Bài thuyết trình Nghiên cứu biến tính vật liệu ống nano carbon và ứng dụng hấp thụ khí Btex - Lương Viên Bội Dinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒNKHOA KHOA HỌC MÔI TRƯỜNGMôn: Các quá trình hóa – lý ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON VÀ ỨNG DỤNG HẤP THỤ KHÍ BTEX GIẢNG VIÊN: TS. BÙI MẠNH HÀSINH VIÊN THỰC HIỆN: Lương Viên Bội Dinh 3116340008Nguyễn Thị Hồng Nhung 3116340041Lê Thanh Thủy 3116340053Võ Ngọc Bảo Trân 3116340059Nguyễn Thị Kiều Trinh 3116340060NHÓM 1MỞ ĐẦU Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới có rất nhiều phương pháp để xử lý, giảm thiểu, ngăn chặn, loại bỏ sự phát sinh các chất ô nhiễm trong môi trường đất, nước và đặc biệt là môi trường không khí. Trong đó phương pháp hấp phụ là phương pháp phổ biến nhất với ưu điểm công nghệ đơn giản, tốc độ xử lý nhanh và hiệu quả. Một trong những vật liệu hấp phụ được quan tâm hiện nay là than hoạt tính và ống nano carbon. Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng CNTs trong việc xử lý BTEX trong không khí. Vì vậy em đã chọn nghiên cứu đề tài : “Nghiên cứu biến tính vật liệu ống nano carbon và ứng dụng xử lý khí BTEX trong không khí”.CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 BTEX1.1.1 Các đặc tính hóa - líSTTĐặc tínhBenzenTolueneEthylBenzenm-Xylene1Công thức phân tửC6H6C6H5CH3C6H5C2H5m-CH3C6H4CH32Khối lượng phân tử (gam/mol)87.1292.15106.17106.173Điểm sôi (0C) 760mmHg80.1110.6136.2139.14Điểm nóng chảy (0C)5.5-95-95-47.95Tỷ trọng (g/cm3)0.876520/40.866920/40.867020/40.864220/46Độ phân cực3.02.3-2.47Tính trộn lẫn với nước.khôngkhông-Không8Một số tính chất chung của các nhóm chất BTEXLà hợp chất không màu , ở điều kiện bình thường tồn tạo dạng thể lỏng, dễ cháy, ó mùi đặc trưng của Hydrocarbon thơm, tan trong ancol, clorofom, ete, cacbondisufua, aceton.CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 BTEX1.1.2 Nguồn gốc phát sinhXăng dầuSơn Thuốc BVTVThuốc láGiao thôngCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 BTEX1.1.3 Tác độngSự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng dầu cũng là nguồn phát thải mạnh mẽ các hiđrocacbon thơm nhóm BTEX vào môi trường sống. Con người cũng như các loại động vật nói chung tiếp xúc và hấp thụ chúng vào cơ thể bằng nhiều con đường khác nhau như hô hấp, ăn uống, qua da trong thời gian liên tục hoặc cục bộCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.2 Ống nano carbon1.2.1 Cấu trúc CNTsCác ống nano cacbon (tiếng Anh là carbon nanotubes – CNTs) là các dạng thù hình của cacbon. Ống nano có dạng hình trụ, đường kính cỡ một vài nanomet, độ dài có thể lên tới vài milimet. Ống nano cacbon có cấu trúc rỗng, với các tường được tạo bởi các lớp vỏ carbon, được gọi là graphene. Có 2 loại ống nano cacbon chính; ống nano đơn tường (SWNT) và ống nano đa tường (MWNT).Ống nano carbon đơn tường và đa tườngCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.2 Ống nano carbon1.2.2 Tính chất của CNTsHoạt tính hóa họcTính dẫn điệnHấp thụ quang, sự phát quangHoạt tính quang họcTán xạ RamanĐộ bền cơ họcTính chất siêu kỵ nước và ưa dầuCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.2 Ống nano carbon1.2.3 Ứng dụngỨng dụng của ống nano carbonTrong ngành năng lượngTrong các linh kiện điện tửTrong môi trường Tổng quan về biến tính CNTsCác ống nano cacbon mang tính ổn định cao trên cấu trúc độc đáo của nó, chỉ có một vài axit đậm đặc có khả năng phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử cacbon. Một trong những các tăng sự tương tác giữa ma trận và các chất gia cố là đưa CNTs vào một quá trình gọi là chức năng hóa.Việc bổ sung các nhóm chức năng trên CNTs thường được thực hiện bằng cách nhúng nó vào axit Sulfuric (H2SO4) và axit Nitric (HNO3) tỉ lệ 3:1. Phương pháp này là chèn các nhóm cacboxyl (-COOH) trên bề mặt ống Nano. Tiếp đó làm tăng nhiệt độ hoặc tiến hành khuấy để đẩy nhanh quá trình oxy hóa. Wang và cộng sự đã chức năng hóa vật liệu của mình bằng cách nhúng nó trong axit nitric trong siêu âm ở 90oC trong 4 giờ. Sau đó, ống khuấy vật liệu cho đến khi nó đạt đến nhiệt độ môi trường xung quanh.Lu et al sử dụng CNT bị oxy hóa bởi các loại hóa chất khác nhau để nghiên cứu tính chất hấp phụ của chúng và thấy rằng bản chất bề mặt của CNT đã bị thay đổi sau quá trình oxy hóa H2SO4, HNO3 và NaOCl.Wang et al đã nghiên cứu sự hấp thụ các ion Pb2+ từ dung dịch nước sử dụng MWCNTs đã axit hóa và thấy rằng nhiều nhóm chức oxy hơn được hình thành trên bề mặt MWCNT sau khi xử lý bằng HNO3 đậm đặc, đóng vai trò quan trọng đối với sự hấp phụ Pb2 bằng cách hình thành các phức hợp hóa học mạnh.CNT hấp thụ nhiều benzen, toluen, ethylbenzene và p-xylene (BTEX);Các CNT bị ôxi hóa NaOCl cho thấy sự tăng cường lớn nhất trong sự hấp thụ BTEX, tiếp theo là các CNT bị ôxi hoá HNO3, và sau đó là CNTSO4 bị oxy hóa H2SO4.Các tính chất hấp phụ của CNT bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các nhóm chức năng của chúng bởi vì các nhóm chức năng có thể thay đổi độ ẩm của bề mặt CNT, sau đó làm cho CNT trở nên ưa nước hơn và thích hợp cho sự hấp thụ tương đối trọng lượng phân tử thấp và các hợp chất phân cực. CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG1. Phương pháp FT-IR2. Phương pháp sắc ký khí- GC1. Phương pháp phân tích CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG2. Biến tính vật liệu ống Nano Carbon đa tường 1 2 3CNTs-COOHCNTs-NaOHCNTs-H2O2CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG2. Biến tính vật liệu ống Nano Carbon đa tườngCNTs-COOH4g MWCNT + 300 mL dd (HNO3 + H2SO4, 1:3) + nước cất lên đến 800 mLKhuấy 1 tiếng + siêu âm 30 phútĐể nguội, lọc rửa rồi pha loãng với nước cất và tiếp tục lọc với màng lọc PTFE cho đến khi pH=7Sấy khô CNT trong cốc 30 phút ở 105°C, sau đó trải CNT vừa sấy ra khay được bọc giấy bạc, đem sấy trong 1 tiếng từ 1 đến 2 lần đến khối lượng không đổiNghiền CNT ra, đem cân rồi chiết vào lọ VialCNTs-COOH CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG2. Biến tính vật liệu ống Nano Carbon đa tườngCNTs-NaOHCNT-COOH + 700ml dung dịch NaOH 1MKhuấy 3 tiếng + siêu âm 30 phútĐể nguội, lọc rửa rồi pha loãng với nước cất và tiếp tục lọc với màng lọc PTFE cho đến khi pH=7Sấy khô CNT trong cốc 30 phút ở 105°C, sau đó trải CNT vừa sấy ra khay được bọc giấy bạc, đem sấy trong 1 tiếng từ 1 đến 2 lần đến khối lượng không đổiNghiền CNT ra, đem cân rồi chiết vào lọ VialCNTs-NaOH CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG2. Biến tính vật liệu ống Nano Carbon đa tườngCNTs-H2O2CNT-COOH + 700ml dung dịch H2O2 30%Khuấy 3 tiếng + siêu âm 30 phútĐể nguội, lọc rửa rồi pha loãng với nước cất và tiếp tục lọc với màng lọc PTFE cho đến khi pH=7Sấy khô CNT trong cốc 30 phút ở 105°C, sau đó trải CNT vừa sấy ra khay được bọc giấy bạc, đem sấy trong 1 tiếng từ 1 đến 2 lần đến khối lượng không đổiNghiền CNT ra, đem cân rồi chiết vào lọ VialCNTs-H2O2 CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG2. Biến tính vật liệu ống Nano Carbon đa tườngCNTs-NaOClCNT-COOH + 400ml dung dịch NaOCl 3%Khuấy 2 tiếng + siêu âm 30 phútĐể nguội, lọc rửa rồi pha loãng với nước cất và tiếp tục lọc với màng lọc PTFE cho đến khi pH=7Sấy khô CNT trong cốc 30 phút ở 105°C, sau đó trải CNT vừa sấy ra khay được bọc giấy bạc, đem sấy trong 1 tiếng từ 1 đến 2 lần đến khối lượng không đổiNghiền CNT ra, đem cân rồi chiết vào lọ VialCNTs-H2O2 CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON ĐA TƯỜNG3. Mô hình thực nghiệm Mô hình hấp phụ quy mô PTNCHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.1 Kết quả FT-IRKết quả FT-IR của CNTs chưa biến tính655.68 cm-11638.43 cm-12090.51 cm-13436.89 cm-13468.87 cm-1Kết quả FT-IR của CNTs-COOH1034.19 cm-11637.98 cm-12923.15 cm-13429.13 cm-1CHƯƠNG 3: KẾT THẢO VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ1.1 KẾT QUẢ FT-IRCHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.1 Kết quả FT-IRKết quả FT-IR của CNTs-NaOH3439.07 cm-13439.07 cm-13439.07 cm-13439.07 cm-1CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.1 Kết quả FT-IRKết quả FT-IR của CNTs-H2O23411.12 cm-12923.20 cm-11643.48 cm-11110.75 cm-1741.17 cm-1482.10 cm-1CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.1 Kết quả FT-IRKết quả FT-IR của CNTs-NaOCl1220.83753.491520.93500.00CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.1 Kết quả FT-IR Dựa trên kết quả FT-IR của vật liệu CNTs chưa biến tính, CNTs-COOH, CNTs-NaOH và CNTs-H2O2 CNTs-NaOClcó thể chứng minh sau quá trình biến tính bề mặt CNTs đã được gắn thêm nhiều gốc chức hơn so với bề mặt ban đầu của CNTs thô. Điều đó làm tăng khả năng hấp phụ hợp chất khí BTEX đối với vật liệu biến tính.CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.2 Kết quả GCKết quả GC so sánh khả năng hấp phụ giữa các vật liệuCo = 1.14375 Qe,mg/gBenzeneTolueneEthylbenzeneXyleneCNTs8.1799410.3414.27101322.947CNTs-COOH9.8452510.94514.57644324.465CNTs-H2O210.252511.04515.644325.455CNTs-NaOH10.372511.14616.34544326.747CNTs-NaOCl10.52511.44617.44327.988CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.2 Kết quả GCBiểu đồ cột so sánh khả năng hấp phụ BTEX giữa các vật liệuCHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. KẾT QUẢ 1.2 Kết quả GCBiểu đồ đường so sánh khả năng hấp phụ BTEX giữa các vật liệuCHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN1. THẢO LUẬN  Kết quả FT-IR cho ta thấy rằng bề mặt vật liệu đã có sự biến đổi bằng việc có sự xuất hiện của các gốc chức mới, giúp làm tang khả năng hấp phụ BTEX so với vật liệu CNTs chưa biến tính. Kết quả GC cho ta thấy rằng vật liệu biến tính có khả năng hấp phụ khí BTEX cao hơn so với vật liệu chưa biến tính. Đồng thời khả năng hấp phụ được đánh giá là tang dần từ CNTs < CNTs-COOH < CNTs-NaOH < CNTs-H2O2. Trong 4 mẫu khí BTEX, Xylene là khí được hấp phụ cao nhất khi các chất ở cùng một nồng độ.