Nghiên cứu chế tạo ống nano carbon đa tường bằng phương pháp phân hủy xúc tác trong điều kiện việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Y Z NGUYỄN VĂN HOÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY XÚC TÁC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mã số ngành : 02.10.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 12/2007 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN VĂN HOÀI Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 13/07/1978 Nơi sinh : QUẢNG TRỊ Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MSHV : 00504108 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo ống nano carbon đa tường phương pháp phân hủy xúc tác điều kiện Việt Nam II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ¾ Nghiên cứu điều kiện chế tạo hệ xúc tác Fe/Mo/Al2O3 phương pháp đồng kết tủa từ dung dịch muối: Fe(NO3)3, Al(NO3)3, (NH4)6Mo7O24 (NH4)2CO3 ¾ Nghiên cứu điều kiện chế tạo ống nano carbon đa tường phương pháp phân hủy tiền chất khí chứa carbon khí hóa lỏng có xúc tác ¾ Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ thời gian trình carbon hóa đến hiệu cấu trúc ống nano carbon đa tường phương pháp hóa lý XRD, RAMAN FESEM III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng Chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Ngày tháng năm 2007 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: PGS.TS Nguyễn Đình Thành, người thầy tận tình hướng dẫn có góp ý vô q giá để hoàn thành luận văn Tất anh chị Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình tiến hành thực nghiệm Các Thầy Cô khoa Công nghệ Hóa học phòng Đào tạo Sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức q báu giúp đỡ thời gian học trường Các Thầy Cô Hội đồng chấm luận văn thạc só có góp ý nhận xét hữu ích cho luận văn Gia đình, bạn bè ủng hộ tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học cao học Tác giả ABSTRACT In this study, we investigated the influence of the reaction temperature and the duration of catalyst exposures to liquefied petroleum gas (LPG) with respect to the carbon yield, and structure of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) The MWNTs were synthesised by catalytic chemical vapour deposition (CCVD) of LPG over Fe/Mo/Al2O3 catalyst The catalyst was produced by the co-precipitation method from the solution of Fe(NO3)3 and Al(NO3)3 that is precipitated from the base solution containing (NH4)2CO3 and molybdenum ions at room temperature The weight ratio of iron to molybdenum to alumina is 9:1:5 in the catalyst The specific surface area of catalyst measured by BET is 113m2/g The maximum yield of product was 10 times greater than the weight of the catalyst per hour The as-producted CNTs was purified by HNO3/HF solution to remove the catalyst on their tips before analysed The structure of MWNTs was characterized by X-ray diffraction (XRD), RAMAN spectroscopy, and field emission scanning electron microscopy (FESEM) The results demonstrated by FESEM indicated that the diameter and length of MWNTs were in ranging from 20 to 30 nm and a few μm, respectively We also found that the graphitization of obtained MWNTs was high by XRD and RAMAN It is proposed that MWNTs could be synthesised from carboncontaining gas source (LPG) over Fe/Mo/Al2O3 catalyst Nguyễn Văn Hoài i Luận văn thạc só MỤC LỤC Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc ống nano carbon (CNTs: Carbon Nanotubes) 1.1.1 Cấu trúc SWNTs .2 1.1.2 Cấu trúc MWNTs 1.2 Tính chất CNTs .4 1.2.1 Các tính chaát chung .4 1.2.2 Tính chất lý .5 1.2.3 Khaû phản ứng 1.2.4 Tính chất điện tử 1.2.5 Tính chất hấp phụ 1.2.5.1 Diện tích bề mặt riêng SWNTs .8 1.2.5.2 Bề mặt hấp phụ lượng liên kết 1.3 Ứng dụng CNTs 11 1.3.1 Dự trữ lượng 11 1.3.1.1 Tích trữ hydro số khí khác 12 1.3.1.2 Pin lithium 15 1.3.1.3 Siêu tụ điện 16 1.3.2 Phân tách khí .17 1.3.3 Chất hấp phụ 17 1.3.4 Chất mang xúc taùc .18 1.3.5 Nanosensor 20 1.3.5.1 Sensor hóa học .20 1.3.5.2 Sensor sinh hoïc 22 Mục lục Nguyễn Văn Hoài ii Luận văn thạc só 1.3.6 Đầu dò nano .23 1.3.7 Thiết bị phát xạ trường 24 1.3.8 Transitor hiệu ứng trường 25 1.3.9 Composite 25 1.3.9.1 Composite hệ kim loại 26 1.3.9.2 Composite heä ceramic 26 1.3.9.3 Composite heä polymer 27 1.4 Các phương pháp tổng hợp CNTs 28 1.4.1 Phương pháp hồ quang điện 29 1.4.2 Phương pháp cắt laser 30 1.4.3 Phương pháp phân hủy có xúc taùc .32 1.4.3.1 Quaù trình dị thể 34 1.4.3.2 Quá trình đồng thể 37 1.5 Cơ chế phát triển CNTs 38 1.5.1 Quá trình phát triển xúc tác 38 1.5.2 Quá trình phát triển có xúc tác 39 1.5.2.1 Các điều kiện nhiệt độ thấp 40 1.5.2.2 Các điều kiện nhiệt độ cao 41 1.6 Quá trình tinh chế CNTs 43 1.6.1 Quá trình oxy hóa 43 1.6.2 Quá trình xử lý baèng acid 44 1.6.3 Quá trình siêu âm 45 1.6.4 Quá trình làm học 45 1.6.5 Quá trình tạo nhóm chức .46 1.6.6 Quaù trình lọc micro 45 Mục lục Nguyễn Văn Hoài iii Luận văn thạc só CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .47 2.1 Nghiên cứu chế tạo xúc tác 47 2.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu hóa chất dụng cụ thiết bị 47 2.1.2 Phương pháp chế tạo xúc tác .47 2.2 Nghiên cứu chế tạo MWNTs 50 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu hóa chất dụng cụ thiết bị 50 2.2.2 Phương pháp chế tạo MWNTs 50 2.3 Nghiên cứu trình loại bỏ xúc tác 65 2.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu hóa chất dụng cụ thiết bị 65 2.3.2 Phương pháp loại bỏ xúc tác .65 2.4 Các phương pháp nghiên cứu 66 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X .66 2.4.2 Phương pháp xác định bề mặt riêng BET 66 2.4.3 Phương pháp FESEM 67 2.4.4 Phương pháp RAMAN 68 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 70 3.1 Đặc tính xúc tác 70 3.2 Cấu trúc MWNTs 73 3.2.1 Kết phân tích XRD .73 3.2.2 Kết đo RAMAN 77 3.2.3 Kết đo FESEM .83 3.3 Hiệu suất sản phẩm 90 CHƯƠNG KẾT LUẬN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Mục lục CÁC TỪ VIẾT TẮT CCVD: Catalytic chemical vapour deposition - Quá trình phân hủy có xúc taùc CNTs: Carbon nanotubes - Oáng nano carbon MWNTs: Multi-walled carbon nanotubes - ng nano carbon đa tường SWNTs: Single-walled carbon nanotubes - ng nano carbon đơn tường CNFs: Carbon nano fibres - Sợi nano carbon XRD: X-ray diffraction - Sự nhiễu xạ tia X FESEM: Field emission scanning electron microscopy - Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường HRTEM: High resolution transmission electron microscopy - Kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao SSA: Specific surface area - Diện tích bề mặt riêng TPD: Temperature programme desorption - Quá trình nhã hấp phụ chương trình nhiệt độ DFT: Density function theory - Lý thuyết hàm mật độ FET: Field effect transistor - Transistor hiệu ứng trường VLS: Vapor Liquid Solid - Hơi lỏng Rắn AFM: Atomic force microscopy - Kính hiển vi lực nguyên tử CFM: Chemical force microscopy - Kính hiển vi lực hóa học PHỤ LỤC Kết phân tích diện tích bề mặt riêng xúc tác Fe/Mo/Al2O3 phương pháp BET Các hình phụ lục từ 3.1 - 3.9: nh XRD CNTs tổng hợp Các hình phụ lục từ 3.10 - 3.18: Phổ RAMAN CNTs tổng hợp Các hình phụ lục từ 3.10 - 3.18: Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp Phụ lục 3.14 Phổ RAMAN CNTs tổng hợp 700oC 2h Phụ lục 3.15 Phổ RAMAN CNTs tổng hợp 700oC 3h Phụ lục 3.16 Phổ RAMAN CNTs tổng hợp 750oC 1h Phụ lục 3.17 Phổ RAMAN CNTs tổng hợp 750oC 2h Phụ lục 3.18 Phổ RAMAN CNTs tổng hợp 750oC 3h Phụ lục 3.19 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 650oC 1h Phụ lục 3.20 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 650oC 2h Phụ lục 3.21 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 650oC 3h Phụ lục 3.22 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 700oC 1h Phụ lục 3.23 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 700oC 2h Phụ lục 3.24 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 700oC 3h Phụ lục 3.25 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 750oC 1h Phụ lục 3.26 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 750oC 2h Phụ lục 3.27 Hình ảnh FESEM CNTs tổng hợp 750oC 3h LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : NGUYỄN VĂN HOÀI Ngày, tháng, năm sinh : 13/07/1978 Nơi sinh: Quảng Trị Địa liên lạc: 53/2 Xa lộ Hà Nội, Kp 2, P Thảo Điền, Q 2, Tp, Hồ Chí Minh Điện thoại : 0908116347 Email : nguyenhoai13@yahoo.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1997 - 2002: Học đại học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, chuyên ngành Máy Thiết bị Công nghiệp Hóa chất - Dầu khí 2004 - 2007: Học cao học Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, chuyên ngành Công nghệ Hóa học QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: 2002 - 2006: Là Nhân viên Kỹ thuật Nhà máy Hóa chất Tân Bình, 46/6 Phan Huy Ích, P 15, Q Tân Bình, Tp Hồ Chí Minh 2006 - nay: Là Nhân viên Quản lý Chất lượng Công ty Cổ phần LILAMA 45.1, 140 Điện Biên Phủ, P Đa Kao, Q 1, Tp Hồ Chí Minh ... ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo ống nano carbon đa tường phương pháp phân hủy xúc tác điều kiện Việt Nam II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ¾ Nghiên cứu điều kiện chế tạo hệ xúc tác Fe/Mo/Al2O3 phương pháp đồng... (NH4)2CO3 ¾ Nghiên cứu điều kiện chế tạo ống nano carbon đa tường phương pháp phân hủy tiền chất khí chứa carbon khí hóa lỏng có xúc tác ¾ Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ thời gian trình carbon. .. trình phân hủy có xúc tác CNTs: Carbon nanotubes - Oáng nano carbon MWNTs: Multi-walled carbon nanotubes - ng nano carbon đa tường SWNTs: Single-walled carbon nanotubes - ng nano carbon đơn tường