Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống và ứng dụng.

Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống và ứng dụng.Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống và ứng dụng.Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống và ứng dụng.Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống và ứng dụng.Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống và ứng dụng.Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống và ứng dụng.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, BIẾN TÍNH VẬT LIỆU CACBON NANO ỐNG VÀ ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HUẾ, NĂM 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, BIẾN TÍNH VẬT LIỆU CACBON NANO ỐNG VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành : Hóa Vô Mã số : 62 44 01 13 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trần Ngọc Tuyền PGS TS Đinh Quang Khiếu Huế, 2018 LỜI CẢM ƠN Luận án thực hồn thành Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế; Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Trần Ngọc Tuyền PGS TS Đinh Quang Khiếu, người thầy hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian học tập thực thí nghiệm để hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế; Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế tạo điều kiện thuận lợi cho tơi để hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn GS Itatani Kiyoshi, Khoa Khoa học Công nghệ, Đại học Sophia, Nhật Bản; TS Janez Zavasnik, Viện Nghiên cứu sắt Max-Planck, Đức nhiệt tình hỗ trợ số thiết bị nghiên cứu thực tốt luận án Xin cảm ơn PGS TS Trần Dương, GS TS Dương Tuấn Quang, PGS TS Võ Văn Tân, PGS TS Hoàng Văn Đức, PGS TS Nguyễn Văn Hợp, PGS TS Hoàng Thái Long, PGS TS Nguyễn Hải Phong, ThS Đỗ Diên, PGS TS Phạm Cẩm Nam, PGS TS Nguyễn Văn Dũng đóng góp cho tơi ý kiến q báu để tơi hồn thiện luận án Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành tốt luận án Huế, 2018 Tác giả Nguyễn Đức Vũ Quyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS TS Trần Ngọc Tuyền PGS TS Đinh Quang Khiếu Các số liệu kết nghiên cứu đưa luận án hoàn toàn trung thực Tác giả Nguyễn Đức Vũ Quyên LỜI CẢM ƠN .i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG .viii DANHG MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .5 1.1 Vật liệu cacbon nano ống .5 1.1.1 Cấu trúc vật liệu cacbon nano ống 1.1.2 Tính chất quan trọng vật liệu cacbon nano ống 1.1.3 Ứng dụng vật liệu cacbon nano ống .9 1.1.4 Tổng hợp vật liệu cacbon nano ống 1.1.5 Cơ chế hình thành vật liệu cacbon nano ống .12 1.1.6 Biến tính bề mặt vật liệu cacbon nano ống 17 1.2 Lý thuyết hấp phụ 19 1.2.1 Khái niệm trình hấp phụ .19 1.2.2 Cân hấp phụ .20 1.2.3 Động học hấp phụ .20 1.2.4 Đẳng nhiệt hấp phụ/khử hấp phụ 23 1.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ tham số nhiệt động học .25 1.3 Xúc tác dị thể 26 1.3.1 Khái niệm xúc tác .26 1.3.2 Hấp phụ xúc tác dị thể .26 1.3.3 Xúc tác oxi hóa dị thể 28 1.3.4 Động học xúc tác dị thể .33 1.3.5 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU36 2.1 Nội dung nghiên cứu 36 2.1.1 Tổng hợp vật liệu CNTs từ nguyên liệu LPG 1.3.6 phương pháp CVD 36 2.1.2 Tổng hợp vật liệu W/CNTs ứng dụng xúc tác phản ứng 1.3.7 .oxi hóa dibenzothiophen 36 2.1.3 Biến tính bề mặt vật liệu CNTs ứng dụng hấp phụ Pb(II) 1.3.8 dung dịch nước 37 2.2 Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1 Điều chế xúc tác cho trình tổng hợp CNTs 1.3.9 phương pháp ướt 38 2.2.2 Phương pháp CVD tổng hợp CNTs từ LPG 38 2.2.3 Tổng hợp vật liệu W/CNTs .40 2.2.4 Phương pháp biến tính bề mặt vật liệu CNTs 42 2.2.5 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 42 2.2.6 Phương pháp định lượng kim loại dung dịch nước 1.3.10 DBT dung môi n-hexan 50 2.2.7 Phương pháp sắc ký khí khối phổ định tính định lượng DBT 52 2.3 Thiết bị, dụng cụ hoá chất 54 2.3.1 Thiết bị dụng cụ 54 2.3.2 Hoá chất 56 1.3.11 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Tổng hợp vật liệu CNTs từ nguyên liệu LPG phương pháp CVD 57 3.1.1 Ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm đến đặc trưng 1.3.12 vật liệu CNTs 57 3.1.2 Đặc trưng vật liệu CNTs tổng hợp điều kiện 1.3.13 không sử dụng khí H2 80 3.1.3 Cơ chế trình hình thành phát triển CNTs 84 3.2 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu W/CNTs sử dụng làm xúc tác cho 1.3.14 phản ứng oxi hóa dibenzothiophen dầu mỏ 88 3.2.1 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu W/CNTs .88 3.2.2 Định tính sản phẩm phản ứng oxi hóa dibenzothiophen 1.3.15 nhiên liệu mơ hình sử dụng xúc tác W/CNTs 92 3.2.3 Đặc trưng vật liệu W/CNTs 93 3.2.4 Khảo sát khả xúc tác phản ứng oxi hóa dibenzothiophen 1.3.16 vật liệu W/CNTs 96 3.2.5 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu W/CNTs .104 3.3 Biến tính bề mặt vật liệu cacbon nano ống ứng dụng 1.3.17 .hấp phụ Pb(II) dung dịch nước 107 3.3.1 Biến tính bề mặt CNTs phương pháp oxi hóa 107 3.3.2 Đặt trưng vật liệu ox-CNTs .112 3.3.3 Nghiên cứu trình hấp phụ Pb(II) dung dịch nước 1.3.18 lên vật liệu ox-CNTs 116 1.3.19 KẾT LUẬN 126 1.3.20 .CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 128 1.3.21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 1.3.22 PHỤ LỤC 1.3.23 1.3.27 AAS 1.3.29 BET 1.3.31 BT 1.3.33 CCVD 1.3.24 1.3.25 1.3.26 1.3.37 CNFs 1.3.39 CNTs 1.3.41 CVD 1.3.43 DCC 1.3.45 DBT 1.3.47 DMDBT 1.3.49 DWCNTs 1.3.51 EDC 1.3.53 EDX 1.3.55 FFT 1.3.57 FT-IR 1.3.61 GC/MS 1.3.63 HAADF 1.3.65 HDS DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1.3.28 Quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic absorption Spectroscopy) 1.3.30 Brunauer–Emmett–Teller 1.3.32 1.3.34 Vapour 1.3.35 1.3.36 Benzothiophen Lắng đọng hóa học đốt cháy (Combustion Chemical Deposition) 1.3.38 Cacbon nano sợi (Carbon Nanofibers) 1.3.40 Cacbon nano ống (Carbon Nanotubes) 1.3.42 Lắng đọng hóa học (Chemical Vapour Deposition) 1.3.44 N, N’-dicyclohexylcacbodiimit 1.3.46 Dibenzothiophen 1.3.48 Dimetyl dibenzothiophen 1.3.50 Cacbon nano ống hai tường (Double-walled Carbon Nanotubes) 1.3.52 N-(3- dimetylaminopropyl)- N’-etylcacbodiimit 1.3.54 Phổ tán sắc lượng tia X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 1.3.56 Biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform) 1.3.58 Phổ hồng ngoại biến Fourier (Fourier-transform Infrared 1.3.59 1.3.60 Spectroscopy) đổi 1.3.62 Sắc ký khí ghép khối phổ (Gas Chromatography/Mass Spectrometry) 1.3.64 Ảnh góc lệch vành khuyên lớn (High-angle Annular Dark Field) 1.3.66 Hydro đề sulfua hóa (Hydrodesulfurization) 1.3.67 HĐBM 1.3.69 HR-TEM 1.3.68 Chất hoạt động bề mặt 1.3.70 Hiển vi điện tử quét phân giải cao (High Resolution Transmission 1.3.71 1.3.72 Electron Microscopy) 1.3.73 IUPAC 1.3.75 LPG 1.3.77 MWCNTs 1.3.79 NHS 1.3.81 ODS 1.3.74 International Union of Pure and Applied Chemistry 1.3.76 Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas) 1.3.78 Cacbon nano ống đa tường (Multi-walled Carbon Nanotubes) 1.3.80 N-hydroxysuccinimit 1.3.82 Đề sulfua hóa phương pháp oxi hóa (oxidative desulfurization) 457 458 459 460 461 462 463 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 464 465 466 467 468 2-Theta - Scale File: TrangHue W-CNTs-3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - 469 Phụ lục Giản đồ XRD vật liệu W/CNTs sử dụng lần thứ ba 470 471 472 473 474 475 Phụ lục Giản đồ EDX xúc tác Fe2O3/Al2O3 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 Phụ lục Giản đồ EDX vật liệu CNTs tổng hợp xúc tác Fe2O3/SiO2 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 Phụ lục Giản đồ EDX vật liệu CNTs tổng hợp xúc tác Fe2O3/Al2O3 553 554 555 556 Phụ lục Giản đồ EDX vật liệu W/CNTs 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 Phụ lục 10 Giản đồ EDX vật liệu ox-CNTs 593 (A) 594 (B) (C) 595 596 597 598 Phụ lục 11 Giản đồ EDX mẫu W/CNTs sử dụng lần hai (A), ba (B) bốn (C) 599 600 601 602 Phụ lục 12 Sắc đồ GC-MS DBT DBTS 603 604 605 (A) 607 (B) 606 608 Phụ lục 13 Giản đồ FT-IR vật liệu CNTs (A) W/CNTs (B) 609 610 611 612 613 614 615 616 617 Phụ lục 14 Phổ Raman vật liệu CNTs 618 619 620 621 622 623 624 Phụ lục 15 Phổ Raman vật liệu W/CNTs 625 626 627 628 629 630 631 632 Phụ lục 16 Phổ Raman vật liệu oxCNTs ... dụng vật liệu cacbon nano ống .9 1.1.4 Tổng hợp vật liệu cacbon nano ống 1.1.5 Cơ chế hình thành vật liệu cacbon nano ống .12 1.1.6 Biến tính bề mặt vật liệu cacbon nano ống ... CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .5 1.1 Vật liệu cacbon nano ống .5 1.1.1 Cấu trúc vật liệu cacbon nano ống 1.1.2 Tính chất quan trọng vật liệu cacbon nano ống 1.1.3 Ứng dụng vật. .. tổng hợp CNTs cần kiểm soát chặt chẽ Ở Việt Nam, số cơng trình nghiên cứu vật liệu cacbon nano ống triển khai, song đa số nghiên cứu ứng dụng vật liệu nghiên cứu hiệu ứng gia cường ống nano cacbon