Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ống nano cacbon biến tính trên cơ sở Polyethylene glycol, tris (2-aminoethyl) amine, đánh giá các tính chất và khả năng ứng dụng để xử lý các kim loại nặng trong môi trường nước thải

Nhóm thực hiện đề tài Viện Công nghệ Nano do TS. Lê Thị Mai Hoa đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ống nano cacbon biến tính trên cơ sở Polyethylene glycol, tris (2-aminoethyl) amine, đánh giá các tính chất và khả năng ứng dụng để xử lý các kim loại nặng trong môi trường nước thải”, nhằm nghiên cứu tổng hợp vật liệu ống nano cacbon biến tính trên cơ sở các tác nhân chức năng hóa là HNO3/H2SO4, polyethylene glycol (PEG), tris (2- aminoethyl) amine. Vật liệu ống nano cacbon biến tính có khả năng phân tán tốt, có tính chất lý hoá và tính chất nhiệt tốt. Vật liệu ống nano cacbon biến tính có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng (Pb2+, Zn2+…) đạt 80-90%.

Cụ thể: Nghiên cứu cấu trúc và tính chất lý hoá, tính chất nhiệt của vật liệu ống nano cacbon đa thành (multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs); Nghiên cứu tổng hợp vật liệu MWCNTs biến tính sử dụng các tác nhân chức năng hóa khác nhau như: HNO3/H2SO4, polyethylene glycol (PEG), tris (2-aminoethyl) amine (TAA); Nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc, hình thái bề mặt, tính chất lý hoá và tính chất nhiệt của vật liệu MWCNTs biến tính; Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng (Pb2+, Cu2+, Zn2+…) của vật liệu MWCNTs biến tính chế tạo được,

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được một số kết quả như sau:

1. Đã nghiên cứu các tính chất của vật liệu ống nano cacbon đa thành (p-MWCNTs)

- Nghiên cứu hình thái bề mặt, cấu trúc và các thành phần nguyên tố của vật liệu pMWCNTs bằng phương pháp FE-SEM và EDX.

-  Kết quả phân tích phổ Raman của mẫu p-MWCNTs

-  Đo diện tích bề mặt riêng và kích thước lỗ xốp của vật liệu p-MWCNTs

-  Phân tích nhiệt trọng lượng của ống nano cacbon đa thành (p-MWCNTs)

2. Biến tính bề mặt vật liệu MWCNTs bằng phương pháp oxi hoá sử dụng hỗn hợp hai axit HNO₃ / H₂SO₄.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên các đặc tính của vật liệu MWCNTs

-  Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích HNO₃ và H₂SO₄ lên các đặc tính của vật liệu MWCNTs.

3. Biến tính bề mặt vật liệu MWCNTs gắn nhóm chức PEG bằng phản ứng este hoá

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác (H₂SO₄) lên các đặc tính của vật liệu MWCNTs

-  Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên các đặc tính của vật liệu MWCNTs

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng giữa MWCNTs và PEG lên các đặc tính của vật liệu MWCNTs

4. Biến tính bề mặt vật liệu MWCNTs gắn nhóm chức -NH₂ sử dụng Tris (2- aminoethy l)amine (TAA)

5. Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng (Pb^2+, Zn^2+, Cu²⁺...) của vật liệu MWCNTs trước và sau biến tính.

Do những đặc điểm về cấu trúc bề mặt ống cacbon nano (CNTs), nên việc phân tán CNTs trong các loại dung môi khác nhau cũng như tương tác với nền polyme rất hạn chế. Đặc biệt là do ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước và hiệu ứng bề mặt xảy ra với các vật liệu nano nên CNTs rất dễ xảy ra hiện tượng kết tụ. Sự kết tụ này được hỗ trợ thêm bởi liên kết Van der Walls khiến cho CNTs càng khó khăn phân tán trên nền polyme và các loại dung môi. Chính vì vậy, một trong các giải pháp để cải thiện quá trình phân tán CNTs trong các loại dung môi và polyme là biến tính bề mặt bằng cách gắn những nhóm chức. Trong nghiên cứu này, đầu tiên bề mặt ống nano cacbon được oxi hóa để gắn nhóm chức -COOH, tiếp theo là gắn polyetylenglycol (PEG), Tris (2-aminoethy l)amine (TAA).