ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

LÊ ĐỨC NGƯU

TỔNG HỢP VẬT LIỆU CARBON NANO TRÊN BỀ MẶT CARBON
FELT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM DẦU

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2022

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS TRƯƠNG HỮU TRÌ

Phản biện 1: PHAN THẾ ANH
Phản biện 2: NGUYỄN ĐÌNH THỐNG
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
kỹ thuật hóa học họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 28 tháng 05

năm 2022
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa –
ĐHĐN
− Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Dầu mỏ đóng vai trị quan trọng trong việc cung cấp nguồn
năng lượng để phục vụ cho đời sống. Tuy nhiên, vấn đề trong quá
trình khai thác, chế biến, lưu trữ, sử dụng mà dầu mỏ gây ra cũng rất
nghiêm trọng, bao gồm các sự cố tràn gây ra những hậu quả nghiêm
trọng đến kinh tế, môi trường sinh thái cũng như đời sống của con
người. Vì vậy, việc đưa ra những giải pháp để giải quyết vấn đề trên
là rất cần thiết.
Một cách tổng quát thì các biện pháp này được chia làm 3
phương pháp: cơ học, hóa học và sinh học. Hiện nay, trong các
phương pháp xử lý nước nhiễm dầu, quá trình hấp phụ đang nhận
được sự quan tâm bởi phương pháp này có nhiều ưu điểm. Trong
thực tế hiện nay, nhiều loại vật liệu hấp phụ dầu đã và đang được
nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu cấp thiết này, chẳng hạn như các loại
vật liệu xốp, polymer, vật liệu nano, cũng như một số vật liệu khác.
Tuy nhiên, hiện các loại vật liệu này vẫn chưa được áp dụng nhiều
vào thực tế bởi một số nhược điểm của chúng.

Trong những thập niên vừa qua, vật liệu nano, đặc biệt là vật
liệu carbon nano đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của cộng đồng
các nhà khoa học bởi những tính chất tính ưu việt của chúng. Khi sử
dụng vật liệu carbon nano vào việc xử lý nước nhiễm dầu thì các đặc
tính như diện tích bề mặt riêng lớn, tính ưu dầu cũng như tính kỵ
nước cao là những đặc tính thuận lợi cho khả năng hấp phụ lượng
dầu lớn và hiệu quả làm sạch nước cao. Tuy nhiên, vật liệu carbon
nano thu được ở dạng bột rắn với kích thước rất nhỏ, do đó gây ra
nhiều khó khăn trong quá trình sử dụng cũng như thu hồi sau khi sử
dụng.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2
Carbon felt là sản phẩm cơng nghiệp với nhiều tính chất ưu
việt. Tuy nhiên, loại vật liệu này có bề mặt riêng rất nhỏ (khoảng 1
m2/g) và tính kỵ nước chưa cao, tính chất này sẽ khơng thuận lợi nếu
carbon felt được sử dụng làm chất hấp phụ hay xử lý nước nhiễm
dầu.
Từ những phân tích trên cho thấy, việc kết hợp hai loại vật liệu
nhằm mục đích vừa khắc phục những nhược điểm, đồng thời phát
huy những ưu điểm của mỗi loại vật liệu là hướng nghiên cứu thú vị
và mở rộng khả năng ứng dụng của các nhóm vật liệu này.
Với đề xuất này, nhóm nghiên cứu sẽ tận dụng tính dẫn nhiệt
của carbon felt để tiến hành tổng hợp và gắn đồng thời vật liệu
carbon nano là CNTs lên bề mặt carbon felt. Quá trình được tiến
hành theo phương pháp kết tụ hóa học trong pha hơi (CVD:

Chemical Vapour Deposition) trong hệ thống gia nhiệt cục bộ. Ngoài
ra, đề xuất này cũng tập trung nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi
lượng dầu bị hấp phụ và khả năng tái sử dụng nhiều lần của sản
phẩm thu được bằng phương pháp vắt, ép đơn giản và thân thiện với
môi trường.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp và gắn vật liệu carbon nano trên bề mặt
carbon felt bằng phương pháp CVD, đánh giá đặc tính sản phẩm tổng
hợp và khảo sát các yếu tố tổng hợp ảnh hưởng lên các tính chất
composite thu nhận được,
- Đánh giá khả năng, hiệu quả hấp phụ, khả năng thu hồi một
số sản phẩm dầu mỏ và khả năng tái sử dụng của vật liệu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Tổng hợp carbon nano/carbon felt bằng phương pháp CVD
dựa trên nguồn nguyên liệu:

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


3
- Ethanol: nguồn Carbon cho quá trình tổng hợp carbon nano,
- Khí N2,
- Xúc tác: Tiền chất của pha hoạt tính được sử dụng là muối sắt
nitrate Fe(NO3)3.9H2O có độ tinh khiết trên 98,5%,
- Chất mang xúc tác: carbon felt,
Quá trình tổng hợp vật liệu composite được thực hiện tại
phịng thí nghiệm.
4. Phương pháp nghiên cứu

Một số phương pháp được áp dụng như:
- Kính hiển vi điện tử quét (SEM),
- Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM),
- Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt BET,
- Phương pháp phân tích nhiệt trọng trường TGA.
5. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài.
5.1. Ý nghĩa thực tiễn
Việc chế tạo thành cơng vật liệu nano composite có ý nghĩa
thực tiễn đó là phục vụ cho việc ứng dụng làm chất hấp phụ dầu.
5.2. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu tạo ra những loại vật liệu composite có thể sử
dụng làm chất mang cho xúc tác hoặc làm chất hấp phụ.
6. Bố cục của luận văn.
Nội dung của luận văn này được chia làm 3 phần chính:
Chương 1: tổng quan lý thuyết
Chương 2: thực nghiệm
Chương 3: kết quả và thảo luận

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Vai trò của dầu mỏ
Với sự tăng trưởng nhanh chóng của nền kinh tế và xã hội, nhu
cầu sử dụng dầu mỏ đang tăng lên khơng ngừng. Vì thế dầu thường
được ví như là "vàng đen".
Cùng với việc phát triển của xã hội, nhu cầu sử dụng năng

lượng tăng lên rất nhiều, trong đó dầu mỏ là nguồn năng lượng
chiếm một lượng rất lớn. Tuy nhiên, với việc phát triển đó sẽ kèm
theo những hệ lụy đến môi trường. Việc sử dụng dầu mỏ sẽ thải ra
môi trường những chất độc hại, gây ô nhiễm khơng khí, nước, đất…
Trong số đó phải kể đến sự ô nhiễm do các sự cố tràn dầu trong quá
trình vận chuyển, tồn chứa gây ra.
Vấn đề ô nhiễm môi trường do sự cố tràn dầu
Định nghĩa về thuật ngữ tràn dầu
Tràn dầu là sự giải phóng hydrocarbon dầu mỏ lỏng vào môi
trường do các hoạt động của con người và gây ra ô nhiễm môi
trường. Thuật ngữ này thường đề cập đến các vụ dầu tràn xảy ra
trong môi trường biển hoặc sông.
Mức độ và nguồn gây sự cố tràn dầu
a.

Mức độ

b.

Nguồn gây sự cố tràn dầu
Những ảnh hưởng của sự cố tràn dầu

a.

Ảnh hưởng đến kinh tế

b.

Ảnh hưởng đến hệ sinh thái


Một số biện pháp xử lý sự cố tràn dầu
Biện pháp cơ học
Biện pháp hóa học
Biện pháp sinh học

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


5
Hấp phụ
Định nghĩa
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
a.

Hấp phụ vật lý (HPVL)

b.

Hấp phụ hóa học (HPHH)
Phân loại vật liệu hấp phụ

a.

Vật liệu hấp phụ hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên

b.

Vật liệu hấp phụ hữu cơ tổng hợp


c.

Vật liệu hấp phụ vơ cơ
Một số đặc tính cần thiết của vật liệu hấp phụ dầu
Để có thể trở thành các sản phẩm thương mại, các loại vật

liệu hấp phụ dầu cần phải đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật sau:
- Khả năng hấp phụ dầu cao,
- Khả năng lưu dầu cao trong quá trình vận chuyển,
- Khả năng thu hồi dầu nhanh bằng phương pháp đơn giản,
- Có tính chất cơ lý tốt và có khả năng tái sử dụng nhiều lần,
- Có tỷ trọng thấp, khả năng nổi cao trên mặt nước,
- Chịu được các dung mơi, hóa chất thơng dụng,
- Khơng bị phân hủy quang hóa.
Vật liệu carbon nano
Các dạng vật liệu carbon cấu trúc nano
Năm 1991, Iijima S đã phát hiện ra các tinh thể cực nhỏ, dài
bám ở điện cực catốt là carbon nano ống (carbon nanotubes - CNTs)
đa lớp. Hai năm sau, Iijima tiếp tục công bố dạng carbon nano ống
đơn lớp.
Carbon nano sợi (carbon nanofibers - CNFs) là một dang thù
hình của carbon , được tạo ra từ các các tấm graphite xếp chồng lên
nhau. Chúng được tổng hợp năm 1889 bởi Theophilus Vaughan

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



6
Hughes và Charles Roland Chambers. Càng về sau này, các nhà khoa
học trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu mới về loại vật
liệu này.
Các tính chất của carbon nano
a.

Tính chất nhiệt

b.

Tính chất cơ học

c.

Tính chất điện

d.

Tính chất hóa học
Ứng dụng của vật liệu carbon nano

a.

Ứ ng dụng trong cảm biến

b.

Tích trữ năng lượng


c.

Vật liệu composite

d.

Xử lý mơi trường
Các phương pháp tổng hợp

a.

Phương pháp Hồ quang điện (Arc Discharge)

b.

Phương pháp cắt gọt bằng laser

c.

Phương pháp kết tụ hóa học trong pha hơi (CVD)
Đối với đề tài này, tác giả đã lựa chọn phương pháp kết tụ hóa

học trong pha hơi để tổng hợp carbon nano bằng hệ thống gia nhiệt
trực tiếp.
Các phương pháp hóa lý đánh giá đặc tính vật liệu
a.

Kính hiển vi điện tử quét

b.


Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM)

c.

Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt BET

d.

Phân tích nhiệt trọng trường TGA

e.

Phổ quang điện tử tia X (XPS)
Đánh giá độ chính xác của thiết bị tổng hợp

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


7
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu thí nghiệm
Ở nghiên cứu này, tác giả sử dụng ethanol có độ tinh khiết
99,7 % từ cơng ty cổ phần hóa chất Đức Giang làm nguồn carbon.
Tiền chất của xúc tác là muối nitrate sắt (Fe(NO3)3.9H2O) để tổng
hợp C-CNTs có độ tinh khiết trên 98,5% và dung dịch acid HNO3
được sử dụng để chức hóa carbon felt với nồng độ 68% của cơng ty
hóa chất Xilong Quảng Đơng. Khí N2 được sử dụng cho q trình

pha lỗng khơng khí được cung cấp bởi cơng ty DAGASCO. Chất
mang được sử dụng để tổng hợp carbon nano là carbon felt được
cung cấp bởi công ty CeraMaterials
2.2. Quy trình tổng hợp
Quy trình chức hóa và tổng hợp vật liệu được thể hiện thông
qua sơ đồ dưới đây:
Chức hóa bề mặt chất mang

Tổng hợp xúc tác

Tổng hợp nano composite bằng hệ
thống tổng hợp CVD
Hình 2.1. Các giai đoạn tổng hợp carbon nano composite
2.2.1.

Q trình chức hóa chất mang

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


8
Để cải thiện khả năng phân tán của pha hoạt tính xúc tác trên
bề mặt, carbon felt đã được chức hóa nhằm tăng mức độ khuyết tật,
tính phân cực cho chất mang.
Với nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng dung dịch HNO3 để
tiến hành q trình chức hóa. Trước hết, tác giả sử dụng acid nitric
68% để chức hoá carbon felt trong 5 giờ ở nhiệt độ 90oC. Quá trình
chức hố được tính từ lúc nhiệt độ đạt 90oC, sau đó mẫu được hạ

nhiệt tự nhiên rồi đem đi rửa lại nhiều lần với nước cất.
2.2.2.

Tổng hợp xúc tác
Quá trình tổng hợp xúc tác trải qua lần lượt bốn giai đoạn như

sau:

Hình 2.3. Các giai đoạn tổng hợp xúc tác
2.2.3.

Tổng hợp nano composite
Quá trình tổng hợp nano composite được thực hiện trong hệ

thống thiết bị phản ứng CVD gia nhiệt trực tiếp tại phịng thí nghiệm
thuộc bộ mơn Cơng nghệ Hóa học Dầu và khí, trường Đại học Bách
khoa – Đại học Đà Nẵng được thể hiện ở hình 2.4.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


9

Hình 2.3. Thiết bị tổng hợp carbon nano composite theo phương
pháp CVD
Quá trình tổng hợp được thực hiện trong thiết bị tổng hợp
CVD gia nhiệt trực tiếp với ba giai đoạn chính. Đầu tiên, khơng khí
trong thiết bị phản ứng được hút ra bằng bơm chân khơng, tiếp đến

dùng khí N2 để pha lỗng và tiếp tục hút chân khơng lần hai. Sau q
trình đuổi khơng khí, thiết bị được gia nhiệt đến nhiệt độ khử xúc tác
là 450 oC, oxide được khử bởi H2 sinh ra từ sự phân hủy ethanol. Khi
quá trình khử kết thúc, tiếp tục gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng và
bắt đầu tính thời gian tổng hợp. Kết thúc quá trình tổng hợp, tiến
hành hạ công suất ở thiết bị gia nhiệt về 0, để nhiệt độ giảm đến nhiệt
độ môi trường, rồi tiến hành cân mẫu để tính tốn hiệu suất.
2.3. Các phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu
2.3.1.

Đánh giá hiệu suất thu sản phẩm
Để tính hiệu suất thu sản phẩm, tác giả đã tiến hành so sánh sự

thay đổi về khối lượng của vật liệu trước và sau khi tổng hợp.
Hiệu suất thu sản phẩm (H) tính theo %wt được xác định bằng
công thức:

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10
H=
2.3.2.

w2-w1
×100%
w1


(2.1)

Đánh giá khả năng bám dính của CNTs lên chất mang
Nhằm đánh giá khả năng bám dính của CNFs trên bề mặt chất

mang, nhóm nghiên cứu sử dụng bể siêu âm Elmasonic S 60 H với
tần số siêu âm là 37 kHz.
2.3.3.

Các phương pháp đánh giá tính chất sản phẩm

2.4. Quy trình đánh giá sự hấp phụ dầu của vật liệu
2.4.1.

Q trình định tính

2.4.2.

Q trình định lượng

Tác giả đã thực hiện định lượng bằng phương pháp ngâm theo
quy trình của tác giả Xiang Ge cùng cộng sự.
2.4.3. Quá trình thu hồi và tái sinh vật liệu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


11

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.

Tổng hợp và đánh giá đặc tính vật liệu.

3.1.1.

Chức hóa carbon felt.
Tác giả đã tiến hành chức hóa theo quy trình đã được trình bày

ở chương 2. Kết quả phân tích bằng phổ quang điện tử tia X thể hiện
ở bảng 3.1 và hình 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần nguyên tố trước và sau khi chức hóa
của carbon felt
Thành phần nguyên tố (%wt)

Carbon

Oxy

Carbon felt

91,71

8,29

Carbon felt chức hóa

88,72


11,28

Mẫu

Hình 3.1. Kết quả XPS của carbon felt trước (A, C) và sau (B, D)
chức hóa
Kết quả ở bảng 3.1 cho thấy hàm lượng oxy tăng lên khoảng 3
%wt và hình 3.1 cho thấy q trình chức hóa làm tăng sự có mặt của
nhóm C=O.
Kết quả ảnh hưởng của q trình chức hóa đến sự phân bố xúc
tác lên chất mang được thể hiện qua ảnh SEM ở hình 3.2.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12

Hình 3.2. Ảnh SEM sự phân bố xúc tác lên chất mang trước
(A) và sau (B) khi chức hóa
Kết quả thể hiện ở hình 3.2 cho thấy sau khi chức hóa, pha
hoạt tính xúc tác phấn bố đồng đều hơn trên bề mặt chất mang, kích
thước của pha hoạt tính khá đồng nhất và nhỏ hơn nhiều so với khi
được đưa lên bề mặt chất mang khơng được chức hóa.
3.1.2.

Tổng hợp và đánh giá đặc tính của vật liệu
Trước tiên, mẫu được tổng hợp ở nhiệt độ 725 oC với hàm


lượng pha hoạt tính xúc tác 2 wt % Fe. Sản phẩm sau khi tổng hợp
được cân và tính hiệu suất theo công thức 2.1. Kết quả được thể hiện
ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hiệu suất sản phẩm và bề mặt riêng của C-CNTs so với
carbon felt
Mẫu

Carbon felt

C-CNTs

Hiệu suất (%)

-

44

SBET (m2/g)

1

74

Tính chất

Kết quả cho thấy sau khi tổng hợp, hiệu suất thu sản phẩm đạt
44 %.
Quan sát hình thái ban đầu của mẫu được thể hiện ở hình 3.3
có thể thấy màu sắc bên ngoài của vật liệu sau khi phản ứng (hình
3.3B) đã trở nên đen hơn so với trước khi tổng hợp (hình 3.3A). Có


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


13
thể thấy ban đầu bề mặt của carbon felt trơn nhẵn (hình 3.3C), sau
khi tổng hợp thì trên bề mặt các sợi carbon felt phủ đều một lớp vật
liệu mới (hình 3.3D). Ở độ phóng đại lớn hơn có thể thấy rõ loại vật
liệu này được phát triển trên bề mặt chất mang (hình 3.3E, 3.3F).

Hình 3.3. Hình thái bên ngoài (A, B) và ảnh SEM của mẫu trước
(C), sau khi tổng hợp (D, E, F)
Để xem xét vi cấu trúc của vật liệu, sản phẩm sau khi tổng hợp
được phân tích bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (HR-TEM). Kết
quả được thể hiện ở hình 3.3.

Hình 3.3. Ảnh TEM mẫu vật liệu tại nhiệt độ tổng hợp 725 oC
Từ ảnh TEM hình 3.3 có thể thấy, vật liệu tổng hợp được là
carbon nano ống với kích thước khá đồng đều, khoảng 50 nm. Do đó
có thể khẳng định việc tổng hợp thành công CNTs bám trên bề mặt
carbon felt.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


14

Để đánh giá khả năng bám dính trên bề mặt chất mang của
CNTs, nhóm nghiên cứu đã tiến hành đánh siêu âm sản phẩm sau
tổng hợp với dung môi ethanol trong bể siêu âm với tần số là 37 kHz.
Từ kết quả tính tốn, khối lượng mẫu sau khi đánh siêu âm giảm đi 5
%wt. Từ đó cho thấy vật liệu có độ bám dính cao. Với các kết quả
thu được có thể khẳng định đã tổng hợp được CNTs bám trên vật liệu
carbon felt có cấu trúc 3D.

Hình 3.5. Quá trình đánh siêu âm mẫu tổng hợp
Kết quả BET được thể hiện ở hình 3.6 và bảng 1. Kết quả từ
bảng 1 cho thấy sau tổng hợp, diện tích bề mặt riêng của vật liệu tăng
lên khoảng 74 lần so với carbon felt ban đầu. Bên cạnh đó, từ giản đồ
đường hấp phụ và giải hấp đẳng nhiệt ở hình 3.6 cho thấy sự xuất
hiện vịng trễ, kiểu IV theo phân loại của IUPAC, vì vậy có thể
khẳng định rằng C-CNTs thu được là một loại vật liệu mao quản có
kích thước trung bình.

Hình 3.6 Đường hấp phụ và giải hấp phụ của sản phẩm.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


15
Phương pháp phân tích nhiệt trọng trường được sử dụng nhằm
đánh giá độ bền nhiệt, bền oxy hóa của vật liệu. Kết quả được thể
hiện ở hình 3.7.

Hình 3.7. Giản đồ TGA của carbon felt và C-CNTs.

Như được thể hiện ở hình 3.7A, vật liệu tổng hợp được có độ
bền oxy hóa thấp hơn so với carbon felt ban đầu. Từ hình 3.6B cho
thấy, trong khi vật liệu ban đầu chỉ có 1 peak tại 690 oC đặc trưng
cho carbon felt thì sản phẩm lại có 2 peak tại 610 oC và 650 oC. Sự
sai khác về nhiệt độ phân hủy của carbon felt có thể là do sự ảnh
hưởng của xúc tác có mặt trong sản phẩm đã đẩy nhanh q trình
oxy hóa của carbon felt. Hoặc có thể là do sự chồng lặp một phần
nhiệt độ từ sự phân hủy của CNTs trước đó và carbon felt.
3.1.3.

Kết quả đánh giá độ chính xác của thiết bị tổng hợp CVD
Kết quả tổng hợp 3 mẫu trong cùng điều kiện nhiệt độ (725

C) và nồng độ xúc tác như nhau 2% wt Fe) được trình bày trong

o

bảng 3.3.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


16
Bảng 3.3. Kết quả hiệu suất các mẫu ở điều kiện như nhau
Lần đo

Hiệu suất (%)


1

44,00

2

42,51

3

45,02

Áp dụng các công thức ở trên, ta tìm được giá trị trung bình,
phương sai, độ lệch chuẩn của mẫu lần lượt là 43,84; 1,06; 1,03.
Giả sử thiết bị có độ tin cậy là 95 % với N=3 < 30 ta có:

 = 1 −  = 1 − 0.95 = 0.05 suy ra 𝑡𝛼(𝑁−1)=𝑇0,025(2)=4,3027
2

𝜀=

1,03
2

√3

𝑥 4,3027 = 2,56, do đó 43,84–2,56
Hay với độ tin cậy là 95%, khoảng tin cậy là 41,283.1.4.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tính sản phẩm
Trong nghiên cứu này, mẫu được tổng hợp ở các nhiệt độ lần

lượt là 676 oC, 725 oC, 784 oC. Kết quả tính toán hiệu suất và giá trị
BET được thể hiện trong hình 3.8.

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất và giá trị BET
Từ hình 3.8 ta thấy rằng hiệu suất thu sản phẩm tăng gần như
tuyến tính theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tổng hợp tăng từ 676 oC đến

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


17
725 C, giá trị BET tăng từ 36 cm2/g lên đến 74 cm2/g và đạt 73
o

cm2/g tại 784 oC.
Giá trị BET của CNTs được tính từ cơng thức (3.1).
BETC-CNTs x (100 + H) = BETcarbon felt x 100 + BETCNTs x H (3.1)
Khi xét đến giá trị BET của CNTs, bề mặt riêng của CNTs
tăng lên rất nhanh trong khoảng nhiệt độ 676 oC và 725 oC, từ 197 m2
/g đến 240 m2 /g. Tuy nhiên khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên đến 784 oC
thì giá trị bề mặt riêng của CNTs lại giảm mạnh xuống cịn 182
cm2/g.
Hình 3.9 thể hiện hình thái của vật liệu tại các nhiệt độ tổng
hợp khác nhau. Kết quả cho thấy rằng, tại nhiệt độ phản ứng thấp

676 oC (hình 3.9A), ống nano carbon tổng hợp được có kích thước
khơng đồng đều. Với sự gia tăng nhiệt độ, đường kính CNTs dần trở
nên lớn, đồng đều hơn và khơng có nhiều thay đổi khi tổng hợp ở
nhiệt độ cao hơn (hình 3.9B, 3.9C). Tuy nhiên, mật độ hình thành
sản phẩm cịn lại có xu hướng giảm xuống.

Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu ở các nhiệt độ tổng hợp khác nhau
3.1.5.

Ảnh hưởng của hàm lượng pha hoạt tính xúc tác đến đặc
tính sản phẩm
Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành tổng

hợp vật liệu tại 4 giá trị hàm lượng pha hoạt tính (Fe) lần lượt là 1%,
3%, 5%, 7 %wt. Từ kết quả hình 3.10, trong khi hiệu suất thu sản
phẩm tăng tuyến tính theo nồng độ xúc tác, đạt 161 %wt khi nồng độ

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


18
pha hoạt tính là 7 %wt Fe thì giá trị BET tăng đến 90 m2/g tại 5 %wt
Fe và sau đó ít thay đổi. Đối với giá trị BET của riêng CNTs thì có
xu hướng giảm dần khi nồng độ xúc tác quá cao.

Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến hiệu suất và
giá trị BET.
Ảnh SEM hình 3.11 thể hiện hình thái của vât liệu tại các nồng

độ xúc tác khác nhau. Kết quả từ ảnh SEM cho thấy, kích thước ống
carbon nano tăng dần theo nồng độ của pha hoạt tính.

Hình 3.11. Ảnh SEM các mẫu với nồng độ xúc tác khác nhau
3.2.

Đánh giá khả năng xử lý dầu của vật liệu

3.2.1.

So sánh khả năng kỵ nước của vật liệu và carbon felt
Đầu tiên, vật liệu tổng hợp được đem so sánh khả năng thấm

nước với carbon felt ban đầu. Kết quả được thể hiện ở hình 3.12.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


19
Từ hình 3.12 cho thấy, vật liệu tổng hợp đã cải thiện khả năng
kỵ nước so với carbon felt ban đầu. Hình 3.12A cho thấy rằng carbon
felt vẫn cịn thấm nước, góc tương tác với nước cịn chưa cao. Sản
phẩm tổng hợp đã làm tăng khả năng chống thấm nước của carbon
felt lên, góc thấm ướt cũng cao hơn so với vật liệu ban đầu (hình
3.12B).

Hình 3.12. Tính kỵ nước của Carbon felt (A) và C-CNTs (B)
3.2.2.

Đánh giá góc tương tác của vật liệu với dầu và với nước
Góc thấm ướt của vật liệu với dầu và nước được thể hiện ở

hình 3.13 và 3.14.

Hình 3.13. Góc thấm ướt giữa vật liệu và nước với hàm lượng CNTs
khác nhau

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


20

Hình 3.14. Góc thấm ướt của vật liệu với dầu Diesel
Theo kết quả ở hình 3.13 và hình 3.14 ta thấy, vật liệu tổng
hợp được có tính kỵ nước cao và khả năng hấp thu dầu tốt. Hình 3.13
thể hiện góc thấm ướt của các mẫu được tổng hợp với hàm lượng
CNTs trên carbon felt lần lượt là 15 %wt, 66 %wt, 118 %wt và 161
%wt, được đặt tên lần lượt là M1, M2, M3, M4. Kết quả góc thấm
ướt của các mẫu từ M1 đến M4 lần lượt có giá trị tương ứng là 152 o,
163 o, 171 o, 172 o. Từ hình 3.14 cho thấy composite hấp thu hồn
tồn dầu, góc thấm ướt bằng 0.
3.2.3.

Đánh giá định tính khả năng hấp thu dầu của vật liệu
Hình 3.15 cho thấy kết qủa định tính của vật liệu.

Hình 3.15. Tốc độ hấp thu dầu của vật liệu
Kết quả cho thấy trong khoảng 1 giây, sản phẩm tổng hợp đã
hấp thu một cách hồn tồn lượng dầu, đồng thời khơng hút nước.
Từ đó có thể thấy vật liệu tổng hợp có tốc hấp thu dầu và khả năng
tách dầu ra khỏi hỗn hợp nước-dầu rất tốt.
3.2.4.

Đánh giá định lượng khả năng hấp thu dầu của vật liệu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


21
Kết quả định lượng khả năng hấp thu dầu của 4 mẫu M1 đến
M4 được thể hiện ở hình 3.16.

Hình 3.16. Khả năng hấp thu và lưu giữ dầu DO của các mẫu
Từ đồ thị ở hình 3.16 cho thấy rằng, lượng dầu hấp thu được
tăng mạnh từ 881 kg lên đến 1361 kg/m3 vật liệu khi lượng CNTs
tăng từ 20 %wt đến 118 %wt và tăng chậm lại khi hàm lượng CNTs
lớn, đạt 1410 kg dầu hấp thu khi lượng CNTs là 161 %wt.
3.2.5.

Đánh giá khả năng thu hồi dầu và tái sử dụng vật liệu
Ở nghiên cứu này, ba phương pháp tái sinh vật liệu được xem

xét sử dụng là phương pháp đốt cháy, phương pháp rửa bằng dung
môi và phương pháp ép cơ học. Trước tiên, mẫu vật liệu với lượng

CNTs trên chất mang là 118 %wt được sử dụng để đánh giá hiệu quả
áp dụng của ba phương pháp tái sinh vật liệu như trên.

Hình 3.17. Quá trình đốt để tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


22

Hình 3.18. Q trình rửa bằng dung mơi để tái sinh mẫu sau khi hấp
thu dầu

Hình 3.19. Quá trình ép cơ học tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu
Mẫu vật liệu được sử dụng có kích thước lần lượt là 1cm x
1cm x 0,5cm. Kết quả xử lý hấp thu và thu hồi dầu DO qua ba
phương pháp được trình bày ở đồ thị hình 3.20.

Hình 3.19. Khả năng hấp thu và thu hồi dầu DO từ các phương pháp
tái sinh
Từ các kết quả như được trình bày ở sơ đồ hình 3.19 ta thấy,
phương pháp tái sinh vật liệu bằng đốt cháy cho hiệu quả thu hồi dầu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ

23
kém nhất. Phương pháp tái sinh bằng dung mơi có hiệu quả thu hồi
dầu cao nhất. Tuy nhiên phương pháp này cũng mang lại hiệu quả
kinh tế không cao do q trình trích ly dầu ra khỏi dung mơi phức
tạp. Vì vậy, tác giả đã lựa chon phương pháp ép cơ học bằng xy ranh
để thu hồi dầu. Đây là phương pháp thu hồi đơn giản, có thể thu hồi
nhiều lần.
Hình 3.21 thể hiện khả năng thu hồi dầu DO của các mẫu
thông qua phương pháp ép bằng xy ranh. Từ kết quả ở sơ đồ hình
3.21 ta thấy rằng mẫu M3 cho hiệu quả tốt nhất. Đối với mẫu M3,
lượng CNTs vừa đủ lớn để hấp thu dầu, vừa thể hiện tính gia cường
nhưng vẫn chưa làm mất đi độ đàn hồi cho vật liệu, độ rỗng chất
mang vẫn còn đủ lớn để lưu giữ dầu. Vậy nên lượng dầu ép ra là lớn
nhất trong các các mẫu đã khảo sát.

Hình 3.21. Khả năng thu hồi dầu DO bằng phương pháp ép

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ