để phủ lên bề mặt vật liệu lớp màng bảo vệ vật liệu khỏi tác nhân ăn mòn Tuy nhiên, có nhiều mặt hạn chế ứng dụng Để khắc phục nhược điểm cải thiện tính chất ứng dụng graphene, người ta tổng hợp vật liệu hỗn hợp graphene với nhièu loại vật liệu khác RGO/ZnAl-LDH vật liệu nanocomposite nghiên cứu tổng hợp gần Đây loại vật liệu tuyệt vời, có nhiều tính chất ưu việt vật liệu thành phần graphene hydrotalcide RGO/ZnAl-LDH sử dụng vật liệu tạo lớp màng chống an mòn vượt trội vii Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Công nghệ hoá học & vật liệu CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GRAPHENE 1.1 Giới thiệu graphene [8] Graphene có nguồn gốc từ graphite (than chì), tách từ graphite Graphene dạng tinh thể hình tổ ong, có kích thước ngun tử, tạo thành từ ngun tử carbon, xếp chồng 200.000 lớp độ dày sợi tóc Tên gọi ghép từ "graphit" (than chì) hậu tố "-en" (tiếng Anh "-ene"); than chì nhiều graphen ghép lại Có thể xem graphene thành phần tạo nên cấu trúc khác vật liệu carbon fullerene, carbon nanotube, graphite Graphene hình dung ống nano dàn mỏng, nguyên liệu phân tử carbon Về bản, graphene có cấu trúc 2D Trong phòng thí nghiệm tạo phiến graphene có đường kính 25m dày 1nm 1.2 Lịch sử hình thành phát triển graphene [8] Carbon nguyên tố kỳ diệu Kỳ diệu lẽ nguyên vật liệu hữu sống Trong vài thập niên gần đây, nguyên tố carbon thời xa xưa bật qua phát vật liệu carbon bóng fullerene C60, ống than nano graphene Chúng mang lại niềm hy vọng ứng dụng khoa học vật liệu mô hình thực để giải đáp giả thuyết có từ lâu vật lý chất rắn Năm 1985, vật liệu nano từ carbon khám phá fullerene nhóm nghiên cứu bao gồm Harold Kroto Sean O’ Brien, Robert Curl, Richart Smalley Fullerene có dạng bóng gồm nguyên tử carbon liên kết với liên kết cộng hoá trị Ban đầu người ta tìm hạt có cấu tạo gồm 60 nguyên tử carbon, sau phát triển lên C70, C74, C84, chí có chứa đến hàng trăm nguyên tử Fullerene trở thành vật liệu nano có nhiều tính chất hố lý ưu việt Đến 1996, giải Nobel trao cho hai nhà hoá học Smalley Kroto Graphene phát đưa vào nghiên cứu từ sớm, lớp graphene chế tạo từ phòng thí nghiệm nhỏ Đến 1990, nhà vật lý Th.s Võ Thị Nhã Uyên Trang Trường ĐH Cơng nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu Hình 4.6 SEM (a), TEM (b) HRTEM (c) hình ảnh RGO; SEM hình ảnh (d) phim ZnAl-LDH, (e) phim RGO / ZnAl-LDH-t1, (f) phim RGO / ZnAl-LDH-t2 (g) Màng RGO / ZnAl-LDH-t3; Hình ảnh (d-1), (e-1), (f-1), (g-1) tương ứng với mặt cắt ngang bốn phim; Hình ảnh SEM (h) HRTEM (h-1) Hợp chất RGO / ZnAl-LDH cạo từ phim RGO / ZnAl-LDH-t2 Đối với RGO, hình ảnh SEM TEM (Hình 11a 11b) cho thấy rìa RGO sở hữu cấu trúc lớp dạng sóng dạng cuộn, thể chất kết tụ RGO khác tương tác van der Waals Từ hình ảnh HRTEM (Hình 11c), khơng gian lưới lục giác RGO vùng tinh thể khoảng 0,35 nm, cho phục hồi sp2 carbon cách giảm hoá học Đối với màng hợp chất ZnAl-LDH (hình 11d) sau xử lý nhiệt, phim trồng bề mặt mỏng xốp Đối với RGO / ZnAl-LDH-ts phim (Hình 11e-11g), phát triển RGO / ZnAl-LDH Al dày đặc với gia tăng RGO so với màng ZnAl-LDH Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 37 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu Các mặt cắt ngang (hình 11e-1,11g-1) lớp màng RGO / ZnAl-LDH-ts chứng minh lớp màng đặc dày Độ dày màng xấp xỉ 1,8 μm Hơn nữa, RGO nhúng lớp ZnAl-LDH Để tiếp tục, RGO nhúng phim hỗn hợp RGO / ZnAl-LDH, Hợp chất RGO / ZnAl-LDH (Hình 11h) cạo từ lớp màng RGO / ZnAl-LDH-t2 thể ngăn xếp lớp ZnAl-LDH, nơi mà nano ZnAl-LDH tráng bề mặt RGO chắn Cơ cấu nano ZnAlLDH kết tinh tốt lộ (012) mạn lưới không gian 0,26 nm (Hình 11h-1) Vì hầu hết sở RGO tách lớp LDH bao phủ tiểu cầu LDH, khó để phát mạng lưới graphene Tuy nhiên, khu vực có lưỡi cắt, mạng lưới graphene mở rộng với không gian 0,35 nm (hình 11h-1) xác định Kết cung cấp chứng trực tiếp RGO nhúng phim hỗn hợp RGO / ZnAl-LDH Hơn nữa, kiểm tra độ bám dính màng RGO / ZnAl-LDH hợp kim Al chứng minh RGO không làm giảm độ bám dính màng hợp chất RGO / ZnAl-LDH so sánh với phim ZnAl-LDH Bộ phim thể độ bám dính cao, từ 19.63 đến 20.03 MPa 4.5 Các phương pháp gia công lớp phủ [4] 4.5.1 Lớp phủ dập (dip coasting) Lớp phủ dập phương pháp thuận tiện để phủ màng mỏng bề mặt thường sử dụng cho mục đích nghiên cứu Tuy nhiên, khơng thích hợp cho q trình cơng nghiệp chất lượng lớp phủ khơng quán So với lớp phủ nhúng, lớp phủ quay thường sử dụng quy trình cơng nghiệp Q trình phủ mạ thường có năm bước: - Chất nhúng vào dung dịch vật liệu phủ tốc độ không đổi Trước bước này, trình tiền xử lý thực theo chất khác - Chất dung dịch khoảng thời gian định bắt đầu kéo lên - Màng mỏng bắt đầu lắng xuống bề mặt bề mặt kéo lên Độ dày lớp phủ phụ thuộc vào tốc độ sử dụng trình kéo lên Tốc độ kéo lên chậm cho lớp phủ mỏng - Chất lỏng dư thừa thoát từ bề mặt Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 38 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM - Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu Dung mơi bốc từ bề mặt cho màng mỏng bề mặt Hình 4.7 Quá trình tạo lớp màng theo phương pháp phủ dập Bốc bắt đầu bước dung môi không ổn định Trong nghiên cứu, lớp phủ nhúng thuận tiện khả thi phương pháp khác phương pháp đơn giản không yêu cầu thiết bị tinh vi Bởi đơn giản nó, lớp phủ sản xuất theo phương pháp khơng có chất lượng tốt Đối với graphene dựa lớp phủ composite, phân bố độ dày vấn đề Xét nguyên liệu graphene nguyên chất, chất phủ lớp sản xuất khơng đủ dày để cung cấp đặc tính phi thường Ngồi ra, bề mặt khơng q lớn phức tạp Tuy nhiên, lợi lớn sơn phủ đơn giản Mặc dù lớp phủ nhúng thích hợp phòng thí nghiệm có thể phương pháp sơn phủ có quy mô lớn tiềm để sản xuất sản phẩm đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn thấp với giá cạnh tranh Cách tiếp cận phù hợp để sản xuất lớp phủ composite graphene dựa graphene nguyên sơ độ nhớt lớp phủ composite graphene cao nhiều Do đó, phát triển kết dính bề mặt tốt hướng phía chất lớp phủ đồng Tiếp theo q trình xử lý cần phải tạo thành lớp phủ rắn Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 39 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 39 Khoa Công nghệ hố học & vật liệu Trường ĐH Cơng nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu 4.5.2 Lớp phủ quay (spin coasting) Lớp phủ quay trình sử dụng rộng rãi để áp dụng lớp màng mỏng đồng bề mặt phẳng Các vật liệu ứng dụng thường sơn phủ polyme chúng áp dụng cho chất phẳng dung dịch Các dung môi sử dụng thường dễ bay Lực đẩy dung dịch chất nhanh lực ly tâm thiết bị sử dụng cho lớp phủ quay gọi rotor máy kéo Lực ly tâm thi công liên tục màng sơn đạt độ dày mong muốn Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ dày lớp màng cuối cùng: độ nhớt động học, hệ số tán xạ dung môi, tốc độ cắt quan trọng cho khởi đầu việc cắt tỉa mỏng độ nhớt, tốc độ quay, bán kính bề mặt, tập trung dung dịch phủ Hai yếu tố ảnh hưởng tốc độ xoay vòng nồng độ dung dịch phủ Một điển hình quy trình phủ quay quy trình gồm bốn bước:  Dung dịch lắng đọng bề mặt với lượng dư để phủ đầy bề mặt  Chất quay nhanh để thay dung dịch với lực ly tâm  Lưu lượng dòng lớp chất lỏng có độ dày đồng bề mặt  Loại bỏ dung mơi qua q trình bốc lớp màng ngừng chảy làm khơ hồn tồn Hình 4.8 Quá trình tạo lớp màng theo phương pháp spin coasting Một số phương pháp xử lý sử dụng để hỗ trợ trình phủ Tất phương pháp xử lý áp dụng sau q trình phủ màng để có lớp màng liên tục thống So với lớp phủ nhúng, lớp phủ sản xuất theo cách tiếp cận dày thống Hình dạng chất Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 40 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu kích thước bị hạn chế thiết bị phủ quay Chỉ bề mặt phẳng phủ tráng Phương pháp Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 40 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu phủ quay khơng thích hợp cho sản xuất sản phẩm có hình dạng phức tạp Ngoài ra, phương pháp phù hợp với lớp phủ gốc graphene nguyên chất lớp phủ nanocomposite graphene bề mặt 4.5.3 Lớp tự lắp ráp ( layer by layer self-assembling: LBL) Trong sản xuất nhiều màng, lớp tự lắp ráp phương pháp lý tưởng Phương pháp sử dụng tĩnh điện phần tử mang điện tích dương điện tích âm để thực lớp màng tự lắp ráp bề mặt phương pháp gọi phương pháp lắng đọng lớp Trong trình tự lắp ráp lớp, màng lắng đọng bề mặt cách ngâm chất xử lý trước vào dung dịch nanocomposite graphene theo chu kỳ để tạo thành màng nhiều lớp Các chất xử lý trước để tích điện dương cách đưa vào nhóm chức chứa điện tích dương nhóm chức amin Nếu graphene nanocomposite graphene sử dụng trực tiếp tích điện âm với polymer cần thay đổi độ pH cho trình nhúng Phương pháp phương pháp thích hợp để sản Hình 4.9 Q trình tạo lớp màng theo phương pháp LBL xuất sản phẩm có lớp phủ nhiều lớp Tuy nhiên, có số nghiên cứu điều tra tính khả thi vật liệu dựa graphene Khơng có dẫn trực tiếp việc sử dụng phương pháp cho ứng dụng sơn Phương pháp tương tự Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 41 Trường ĐH Cơng nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu phương pháp nhúng phủ bề mặt mà chất nhúng vào dung dịch màng rút để tạo thành lớp phủ, lớp phủ LBL sản xuất dày bắt nguồn từ lực tĩnh điện điện tích trái dấu 4.5.4 Cách tiếp cận sol-gel (Sol-gel approach) Hình 4.10 Quá trình tạo lớp màng theo phương pháp sol-gel Quá trình sol-gel q trình ướt hóa sử dụng rộng rãi nghiên cứu rộng rãi kể từ phát Q trình liên quan đến việc chuyển đổi monome vào dung dịch keo (sol) đóng vai trò tiền thân cho mạng tích hợp (hoặc gel) hạt rời rạc polyme mạng.Các chất tiền chất sol lắng đọng bề mặt, đúc thành khn với hình dạng định trước sử dụng để tổng hợp bột Gel hệ thống hai pha gel gồm pha rắn pha lỏng Cần lượng lớn chất lỏng để chuyển đổi sol thành gel phương pháp đơn giản đổ chất lỏng thêm vào trầm tích đòi hỏi khoảng thời gian định diễn Q trình làm khơ u cầu phương pháp solgel để loại bỏ pha lỏng hệ thống Giảm mật độ co ngót nghiêm trọng ln ln kèm với q trình sấy Sau q trình sấy, trình xử lý nhiệt thường cần thiết cho q trình đa tụ, tăng cường tính chất học ổn định cấu trúc Các lợi trình sol-gel rẻ, nhiệt độ thấp kiểm sốt thành phần hóa học sản phẩm cuối tốt Các màng phủ sản xuất phương pháp sol-gel có xu hướng nứt có giới hạn độ dày lớp (khoảng micron) Điều phù hợp để áp dụng lớp phủ composite graphene lên chất chất có hình dạng phức tạp Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 42 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM 4.5.5 Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu Áp dụng trực tiếp bảo dưỡng (Direct apply and curing) Phương pháp cho lớp phủ đơn giản, phương pháp mà hỗn hợp lớp phủ tráng lớp trực tiếp bảo dưỡng môi trường xung quanh Các lớp phủ bảo dưỡng điều kiện xung quanh xử lý nhiệt độ phòng phù hợp để sử dụng phương pháp này, tia UV chữa lớp phủ nanocomposite Mối liên kết bề mặt lớp phủ yếu phương pháp áp dụng lớp phủ trực tiếp mà khơng có phương pháp điều trị trình Hình dạng kích thước chất khơng giới hạn lớp phủ áp dụng lên số phần quan trọng thành phần trực tiếp Phương pháp phù hợp để áp dụng sơn phủ composite graphene 4.5.6 Phun khơ (Spray drying) Hình 4.11 Q trình tạo lớp phun khơ Phun khơ kỹ thuật để sản xuất bột khô từ dung dịch huyền phù cách sấy khơ nhanh chóng với trợ giúp khí nóng Loại khí đốt sử dụng q trình sấy phun thường khơng khí.Loại khí đốt sử dụng q trình sấy phun thường khơng khí Ths Võ Thị Nhã Un Trang 43 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu Tuy nhiên, nitơ sử dụng chất lỏng dễ cháy sản phẩm nhạy oxy Chất lỏng khô phân tán vào để kiểm sốt kích cỡ phun máy phun vòi phun Kích thước phun thường từ 10 μm đến 500 μm theo yêu cầu khác trình Kỹ thuật sấy phun khơ thích hợp để sản xuất sản phẩm dạng bột yêu cầu quan trọng để sản xuất bột tráng nano composite graphene kích thước hạt graphene phải nhỏ nhiều so với mục tiêu bột Các nanocomposite graphene phủ lên dạng chất bột suốt trình phun Sự kết tụ bột lớp phủ khơng đồng vấn đề sử dụng phương pháp Phương pháp thích hợp để xử lý vật liệu graphene nguyên sơ lớp phủ nanocomposite graphene 4.5.7 Lớp phủ phun (Sray coating) Lớp phủ phun kỹ thuật để tráng màng mỏng bề mặt Kỹ thuật sử dụng rộng rãi công nghiệp màng phủ, sơn đồ hoạ Kỹ thuật đầu lớn đặt loạt vật liệu chất khác với hình thái khác thường sử dụng dây chuyền sản xuất Ngoài ra, dễ dàng mở rộng chất chế tạo dạng cuộn Các chất có hình Ths Võ Thị Nhã Uyên Hình 4.12 Quá trình tạo lớp phủ phun Trang 44 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu dạng khác xử lý chất lỏng có đặc tính khác sử dụng tương ứng Kết là, dung dịch có tính chất khác dễ dàng lắng đọng lên chất hình dạng khác để có màng với tính chất mong muốn Các máy phun sơn sử dụng khí nén(súng airbrush) với đuốc plasma (sơn phun plasma) để hoàn thành yêu cầu sản phẩm khác Các máy khác nên lựa chọn cẩn thận để xử lý lớp phủ dựa graphene Cả hai nguyên sơ lớp phủ dựa graphene chất phủ composit dựa graphene xử lý theo phương pháp 4.5.8 Sự tích tụ điện tử (Electrophoretic deposition: EPD) EPD kỹ thuật thu hút nhiều ý tính linh hoạt cao với vật liệu khác kết hợp chúng Quy trình có hiệu kinh tế cao u cầu thiết bị đơn giản Phương pháp lần sử dụng rộng rãi lớp phủ gốm bắt đầu ứng dụng nhiều lợi ích phương pháp khám phá phát triển Quá trình trình keo thuận lợi thời gian lắng đọng ngắn, thiết bị đơn giản, lớp phủ mỏng, hạn chế hình dạng chất kiểm soát dễ dàng độ dày lớp lắng đọng hình thái bề mặt Lớp màng sản xuất thể tính đồng vi cấu trúc tốt mật độ cao Giới hạn nội EPD so với q trình keo khác nước khơng thể sử dụng mơi trường lỏng điện áp dụng nước tạo khí hydro oxy điện cực có ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng lớp màng có nhiều nguy hiểm tiềm tàn Trong q trình này, hạt rắn tích điện bên điện cực Sau đó, hạt tích điện bị hút để di chuyển phía chất có điện tích ngược tạo thành lớp lắng đọng Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 45 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu Hình 4.13 Q trình tích tụ điện tử Có hai loại q trình EPD: cathodic anodic Khi hạt tích điện dương, chúng thu hút lắng đọng lên điện cực âm (cực âm) Nguyên nhân anodic EPD tương tự, hạt tích điện âm thu hút lắng đọng điện cực dương Các chất sử dụng EPD phải dẫn điện yêu cầu dẫn điện dung môi lỏng thấp mạ điện Các nguyên lý động lực q trình EPD điện tích hạt tính di động điện hạt dung mơi tác dụng điện áp đặt lên Có hai nhóm thơng số ảnh hưởng đến chất lượng đặc điểm màng: thông số liên quan đến việc huyền phù thông số liên quan đến q trình Về thơng số liên quan đến huyền phù, có nhiều điều cần phải xem xét Tuy nhiên, kích thước hạt, số điện mơi chất lỏng, tính dẫn điện huyền phù, độ nhớt huyền phù tính ổn định huyền phù có nhiều ảnh hưởng so với thông số huyền phù Về thơng số liên quan đến q trình, thời gian lắng đọng,điện áp sử dụng, nồng độ rắn huyền phù tính dẫn điện chất Để đảm bảo thành cơng q trình EPD, rửa bột, loại bỏ tạp chất có bột quan trọng ảnh hưởng đến kiếm sốt cẩn thận việc xác định hóa học hạt huyền phù Một vấn đề phải ngăn ngừa trình EPD hình thành của vết nứt Một số phương pháp áp dụng kiểm sốt cẩn thận q trình EPD với việc điều chỉnh q trình sấy sau EPD thông qua để Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 46 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Công nghệ hoá học & vật liệu chế tạo lớp phủ nano cacbon Đối với lớp phủ nano cacbon, hệ thống huyền phù cho EPD thường chế tạo cách bổ sung ống nano cacbon, Triton X100 chất hoạt động bề mặt iod 99,9% chất bổ trợ cho dung dịch nước Hỗn hợp sau ly tâm để loại bỏ phần tử carbon kết tụ EPD sử dụng rộng rãi để phủ vật liệu graphene dựa chất khác Người ta cho phương pháp đầy hứa hẹn để sản xuất lớp phủ graphene chất lượng cao Hiện nhiều cơng việc cần phải làm để tìm điều kiện thích hợp cho ứng dụng sơn khác Tuy nhiên phương pháp phù hợp để sản xuất lớp phủ gốc graphene nguyên sơ lớp phủ nanocomposite graphene Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 47 Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu KẾT LUẬN Ngày nay, kim loại hợp kim sử dụng rộng rãi đời sống cơng nghiệp dịch vụ Vì thế, việc hạn chế trinh ăn mò điều kiện môi trường quan trọng Hạn chế vấn đề mòn kim loại, hợp kim dẫn đến nâng cao chất lượng sả phẩm tạo thành, hạn chế hư hỏng, nâng cao tuổi đời tiết kiệm chi phí Các lớp phủ bảo vệ nhà khoa học phát triển, sáng tạo cải thiện nhằm mục đích hạn chế q trình ăn mòn hợp chất kim loại tự nhiên Hiện nay, vật liệu composite RGO/ZnAl-LDH sử dụng lớp màng bảo vệ kim loại hiệu Nó kế thừa ưu điểm vượt trội graphene ZnAl-LDH, đồng thời mang nhiều tính chất ưu việt Cấu trúc hình thái bề mặt màng hợp chất RGO / ZnAl-LDH đặc trưng XRD, FT-IR, Raman, XPS SEM Người ta xác nhận lớp màng RGO / ZnAl-LDH mang lại hiệu bảo vệ chống ăn mòn tốt so với ZnAl-LDH ngâm dung dịch NaCl 3,5% 5,0% Hiệu chống ăn mòn cho rào cản RGO lớp màng nanocomposite hỗn hợp RGO / ZnAl-LDH Khả RGO RGO / ZnAl-LDH ngăn cản nước tạo thành đường dẫn cho oxy khuếch tán ion clorua hạn chế tối đa trình ăn mòn Các tĩnh điện đẩy lùi ion clorua tích điện âm điện tích âm nhóm chức chứa oxy RGO ngăn cản ion clorua khuếch tán qua phim Việc thể bước đột phá việc phát triển lớp màng nanocomposite RGO-LDH làm vật liệu chống ăn mòn Lớp màng nanocomposite RGO/ZnAl-LDH nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu tối ưu để đạt chất lượng tốt Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 48 Trường ĐH Cơng nghiệp Thực phẩm HCM Khoa Cơng nghệ hố học & vật liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Điều chế biến tính hydrotalcite anion laurat _ Khóa luận tốt nghiệp cử nhân hóa học _ Trường đại học sư phạm thành phố hồ chí minh [2]Graphene/layered double hydroxide nanocomposite: Properties, synthesis, and applications _ Yong Cao, Guoting Li, Xinbao Li _Institute of Environment and Municipal Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, PR China [3] Graphene as an anti-corrosion coating layer _ Line Kyhl,a Sune Fuglsang Nielsen,b Antonija Grubi sic Cabo, a Andrew Cassidy,b Jill A Miwab and Liv Hornekær [4] Graphene based materials and their composites as coatings _ Yao Tong1, Siva Bohm2 and Mo Song1 _ 1Department of Materials, Loughborough University, Loughborough LE11 3TU, United Kingdom 2TATA Steel RD&T, Swinden Technology Centre, Moorgate, Rotherham S60 3AR, United K ingdom [5] Synthesis and Enhanced Corrosion Protection Performance of Reduced Graphene Oxide Nanosheet/ZnAl-layered Double Hydroxides Composite Film by Hydrothermal Continuous Flow Method _ Xiaohu Luo, Song Yuan, Xinyu Pan, Caixia Zhang, Shuo Du, and Yali Liu ACS Appl Mater Interfaces, Just Accepted Manuscript [6] Synthesis of Zinc-Aluminum Layered Double Hydroxides and Their Applications in Removal of Technetium from Aqueous Solutions Gh.M Rashad and H.H Someda _ Nuclear Chemistry Department, Hot Laboratories and Waste Management Center, Atomic Energy Authority, Cairo, Egypt [7] https://123doc.org//document/1475238-nghien-cuu-ve-chat-ban-dan-graphene.htm [8] http://luanvan.co/luan-van/luan-van-chat-ban-dan-graphene-45625/ Điều chế biến tính hydrotalcite anion laurat _ Khóa luận tốt nghiệp cử nhân hóa học _ Trường đại học sư phạm thành phố hồ chí minh Ths Võ Thị Nhã Uyên Trang 49 ... 3.4.2 Sự tăng trưởng LDHs (graphene) graphene (LDHs) .23 Chương ỨNG DỤNG CỦA NANO COMPOSITE GRAPHENE/LDH TRONG LĨNH VỰC CHỐNG ĂN MÒN 26 4.1 Vật liệu nano composite chống ăn mòn ... thực đồ án cơng nghệ hố học Mặc dù cố gắng thực đồ án cách hoàn chỉnh Song buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên khơng tránh... ăn mòn 26 4.2 Cơ chế chống ăn mòn 27 4.3 Tổng hợp màng nanocomposite graphene/LDH 28 4.3.1 Chuẩn bị GO RGO 28 4.3.2 Tổng hợp nanocomposite RGO/ZnAl-LDH