Luận án tổng hợp vật liệu carbon cấu trúc nano từ chitin
Khám phá công nghệ tổng hợp vật liệu carbon nano từ chitin. Nghiên cứu ứng dụng trong xúc tác quang và điện cực với hiệu suất cao.
Hóa lý thuyết và Hóa lý
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
142
Thời gian đọc
22 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Vật liệu carbon nano từ chitin Tổng quan
Vật liệu carbon cấu trúc nano từ nguồn chitin đang thu hút sự quan tâm lớn trong nghiên cứu khoa học vật liệu. Chitin là polysaccharide tự nhiên phong phú, chiếm vị trí thứ hai sau cellulose về trữ lượng trong tự nhiên. Nguồn chitin chủ yếu từ vỏ tôm, cua, và các sinh vật giáp xác. Việc chuyển hóa chitin thành vật liệu carbon nano mở ra hướng ứng dụng mới cho biomass carbon. Các sản phẩm carbon nano từ chitin bao gồm carbon xốp, graphene oxide, và các cấu trúc nano khác. Công nghệ tổng hợp vật liệu nano từ nguồn sinh học này góp phần phát triển bền vững. Chitin và dẫn xuất chitosan cung cấp nguồn carbon, nitơ tự nhiên cho quá trình tổng hợp. Các phương pháp biến tính nhiệt, hóa học tạo ra cấu trúc carbon đa dạng. Ứng dụng tiềm năng bao gồm xúc tác quang, điện cực, và hấp phụ.
1.1. Nguồn gốc và đặc tính chitin tự nhiên
Chitin là polymer sinh học có cấu trúc β-(1→4)-N-acetyl-D-glucosamine. Vật liệu này tồn tại trong vỏ giáp xác, tế bào nấm, và côn trùng. Trữ lượng chitin toàn cầu ước tính hàng tỷ tấn mỗi năm. Ngành công nghiệp chế biến hải sản tạo ra lượng lớn phế phẩm chứa chitin. Việt Nam có tiềm năng khai thác chitin từ nguồn tôm, cua dồi dào. Cấu trúc tinh thể chitin gồm ba dạng α, β, và γ. Dạng α-chitin phổ biến nhất trong tự nhiên. Tính chất hóa học đặc trưng bao gồm nhóm acetamide và hydroxyl. Khả năng tạo liên kết hydro mạnh giữa các chuỗi polymer.
1.2. Chitosan dẫn xuất quan trọng của chitin
Chitosan được tạo ra qua quá trình khử acetyl hóa chitin. Phản ứng sử dụng kiềm mạnh ở nhiệt độ cao. Chitosan có độ hòa tan tốt hơn chitin trong môi trường acid. Cấu trúc chứa nhóm amine tự do tăng khả năng phản ứng. Vật liệu này có tính kháng khuẩn, tương thích sinh học cao. Ứng dụng chitosan rộng rãi trong y dược, thực phẩm. Độ khử acetyl hóa ảnh hưởng đến tính chất vật liệu. Chitosan là tiền chất lý tưởng cho tổng hợp carbon nano. Quá trình carbon hóa chitosan tạo vật liệu carbon pha tạp nitơ.
1.3. Tiềm năng ứng dụng biomass carbon
Biomass carbon từ chitin có nhiều ưu điểm vượt trội. Nguồn nguyên liệu tái tạo, thân thiện môi trường. Chi phí sản xuất thấp hơn carbon tổng hợp hóa học. Cấu trúc carbon xốp với diện tích bề mặt riêng cao. Khả năng pha tạp nitơ tự nhiên cải thiện tính chất điện hóa. Vật liệu carbon nano từ chitin ứng dụng trong pin, siêu tụ điện. Xúc tác quang phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ hiệu quả. Hấp phụ kim loại nặng, chất màu trong xử lý nước. Công nghệ chuyển hóa phế phẩm thành sản phẩm giá trị cao.
II. Tổng hợp vật liệu carbon nano từ chitin
Quy trình tổng hợp vật liệu carbon cấu trúc nano từ chitin bao gồm nhiều giai đoạn. Bước đầu tiên là xử lý nguyên liệu thô để thu chitin tinh khiết. Quá trình loại bỏ protein, khoáng chất từ vỏ giáp xác. Phương pháp hóa học sử dụng acid, kiềm ở điều kiện kiểm soát. Giai đoạn tiếp theo chuyển hóa chitin thành các dạng trung gian. Chitosan, tinh thể lỏng chitin là các tiền chất quan trọng. Công nghệ carbon hóa nhiệt độ cao tạo cấu trúc nano carbon. Phương pháp self-assembly tổ chức vật liệu ở cấp độ phân tử. Biến tính bề mặt cải thiện tính chất xúc tác, điện hóa. Composite TiO2/reduced graphene oxide/chitin kết hợp ưu điểm các thành phần.
2.1. Điều chế chitin và chitosan từ nguyên liệu
Quy trình bắt đầu với xử lý vỏ tôm, cua khô. Rửa sạch, nghiền nhỏ nguyên liệu đến kích thước đồng đều. Khử khoáng bằng dung dịch HCl 1-2M loại CaCO3. Thời gian xử lý 2-4 giờ ở nhiệt độ phòng. Khử protein sử dụng NaOH 3-5% ở 80-100°C. Quá trình này loại bỏ phần lớn protein liên kết. Chitin thô sau đó được rửa trung tính, sấy khô. Chuyển hóa chitin thành chitosan qua khử acetyl hóa. Xử lý NaOH 40-50% ở 100-120°C trong 2-6 giờ. Độ khử acetyl hóa đạt 70-95% tùy điều kiện.
2.2. Phương pháp self assembly tạo cấu trúc nano
Self-assembly là quá trình tự tổ chức phân tử thành cấu trúc có trật tự. Tinh thể lỏng chitin trong dung môi tạo pha nematic, cholesteric. Các phân tử sắp xếp theo hướng ưu tiên do lực tương tác. Nồng độ chitin, nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình tổ chức. Phương pháp này tạo vật liệu có cấu trúc nano điều khiển. Kết hợp với graphene oxide, TiO2 tạo composite đa chức năng. Quá trình khử graphene oxide bằng acid ascorbic, hydrazine. Reduced graphene oxide cải thiện tính dẫn điện vật liệu. Cấu trúc tổ hợp tăng diện tích tiếp xúc, hoạt tính xúc tác.
2.3. Carbon hóa và biến tính vật liệu
Quá trình carbon hóa diễn ra ở nhiệt độ 600-1000°C. Môi trường khí trơ (N2, Ar) ngăn oxy hóa vật liệu. Chitosan phân hủy nhiệt tạo cấu trúc carbon xốp. Nitơ từ nhóm amine pha tạp vào mạng carbon. Tốc độ gia nhiệt, thời gian ủ ảnh hưởng cấu trúc. Carbon hóa chậm tạo độ xốp cao hơn. Hoạt hóa hóa học bằng KOH, H3PO4 tăng diện tích BET. Hoạt hóa vật lý dùng CO2, hơi nước ở nhiệt độ cao. Vật liệu carbon nano có diện tích bề mặt 500-2000 m²/g. Cấu trúc mesoporous thuận lợi cho ứng dụng điện hóa.
III. Composite TiO2 rGO chitin Đặc tính và cấu trúc
Vật liệu composite TiO2/reduced graphene oxide/chitin kết hợp ba thành phần chức năng. TiO2 là chất bán dẫn quang xúc tác phổ biến với vùng cấm rộng. Reduced graphene oxide cung cấp khả năng dẫn điện, diện tích bề mặt lớn. Chitin đóng vai trò chất nền sinh học, nguồn carbon tự nhiên. Sự kết hợp tạo hiệu ứng synergy cải thiện tính chất vật liệu. Cấu trúc nano tăng số lượng tâm hoạt động xúc tác. Phương pháp phân tích XRD xác định pha tinh thể TiO2. SEM, TEM quan sát hình thái học, phân bố kích thước hạt. Phổ FTIR chứng minh liên kết giữa các thành phần. Đẳng nhiệt hấp phụ N2 đo diện tích BET, phân bố lỗ xốp.
3.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học
Nhiễu xạ tia X xác định pha anatase, rutile của TiO2. Pha anatase có hoạt tính quang xúc tác cao hơn rutile. Kích thước tinh thể TiO2 khoảng 10-30 nm. Reduced graphene oxide xuất hiện pic đặc trưng ở 2θ = 24-26°. Chitin có cấu trúc tinh thể α với các pic đặc trưng. Hiển vi điện tử quét cho thấy hạt TiO2 phân bố đồng đều. Graphene oxide tạo lớp mỏng bao phủ trên nền chitin. TEM xác nhận kích thước nano của các hạt TiO2. Cấu trúc tổ hợp tạo mạng lưới liên kết ba chiều.
3.2. Tính chất quang học và điện hóa
Phổ UV-Vis xác định vùng hấp thụ ánh sáng của vật liệu. TiO2 nguyên chất hấp thụ trong vùng UV (<400 nm). Composite mở rộng hấp thụ sang vùng khả kiến. Reduced graphene oxide giảm năng lượng vùng cấm TiO2. Vật liệu có khả năng hấp thụ photon hiệu quả hơn. Tính chất điện hóa cải thiện nhờ rGO dẫn điện tốt. Chitin pha tạp nitơ tăng mật độ tải điện tích. Diện tích bề mặt riêng đạt 150-300 m²/g. Cấu trúc mesoporous với đường kính lỗ 3-10 nm.
3.3. Phân tích nhiệt và nhóm chức
Phổ FTIR xác định nhóm chức đặc trưng từng thành phần. Dao động Ti-O-Ti xuất hiện ở 400-700 cm⁻¹. Nhóm C=O, C-O của chitin ở 1650, 1150 cm⁻¹. Reduced graphene oxide có pic C=C ở 1580 cm⁻¹. Phân tích nhiệt TGA cho thấy độ bền nhiệt vật liệu. Chitin phân hủy chính ở 250-400°C. TiO2 ổn định nhiệt đến trên 800°C. Composite có độ bền nhiệt trung gian. Hàm lượng carbon xác định từ phần trăm khối lượng còn lại.
IV. Ứng dụng xúc tác quang phân hủy chất hữu cơ
Vật liệu TiO2/rGO/chitin composite thể hiện khả năng xúc tác quang cao. Ứng dụng chính là phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Cơ chế hoạt động dựa trên kích thích photon tạo cặp electron-lỗ trống. Reduced graphene oxide giúp tách điện tích, giảm tái kết hợp. Các gốc tự do hydroxyl, superoxide oxy hóa phân tử hữu cơ. Hiệu suất phân hủy phụ thuộc nhiều yếu tố vận hành. Liều lượng xúc tác, cường độ ánh sáng, pH dung dịch ảnh hưởng. Thời gian chiếu sáng, nồng độ chất ô nhiễm ban đầu quan trọng. Vật liệu có khả năng tái sử dụng sau nhiều chu kỳ. Hiệu suất duy trì ổn định qua 4-5 lần sử dụng lại.
4.1. Cơ chế xúc tác quang trên bề mặt
Ánh sáng UV hoặc khả kiến kích thích electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Quá trình tạo cặp electron (e⁻) và lỗ trống (h⁺). Electron chuyển sang reduced graphene oxide nhờ dẫn điện tốt. Lỗ trống oxy hóa H2O tạo gốc hydroxyl (•OH). Electron khử O2 tạo gốc superoxide (•O2⁻). Các gốc tự do này có khả năng oxy hóa mạnh. Phân hủy phân tử hữu cơ thành CO2, H2O, ion vô cơ. Reduced graphene oxide kéo dài thời gian tồn tại điện tích. Chitin cung cấp tâm hấp phụ, tập trung chất phản ứng.
4.2. Các yếu tố ảnh hưởng hiệu suất
Liều lượng xúc tác tối ưu thường 0,5-2 g/L. Quá ít giảm số lượng tâm hoạt động. Quá nhiều gây hiện tượng che chắn ánh sáng. pH dung dịch ảnh hưởng điện tích bề mặt xúc tác. Môi trường acid, kiềm thay đổi khả năng hấp phụ. Cường độ ánh sáng tỷ lệ thuận với tốc độ phản ứng. Nguồn sáng UV, LED, ánh sáng mặt trời đều sử dụng được. Nồng độ ban đầu chất ô nhiễm ảnh hưởng động học. Nhiệt độ phản ứng thường ở điều kiện phòng. Thời gian chiếu sáng 60-180 phút đạt hiệu suất cao.
4.3. Hiệu suất phân hủy và tái sử dụng
Vật liệu composite phân hủy 80-95% chất màu hữu cơ. Methylene blue, rhodamine B là chất thử nghiệm phổ biến. Hiệu suất cao hơn 20-30% so với TiO2 nguyên chất. Động học phản ứng tuân theo mô hình giả bậc một. Hằng số tốc độ phản ứng tăng với composite. Khả năng tái sử dụng qua 4-5 chu kỳ vẫn duy trì 70-80% hiệu suất. Rửa sạch, sấy khô xúc tác trước khi dùng lại. Cấu trúc vật liệu ổn định, không bị phân hủy. Ứng dụng tiềm năng xử lý nước thải công nghiệp.
V. Carbon xốp từ chitosan làm vật liệu điện cực
Chitosan là tiền chất lý tưởng cho tổng hợp vật liệu carbon điện cực. Quá trình carbon hóa chitosan tạo cấu trúc xốp pha tạp nitơ. Nitơ từ nhóm amine cải thiện tính chất điện hóa vật liệu. Phương pháp template sử dụng silica tạo carbon mesoporous. Màng carbon có độ dẫn điện, diện tích bề mặt cao. Ứng dụng làm điện cực trong pin, siêu tụ điện, cảm biến. Cấu trúc xốp tăng khả năng lưu trữ ion, electron. Độ bền cơ học tốt nhờ mạng lưới carbon liên kết. Quy trình sản xuất đơn giản, chi phí thấp. Vật liệu thân thiện môi trường từ nguồn tái tạo.
5.1. Quy trình chế tạo màng carbon mesoporous
Hòa tan chitosan trong dung dịch acid acetic 1-2%. Khuấy đều tạo dung dịch đồng nhất, loại bỏ bọt khí. Đổ dung dịch vào khuôn, sấy khô tạo màng chitosan. Ngâm màng trong dung dịch TEOS (tetraethyl orthosilicate). Silica gel hình thành qua phản ứng thủy phân, ngưng tụ. Tạo composite silica/chitosan với cấu trúc đan xen. Carbon hóa ở 700-900°C trong khí trơ. Silica đóng vai trò template tạo lỗ xốp. Rửa loại silica bằng dung dịch NaOH hoặc HF. Màng carbon mesoporous với độ xốp cao.
5.2. Đặc tính cấu trúc và tính chất điện hóa
Diện tích bề mặt BET đạt 500-1500 m²/g. Phân bố lỗ xốp tập trung ở vùng mesoporous 2-10 nm. Cấu trúc carbon vô định hình với một phần graphitic. Nitơ pha tạp 3-8% khối lượng tùy điều kiện. Độ dẫn điện 10-100 S/cm phụ thuộc nhiệt độ carbon hóa. Phương pháp von-ampe vòng đánh giá tính chất điện hóa. Dung lượng điện dung 100-300 F/g trong điện giải nước. Cửa sổ điện thế ổn định 0,8-1,2 V. Độ bền chu kỳ tốt, duy trì 90% sau 1000 chu kỳ.
5.3. Ứng dụng làm điện cực năng lượng
Vật liệu carbon từ chitosan ứng dụng điện cực siêu tụ điện. Lưu trữ năng lượng qua cơ chế lớp điện kép. Nitơ pha tạp tạo phản ứng giả điện dung. Tăng dung lượng tổng thể của thiết bị. Ứng dụng trong pin lithium-ion làm vật liệu anode. Cấu trúc xốp chứa ion lithium hiệu quả. Sử dụng làm điện cực trong pin nhiên liệu. Xúc tác phản ứng khử oxy nhờ nitơ pha tạp. Cảm biến điện hóa phát hiện chất phân tích. Độ nhạy cao, chọn lọc tốt với một số chất.
VI. Triển vọng và định hướng phát triển
Nghiên cứu vật liệu carbon nano từ chitin có nhiều hướng phát triển. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp giảm chi phí, tăng hiệu suất. Nghiên cứu các phương pháp biến tính mới cải thiện tính chất. Kết hợp nhiều loại nanô carbon tạo vật liệu đa chức năng. Phát triển ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng sạch. Pin lithium-sulfur, pin kim loại-không khí sử dụng carbon từ sinh học. Xúc tác điện hóa cho phản ứng tách nước, khử CO2. Vật liệu hấp phụ loại bỏ ô nhiễm môi trường. Carbon nanotubes, graphene từ chitin cần nghiên cứu thêm. Quy mô hóa sản xuất công nghiệp từ nguồn phế phẩm. Phát triển bền vững, kinh tế tuần hoàn từ tài nguyên sinh học.
6.1. Cải tiến công nghệ tổng hợp
Phương pháp thủy nhiệt tổng hợp ở nhiệt độ, áp suất thấp hơn. Giảm năng lượng tiêu thụ, thời gian phản ứng. Sử dụng vi sóng, siêu âm hỗ trợ quá trình. Công nghệ xanh với dung môi thân thiện môi trường. Tối ưu hóa tham số carbon hóa, hoạt hóa. Kiểm soát chính xác cấu trúc, tính chất sản phẩm. Phát triển quy trình liên tục thay vì mẻ. Tăng năng suất, đồng đều chất lượng. Nghiên cứu xúc tác mới cho phản ứng biến tính.
6.2. Mở rộng ứng dụng công nghệ cao
Vật liệu carbon nano từ chitin trong điện tử linh hoạt. Màn hình, cảm biến có thể uốn cong, kéo giãn. Composite dẫn điện cho in 3D vật liệu chức năng. Ứng dụng y sinh học: cấy ghép, vận chuyển thuốc. Carbon sinh học tương thích tốt với cơ thể. Màng lọc nano loại bỏ vi khuẩn, virus trong nước. Vật liệu che chắn sóng điện từ bảo vệ thiết bị. Xúc tác quang tổng hợp hóa chất giá trị cao. Chuyển hóa CO2 thành nhiên liệu, hóa chất.
6.3. Phát triển bền vững và công nghiệp hóa
Xây dựng chuỗi giá trị từ phế phẩm hải sản. Thu gom, xử lý vỏ tôm cua có hệ thống. Liên kết doanh nghiệp, viện nghiên cứu phát triển sản phẩm. Chuyển giao công nghệ vào sản xuất quy mô lớn. Đánh giá vòng đời sản phẩm, tác động môi trường. Giảm phát thải, sử dụng hiệu quả tài nguyên. Phát triển tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật. Đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao. Hợp tác quốc tế nghiên cứu, thương mại hóa. Đóng góp vào kinh tế tuần hoàn, phát triển xanh.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (142 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÊ THỊ ANH PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU CARBON CẤU TRÚC NANO TỪ NGUỒN CHITIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Hà Nội - 2025 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÊ THỊ ANH PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU CARBON CẤU TRÚC NANO TỪ NGUỒN CHITIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 9 44 01 19 Xác nhận của Học viện Ngƣời hƣớng dẫn 1 Ngƣời hƣớng dẫn 2 Khoa học và Công nghệ (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) PGS. Nguyễn Đình Thành TS. Nguyễn Thanh Định Hà Nội - 2025 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án: "Nghiên cứu tổng hợp và định hướng ứng dụng của vật liệu carbon cấu trúc nano từ nguồn chitin" là công trình nghiên cứu của chính mình dưới sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn. Luận án sử dụng thông tin trích dẫn từ nhiều nguồn tham khảo khác nhau và các thông tin trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc.
Các kết quả nghiên cứu của tôi được công bố chung với các tác giả khác đã được sự nhất trí của đồng tác giả khi đưa vào luận án. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác ngoài các công trình công bố của tác giả. Luận án được hoàn thành trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hà Nội, ngày tháng năm 20 Tác giả luận án Lê Thị Anh Phƣơng LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người Thầy của mình PGS.TS Nguyễn Đình Thành, TS Nguyễn Thanh Định đã dành nhiều thời gian và công sức hướng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng các cán bộ, thầy cô trong Viện, Học viện đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo và các anh chị trong Trung tâm Quan trắc Tài nguyên Môi trường Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, các đồng nghiệp trong ngành Hóa học Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu và các bạn sinh viên đã tạo điều kiện và đồng hành với tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn qua tâm, khích lệ, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 20 Tác giả luận án Lê Thị Anh Phƣơng MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CÁM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.
i DANH MỤC CÁC HÌNH. iii DANH MỤC CÁC BẢNG. vii DANH MỤC SƠ ĐỒ. viii LỜI MỞ ĐẦU.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU. 6 Tổng quan về vật liệu composite TiO2/reduced graphene oxide/chitin và nghiên cứu ứng dụng. Sơ lược về phương pháp self-assembly (SA). Sự tạo thành vật liệu.
20 Tổng quan về xúc tác quang. Yêu cầu của vật liệu xúc tác quang. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ. 26 Tổng quan về vật liệu carbon từ chitosan.
Khả năng ứng dụng của chitosan để làm vật liệu điện cực. 30 Kết luận từ phần tổng quan. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Nguyên liệu và hóa chất.
Điều chế chitin thô. Điều chế tinh thể lỏng chitin và chitosan. Tổng hợp vật liệu TiO2/rGO/chitin composite và nghiên cứu ứng dụng. Tổng hợp vật liệu carbon biến tính từ dung dịch chitosan và nghiên cứu ứng dụng làm vật liệu điện cực.
46 Các phương pháp phân tích tính chất đặc trưng vật liệu. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM). Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
Phân tích nhiệt trọng lượng. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis Absorption Spectroscopy). Phương pháp kính hiển vi quang học phân cực.
Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (Nitrogen Adsorption and Desorption Isotherms). Kiểm tra độ bền kéo. Phương pháp von - ampe vòng (Cyclic Voltammetry - CV). Phương pháp xác định điểm điện tích không pHpzc.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 53 Tổng hợp vật liệu TiO2/reduced graphene oxide/chitin và nghiên cứu ứng dụng. Điều chế tiền chất. Một số tính chất đặc trưng của vật liệu.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu. Các yếu tố ảnh hưởng đến xúc tác quang học của vật liệu. 85 Tổng hợp vật liệu carbon biến tính từ dung dịch chitosan và nghiên cứu ứng dụng làm vật liệu điện cực. Tổng hợp màng chitosan.
Chế tạo màng silica/chitosan. Màng silia mesoporous. Chế tạo màng carbon. Nghiên cứu ứng dụng màng carbon.
105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 108 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 111 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AB Acetylene Black ACF Activated carbon fiber Sợi carbon hoạt tính ALD Atomic Layer Deposition Lắng đọng nguyên tử Diện tích bề mặt riêng BET Brunauer-Emmett-Teller của vật liệu CB Carbon black Carbon đen CF Carbon fiber Sợi carbon CNC Chitin nanocrystals Tinh thể nano chitin CNT Carbon nanotube Ống nano carbon Phương pháp von-ampe CV Cyclic voltammetry vòng LC Liquid Crystal Tinh thể lỏng GO Graphene oxide Graphene oxide ChLCs Chitin Liquid Crystals Tinh thể chitin lỏng CPs Conducting polymers Polyme dẫn điện CVD Chemical Vapour Deposition Lắng đọng hơi hóa học Evaporation-Induced Self- Quá trình tự lắp ráp do EISA Assembly bay hơi Diện tích bề mặt hiệu ESA Effective surface area dụng Hồng ngoại biến đổi FTIR Fourier-transform infrared Fourier HTC Hydrothermal Carbonization Carbon hóa thủy nhiệt LbL Deposition Layer-by-Layer Deposition Lắng đọng từng lớp LDHs Layered double hydroxide Hydroxide kép phân lớp i MB Methylene Blue Metylen xanh PANI Polyaniline Màng polyelectrolyte đa PEM Polyelectrolyte multilayer lớp Điểm đẳng điện – Điểm pHpzc Point of zero charge pH điện tích không Kính hiển vi quang học POM Polarized optical microscopy phân cực Ppy Polypyrrol PTFE Polytetra fluoro ethylene PTh Polythiophene PVDF Polyvinylidene difluoride PXRD Powder X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X dạng bột Graphene oxyde dạng rGO Reduce graphene oxyde khử SA Self-Assembly Quá trình tự lắp ráp SC Supercapacitor Siêu tụ điện SEM Scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét SSA Specific surface area Diện tích bề mặt riêng Transmission electron Hiển vi điện tử truyền TEM microscopy qua TMOs Transition metal oxides Các oxide kim loại TMOS Tetramethylene orthosilicate Phân tích nhiệt trọng TGA Thermogravimetric analysis lượng UV-Vis Ultra Violet- Visible Tử ngoại-Khả kiến ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.
Cấu trúc của chitin (trái) và cellulose (phải). Sự phát triển của vật liệu lai chitin/CaCO3 có trật tự xoắn ốc. Cấu trúc phân cấp vỏ giáp xác, từ phân tử đến cấu trúc Bouligand. Sơ đồ minh họa quá trình đưa TiO2 vào chất mang sợi nano chitin bằng hai phương pháp: Lắng đọng nguyên tử (ALD) (i) và nhúng (ii) [22].
Cơ chế được đề xuất cho sự phân hủy RhB của các chất xúc tác quang chitin-TiO2/carbon fiber đã điều chế dưới ánh sáng khả kiến [23]. Tổng hợp graphene từ graphite [36]. Cơ chế phản ứng oxi hóa graphite thành graphene oxide (GO). Cơ chế khử GO thành rGO bằng rượu.
Cơ chế đề xuất khử graphene oxide thành graphene. Sơ đồ mô tả các loại lắp ráp LbL khác nhau và các ứng dụng trong lĩnh vực y học [66]. Các bước trong phương pháp EISA. Các bước trong quá trình phản ứng xúc tác quang.
Cấu trúc của chitosan. Vỏ cua sau khi loại protein, khoáng và khử màu (chitin thô). Huyền phù chitin. Chitosan được điều chế từ chitin thô.
Cấu trúc phân tử methylene blue. Tinh thể lỏng chitin phân tán trong nước (a) và màng lắp ráp (b). Phổ FTIR của tinh thể lỏng chitin. Giản đồ XRD của tinh thể lỏng chitin.
Hình ảnh TEM của tinh thể lỏng nano chitin hình trục. a) Hình ảnh POM và b) Hình ảnh SEM của màng chitin thu được bằng phương pháp EISA. Dung dịch nước GO ở các nồng độ ~0,1% (trái) và ~1,0% (phải). Hình TEM của đơn lớp graphene oxide (GO).
Phổ IR của các tấm nano GO. Giản đồ XRD của GO. Tinh thể GO tự lắp ráp. Các hình ảnh của peroxotitanate.
Hình ảnh mô tả màng graphene/chitin linh hoạt tự lắp ráp. Phổ FTIR của tinh thể lỏng chitin, GO và GO/chitin. Giản đồ PXRD của GO (đen), chitin (đỏ) và GO/chitin (hồng). Hình SEM mô tả cấu trúc phân lớp của màng tổng hợp graphene oxide/chitin bắt chước xà cừ ở hai độ phóng đại khác nhau.
Đường cong TGA của graphene oxide/chitin (màu đen) và graphene oxide (màu xanh lam). Hình ảnh của màng graphene/chitin (a) và Hình SEM (b) thu được sau khi khử bằng hơi hydrazin ở 70oC. Đường cong ứng suất-biến dạng siêu nhỏ của màng GO dạng khử/chitin (màu đen) và màng GO tinh khiết (màu đỏ). Màng peroxotitanate/GO/chitin (a) và màng TiO2/rGO/chitin (b) 69 Hình 3.
Hình ảnh SEM (a) và TEM (b) của vật liệu TiO2/rGO/chitin. PXRD của màng peroxotitanate/GO/chitin (xanh dương) và của TiO2/rGO/chitin (màu đen). Đường cong TGA của màng TiO2/rGO/chitin. Sự hấp phụ MB lên các loại vật liệu theo thời gian.
Phổ UV-Vis của TiO2/rGO/chitin (xanh dương) và của graphene oxide (màu đỏ). Sự khử màu xúc tác quang của xanh methylen theo thời gian chiếu đèn của các vật liệu khác nhau. Cơ chế phân hủy quang học của MB. Sự thay đổi nồng độ của MB theo thời gian phản ứng trên từng vật liệu rGO/chitin với các tỉ lệ GO:chitin khác nhau.
Đường cong ứng suất – biến dạng của vật liệu ở các tỉ lệ khác nhau. Sự thay đổi nồng độ của MB theo thời gian chiếu sáng (a), đường cong động học (b) và hằng số động học (c) trên từng vật liệu. Hình ảnh TEM của các mẫu vật liệu TiO2/rGO/Chitin ở các nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau ở: a) 60, b) 120, c) 180 và d) 240 oC. Sự thay đổi nồng độ của MB theo thời gian phản ứng trên từng mẫu ở các nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Vật liệu carbon nano từ chitin - Ứng dụng xúc tác" nghiên cứu về vấn đề gì?
Khám phá công nghệ tổng hợp vật liệu carbon nano từ chitin. Nghiên cứu ứng dụng trong xúc tác quang và điện cực với hiệu suất cao.
Luận án "Vật liệu carbon nano từ chitin - Ứng dụng xúc tác" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Năm bảo vệ: 2025.
Luận án "Vật liệu carbon nano từ chitin - Ứng dụng xúc tác" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Vật liệu carbon nano từ chitin - Ứng dụng xúc tác" thuộc chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý. Danh mục: Công Nghệ Vật Liệu.
Luận án "Vật liệu carbon nano từ chitin - Ứng dụng xúc tác" có bao nhiêu trang?
Luận án "Vật liệu carbon nano từ chitin - Ứng dụng xúc tác" có 142 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Vật liệu carbon nano từ chitin - Ứng dụng xúc tác" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.