Nghiên cứu đặc tính tính siêu kỵ nước của vật liệu tổ hợp C-CNT và khả năng áp dụng vào lưu trữ Biogas

Nghiên cứu hướng vào việc tổng hợp các loại vật liệu tổ hợp C-CNT có cấu trúc nhờ vào sự nhiệt phân của các polymer làm tác nhân liên kết trong quá trình định hình vật liệu. Các đặc trưng như: độ bền cơ, độ xốp, bề mặt riêng và đặc biệt là đặc tính tính siêu kỵ nước của vật liệu thu được đã được nghiên cứu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu đặc tính tính siêu kỵ nước của vật liệu tổ hợp C-CNT và khả năng áp dụng vào lưu trữ Biogas TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TÍNH SIÊU KỴ NƯỚC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP C-CNT VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG VÀO LƯU TRỮ BIOGAS INVESTIGATING THE SUPER-HYDROPHOBICITY OF THE C-CNT COMPOSITES AND POSIBILITY OF THE BIOGAS STORAGE Bùi Văn Ga, Phan Thế Anh, Nguyễn Đình Lâm, Nguyễn Văn Đông Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Các nhà nghiên cứu khoa học hiệ n nay đang ấ r t quan tâm đến vật liệu Nano carbon dưới các dạng carbon nano ống (CNT) và carbon nano sợi (CNF) nhờ vào các tính chất hóa học và vật lý đặc biệt của nó. Trong những ứng dụng tiềm tàng của loại vật liệu này, việc sử dụng chúng trong hấp thụ và lưu trữ khí Hydro, Methane, khí thiên nhiên, Biogas là những lĩnh vực đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, kích thước của các vật liệu nano carbon với đường kính khoảng 100 nm gây nên nhiều khó khăn không thể vượt qua cho các ứng dụng công nghiệp. Các nghiên cứu của chúng tôi hướng vào việc tổng hợp các loại vật liệu tổ hợp C-CNT có cấu trúc nhờ vào sự nhiệt phân của các polymer làm tác nhân liên kết trong quá trình định hình vật liệu. Các đặc trưng như: độ bền cơ, độ xốp, bề mặt riêng và đặc biệt là đặc tính tính siêu kỵ nước của vật liệu thu được đã được nghiên cứu. ABSTRACT Carbon nanostructures, nanofibers and nanotubes have so far been a large scientific and industrial interest thanks to their exceptional physical and chemical properties. Among the different potential applications, the use of these carbon nanostructures such as absorption and storage of hydrogen, methane, natural gas, and biogas seems to be very promising. However, the industrial application of the powder of the nanometric carbons whose diameter is about 100 mm is very difficult. In this work, the composites based on the C-CNT and different resins were investigated. By their pyrolysis in absence of the air, the C-CNT composites were achieved. Such properties as mechanical resistance, porosity, specific surface and especially super- hydrophobicity were also examined. . 1. Đặt vấn đề Carbon nanotube đã được khám phá lần đầu tiên vào năm 1991 bởi Iijima. Chúng luôn hấp dẫn đối với các nhà nghiên cứu khoa học cũng như làm kinh tế bởi cấu trúc đặc trưng và những tính chất vật lý và hóa học đặc biệt của loại vật liệu này như: độ bền cơ lớn; khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; độ đen cực cao (hấp thụ 99,9% ánh sáng mặt trời); bề mặt kỵ nước... Cấu trúc của carbon nanotube được nghiên cứu thường tồn tại dưới hai dạng: đơn lớp (SWNT, Single Walled NanoTubes) và đaớpl (MWNT, MultiWalled NanoTubes) [1]. CNT được tổng hợp chủ yếu theo 3 phương pháp: hồ quang điện (electric arc), cắt gọt nhờ laser (Ablation laser) và phân huỷ xúc tác các khí chứa carbon hay kết tụ hóa học trong pha hơi (Chemical Vapor Deposition - CVD). Sau khi đi ra khỏi thiết bị phản ứng, carbon có kích thước nano tồn tại ở dạng bột mịn có 50  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 đường kính khoảng 100nm. Ở kích thước này thì việc ứng dụng chúng vào thực tế sẽ gặp rất nhiều khó khăn; bởi thao tác trên các loại vật liệu này rất khó khăn, gây trở lực lớn cho thiết bị hấp phụ hay lưu trữ dạng đệm cố định (fixed-bed). Việc chế tạo vật liệu tổ hợp C-CNT có cấu trú c trên cơ sở vật liệu n ano carbon là việc làm cần thiết một mặt nhằm hạn chế những điều bất lợi nói trên và có thể sử dụng nó một cách có hiệu quả hơn. 2. Thực nghiệm Với ý tưởng mới của chúng tôi là sử dụng một tác nhân kết dính để định hình, công việc đầu tiên là phải chuẩn bị một composite trên cơ sở là carbon có kích thước nano. Trong đề tài này chúng tôi sử dụng nguyên liệu là carbone nanotube (CNT) và các loại nhựa thông dụng làm tác nhân định hình. Sau khi phân tích chúng tôi đã quyết định chọn ba loại nhựa trong đó có hai loại nhựa nhiệt dẻo là: polyvinyl alcohol (PVA) và polystyren (PS); một loại nhựa nhiệt rắn: phenol -formaldehyde (PF). Đã có nhiều đề tài của nhiều tác giả nghiên cứu về composite của carbon nanotube, tuy nhiên chỉ dừng ở mức độ xem CNT như là tác nhân gia cường để tăng độ bền cơ cho vật liệu polymer trong đó nền polymer đóng vai trò môi trường phân tán cho CNT, và không bị nhiệt phân sau khi định hình. Với cách làm như vậy thì tính chất bề mặt của CNT không được tận dụng một cách triệt để [4-10]. Những ảnh thu được trên hình 1 cho thấy sự khác biệt giữa vật liệu nano carbon trước và sau khi định hình trong nghiên cứu của chúng tôi. (a) (b) (c) Hình 1. Carbon nanotube trước khi định hình (a), sau khi định hình dạng viên (b) và dạng tấm (c) Với mong muốn chuyển tất cả hoặc một phần carbon ...