Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo phụ gia giảm mài mòn cho dầu bôi trơn trên cơ sở vật liệu graphen biến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Thủy Chung Nghiên cứu chế tạo phụ gia giảm mài mịn cho dầu bơi trơn sở vật liệu graphen biến tính LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Hữu Vân PGS.TS Lê Minh Thắng Hà Nội - 2017 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.Dầu bôi trơn 1.2 Phụ gia cho dầu nhờn 1.3 Một số loại phụ gia điển hình 1.4 Phụ gia chống mài mòn bao gồm loại nhóm hóa chất 10 1.5 Tổng hợp phụ gia chống mài mòn 14 Phụ gia chống mài mịn sở graphen oxit biến tính .15 2.1 Giới thiệu graphen 15 2.2 Tổng hợp graphen oxit (GO) 18 2.3 Tổng hợp graphen 25 2.4 Một số ứng dụng vật liệu graphen 31 2.5 Ứng dụng graphen làm phụ gia giảm ma sát cho dầu bôi trơn .35 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 40 2.1 Thiết bị, dụng cụ hóa chất thí nghiệm 40 2.1.1 Thiết bị, dụng cụ 40 2.1.2 Hóa chất .40 2.2 Thực nghiệm 40 2.2.1 Chế tạo graphen oxit 41 2.2.2 Q trình biến tính amin 42 2.2.3 Chuẩn bị mẫu phân tán 44 -i- 2.3 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu 44 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD-X-Rays Difraction) .44 2.3.2 Phổ hồng ngoại IR 45 2.3.3 Phương pháp xác định cấu trúc hình thái học kính hiển vi điện tử quyét trường phát xạ (SEM) 46 2.3.4 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 46 2.3.5 Phương pháp chụp ảnh vi điện tử truyền qua (TEM) 47 2.3.6 Phương pháp phổ quang điện tử tia X 49 2.4 Phương pháp đánh giá hiệu giảm mài mịn dầu bơi trơn 49 2.4.1 Chống mài mòn theo ASTM D 2783-09 49 2.4.2 Phương pháp xác định độ nhớt động học .50 2.4.3 Phương pháp xác định trị số axit ASTM 974 -06(TAN) .51 2.4.4 Độ bền oxi hóa theo tiêu chuẩn GOST 981 51 2.4.5 Phương pháp xác định hàm lượng cặn 51 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .53 3.1 Nghiên cứu chế tạo graphen oxit 51 3.2 Nghiên cứu biến tính graphen oxit amin 57 3.3 Khả phân tán phụ gia dầu gốc khống 65 3.4 Đánh giá tính phụ gia dầu bôi trơn 68 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 - ii - DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT FT-IR : Phương pháp phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại ASTM : American Society for Testing and Materials (Hiệp hội Vật liệu Thử nghiệm Hoa Kỳ) TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam GO : Graphen oxit CVD : Chemical vapour deposition MOFET : Metal – Oxide Semiconductor Field-Effect Trasnistor FET : Field - Effect Trasnistor OLED : Organic Light – Emitting Diode GO-Amin - : Graphen oxit biến tính amin XRD : Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X TGA : Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TEM : Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua SEM : Chụp ảnh hiển vi điện tử quét XPS : Phân tích phổ quang điện tử tia X - iii - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cơ chế tác động tổng quát phụ gia chống mài mòn 13 Hình Cơ chế tổng quát kẽm điankylđithiophotphat .13 Hình Sơ đồ tổng quát chế tác động mài mòn chế tác động cực áp sunfua 16 Hình 1.4 Các vật liệu cacbon số cơng trình nghiên cứu graphen cơng bố 16 Hình Cấu trúc graphen .17 Hình Các hình thái graphen 17 Hình Sơ đồ sử dụng để tổng hợp GO phương pháp Hummer 21 Hình So sánh sản phẩm hiệu suất mẫu GO 22 Hình Cơ chế đề xuất cho ảnh hưởng axit H3PO4 ngăn chặn q trình oxy hóa ngun tử cacbon sp2 .24 Hình 10 Phương pháp bóc tách học kết màng graphen thu 26 Hình 11 Sự hình thành graphen SiC 27 Hình 1.12 Quá trinh phân tách graphit thành mỏng graphen thực dung môi N-methylpyrrolidon 28 Hình 1.13 Mơ hình mơ tả q trình lắng đọng pha hóa học .29 Hình 1.14 Mơ tả hình thành màng graphen bề mặt kim loại với tốc độ hạ nhiệt CDV khác 30 Hình 1.15 Mơ tả hình thành màng graphen mặt đế Ni với nguồn khí CH4 31 Hình 1.16 Giảm đồ pha hệ cấu tử a-Ni-C, b-Cu-C 30 Hình 1.17 Cấu trúc graphen FET .32 Hình 1.18 Cấu tạo OLED sử dụng graphen lam lớp điện cực suốt 32 Hình 1.19 Minh họa thiết bị tinh thể lỏng với lớp bản: 1- Thủy tinh; 2Graphen; 3-Cr/Au; 4-Lớp hiệu chỉnh (povinyl alcohol); 5-Lớp thủy tinh lỏng; 6Lớp hiệu chỉnh; 7- ITO; 8- Thủy tinh…………………………………………… 33 Hình 1.20 Phân tử NO2 bám bề mặt màng graphen .34 Hình 1.21 Cơ chế chống mài mịn dầu có pha phụ graphen 37 - iv - Hình 1.22 Hoạt hóa GO nhóm COOH SOCl2 cacbodiimit .38 Hình 1.23 Phân bổ nhóm chức graphen oxit alkyl graphen: 38 Hình 2.1 Thiết bị chế tạo graphen oxit 41 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp GO: 42 Hình 2.3 Cấu tạo bình phản ứng thủy nhiệt: .43 Hình 2.3.1 Bình phản ứng thủy nhiệt Viện Hóa học - Vật liệu: 43 Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp Alkyl - Graphen: .44 Hình 2.5 Sự phản xạ bề mặt tinh thể: 45 Hình 2.6 Máy bốn bi 49 Hình 1: Phổ hồng ngoại mẫu graphit (1) sau oxy hóa GO-9 (2) .54 Hình Thành phần hóa học phổ quan điện tử XPS mẫu GO-9 55 Hình 3: Các nhóm chức hóa học phổ Cls XPS mấu GO-9 55 Hình 4: Giản đồ TGA mẫu GO-9 56 Hình 5: Ảnh chụp SEM TEM mẫu graphen oxit GO-9 56 Hình 6: Phổ hồng ngoại mẫu GO GO - Amin 58 Hình 7: Phổ hồng ngoại mẫu GO GO- Amin (M4) 58 Hình 8: Phổ phân tích nguyên tố XPS Nls mẫu Go biến tính amin 59 Hình 9: Phân tích nhiệt TGA GO-amin: a- Phân tích nhiệt TGA GO-9, M2, M3, M4; b- Phân tích nhiệt GO-9, M7, M8, M9 .63 Hình 10: Phổ phân giải XRD mẫu graphit, GO-9 GO-Amin (M7) 64 Hình 11: Ảnh chụp SEM TEM mẫu GO sau biến tính amin M7 65 Hình 12: Phân bố nhóm chức GO -Amin .66 Hình 13 : Ảnh chụp mẫu dầu SN500, 20W50 phân tán GO, GO-Amin (M7, M8, M9 67 Hình 14 : Ảnh chụp mẫu phân tán GO-C8H17NH2 dầu 20W50 SN500 với hàm lượng 0,3 g/l 0,4 g/l .70 -v- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tỏng hợp phương pháp chế tạo GO 21 Bảng Tính chất vật lý dầu bổ sun thêm phụ gia graphen 39 Bảng Kết q trình oxy hóa graphit 57 Bảng Mẫu GO thay đổi nhiệt độ, thời gian 59 Bảng 3: Hàm lương % Nitơ từ kết phân tích XPS 59 Bảng 4: Khả phân tán mẫu GO-Amin dầu SN500 67 Bảng Tải trọng hàn dính dầu SN500 có phụ gia GO-Amin .69 Bảng Tải trọng hàn dính mẫu dầu 20W50 có pha phụ gia GO-Amin C8H17NH2 71 Bảng Tải trọng hàn dính mẫu dầu HD50 có pha phụ gia GO-Amin C8H17NH2 71 Bảng Tải trọng hàn dính mẫu dầu 20W50 có pha phụ gia GO-Amin C8H17NH2 71 - vi - MỞ ĐẦU Ngày sản phẩm dầu mỏ sử dụng rộng rãi khơng thể thiếu quốc gia Ngồi sản phẩm nhiên liệu sản phẩm hóa học dầu mỏ sản phẩm phi nhiên liệu dầu, mỡ bôi trơn, nhựa đường … phần quan trọng phát triển công nghiệp Nếu khơng có dầu mỡ bơi trơn khơng thể có cơng nghiệp động cơ, máy móc tảng kinh tế xã hội Hiệu sử dụng sản phẩm dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng trình chế biến, pha chế Một hướng nâng cao chất lượng sử dụng sản phẩm dầu mỏ phải tìm phụ gia phù hợp để tăng cường, bổ sung hồn thiện tính cho sản phẩm dầu mỏ Dầu nhờn sản chế biến từ dầu gốc phụ gia theo tỷ lệ định Vì chất lượng dầu nhờn phụ thuộc lớn vào dầu gốc, phụ gia quy trình chế biến Dầu nhờn bơi trơn để bơi trơn cho động hoạt động vận hành thực tế, hỗn hợp bao gồm dầu gốc phụ gia Phụ gia cho dầu, mỡ hợp chất hữu cơ, kim vơ cơ, chí nguyên tố thêm vào với hàm lượng trung bình từ 0,01 đến 5% nhằm nâng cao tính chất sẵn có sản phẩm, tạo cho sản phẩm tính chất cần thiết [1] Phần lớn loại dầu, mỡ cần nhiều loại phụ gia để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật tính sử dụng Các phụ gia chủ yếu sử dụng để đảm nhiệm chức định pha trực tiếp, pha trộn tổ hợp thành gói phụ gia vào sản phẩm Các chức quan trọng phụ gia là: chống gỉ, chống ăn mịn, chống oxy hóa, giảm ma sát, làm giảm ngăn chặn mài mòn, chống vi sinh vật Ngày nay, để giảm thiểu tác động máy móc đến mơi trường, người ta phát triển giải pháp công nghệ mới, chẳng hạn sử dụng loại vật liệu nhẹ, nhiên liệu độc hại hơn, điều chỉnh trình cháy nhiên liệu, xử lý khí thải hiệu Việc giảm đồng thời tác động ăn mòn, mài mòn ma sát vấn đề then chốt cần quan tâm để giảm mát lượng, nâng cao hiệu sử dụng tăng tuổi thọ trang bị máy móc Một chức dầu bơi trơn giảm độ mài mòn học phận máy tiếp xúc cọ sát vào Sự mài mịn vật liệu cách khơng mong muốn hay hai bề mặt không bong chi tiết máy tạo nên chúng cọ sát vào Các điều kiện chạy máy khác nhau, vật liệu khác nhau, hình dáng bề mặt, yếu tố môi trường ảnh hưởng đến độ mài mòn Việc nghiên cứu, tổng hợp phụ gia chống mài mịn có ý nghĩa quan trọng việc nâng cao chất lượng dầu bơi trơn, góp phần lớn đảm bảo cho máy móc, thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí sửa chữa, nâng cao tuổi thọ sử dụng… Với nội dung đề tài “ Nghiên cứu chế tạo phụ gia giảm mài mịn cho dầu bơi trơn sở vật liệu graphen biến tính” - Nghiên cứu chế tạo vật liệu graphen oxit từ graphit biến tính amin ứng dụng làm phụ gia giảm mài mịn cho dầu bơi trơn - Đánh giá khả giảm mài mòn tính chất dầu bơi trơn thương phẩm pha thêm phụ gia CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 Dầu bôi trơn Dầu bôi trơn vật liệu quan trọng kinh tế quốc gia Tất máy móc, thiết bị dạng kích cỡ khác khơng thể thực chức hiệu khơng có loại dầu bơi trơn thích hợp Do có nhiều chủng loại từ dầu bơi trơn cấp chất lượng thấp đến cao dùng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng đặc biệt đến loại dầu đa dụng, dùng rộng rài nhiều lĩnh vực Hiệu sử dụng trang thiết bị phụ thuộc nhiều vào chất lượng dầu bôi trơn Sự phụ thuộc xác định vai trò giá trị vật liệu bôi trơn việc nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu, tuổi thọ động cơ, bảo vệ động giảm tổn thất đưa vào sử dụng Một biện pháp làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm lượng hao phí để vượt qua lực ma sát sử dụng dầu bôi trơn có chất lượng cần thiết Chọn loại sử dụng loại dầu bôi trơn tốt làm giảm hao phí lượng cụm ma sát tới 10-20% Bôi trơn biện pháp làm giảm ma sát mài mòn đến mức thấp cách tạo bề mặt ma sát lớp chất gọi bôi trơn Hầu hết chất bôi trơn chất lỏng Do chất bôi trơn lỏng (dầu bôi trơn) biết đến nhiều ứng dụng kỹ thuật Đó chúng tạo ngăn cách bề mặt cách nhanh chóng sử dụng hợp lý Cơng dụng là: làm giảm ma sát, làm mát, làm sạch, làm kín bảo vệ kim loại - Công dụng giảm ma sát chi tiết làm việc tiếp xúc với nhau, làm tổn hao lượng ma sát cách thay ma sát khô ma sát ướt chuyển từ dạng ma sát sang dạng ma sát khác có hệ số ma sát nhỏ ma sát trượt sang ma sát lăn - Công dụng làm mát cách nhận nhiệt lượng toả từ bề mặt ma sát tiếp xúc với mơi trường có nhiệt độ cao trao đổi nhiệt qua hệ thống làm mát trình luân chuyển hệ thống bôi trơn a b Hình 3.11: Ảnh chụp FESEM HRTEM mẫu GO sau biến tính amin M7 Trên sở XPS, XRD, FTIR kết TGA, q trình alkyl hóa GO amin đưa nhóm Alkyl lên GO, cấu trúc dạng lớp mỏng GO-Amin thông qua phép phân tích hình thái học ảnh chụp FESEM, HRTEM cấu trúc vật liệu 3.3 Khả phân tán phụ gia dầu gốc khoáng Bề mặt chất phụ gia hoạt động giống biến tính ma sát biến tính bề mặt tiếp xúc để cải thiện hiệu bôi trơn Đối với chất bôi trơn nano rắn, điều đạt cách sử dụng hệ phân tán ổn định chúng dầu bơi trơn suốt q trình kiểm tra tính chất bơi trơn Ở đây, diện chuỗi alkyl dài, cạnh GO-Amin, tạo điều kiện cho phân tán ổn định phụ gia dầu bơi trơn Hình 3.13 cho thấy hình ảnh kỹ thuật số phân tán tờ GO GO-Amin dầu gốc SN500 20W-50 Hình 3.13 a-b nhận thấy GO chưa biến tính khơng phân tán dầu SN500 20W50, ngược lại hình 3.13 c mẫu M7, M8, M9 biến tính amin có số nguyên tử cacbon (29, 45, 52) phân tán tốt ổn định dầu gốc SN500 vòng vài đến 30 Các hệ phân tán ổn định GO-Amin lực van der Waals tương tác chuỗi alkyl dài GO-Amin phân tử với nhóm alkyl dầu bơi trơn, cho phép phụ gia phân tán dầu bôi trơn 65 Hình 3.12: Phân bố nhóm chức GO-Amin 66 a b c a* b* c* Hình 3.13: Ảnh chụp mẫu dầu SN500, 20W50 phân tán GO, GO-Amin (M7, M8, M9) dầu SN500 Trong đó: a, b, c, sau siêu âm; a*, b*, c* - mẫu sau 10 ngày Các mẫu GO-OA sau biến tính phân tán dầu gốc khoáng SN500, khảo sát khă phân tán phụ gia thể bảng 3.4 Bảng 3.4: Khả phân tán mẫu GO-Amin dầu SN500 Mẫu Phân tán g/l Mẫu Phân tán g/l M2 3.2 M7 13.2 M3 6.7 M8 9.5 67 M4 10.4 M9 6.0 Qua bảng 3.4 nhận thấy tăng nhiệt độ tổng hợp từ 130 - 145 - 160 oC khả phân tán GO-Amin tăng Điều giải thích tăng nhiệt độ tăng hàm lượng nhánh Alkyl từ phân tử amin GO-Amin nên tăng khả phân tán dầu gốc Các amin có mạch cacbon dài với số nguyên tử cacbon lớn gắn cạnh biên graphen oxit (hình 3.10), chúng dễ tương hợp với dầu bôi trơn (môi trường không phân cực) làm tăng khả phân tán graphen dầu bôi trơn [23,47] Qua bảng 3.4 nhận thấy tăng chiều dài chuỗi mạch alkyl (số nguyên tử cacbon) từ C8, C12, C18 khả phân tán GO-Amin dầu gốc khoáng lại giảm tương ứng 16.2 – 9.8 – 5.6 g/l Điều giải thích tăng chiều dài mạch alkyl dẫn đến tăng khối lượng phần tử GO-Amin tăng lực tương tác (hấp dẫn) phần tử GO-Amin dẫn đến phần tử co cụm lại làm tăng khối lượng đến mức độ giới hạn chúng tách khỏi hệ phân tán, làm giảm khả phân tán ổn định phụ gia dầu gốc Vì nhóm đề tài lựa chọn tác nhân biến tính GO C8H17NH2 để tổng hợp mẫu phụ gia khảo sát tính chất dầu bôi trơn pha phụ gia GO-Amin 3.4 Đánh giá tính phụ gia dầu bơi trơn Với mục đích chế tạo phụ gia graphen biến tính amin giảm mài mịn cho dầu bơi trơn nhóm nghiên cứu lựa chọn dầu gốc SN500 dầu động thương phẩm 20W50 để nghiên cứu Ảnh chụp mẫu dầu phân tán đồng hai mẫu dầu SN500 20W50 thể hình 3.14 Đánh giá ảnh hưởng amin biến tính đến hiệu giảm mài mòn phụ gia GO-Amin phân tán dầu SN500, nhóm tác giả lựa chọn Octyl amin, Dodecyl Amin Octa Decyl amin Các mẫu dầu pha phụ gia với hàm lượng khác nhau, sau tiến hành xác định tải trọng hàn dính theo tiêu chuẩn ASTM D 278309 Các mẫu phụ gia phân tán tốt dầu gốc Kết thể bảng 3.5 Bảng 3.5: Tải trọng hàn dính mẫu dầu SN500 có pha phụ gia GO-Amin 68 TT Ký hiệu mẫu V.00 V-8-01 Phụ gia sử dụng Hàm lượng Tải trọng phụ gia, g/l hàn dính, Kg Hiệu giảm mài mòn, % 0.0 168 GO-C8H17NH2 0.1 168 0.0 V-8-02 GO-C8H17NH2 0.2 184 9.5 V-8-03 GO-C8H17NH2 0.3 187 11.3 V-8-04 GO-C8H17NH2 0.4 189 12.5 V-12-01 GO-C12H25NH2 0.1 179 6.5 V-12-02 GO-C12H25NH2 0.2 179 6.5 V-18-01 GO-C18H37NH2 0.1 179 6.5 V18-02 GO-C18H37NH2 0.2 174 3.6 Hiệu giảm mài mịn dầu có pha phụ gia thể giá trị tải trọng hàn dính tăng lên so với mẫu dầu khơng có pha phụ gia Điều giải thích phần tử GO-Amin che phủ lên phần bề mặt kim loại ma sát dẫn đến tránh tiếp xúc trực tiếp hai bề mặt kim loại với cấu trúc lớp liên kết yếu GO-Amin trượt dẫn đến giảm mài mòn, ma sát Hơn nữa, nguồn cung cấp liên tục nanosheets bề mặt tiếp xúc, phân tán ổn định GO-Amin dầu bôi trơn, tránh tiếp xúc trực tiếp bề mặt kim loại góp phần cải thiện tính chất giảm mài mịn, ma sát Qua bảng nhận thấy hiệu giảm mài mòn với tất mẫu khảo sát Nhưng tăng chiều dài mạch gốc alkyl phân tử amin hiệu giảm mài mịn dầu có pha phụ gia với nồng độ lại giảm tăng nồng độ Điều hàm lượng phần graphen mẫu biến tính từ C18H37NH2 (M9) thấp (hình 3.7) dẫn đến giảm hàm lượng graphen bao phủ bề mặt ma sát Với mẫu biến tính C12H25NH2 C18H37NH2 khảo sát có khác biệt so với mẫu biến tính C8H17NH2: với nồng độ 0.1g/l 0.2g/l hiệu giảm mài mịn khơng thay đổi với C12H25NH2 giảm với C18H37NH2; cịn với C8H17NH2 hiệu giảm mài mòn lại tăng từ 0.0% đến 12.5% tăng nồng độ từ 0.1 lên 0.4 g/l Điều 69 giải thích tăng nồng độ mức giới hạn dẫn đến co cụm cấu trúc dạng lớp phụ gia GO-Amin, mức độ co cụm tăng dần tăng chiều dài mạch cacbon phân tử amin từ C8 đến C18 làm giảm khả chống mài mòn (tải trọng hàn dính giảm) phụ gia, điều tài liệu tham khảo [47] Hình 3.14: Ảnh chụp mẫu phân tán GO-C8H17NH2 dầu 20W50 SN500 với hàm lượng 0.3 g/l 0.4 g/l Hiệu giảm mài mòn tiến hành mẫu dầu, 20W50 HD50 pha phụ gia GO-C8H17NH2 Hiệu giảm mài mòn đạt 10.3 % mẫu dầu 20W50 pha 0.3g/l phụ gia Với mẫu dầu HD50 hiệu giảm mài mòn đạt giá trị cực đại tăng dần đến giá trị cực đại 10.86% tăng hàm lượng phụ gia từ g/l đến 0.25 g/l giảm tăng lên 0.3 g/l Điều giải thích nồng độ thấp màng phủ graphen bề mặt kim loại trượt có tác dụng làm tăng hiệu giảm mài mòn, tăng hàm lượng phụ gia giới hạn phần tử phụ gia lại co cụm lại tăng kích thước gây tác dụng ngược làm giảm hiệu bôi trơn dầu 70 Bảng 3.6: Tải trọng hàn dính mẫu dầu 20W50 có pha phụ gia GO-C8H17NH2 Ký hiệu mẫu V.0020W TT V-8-02 20W50 V-8-03 20W50 Phụ gia sử dụng - Hàm lượng Tải trọng Hiệu giảm phụ gia, g/l hàn dính, Kg mài mịn, % 0.0 204 - GO-C8H17NH2 0.2 214 4.9 GO-C8H17NH2 0.3 225 10.3 Bảng 3.7: Tải trọng hàn dính mẫu dầu HD50 có pha phụ gia GO-C8H17NH2 Ký hiệu mẫu TT - Hàm lượng phụ gia, g/l 0.0 Tải trọng hàn dính, Kg 230 Hiệu giảm mài mòn, % - Phụ gia sử dụng V.00HD V-8-006 HD50 GO-C8H17NH2 0.06 235 2.17 V-8-015 HD50 GO-C8H17NH2 0.15 240 4.34 V-8-020 HD50 GO-C8H17NH2 0.20 250 8.69 V-8-025 HD50 GO-C8H17NH2 0.25 255 10.86 V-8-030 HD50 GO-C8H17NH2 0.30 220 -4.34 Nhóm nghiên cứu lựa chọn dầu động thương mại 20W50 để tiến hành khảo sát ảnh hưởng phụ gia GO-Amin việc xác định tiêu dầu động Từ đánh giá khả ứng dụng phụ gia GO-Amin pha vào dầu động Bảng 3.8 trình bày kết phân tích so sánh tiêu dầu trước sau pha thêm phụ gia GO-Amin Bảng 3.8: Tính chất dầu 20W50 pha phụ gia GO-C8H17NH2 Chỉ tiêu phân tích TT Độ nhớt động học 40 oC, cSt PHƯƠNG PHÁP Phân tích ASTM D 445-15 71 Kết 0.0 g/l 0.2 g/l 161,45 165.81 0.3 g/l 167.9 2 Độ nhớt động học 100 o C, cSt Chỉ số độ nhớt Trị số kiềm ASTM D 445-11a 16.5÷19.5 17.38 ≥110 114.00 ASTM D 2896-11 ≥7 11.29 7.04 GOST 5985-79 2.4 2.97 2.94 GOST 981-75 2.9 2.87 2.55 ASTM D 2270-10e1 tổng, mgKOH/g Trị số axit, mgKOH/g 17.78 113.0 Độ ổn định oxy hóa 120 C, 14 giờ, tốc độ 200 o ml/phút -Sự thay đổi trị số axit Qua bảng 3.9 nhận thấy tiêu dầu sau pha thêm phụ gia thay đổi không đáng kể so với mẫu dầu không pha phụ gia Các tiêu số độ nhớt, độ nhớt động học 100 oC trị số kiềm tổng nằm giới hạn cho phép dầu động 20W50 Trị số axit tăng thêm phụ gia graphen biến tính giải thích nhóm lacton (C-O-C) phenol (OH) graphen phản ứng với KOH làm tăng trị số axit [58] Ngược lại xác định độ ổn định oxy hóa 120 oC mẫu dầu thêm phụ gia graphen (2.87 2.55) trị số axit lại thấp so với mẫu trắng (2.9) giảm từ 2.87 xuống 2.55 tăng nồng độ phụ gia từ 0.2 g/l lên 0.3 g/l Điều giải thích khả ức chế oxy hóa graphen (vật liệu cacbon) đề cập tài liệu [4, 40, 43] 72 KẾT LUẬN Luận văn thu số kết sau: Đã xác lập quy trình cơng nghệ chế tạo graphen oxit: oxy hóa graphit KMnO4 hỗn hợp axit H2SO4+H3PO4: nhiệt độ phản ứng 75 oC, thời gian phản ứng giờ, tỷ lệ khối lượng KMnO4/graphit = 6/1 Đã xác lập quy trình cơng nghệ biến tính GO trực tiếp amin (C8H17NH2, C12H24NH2, C18H37NH2) sử dụng phương pháp thủy nhiệt Điều kiện tổng hợp: nhiệt độ tổng hợp 160 oC, thời gian phản ứng Phân tán phụ gia GO-Amin dầu gốc SN500 đạt: 13.2 g/l với amin biến tính C8H17NH2; 9.5 g/l với amin biến tính C12H24NH2; 6.0 g/l với amin biến tính C18H37NH2 Đánh giá hiệu giảm mài mòn dầu SN500 pha thêm phụ gia GO-amin: với tác nhân biến tính GO C8H17NH2 cho hiệu tốt so với C12H24NH2, C18H37NH2 Hiệu giảm mài mòn đạt 11.3% với hàm lượng 0.3g/l 12.5% với hàm lượng 0.4 g/l Hiệu giảm mài mòn dầu HD50 đạt 10.86 với hàm lượng phụ gia 0.25 g/l, dầu 20W50 đạt 10.3 với hàm lượng phụ gia 0.3 g/l Đánh giá thay đổi tính chất dầu động thương mại 20W50 pha thêm phụ gia Tất tiêu dầu sau pha thêm phụ gia nằm giới hạn cho phép 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] C.KAJDAT, (1993) "Dầu mỡ bôi trơn", Nhà xuất KHKT [2] Nguyễn Minh Thảo, (2001), “Tổng hợp Hữu cơ”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [3] Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà, (1999), “ Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất giáo dục [4] Nguyễn Đình Thành, (2011), Cơ sở phương pháp phổ ứng dụng Hóa học, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tiếng Anh [1] A A Arbuzov, V E Muradyan, B P Tarasov, E A Sokolov Preparation of Amino-Functionalized Graphene Sheets and their Conductive Properties Nanomaterials: Applications & Properties (NAP-2013): 2-nd International conference, Alushta, the Crimea, September 17-22, (2012) [2] A Gromov, S Dittmer, J Svensson, O A Nerushev, S A PerezGarcia, L Licea-Jimenez, R Rychwalski, E E B Campbell, Covalent amino- functionalisation of single-wall carbon nanotubes, J Mater Chem., 15(32), 3334– 3339 (2005) [3] Alicia M Oickle, Sarah L Goertzen, Katelyn R Hopper, Yasmin O Abdalla, Heather A Andreas, Standardization of the Boehm titration: Part II Method of agitation, effect of filtering and dilute titrant, Carbon 48(2010), 3313-3322 [4] Annia Galano, Misaela Francisco-Marquez, Ana Martínez, Influence of point defects on the free-radical scavenging capability of single-walled carbon nanotubes, J Phys Chem C, 114, 8302-8308(2010) [5] Becker L, Poreda RJ, Bunch TE, Fullerenes: an extraterrestrial carbon carrier phase for noble gases Proc Natl Acad Sci U S A 97:2979–2983 (2000) [6] Bhaviripudi , S., Jia, X., Dresselhaus, M S., and Kong, J., Role of Kinetic Factors in Chemical Vapor 74 Deposition Synthesis of Uniform Large Area Graphene Using Copper Catalyst, Nano Letters, 10(10), pp 4128-4133 (2010) [7] Bor Z Jang*, Chenguang Liu, David Neff, Zhenning Yu,Ming C Wang, Wei Xiong, and Aruna Zhamu, Graphene Surface-Enabled Lithium IonExchanging Cells:Next-Generation High-Power Energy Storage Devices, Nano Lett., 11, 3785–3791 (2011) [8] Botas C, Álvarez P, Blanco C, Santamaría R, Granda M, Ares P, RodríguezReinoso F, Menéndez R, The effect of the parent graphite on the structure of graphene oxide Carbon 50: 275–282 (2012) [9] Brodie B.C., On the atomic weight of graphite, Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 149:249–259 (1859) [10] Cai W, Piner RD, Stadermann FJ, Park S, Shaibat MA, Ishii Y, Yang D, Velamakanni A, An SJ, Stoller M, An J, Chen D, Ruoff RS, Synthesis and solidstate NMR structural characterization of 13C-labeled graphite oxide Science 321:1815–1817 (2008) [11] Chen J, Yao B, Li C, Shi G An improved Hummers method for eco-friendly synthesis of graphene oxide Carbon 64:225–229(2013) [12] Chen Z-L, Kam F-Y, Goh RG, Song J, Lim G-K, Chua L-L, Influence of graphite source on chemical oxidative reactivity Chem Mater 25:2944–2949(2013) [13] Conrad, J H, The growth and morphology of epitaxial multilayer graphene, Journal of physics: Condensed Matter, 20(32), p 323202(2008) [14] D C Marcano, D V Kosynkin, J M Berlin, A Sinitskii, Zh Sun, A Slesarev, L B Alemany, W Lu, J M Tour, Improved Synthesis of Graphene Oxide, ACS Nano, 4(8), 4806–4814 (2010) 15] Diana Berman1, Ali Erdemir2 and Anirudha V Sumant, Graphene: a new emerging lubricant, Materials Today, 17(1), (2014) [16] Dreyer DR, Todd AD, Bielawski CW, Harnessing the chemistry of graphene oxide Chem Soc Rev 43:5288–5301 (2014) 75 [17] Emil J Sandoz-Rosado, Ottman A Tertuliano, Elon J Terrell, An atomistic study of the abrasive wear and failure of graphene sheets when used as a solid lubricant and a comparison to diamond-like-carbon coatings, Carbon, 50, 4078 – 4084 (2012) [18] Futado, C A., Kim, U J., Gutierrez, H R., Pan, L., Dickey, E C., and Eklund, P C., Debundling and Dissolution of Singgle-Walled Carbon Nanotubes in Amide Solvents, Journal of the American Chemical Society, 126(19), pp 6095-6105(2004) [19] Gilje S, Han S, Wang M, Wang KL, Kaner RB, A chemical route to graphene for device applications Nano Lett 7:3394–3398(2007) [20] Harshal Prakashrao Mungse, and Om Prakash Khatri, Chemically Functionalized Reduced Graphene Oxide as a Novel Material for Reduction of Friction and Wear, J Phys Chem C, 118 (26), 14394–14402(2014) [21] Hernandez, Y., Nicolosi, V., Lotya, M., Blighe, F M., Sun, Z., De, S., McGovern, I T., Holland, B., Byrne, M., Gun’Ko, Y K., Boland, J J., and Coleman, J N., High –yield production of graphene by liquidphase exfoliation of graphite, Nat Nano, 3(9), pp 563-568(2008) [22] Higginbotham AL, Kosynkin DV, Sinitskii A, Sun Z, Tour JM Lower-defect grapheme oxide nanoribbons from multiwalled carbon nanotubes ACS Nano 4:2059–2069 (2010) [23] H P Mungse, O P Khatr Chemically Functionalized Reduced Graphene Oxide as a Novel Material for Reduction of Friction and Wear J Phys Chem C, , 118 (26), 14394–14402 (2014) [24] Hummers WS, Offeman RE Preparation of graphitic oxide J.Am.Chem.Soc 80:1339 (1958) [25] Iijima S., and Ichihashi T., “Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter”, Nature 363(1993), pp 603-605 76 [26] Ji, H., Hao, Y., Charlton, M., Lee, W H., Wu, Q., Li, H., Zhu, Y., Wu, Y., Piner, R., and Ruoff, R S., Graphene Growth Using a Solid Carbon Feedstock and Hydrogen, ACS Nano, 5(9), pp 7656-7661 (2011) [27] Kim F, Luo J, Cruz-Silva R, Cote LJ, Sohn K, Huang J, Self-propagating domino-like reactions in oxidized graphite Adv Funct Mater 20:2867–2873(2010) [28] Koch KR, Oxidation by Mn2O7: An impressive demonstration of the powerful oxidizing property of dimanganeseheptoxide J Chem Educ 59:973(1982) [29] Kovtyukhova NI, Ollivier PJ, Martin BR, Mallouk TE, Chizhik SA, Buzaneva EV, Gorchinskiy AD, Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films from micron-sized graphite oxide sheets and polycations Chem Mater 11:771–778 (1999) [30] Kumar, A., A M Pharhad, Electrochemical synthesis and characterization of chloride doped polyaniline, Bull Mater Sci., 26(3): p 329-334 (2003) [31] Kwang-Seop Kim, Hee-Jung Lee, Changgu Lee, Seoung-Ki Lee, Houk Jang, Jong-Hyun Ahn, Jae-Hyun Kim, Hak-Joo Lee, Chemical Vapor Deposition-Grown Graphene: The Thinnest Solid Lubricant, ACS Nano, (6), 5107–5114 (2011) [32] Lung-Hao Hu*, Feng-Yu Wu*, Cheng-Te Lin, Andrei N Khlobystov and Lain-Jong battery Li, Graphene-modified beyond theoretical LiFePO4 capacity, cathode nature for lithium ion communication(4:1687)doi: 10.1038/ncomms2705 [33] Marcano DC, Kosynkin DV, Berlin JM, Sinitskii A, Sun Z, Slesarev A, Alemany LB, Lu W, Tour JM Improved synthesis of graphene oxide ACS Nano 4:4806–4814 (2010) [34] McCleverty JA, Advanced inorganic-chemistry, 5th edition—Cotton, FA, Wilkinson, G Nature 338:182 (1989) [35] Metals Handbook, Metallography (1973), Structures and Phase Diagrams, American Society for Metals, Me- tals Park, OH, 8, 8th ed [36] Nguyen H.B et al Adv Nat Sci: Nanosci Nanotechnol 025011(2012) 77 [37] Novoselov, K S., Geim, A K., Morozov, S V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S V., Grigorieva, I V., and Firsov, A A., Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films, Science, 306(5696)(2004), pp 666-669 [38] O C Compton, S T Nguyen, Graphene Oxide, Highly Reduced Graphene Oxide, and Graphene: Versatile Building Blocks for Carbon-Based Materials, Small, 6, 711-723 (2010) [39] O P Khatri, C D Bain and S K Biswas, Effects of Chain Length and Heat Treatment on the Nanotribology of Alkylsilane Monolayers Self-Assembled on a Rough Aluminium Surface, J Phys Chem B, 109, 23405–23414 (2005) [40] Pablo A Denis, Federico Iribarne, Monolayer and Bilayer Graphene Functionalized with Nitrene Radicals, J Phý Chem C 115, 195-203 (2011) [41] Parvez, K.; Li, R J.; Puniredd, S R.; Hernandez, Y.; Hinkel, F.; Wang, S H.; Feng, X L.; Müllen, K ACS Nano, 7, 3598(2013) [42] Pearce R, Iakimov T, Andersson M, Hultman L, Spetz A L and Yakimova [43] Rebecca M Lucente-Schhultz, Antioxidant Single-Walled Carbon Nanotubes, J Am Chem Soc 131(11), 3934-3941(2009) [44] Reina A., Jia X.T., Ho J., Nezich D., Son H.B., Bulovic V., Dresselhaus M.S and Kong J., Nano Lett 9,30 (2009) [45] Rosca ID, Watari F, Uo M, Akasaka T, Oxidation of multiwalled carbon nanotubes by nitric acid Carbon 43:3124–3131(2005) [46] Rowell M.W., Topinka M.A., McGehee M.D., Prall H.J., Dennler G., Sariciftci N.S., Hu L and Gruner G., Appl Phys Lett 88 233506 (2006) [47] S Choudhary, H P Mungse, O P Khatri, Dispersion of alkylated graphene in organic solvents and its potential for lubrication applications, J Mater Chem., 22, 21032–21039 (2012) [48] Sh Choudhary, H P Mungse, O P Khatri, Dispersion of alkylated graphene in organic solvents and its potential for lubrication applications, J Mater Chem., 22, 21032(2012) 78 [49] Simon A, Dronskowski R, Krebs B, Hettich B, The crystal structure of Mn2O7 Angew Chem Int Ed Engl 26:139–140 (1987) [50] S Park, J An, I Jung, R D Piner, S J An, X Li, A Velamakanni, R S Rouff, Colloidal Suspensions of Highly Reduced Graphene Oxide in a Wide Variety of Organic Solvents, Nano Lett., 9(4), 1593–1597 (2009) [51] S S Sabri et al., “Graphene field effect transistors with parylene gate dielectric,” Appl Phys Lett., vol 95, no 24, Dec 2009 [52] Stankovich S, Dikin DA, Piner RD, Kohlhaas KA, Kleinhammes A, Jia Y, Wu Y, Nguyen ST, Ruoff RS, Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide Carbon 45:1558–1565 (2007) [53] Staudenmaier L., Verfahren zur Darstellung der Graphitsäure, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 31:1481–1487(1898) [54] Staudenmaier L., Verfahren zur Darstellung der Graphitsäure, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 32:1394–1399(1899) [55] Tian Gan, Sheng Shui Hu, Electromical sensors based on graphene materials, State Key laboratory of Transducer Techology chinese Academy of Sciences, Beijing 10080, China (2011) [56] Vivek D., Kyong Y R., Hyun J K., and Dong H J., A Comprehensive Review of Graphene Nanocomposites: Research Status and Trends, Volume 2013 (2013), Article ID 763953 [57] Wei Zhang1, Ming Zhou2, Hongwei Zhu, Yu Tian, Kunlin Wang, Jinquan Wei, Fei Ji, Xiao Li, Zhen Li, Peng Zhang1 and Dehai Wu, Tribological properties of oleic acid-modified graphene as lubricant oil additives, J Phys D: Appl Phys 44, 2053039 (2011) [58] http://graphenewiki.org/graphene/graphene-platform-supplies-the worldslargest-single-layer-single-crystal-graphene-samples [59] http://phys.org/news187430392.html (Nanometer Graphene Makes Novel OLEDs Display) 79 ... graphen biến tính? ?? - Nghiên cứu chế tạo vật liệu graphen oxit từ graphit biến tính amin ứng dụng làm phụ gia giảm mài mịn cho dầu bơi trơn - Đánh giá khả giảm mài mòn tính chất dầu bơi trơn thương... Phụ gia graphen 20 mg/ml + Đầu động 10W-40 Từ tổng quan vật liệu graphen biến tính vật liệu graphen, ứng dụng làm phụ gia giảm mài mịn cho dầu bơi trơn Trong luận văn chọn định hướng nghiên cứu. .. mòn phụ gia graphen biến tính dầu ảnh hưởng phụ gia lên tính chất dầu yêu cầu quan trọng sử dụng phụ gia Trong nghiên cứu [14] nhận thấy dầu động 10W-40 pha thêm phụ gia graphen biến tính octydecyl