Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO Fe3O4 VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHÚNG TRONG CHẾ TẠO LỚP PHỦ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO Fe3O4 VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHÚNG TRONG CHẾ TẠO LỚP PHỦ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI Mã số đề tài: QG.12.05 Chủ nhiệm đề tài/dự án: PGS.TS NGUYỄN XUÂN HOÀN Hà Nội, tháng năm 2014 MỤC LỤC PHẦN I THÔNG TIN CHUNG PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Mục tiêu 2 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu tiến hành Nội dung kết nghiên cứu .4 3.1 Mô tả kết nghiên cứu đạt 3.1.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 phương pháp thuỷ nhiệt .6 3.1.2 Nghiên cứu tổng hợp oxit sắt đỏ (-Fe2O3) phương pháp thuỷ nhiệt 10 3.1.3 Biến tính hữu hố hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 14 3.1.3.1 Biến tính hữu hoá hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 với tác nhân silan 14 3.1.3.2 Biến tính hữu hố hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 với chất ức chế Alkyl ammonium 2-benzothiazolythio succinic acid 16 3.1.4 Chế tạo tổ hợp nanocompozit epoxy chứa hạt nano oxit sắt từ Fe3O4; nano oxit sắt từ hữu hóa cho thép cacbon Đánh giá khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại chúng .19 3.1.4.1 Khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ bảo vệ có chứa oxit sắt .20 3.1.4.2 Khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ bảo vệ nano Fe3O4 với nano Fe3O4 biến tính silan 23 3.1.4.3 Khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ bảo vệ nano Fe3O4 với nano Fe3O4 biến tính với chất ức chế ăn mịn 28 KÊT LUẬN 34 3.2 Đánh giá kết nghiên cứu đạt 36 Thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Khơng 37 PHẦN III SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI/DỰ ÁN 37 Sản phẩm khoa học công nghệ đào tạo 37 1.1 Sản phẩm khoa học công nghệ 37 1.2 Kết đào tạo 39 Sản phẩm khác: .40 Tổng hợp kết sản phẩm KHCN đào tạo đăng ký hoàn thành đề tài/ dự án .40 PHẦN IV TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ 41 PHẦN V KIẾN NGHỊ 42 CÁC PHỤ LỤC - Danh sách báo khoa học, đăng (gửi đăng) tạp chí Khoa học chuyên ngành nước quốc tế - Danh sách NCS, HVCH, Sinh viên đào tạo - Các văn định phê duyệt, báo cáo tiến độ thuyết minh đề tài PHẦN I THÔNG TIN CHUNG Tên đề tài: Nghiên cứu điều chế vật liệu nano Fe3O4 khả sử dụng chúng chế tạo lớp phủ chống ăn mòn kim loại Mã số: QG.12.05 Danh sách chủ nhiệm, thành viên tham gia thực đề tài/dự án TT Chức danh, học vị, họ tên PGS.TS Nguyễn Xuân Hoàn PGS.TS Nguyễn Thị Cẩm Hà TS Nguyễn Minh Ngọc NCV Nguyễn Thị Dung PGS.TS Trịnh Anh Trúc Đơn vị cơng tác Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam Chức danh thực đề tài/dự án Chủ trì đề tài Ủy viên Ủy viên Ủy viên Ủy viên Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Thời gian thực hiện: 24 tháng 5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014 5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm… 5.3 Thực thực tế: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014 Sản phẩm đăng ký: 6.1 Sản phẩm khoa học công nghệ: + Tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia: 01 + Tạp chí khoa học chuyên ngành quốc tế (gửi đăng): 01 + Báo cáo trình bày (oral poster) Hội nghị, Hội thảo khoa học quốc tế, quốc gia: 01 + 50 g sản phẩm hạt sắt từ Fe3O4 có kích thước nanomet dùng cho việc nghiên cứu q trình hữu hoá để chế tạo lớp phủ nanocompozit + 60 mẫu sản phẩm tổ hợp nanocompozit epoxy chứa hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 (tổng hợp), -Fe2O3 (tổng hợp, thương mại) biến tính khơng biến tính hữu phủ thép cacbon (kích thước 10x15 cm2) dùng để khảo sát trình bảo vệ chống ăn mòn thép cacbon dung dịch NaCl 3% 6.2 Sản phẩm đào tạo:  Nghiên cứu sinh (hỗ trợ đào tạo phần): 01 NCS (NCS Nguyễn Thu Trang)  Thạc sĩ : 01 HVCH  Cử nhân/ Cử nhân nhiệm vụ chiến lược, sinh viên nghiên cứu khoa học: 01 – 02 6.3 Các sản phẩm khác: Tổng kinh phí phê duyệt đề tài, dự án: 170 triệu đồng PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Mục tiêu - Tạo lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại thân thiện mơi trường thơng qua việc nghiên cứu hoạt tính chất lớp phủ polyme nano compozit epoxy sử dụng oxit kim loại kích thước nanomet để bảo vệ chống ăn mòn thép cacbon - Xác định khả bảo vệ lớp phủ sở sử dụng hạt nano oxit sắt từ (Fe3O4), oxit sắt từ hữu hóa (được tổng hợp Phịng thí nghiệm) so sánh với pigment oxit sắt truyền thống oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit thương mại, tổng hợp Phịng thí nghiệm) Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu tiến hành 2.1 Phương pháp tiếp cận Để thực mục tiêu đề tài đặt ra, đề tài nghiên cứu chia làm giai đoạn: Giai đoạn 1: Chế tạo vật liệu nano Fe3O4 (kích thước < 100 nm) Nghiên cứu hữu hóa oxit sắt từ  Tổng hợp vật liệu nano Fe3O4, -Fe2O3 phương pháp thuỷ nhiệt  Nghiên cứu hữu hóa oxit sắt từ Fe3O4 và/hoặc oxit sắt đỏ truyền thống (-Fe2O3, hematit) tác nhân 3-Aminopropyl trimethoxy silan hợp chất 2-benzothiazolythio succinic acid  Khảo sát đặc trưng hạt nano Fe3O4 tổng hợp, -Fe2O3 phương pháp : cấu trúc dựa nhiễu xạ tia X (XRD), hình thái học bề mặt thông qua kỹ thuật chụp ảnh SEM (hoặc FESEM, TEM), phân bố kích thước hạt, chuyển pha dạng thù hình phân tích nhiệt vi sai TDA/TG/DSC  Đo khảo sát điện tích bề mặt hạt (thế Zeta) trước sau hữu hố, sở giải thích khả ghép nối hấp phụ (UV-vis) bề mặt hạt nano Fe3O4, -Fe2O3 Giai đoạn 2: Nghiên cứu tính chất khả bảo bệ chống ăn mòn lớp phủ epoxy chứa nano Fe3O4; epoxy chứa nano oxit sắt từ hữu hóa; nanocompozit epoxy chứa với pigment oxit sắt truyền thống oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit)  Chế tạo lớp phủ epoxy, lớp phủ epoxy chứa nano Fe3O4 nano oxit sắt từ hữu hóa  Chế tạo lớp phủ compozit epoxy chứa với pigment oxit sắt truyền thống oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit) thép cacbon kỹ thuật  Đánh giá tính chất lý màng compozit: độ bám dính và/hoặc độ bền va đập  Khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ phương pháp tổng trở điện hóa  Mơ hình hóa đưa sơ đồ mạch điện tương đương cho phép xác định tính chất điện hóa màng tính tốn thơng số điện hóa Một số phép phân tích cấu trúc khác khảo sát nghiên cứu (TEM, FESEM, IR, DSC, …) 2.2 Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu, đặc trưng tính chất cho vật liệu chế tạo sau:  Xác định pha nhiễu xạ tia X thiết bị nhiễu xạ D5005 Siemens D8 Advance Bruker (λCuKα = 1.5418 Å, 2θ steps = 0.03°/step)  Hình thái học bề mặt hạt nano Fe3O4 α-Fe2O3 chế tạo, mặt cắt màng sơn chế tạo quan sát thiết bị SEM Hitachi-S4800,  Các hạt nano Fe3O4 chế tạo, sau biến tinh hữu hóa với tác nhân 3-Aminopropyl trimethoxy silan hợp chất 2-benzothiazolythio succinic acid; Các màng sơn chế tạo chụp phổ hồng ngoại thiết bị FT-IR Nexus 670 Nicolet, thiết bị Jasco FTIR/6300  Đo điện bề mặt hạt khảo sát độ bền hạt vật liệu trước sau biến tính hữu hóa theo mơi trường thơng qua thiết bị đo Zeta Phoremeter IV (CAD instrumentation)  Khảo sát lượng chất hữu hấp phụ thiết bị đo quang 2800/ UV-vis spectrometer (Cole Parmer) D4000 Hach, sử dụng cuvet thạch anh  Tính chất từ (độ từ hóa bão hịa vật liệu từ tính thiết bị đo từ kế mẫu rung DMS 880 - Digital Measurement Systems  Xác định độ bền nhiệt vật liệu chế tạo thiết bị phân tích nhiệt vi sai Labsys TG/DSC SETARAM DTG-60H Shimadzu (gia nhiệt đến 900oC, tốc độ gia nhiệt 10oC/phút, khí khơng khí)  Phổ tổng trở đo máy AUTOLAB P30 Các phép đo đặt chế độ quét tự động dải tần số từ 100kHz đến 10 mHz Phổ tổng trở điện hóa cục thiết bị Solartron 1275  Xác định độ bám dính cuả màng sơn chế tạo hệ ADHESION TESTER model 525 hãng Erichsen, theo tiêu chuẩn ASTM D-4541 Và phương pháp điểm (ISO 14679-1997), hệ Instron1 3367 (Norwood, Massachusetts, USA)  Độ bền va đập màng sơn đo máy Erichsen model 304 theo tiêu chuẩn ISO D-58675 Nội dung kết nghiên cứu Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, có bờ biển dài khoảng 3000 km, nên việc nghiên cứu chống lão hóa vật liệu nói chung ăn mịn kim loại nói riêng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Cho đến chưa có thống kê thức thiệt hại ăn mòn gây Việt Nam Bảo vệ chống ăn mòn kim loại vấn đề quốc gia quan tâm thiệt hại ăn mòn gây Theo thống kế Tổ chức ăn mòn giới, thiệt hại ăn mòn hàng năm chiếm khoảng 3% tổng thu nhập quốc dân giới [1] Ăn mòn kim loại xảy địa điểm: mơi trường đất, khơng khí, nước (mơi trường tự nhiên), mơi trường biển Do đó, việc nghiên cứu bảo vệ chống ăn mòn kim loại nhiều nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu từ nhiều năm Có nhiều phương pháp khác để bảo vệ kim loại chống lại ăn mòn tổng kết như: bảo vệ catot, dùng chất ức chế hữu cơ, bọc vật liệu bền ăn mòn cao, sử dụng lớp phủ hợp kim hay dùng lớp sơn phủ bảo vệ, [2] Việc sử dụng nano oxit kim loại phân tán lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn bước đầu phát triển vài năm gần đây, kích thước nhỏ hạt nên sử dụng nồng độ thấp giữ nguyên tính chất polyme Trong cơng trình nghiên cứu công bố, hạt nano sử dụng phổ biến SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, nano clay, cacbon nanotube, Các hạt/sợi thêm vào epoxy, alkyd polyanilin hệ nanocompozit để bảo vệ chống ăn kim loại ghi nhận gia tăng khả bảo vệ chống ăn mòn [3-7] Với phát triển khoa học công nghệ vật liệu nano với tính chất trội vật liệu phát kéo theo loạt ứng dụng tiềm cho loại vật liệu Trong số đó, hạt nano có từ tính FeO, Fe3O4, Fe2O3, tập trung nghiên cứu nhiều từ năm 2000 trở lại Nhờ có độ từ hóa bão hịa cao dạng kích thước nano, đồng kích thước đối tượng tiềm định hướng cho nhiều ứng dụng quan trọng: sử dụng làm vật liệu hấp phụ asen trình xử lý nước nhiễm asen, sinh-dược học, tách triết làm giàu AND, tác nhân tạo độ tương phản cho thiết bị cộng hưởng từ MRI, chế tạo bio-sensơ, vật liệu dẫn truyền thuốc,… [8-11] Với xu hướng phát triển vật liệu tiên tiến, việc nghiên cứu polyme nanocompozit với hạt nano đa chức đáp ứng nhu cầu chế tạo vật liệu thông minh Ví dụ tổ hợp epoxy nanocompozit với hạt phân tán ống nano cacbon bao bọc oxit sắt từ nano oxit sắt từ tạo nên vật liệu mang lúc tính chất quý báu từ tính, quang điện, cảm biến, hấp thụ sóng điện từ… [7,12-16] Các hạt nano oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3,…) nhiều cơng trình nghiên cứu đề cập đến dạng độc lập pigment lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn [17-21] Những nghiên cứu dừng lại mức độ khảo sát, nhiều trường hợp chế vận chuyển vi cấu trúc cịn chưa hiểu rõ Vì vậy, địi hỏi phải có nghiên cứu kỹ lưỡng Một điểm bất lợi phân tán nano Fe3O4 polyme tính dễ co cụm hạt; vậy, việc xử lý hữu hóa sử dụng màng cần thiết, mặt làm cho hạt dễ phân tán hơn, mặt khác làm tăng khả tương thích pha vơ hữu nền, tạo thành màng đặc khít hơn, điều chưa thấy đề cập đến tài liệu tham khảo Tiếp cận nghiên cứu giới nhằm mở rộng hướng ứng dụng vật liệu Việt Nam, nghiên cứu điều chế vật liệu dạng bột nano Fe3O4 nano α-Fe2O3 phương pháp thủy nhiệt, thực biến tính hữu hóa chúng với tác nhân hữu hóa Aminopropyl trimethoxy silane, muối alkyl ammonium axit 2-benzothiazolythio succinic; sở đề chế tạo tổ hợp nanocompozit epoxy chứa hạt nano oxit sắt định hướng ứng dụng làm lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại 3.1 Mô tả kết nghiên cứu đạt 3.1.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 phương pháp thuỷ nhiệt Các hỗn hợp phản ứng chuẩn bị theo tỷ lệ mol Fe2+/Fe3+ = 1,0 môi trường kiềm cao KOH 6M chuyển hoàn toàn vào hệ thiết bị phản ứng thủy nhiệt Hỗn hợp phản ứng tiến hành điều kiện nhiệt độ 150oC, thời gian phản ứng Sản phẩm sau phản ứng trung hòa pH = 7, lọc rửa hết ion tạp hoạt hóa cồn tuyệt đối để bảo vệ bề mặt hạt tránh khỏi oxi hóa oxi khơng khí q trình sấy khơ Vật liệu sau tổng hợp khảo sát tính chất từ cách định tính nam châm, khảo sát định lượng kết thu được: Hình 1: Khảo sát định tính tính chất từ vật liệu đường cong từ hóa vật liệu Vật liệu sau tổng hợp có tính chất từ tính tốt so sánh với nghiên cứu khác [10, 25] Từ đồ thị hình ta thấy vật liệu Fe3O4 có độ từ bão hòa 79.9 emu/g, Trong bảng biểu thị mối liên quan từ độ bão hòa (Ms), từ dư (Mr) lực kháng từ (Hc) vật liệu Bảng 1: Tính chất từ tính mẫu Fe3O4 Ms (emu/g) 79.9 Tính chất từ tính Mr (emu/g) 10.3 Hc (Oe/g) 120.0 Hình trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X chụp mẫu tổng hợp Fe3O4 Intensity (a.u) Theta (deg.) Hình 2: Giản Gi đồ nhiễu xạ tia X mẫu ẫu vật liệu Fe3O4 Tất pic ên giản gi đồ nhiễu xạ đặc trưng ưng cho pha tinh th thể Fe3O4 (thuộc cấu trúc lập phương, ương, nhóm đối đ xứng Fd-3m, a = 8.393(1) Å, ICSD collection code: 159959) [22, 23] Khơng tìm thấy th có mặt pha tạạp chất khác Fe2O3, FeO, hay FeOOH có mặt giản đồ nhiễu xạ Kết ết chụp phổ hồng ngoại mẫu Fe3O4: pic đặc ặc tr trưng liên kết Fe– –1 O cấu trúc Fe3O4 tương ứng 586, 434 cm , pic ại 3440, 1624 cm–1 đặc trưng cho liên kết –OH xuất phổ hồng ngoại [24] Hình thái học vàà kích thước thư hạt vật liệu nano Fe3O4 ợc giới thiệu tr ảnh SEM độ phân giải khác Hình 3: Ảnh chụp SEM mẫu vật liệu Fe3O4 ại độ phóng đại khác Có thể thấy hình ình thái học h kích thước hạt Fe3O4 đđồng hình dạng hạt Kích thước ớc hạt trung bình b nhỏ 100 nm Hình 4: Giản đồ phân tích nhiệt TG/DTA mẫu vật liệu Fe3O4 Pic tỏa nhiệt 174,5oC đặc trưng cho q trình oxi hóa hạt nano oxit sắt từ, Fe3O4 thành γ-Fe2O3 với cấu trúc tinh thể tương tự cấu trúc nano Fe3O4 Sau đó, pic tỏa nhiệt 570oC tương ứng cho chuyển dạng thù hình dạng oxit sắt (III), ε-Fe2O3 α-Fe2O3 [26-28] Để khẳng định giải thích trên, lượng mẫu bột nano-Fe3O4 tổng hợp từ phản ứng thủy nhiệt nung hóa lị nung có mặt oxi khơng khí khoảng nhiệt độ khác dựa kết phân tích nhiệt vi sai TG/DTA: 190 oC, 400 oC 650 oC với thời gian Mẫu nung xong lấy khỏi lò nung nhiệt độ cao làm nguội bình hút ẩm Sản phẩm phân tích nhiễu xạ tia X, kết thu hình Màu sắc bột oxit sắt: Màu nâu – đỏ Màu nâu Màu nâu Màu đen Hình Giản đồ mẫu bột Fe3O4 tổng hợp thủy nhiệt (150 oC/ h) nung khơng khí nhiệt độ: a) - 25 oC, b) - 190 oC, c) - 400 oC, d) - 650 oC Từ hình 5, ta xác định pha γ-Fe2O3 cho mẫu nano-Fe3O4 nung nhiệt độ 190 oC 400 oC, pha α-Fe2O3 cho mẫu nung nhiệt độ KÊT LUẬN a) Đã tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 phương pháp thuỷ nhiệt Vật liệu thu thuộc hệ cấu trúc tinh thể lập phương Fd-3m, kích thước hình dạng hạt tương đối đồng đều, cỡ hạt Fe3O4 thu nhỏ 100nm b) Đã nghiên cứu tổng hợp oxit sắt đỏ (-Fe2O3) phương pháp thuỷ nhiệt từ muối FeCl3 KOH điều kiện 180oC, 15 Vật liệu thu có độ tinh khiết cao thuộc hệ tinh thể sáu phương (nhóm đối xứng R-3c, a = 5,034 Å, c = 13,752 Å) Kích thước hình dạng hạt tương đối đồng ~ 100 nm c) Biến tính hữu hố thành cơng hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 với tác nhân hữu hóa: 3-Aminopropyl trimethoxy silan 2-benzothiazolythio succinic acid Sản phẩm đặc trưng tính chất vật liệu phương pháp: phân bố điện bề mặt hạt (thế Zeta), chuyển pha dạng thù hình phân tích nhiệt vi sai TDA/TG, đo phổ hồng ngoại FTIR d) Đã chế tạo tổ hợp nanocompozit epoxy chứa hạt nano oxit sắt từ Fe3O4; nano oxit sắt từ hữu hóa cho thép cacbon Nanocompozit epoxy chứa pigment oxit sắt truyền thống oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit) e) Đánh giá khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ thép cacbon mơi trường ăn mịn (dung dịch NaCl) phương pháp đo điện hoá Kết cho thấy lớp phủ chứa hạt nano oxit sắt thể tính bảo vệ chống ăn mòn vượt trội so với lớp phủ epoxy đổi chứng Lớp phủ chứa nano Fe3O4 nano Fe3O4 biến tính hữu hóa với chất ức chế ăn mịn Irgacor 153, IBA cho tính chất bảo vệ tốt 3.2 Đánh giá kết nghiên cứu đạt - Tính giá trị khoa học + Kết nghiên cứu đề tài thu kết tích cực góp phần thay thành phần độc hại lớp phủ dung môi dễ bay pigment kim loại nặng, ảnh hưởng trực tiếp đến mơi trường + Đây hướng nghiên cứu cịn mới, có cơng trình cụ thể cơng bố nước ngồi Việt Nam + Do có mặt hạt nano oxit sắt từ (có thể đóng vai trị chất ức chế ăn mịn), tác dụng ức chế ăn mòn lớp phủ ghi nhận Ngoài ra, nghiên cứu chất ức chế ăn mịn để bảo vệ ăn mịn “thơng minh” hướng nghiên cứu Việt Nam Thế giới 36 - Giá trị thực tiễn khả ứng dụng - Đề tài nghiên cứu góp phần cơng việc đào tạo học viên Cao học sinh viên khóa luận tốt nghiệp, hỗ trợ đào tạo nghiên cứu sinh - Tăng cường trình độ lực nghiên cứu cho cán tham gia đề tài - Các kết nghiên cứu thu góp phần bổ sung vào sở liệu khoa học làm sở định hướng cho nghiên cứu khác quan tâm phát triển - Các kết thu bước đầu thực đề tài tiền đề để phát triển nghiên cứu sau nhằm mục đích phát triển từ nghiên cứu đưa ứng dụng thực tiễn điều kiện Việt Nam - Khả ứng dụng thực tiễn : Việc sử dụng lớp phủ nano bảo vệ chống ăn mòn tạo tiềm thị trường nhiều ngành công nghiệp hàng khơng, tơ, đóng tàu, giàn khoan dầu khí Thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Khơng (Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; Nguyên nhân;Ý kiến Cơ quan quản lý ) PHẦN III SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI/DỰ ÁN Sản phẩm khoa học công nghệ đào tạo 1.1 Sản phẩm khoa học cơng nghệ Tình trạng (Đã in/chấp nhận in/xác ISSN/ nhận sử dụngkết quả; có STT Sản phẩm ghi địa ghi nhận/ ISBN cảm ơn tài trợ ĐHQGHN quy định) Cơng trình cơng bố quốc tế tạp chí thuộc danh mục ISI Scopus 1.1 Le Quoc Long, Tran Thi Bich Hue, ISSN: Gửi đăng 09/2014 Nguyen Xuan Hoan, Le Viet Cuong, 1533Pham Duc Thang, Thai Hoang, and 4880 (Print); Trinh Anh Truc, "Growth mechanism EISSN: and stability of magnetite nanoparticles 1533synthesized by the hydrothermal 4899 method" Journal of Nanoscience and (Online) Nanotechnology (Gửi đăng 09/2014) 37 1.2 1.3 L Balaita, J F Chailan, Xuan Hoan Nguyen, S Bacaita, M Popa, "Hybrid Chitosan-Gelatine magnetic polymer particles for drug release" Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol 16, No 11-12, 2014, p 1463 - 1471 Trinh Anh Truc, Nguyen Thu Trang, To Thi Xuan Hang, Nguyen Xuan Hoan, Nguyen Anh Son, Maëlenn Aufray, Nadine Pébère "Evaluation of ISSN: Đã in PRINT: 1454 4164 ONLINE: 1841 7132 ISSN: 02578972 Đang hoàn thiện để gửi đăng anticorrosion and adherence properties of organic coatings containing synthetic magnetite nanoparticles modified by indole3 butyric acid on steel substrate" dự kiến gửi tạp chí Corrosion Science (Đang hồn thiện) Cơng trình cơng bố quốc tế tạp chí không thuộc danh mục ISI Scopus 2.1 2.2 Cơng trình cơng bố tạp chí khoa học chuyên ngành nước 3.1 Nguyen Thu Trang, Trinh Anh Truc, To ISSN: Đã in 0866Thi Xuan Hang, Le Thi Lien, Nguyen Xuan Hoan, “Preparation of iron oxide 7144 nanoparticles using an epoxy coating for corrosion protection of carbon steel” Vietnam Journal of Chemistry 50 (6B) (2012) 71-76 3.2 Đặng Thế Bách, Trần Xuân Hợi, ISSN: Đã in Nguyễn Thu Trang, Trịnh Anh Trúc, 0866Phạm Đức Thắng, Nguyễn Xuân Hoàn, 7144 “Tổng hợp thủy nhiệt tính chất vật liệu nano Fe3O4 có pha tạp nguyên tố Coban Kẽm” Tạp chí Hóa học 51 (2C), 2013, 723-728 3.3 Trần Xuân Hợi, Nguyễn Phi Hưng, ISSN: Đã in 0866Nguyễn Thu Trang, Nguyễn Thị Cẩm Hà, Nguyễn Xn Hồn, Tơ Thị Xuân 708X Hằng, Trịnh Anh Trúc, "Chế tạo khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn 38 kim loại lớp phủ epoxy/nano hematit" Tạp chí Khoa học Công nghệ 51 (3A), (2013) 250-256 Báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị quốc tế 4.1 Le Quoc Long, Nguyen Xuan Hoan, Poster Pham Duc Thang, and Trinh Anh Truc, Book abstract "Crystal growth mechanism and stability of nanomagnetite prepared under hydrothermal synthesis condition" Book abstract of the International Symposium on Frontiers in Materials Science, Nov 2013, Hanoi, Vietnam, p.206 4.2 Báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị quốc gia 5.1 5.2 Sách chuyên khảo 6.1 6.2 Bằng sáng chế, giải pháp hữu ích… 7.1 7.2 Kết cơng bố khác minh chứng kết nghiên cứu sử dụng 8.1 Ghi chú: - Cột sản phẩm khoa học công nghệ: Liệt kê thông tin sản phẩm KHCN theo thứ tự - Gửi kèm toàn văn kết khoa học công nghệ 1.2 Kết đào tạo STT Họ tên Thời gian kinh phí tham gia đề tài/dự án (số tháng/số tiền) Cơng trình cơng bố liên quan (Sản phẩm KHCN, luận án, luận văn) Nghiên cứu sinh Nguyễn Thu Trang 10 tháng / 10 triệu đồng Bài báo khoa học 39 Quyết định công nhận NCS số 280/QĐ-VKTNĐ, ngày 18/11/2010 Bảo vệ luận án vào 10/2015 Học viên cao học Đặng Thế Bách tháng / triệu Luận văn Thạc sĩ đồng Quyết định số: Bài báo khoa học 1492/QĐ-SĐH, ngày 27/4/2012 Đã bảo vệ: 12/ 2013 theo Quyết định số: 5611/QĐ-KHTN, ngày 25/12/2013 Ghi chú: - Gửi kèm photo trang bìa luận án/luận văn giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ học viên bảo vệ thành công luận án/luận văn; - Cột công trình cơng bố ghi mục III.1 Sản phẩm khác: Không Tổng hợp kết sản phẩm KHCN đào tạo đăng ký hoàn thành đề tài/ dự án STT Sản phẩm Số lượng đăng ký Bài báo ISI/Scopus 01 (gửi đăng) 40 Số lượng hồn thành 03, 01 (gửi đăng) 01 (đã in) 01 (đang hoàn thiện) Bài báo quốc tế không thuộc ISI/Scopus Bài báo tạp chí nước 01 03 Báo cáo Hội nghị quốc tế 01 (oral poster) 01 (poster) Báo cáo Hội nghị quốc gia Sách chuyên khảo Bằng sáng chế, giải pháp hữu ích Kết khác minh chứng áp dụng Đào tạo/hỗ trợ đào tạo phần NCS 01 01 10 Đào tạo thạc sĩ 01 01 PHẦN IV TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ STT Nội dung chi Kinh phí duyệt (triệu đồng) Kinh phí thực (triệu đồng) A Chi phí trực tiếp 156,4 156,4 Nhân cơng lao động khoa học - Trong đó, chi cho NCS học viên cao học: 86,5 86,5 15,0 15,0 Nguyên, nhiên vật liệu 59,5 59,5 Thiết bị, dụng cụ Đi lại, cơng tác phí Dịch vụ th ngồi Chi phí trực tiếp khác 10,4 10,4 B Chi phí gián tiếp 13,6 13,6 Chi phí quản lý tổ chức chủ trì 13,6 13,6 Tổng số: 170,0 170,0 41 Ghi PHẦN V KIẾN NGHỊ (Về phát triển kết nghiên cứu đề tài/dự án; quản lý, tổ chức thực cấp) Những kết nghiên cứu đạt cho thấy khả phát triển ứng dụng vào thực tiễn vật liệu nano-Fe3O4 sử dụng lớp sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại Đề nghị cấp tiếp kinh phí nghiên cứu để phát triển tiếp đề tài Hà Nội, ngày tháng năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KT HIỆU TRƯỞNG PHÓ HIỆU TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI/DỰ ÁN GS.TS Phan Tuấn Nghĩa PGS.TS Nguyễn Xuân Hoàn 42 (Họ tên, chữ ký) TÓM TẮT BẰNG TIẾNG ANH KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI/DỰ ÁN NGHIÊN CỨU SUMMARY Project Title: Study on the preparation of magnetite nanomaterials and ability to use in fabricating of nanocomposite coating prevent the corrosion of metal Code number: QG.12.05 Project Leader: Assoc Pr Nguyen Xuan Hoan Members: Assoc Pr Nguyen Thi Cam Ha Dr Nguyen Minh Ngoc BSc Nguyen Thi Dung Assoc Pr Trinh Anh Truc Managing Institution: VNU University of Science, Hanoi Cooperating Institution(s): Duration: from 10/2012 to 10/2014 Objectives Preparation the coating friendly to the environment to protect metals against the corrosion by research on the activity and the nature of the polymer in the coating nanocomposite based on metals nano-oxide which was incorporated into epoxy matrices and its ability to protect the carbon steel against the corrosion Determine the ability protective of the coating layers against the corrosion of the carbon steel by using the nanoparticles of iron oxide (magnetite Fe3O4), iron oxide modified with organic compounds (which was synthesized in the laboratory) and then comparison the ability protective with the traditional pigment, the red iron oxide (Fe2O3, hematite, the product which was prepared in the laboratory or commercial product) Main contents and Results obtained a) Preparation of the magnetite nanoparticles Fe3O4 using hydrothermal method The results show that the nanocrystals magnetite was obtained with cubic crystal structure, (Fd-3m), high purity, homogeneous morphology and nanometer grains sizes of ~ 100 nm b) Preparation of the iron oxide (-Fe2O3, hematite) using hydrothermal method in the alkaline medium of KOH and FeCl3 The results show that the nanocrystals hematite was obtained with rhombohedral crystal structure, (R-3c, a = 5,034 Å, c = 13,752 Å), high purity, homogeneous morphology and nanometer grains sizes of ~ 100 nm c) Modification of the surface of the magnetite nanoparticles, Fe3O4 with the 3Aminopropyl trimethoxysilane compounds or the 2-benzothiazolythio succinic acid compounds The obtained products were characterized by FTIR spectroscopy, DTA/TG and Zeta potential measurement d) Preparation the coating layers of nanocomposite based on epoxy resin containing the magnetite nanoparticles, Fe3O4 and/or -Fe2O3; modified and unmodified organic compounds on the substrate of carbon steel e) Evaluating the capacity protective of nanocomposite coating layers against the corrosion of metals, in particlulier carbon steel, in the corrosive environment (NaCl solution) by electrochemical measurement technique The obtained results show that the corrosion resistance of the carbon steel coated with the epoxy resin containing nanomagnetite, and nanomagnetite modified Irgacor153 asnd IBA were significantly higher than that of neat epoxy coated Signficant scientific and technological products: 3.1 Scientific results: + 50 g of magnetite Fe3O4 nanoparticles (used to prepare the coating layers nanocomposites based on epoxy resin on the substrate of carbon steel) + 60 specimens of coating layers nanocomposite epoxy containing the magnetite nanoparticles, Fe3O4 (synthesized), -Fe2O3 (synthesized, commercial) modified and unmodified of the organic compounds on 10x15 cm2 of carbon steel (used to investigate the corrosion process) 3.2 Research products and publications: + Publication in national scientific journal: 03 - Nguyen Thu Trang, Trinh Anh Truc, To Thi Xuan Hang, Le Thi Lien, Nguyen Xuan Hoan, “Preparation of iron oxide nanoparticles using an epoxy coating for corrosion protection of carbon steel” Vietnam Journal of Chemistry 50 (6B) (2012) 71-76 - Đặng Thế Bách, Trần Xuân Hợi, Nguyễn Thu Trang, Trịnh Anh Trúc, Phạm Đức Thắng, Nguyễn Xuân Hoàn, “Tổng hợp thủy nhiệt tính chất vật liệu nano Fe3O4 có pha tạp nguyên tố Coban Kẽm” Tạp chí Hóa học 51 (2C), 2013, 723-728 - Trần Xuân Hợi, Nguyễn Phi Hưng, Nguyễn Thu Trang, Nguyễn Thị Cẩm Hà, Nguyễn Xn Hồn, Tơ Thị Xn Hằng, Trịnh Anh Trúc, "Chế tạo khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ epoxy/nano hematit" Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 51 (3A), (2013) 250-256 + Publication in international scientific journal: 03 {01 printed + 01 submitted + 01 in preparation} - Le Quoc Long, Tran Thi Bich Hue, Nguyen Xuan Hoan, Le Viet Cuong, Pham Duc Thang, Thai Hoang, and Trinh Anh Truc, "Growth mechanism and stability of magnetite nanoparticles synthesized by the hydrothermal method" Journal of Nanoscience and Nanotechnology (Gửi đăng 09/2014) - L Balaita, J F Chailan, Xuan Hoan Nguyen, S Bacaita, M Popa, "Hybrid Chitosan-Gelatine magnetic polymer particles for drug release" Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol 16, No 11-12, 2014, p 1463 1471 - Trinh Anh Truc, Nguyen Thu Trang, To Thi Xuan Hang, Nguyen Xuan Hoan, Nguyen Anh Son, Maëlenn Aufray, Nadine Pébère "Evaluation of anticorrosion and adherence properties of organic coatings containing synthetic magnetite nanoparticles modified by indole-3 butyric acid on steel substrate" Corrosion Science (In preparation) + Presentation (oral/poster) in the international/ national conference: 01 - Le Quoc Long, Nguyen Xuan Hoan, Pham Duc Thang, and Trinh Anh Truc, "Crystal growth mechanism and stability of nanomagnetite prepared under hydrothermal synthesis condition" Book abstract of the International Symposium on Frontiers in Materials Science, Nov 2013, Hanoi, Vietnam, p.206 3.3 Results on Training (Student works on this research topic): 3.3.1 Ph.D Student (partial support): 01 (PhD thesis Nguyễn Thu Trang) "Nghiên cứu chế tạo lớp phủ polyme nano composit bảo vệ chống ăn mòn sử dụng nano oxit sắt từ Fe3O4" Deccision No: 280/QĐ-VKTNĐ, November 18, 2010 Thesis defend in 10/2015 3.3.2 Master Student: 01 + Đặng Thế Bách, “Chế tạo định hướng ứng dụng vật liệu màng compozit sở nhựa epoxy/ (nano) oxit sắt từ pha tạp nguyên tố coban” Deccision No: 1492/QĐ-SĐH, April 4, 2012 Thesis defended in: December 2013, Deccision No: 5611/QĐ-KHTN, December 25, 2013 3.3.3 Bachelor students: 03 + Nguyễn Phi Hưng, Promotion K55 Chemistry, defended in 06/2014 “Chế tạo khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp màng phủ sở nhựa epoxy tổ hợp oxit sắt từ oxit kẽm” + Trần Xuân Hợi, Promotion K54CN (Programme Chemical in Engeenering), defended in 06/2013 “Chế tạo khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp màng phủ sở nhựa epoxy / oxit sắt từ oxit sắt từ pha tạp nguyên tố kẽm” + Lê Thế Sơn, (Programme Advanced in Chemistry), defended in May 2013 “Synthesis of the nano-Fe3O4 and composite based on the activated carbon for applications” 3.3.4 Student scientific research: 01 + Nguyễn Phi Hưng, Promotion K55 Chemistry “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano α-Fe2O3 phương pháp tổng hợp thủy nhiệt” Awarded encourage prize, VNU University of Science, 2013 Signature Nguyen Xuan Hoan PHIẾU ĐĂNG KÝ KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI/DỰ ÁN NGHIÊN CỨU Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu điều chế vật liệu nano Fe3O4 khả sử dụng chúng chế tạo lớp phủ chống ăn mòn kim loại Mã số: QG.12.05 Chủ nhiệm đề tài/dự án PGS.TS Nguyễn Xuân Hồn Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Q Thanh Xuân, Hà Nội Điện thoại: (04) 38584615/ 38581419 Cơ quan quản lý đề tài/dự án: Đại học Quốc gia Hà Nội Địa chỉ: Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại: Tổng kinh phí cấp: 170.000.000 VNĐ (Một trăm bảy mươi triệu đồng./.) Trong đó: - Từ ngân sách Nhà nước: - … - … Thời gian nghiên cứu: 24 tháng - Thời gian bắt đầu: 10/2012 - Thời gian kết thúc: 10/2014 Tên cán tham gia đề tài/dự án: PGS.TS Nguyễn Thị Cẩm Hà PGS.TS Trịnh Anh Trúc TS Nguyễn Minh Ngọc NCV Nguyễn Thị Dung Tóm tắt kết đăng ký: Các kết bật (mô tả ngắn gọn kết bật): a) Đã tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 phương pháp thuỷ nhiệt Vật liệu thu thuộc hệ cấu trúc tinh thể lập phương Fd-3m, kích thước hình dạng hạt tương đối đồng đều, cỡ hạt Fe3O4 thu nhỏ 100nm b) Đã nghiên cứu tổng hợp oxit sắt đỏ (-Fe2O3) phương pháp thuỷ nhiệt từ muối FeCl3 KOH điều kiện 180oC, 15 Vật liệu thu có độ tinh khiết cao thuộc hệ tinh thể sáu phương (nhóm đối xứng R-3c, a = 5,034 Å, c = 13,752 Å) Kích thước hình dạng hạt tương đối đồng ~ 100 nm c) Biến tính hữu hố thành cơng hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 với tác nhân hữu hóa: 3-Aminopropyl trimethoxy silan 2-benzothiazolythio succinic acid Sản phẩm đặc trưng tính chất vật liệu phương pháp: phân bố điện bề mặt hạt (thế Zeta), chuyển pha dạng thù hình phân tích nhiệt vi sai TDA/TG, đo phổ hồng ngoại FTIR d) Đã chế tạo tổ hợp nanocompozit epoxy chứa hạt nano oxit sắt từ Fe3O4; nano oxit sắt từ hữu hóa cho thép cacbon Nanocompozit epoxy chứa pigment oxit sắt truyền thống oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit) e) Đánh giá khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ thép cacbon mơi trường ăn mịn (dung dịch NaCl) phương pháp đo điện hoá Kết cho thấy lớp phủ chứa hạt nano oxit sắt thể tính bảo vệ chống ăn mịn vượt trội so với lớp phủ epoxy đổi chứng Lớp phủ chứa nano Fe3O4 nano Fe3O4 biến tính hữu hóa với chất ức chế ăn mịn Irgacor 153, IBA cho tính chất bảo vệ tốt Các kết công bố (ghi rõ tên tác giả, tên báo/báo cáo khoa học, tên tạp chí/kỷ yếu hội nghị/nơi xuất bản/tổ chức hội nghị, năm, tập, số, trang): + Tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia: 03 - Nguyen Thu Trang, Trinh Anh Truc, To Thi Xuan Hang, Le Thi Lien, Nguyen Xuan Hoan, “Preparation of iron oxide nanoparticles using an epoxy coating for corrosion protection of carbon steel” Vietnam Journal of Chemistry 50 (6B) (2012) 71-76 - Đặng Thế Bách, Trần Xuân Hợi, Nguyễn Thu Trang, Trịnh Anh Trúc, Phạm Đức Thắng, Nguyễn Xuân Hoàn, “Tổng hợp thủy nhiệt tính chất vật liệu nano Fe3O4 có pha tạp ngun tố Coban Kẽm” Tạp chí Hóa học 51 (2C), 2013, 723-728 - Trần Xuân Hợi, Nguyễn Phi Hưng, Nguyễn Thu Trang, Nguyễn Thị Cẩm Hà, Nguyễn Xn Hồn, Tơ Thị Xn Hằng, Trịnh Anh Trúc, "Chế tạo khảo sát khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ epoxy/nano hematit" Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 51 (3A), (2013) 250-256 + Tạp chí khoa học chuyên ngành quốc tế: 03 (trong 01 gửi đăng + 01 in) - Le Quoc Long, Tran Thi Bich Hue, Nguyen Xuan Hoan, Le Viet Cuong, Pham Duc Thang, Thai Hoang, and Trinh Anh Truc, "Growth mechanism and stability of magnetite nanoparticles synthesized by the hydrothermal method" Journal of Nanoscience and Nanotechnology (Gửi đăng 09/2014) - L Balaita, J F Chailan, Xuan Hoan Nguyen, S Bacaita, M Popa, "Hybrid Chitosan-Gelatine magnetic polymer particles for drug release" Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol 16, No 11-12, 2014, p 1463 - 1471 - Trinh Anh Truc, Nguyen Thu Trang, To Thi Xuan Hang, Nguyen Xuan Hoan, Nguyen Anh Son, Maëlenn Aufray, Nadine Pébère "Evaluation of anticorrosion and adherence properties of organic coatings containing synthetic magnetite nanoparticles modified by indole-3 butyric acid on steel substrate" (Hoàn thiện để gửi đăng dự kiến tạp chí Corrosion Science) + Hội nghị, hội thảo chuyên ngành quốc tế: 01 (Poster) - Le Quoc Long, Nguyen Xuan Hoan, Pham Duc Thang, and Trinh Anh Truc, "Crystal growth mechanism and stability of nanomagnetite prepared under hydrothermal synthesis condition" Book abstract of the International Symposium on Frontiers in Materials Science, Nov 2013, Hanoi, Vietnam, p 206 Các kết đào tạo (ghi rõ tên HVCH, NCS, tên luận văn/luận án, năm bảo vệ: + Hỗ trợ đào tạo NCS: 01 NCS: Nguyễn Thu Trang "Nghiên cứu chế tạo lớp phủ polyme nano composit bảo vệ chống ăn mòn sử dụng nano oxit sắt từ Fe3O4" Quyết định công nhận NCS số 280/QĐ-VKTNĐ, ngày 18/11/2010 Bảo vệ luận án tháng 10/2015 + Đào tạo Thạc sĩ: 01 HVCH: Đặng Thế Bách “Chế tạo định hướng ứng dụng vật liệu màng compozit sở nhựa epoxy/ (nano) oxit sắt từ pha tạp nguyên tố coban” Quyết định số: 1492/QĐ-SĐH, ngày 27/4/2012 Đã bảo vệ: 12/ 2013 theo Quyết định số: 5611/QĐ-KHTN, ngày 25/12/2013 + Đào tạo Cử nhân, cử nhân nhiệm vụ chiến lược: 03 + Sinh viên nghiên cứu khoa học: 01 Các sản phẩm khác (nếu có): ………………………………………………………………………………………… Kiến nghị quy mô đối tượng áp dụng nghiên cứu: - Những kết nghiên cứu đạt cho thấy khả phát triển ứng dụng vào thực tiễn vật liệu nano-Fe3O4 sử dụng lớp sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại - Đề nghị cấp tiếp kinh phí nghiên cứu để phát triển tiếp đề tài Chủ nhiệm đề tài/ dự án Thủ trưởng quan chủ trì đề tài Họ tên: Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu cấp ĐHQGHN Thủ trưởng quan quản lý đề tài/dự án (ĐHQGHN) GS.TSKH Nguyễn Xuân Hoàn Lưu Văn Bôi Chức danh, học vị: PGS.TS GS.TSKH Ký tên: Đóng dấu Đóng dấu