Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật liệu mới cấu trúc Nano trên cơ sở Graphen ứng dụng trong xử lý môi trường

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ……..….***…………<br /> <br /> HÀ QUANG ÁNH<br /> <br /> NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU<br /> MỚI CẤU TRÚC NANO TRÊN CƠ SỞ GRAPHEN ỨNG<br /> DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG<br /> <br /> Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý<br /> Mã số:<br /> 62.44.01.19<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br /> <br /> Hà Nội - 2016<br /> 1<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Vũ Anh Tuấn<br /> Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Vũ Đình Ngọ<br /> <br /> Phản biện 1: …<br /> Phản biện 2: …<br /> Phản biện 3: ….<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại<br /> Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công<br /> nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 2016<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> 2<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của luận án<br /> Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hoạt động<br /> công nghiệp, nông nghiệp đã có tác động tích cực đến sự phát triển kinh<br /> tế xã hội, tuy nhiên bên cạnh đó nó cũng dẫn đến tăng vòng luân chuyển<br /> của các chất ô nhiễm độc hại trong các nguồn nước. Những chất gây ô<br /> nhiễm đó có thể có tích tụ sinh học, tác động bất lợi đến sự tồn tại của<br /> sinh vật dưới nước, hệ động thực vật cũng như ảnh hưởng to lớn tới sức<br /> khỏe con người. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức bảo vệ môi<br /> trường của con người, siết chặt công tác quản lí môi trường thì việc tìm<br /> ra phương pháp nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, thuốc nhuộm hoạt<br /> tính độc hại,... ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn.<br /> Những năm gần đây, vật liệu cacbon và vật liệu trên cơ sở<br /> cacbon vẫn là những vật liệu được sử dụng nhiều nhất để làm vật liệu<br /> hấp phụ, do chúng có bề mặt riêng lớn, ổn định và bền hóa học, bền<br /> nhiệt. Vật liệu dễ biến tính nhằm thay đổi tính chất hóa học và vật lý<br /> để hấp phụ chọn lọc đồng thời cả hợp chất hữu cơ độc hại như các<br /> chất màu và cả ion kim loại nặng, ngoài ra việc biến tính còn làm<br /> tăng dung lượng hấp phụ, tăng hiệu quả xử lý các chất thải độc hại.<br /> Trong thập kỷ qua, vật liệu cấu trúc nano cacbon, chẳng hạn như ống<br /> nano cacbon (CNTs) đã được phổ biến đáng kể. Mặc dù có nhiều<br /> tiến bộ đã được thực hiện trong những năm gần đây về khả năng ứng<br /> dụng hấp phụ của CNTs, nhưng do chi phí chế tạo cao đã hạn chế<br /> các ứng dụng thực tế của chúng. Vì vậy, việc thăm dò các chất hấp<br /> phụ mới đầy hứa hẹn vẫn là mong muốn lớn.<br /> Gần đây, graphen và vật liệu trên cơ sở graphen là loại vật liệu<br /> nhận được sự quan tâm đặc biệt. Kể từ khi lần đầu tiên graphen được<br /> giới thiệu về các tính chất điện tử năm 2004 và giải thưởng Nobel<br /> Vật lý về vật liệu này năm 2010, ngày nay graphen đã trở thành đối<br /> tượng được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu rộng rãi từ tính<br /> chất điện, điện hóa, quang học, cơ học và khả năng hấp phụ độc đáo<br /> của nó. Graphen là một vật liệu cacbon mới, nó được định nghĩa là<br /> một lớp hoặc vài lớp mỏng các nguyên tử cacbon với liên kết sp2 tạo<br /> thành dàn tinh thể hình tổ ong. Với tính chất vật lý, hóa học đặc biệt,<br /> 3<br /> <br /> graphen và GO thực sự đã thu hút nhiều sự quan tâm trong nhiều lĩnh<br /> vực bao gồm cả trong đánh giá hấp phụ.<br /> Mặc dù vậy, các nghiên cứu trước đây tập trung nhiều vào<br /> nghiên cứu tổng hợp và đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu<br /> graphen, vật liệu trên cơ sở graphen chủ yếu trong lĩnh vực điện hóa,<br /> số lượng các công bố khoa học về ứng dụng trong lĩnh vực hấp phụ<br /> còn chưa nhiều và rời rạc. Hơn nữa quá trình tổng hợp GO và rGO từ<br /> graphit chủ yếu sử dụng kỹ thuật bóc tách lớp trong pha lỏng, quá<br /> trình bóc tách lớp graphit oxit thành GO sử dụng kỹ thuật vi sóng và<br /> quá trình khử GO về rGO bằng tác nhân nhiệt còn ít được đề cập.<br /> Do vậy để nghiên cứu một cách có hệ thống quá trình tổng<br /> hợp và khả năng hấp phụ đặc biệt của vật liệu graphen và vật liệu<br /> trên cơ sở graphen, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu sinh của<br /> mình là: “Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật liệu mới cấu trúc<br /> nano trên cơ sở graphen ứng dụng trong xử lí môi trường”<br /> 2. Mục tiêu của luận án<br /> Tổng hợp được GO (Graphen oxit bóc lớp bằng vi sóng<br /> (GOVS), Graphen oxit bóc lớp bằng siêu âm(GOSA)), rGO, Fe3O4GO và Fe-Fe3O4-GO, đặc trưng các vật liệu tổng hợp được và đánh<br /> giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính, asen và các ion kim<br /> loại nặng của vật liệu tổng hợp được.<br /> 3. Nội dung nghiên cứu<br /> - Nghiên cứu một số điều kiện ảnh hưởng đến quá trình bóc tách<br /> lớp graphit oxit thành GO bằng kỹ thuật vi sóng và siêu âm; quá<br /> trình khử GO về rGO. Đặc trưng vật liệu graphit oxit, GO và<br /> rGO tổng hợp được.<br /> - Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật<br /> liệu Fe3O4-GOVS như: pH, nồng độ muối Fe3+/Fe2+, nhiệt độ và<br /> tốc độ khuấy.<br /> - Tổng hợp vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS.<br /> - Sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như: XRD,<br /> XPS, FTIR, HR-TEM... để đặc trưng sản phẩm Fe3O4-GOVS và<br /> Fe-Fe3O4-GOVS tổng hợp được.<br /> 4<br /> <br /> - Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ, động học hấp phụ thuốc nhuộm<br /> hoạt tính và các ion kim loại nặng trên các vật liệu: GOVS, rGO,<br /> Fe3O4-GOVS, Fe-Fe3O4-GOVS tổng hợp được.<br /> 4. Bố cục luận án<br /> Luận án bao gồm 150 trang, 93 hình vẽ, 50 bảng biểu và 143<br /> tài liệu tham khảo. Bố cục luận án như sau:<br /> Mở đầu<br /> Chương 1. Tổng quan<br /> Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm<br /> Chương 3. Kết quả và thảo luận<br /> Kết luận<br /> Danh mục các bài báo liên quan đến luận án<br /> Những điểm mới của luận án<br /> Tài liệu tham khảo<br /> Phụ lục<br /> CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN<br /> Chương 1 trình bày 35 trang, trong đó giới thiệu chung về vật<br /> liệu trên cơ sở cácbon. Trong chương này cũng trình bày: cấu trúc<br /> của graphen oxit, graphen; tâm hoạt động của cũng như các phương<br /> pháp tổng hợp graphen oxit, graphen; phương pháp tổng hợp<br /> composit có từ tính trên cơ sở graphen oxit và graphen; Ứng dụng<br /> triển vọng của graphen oxit và graphen cũng như vật liệu composit<br /> của 2 vật liệu này trong xử lý chất màu, thuốc nhuộm, asen và các<br /> ion kim loại nặng trong nước.<br /> CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> Chương 2 được trình bày trong 22 trang bao gồm những mục chính sau:<br /> 2.1. Thực nghiệm<br /> - Tổng hợp graphit oxit bằng phương pháp Hummers biến tính sử<br /> dụng tác nhân oxi hóa là H2SO4 (98%) và KMnO4.<br /> - Bóc tách lớp graphit oxit bằng kỹ thuật vi sóng và siêu âm.<br /> - Tổng hợp rGO bằng phương pháp khử nhiệt trong dòng khí N2.<br /> 5<br /> <br />