Tổng hợp cacbon đa mao quản bằng phương pháp khuân mẫu cứng định hướng ứng dụng trong xúc tác và hấp phụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
--------

NGUYỄN QUỐC ANH

TỔNG HỢP CACBON ĐA MAO QUẢN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KHUÔN MẪU CỨNG ĐỊNH HƯỚNG
ỨNG DỤNG TRONG XÚC TÁC VÀ HẤP PHỤ
Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và hóa lí
Mã số: 60.44.01.19

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Minh Cầm

HÀ NỘI – 2017


Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là kết quả nghiên cứu
của cá nhân tôi. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong công trình này là trung
thực. Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công
bố trước đó. Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Học viên

Nguyễn Quốc Anh


LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Bộ Môn Hóa lí thuyết và
Hóa lí – Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

Đầu tiên em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS
Lê Minh Cầm – người đã giao đề tài, tận tình giúp đỡ khích lệ em từ những ngày đầu và
đã dìu dắt em từ những bước đầu tiên đến với thành quả hôm nay.
Và em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, anh chị em, bạn bè trong tổ bộ môn
Hóa Lí thuyết và Hóa lí, các thầy cô trong trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã giúp
đỡ nhiệt tình và luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới những người thân, bạn bè đã luôn bên cạnh
động viên, ủng hộ và giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn
Hà Nội, ngày 22 tháng 6 năm 2017
Học Viên

Nguyễn Quốc Anh


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

SEM

Phương pháp hiển vi điện tử quét

EDX

Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X

BET

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2

CMQTBTT

Cacbon mao quản trung bình trật tự

MQTB

Mao quản trung bình

HĐBM

Hoạt động bề mặt

OMCs

Ordered mesoporous carbon (Cacbon mao quản trung bình trật
tự)

VC

Vỏ chuối

VLMQ

Vật liệu mao quản


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại vật liệu xốp ............................... Error! Bookmark not defined.

Bảng 1.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học .......... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1.3. Một số mô hiǹ h hấp phụ đẳng nhiệt phổ biến ......... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 2.1. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MBError! Bookmark not
defined.
Bảng 3.1.Thông số đặc trưng cho cấu trúc vật liệu .. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2. Thành phần khối lượng các nguyên tố trong vật liệu Fe-OMCs (%) Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.3. Giá tri ̣Ce/Qe ở các nồ ng đô ̣ dung dich
̣ MB khác nhau của Fe-OMCs3Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.4. Giá tri ̣log Ce và log Qe ở các nồ ng đô ̣ dung dich
̣ MB khác nhau .... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.5. Các thông số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của vật
liệu Fe-OMCs3 ......................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.6. Các giá trị ln (Qe-Qt) theo thời gian ở các nồng độ dung dịch MB khác nhau
của vật liệu Fe-OMCs3 ............................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.7. Một số tham số của phương trình động học bậc một biểu kiến ........ Error!
Bookmark not defined.
của Fe-OMCs3 .......................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.8. Một số tham số của phương trình động học bậc hai biểu kiến ......... Error!
Bookmark not defined.
của Fe-OMCs3 .......................................................... Error! Bookmark not defined.


DANH MỤC HÌNH
No table of contents entries found.

MỞ ĐẦU

I. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề nóng trên toàn
cầu. Với đà phát triển của nền kinh tế, xã hội, sự phát triển của các ngành công nghiệp
của các quốc gia trên thế giới đã có những tác động rất lớn đối với môi trường. Trong


những năm gần đây, chúng ta đã phải đối mặt với rất nhiều vấn đề ô nhiễm trong môi
trường không khí: sự biến đổi khí hậu, nóng lên toàn cầu, sự suy giảm tầng ozon, mưa
axit... Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nan giải, đặc biệt ở các đô
thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, ở các làng nghề, khu công nghiệp. Ô nhiễm
môi trường không chỉ làm ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, mà còn tác động
mạnh đến hệ sinh thái và biến đổi khí hậu. Theo số liệu thống kê của Bộ Y tế, trong
những năm gần đây, các bệnh nhân về đường hô hấp có tỷ lệ mắc cao nhất trên toàn
quốc, nguyên nhân chủ yếu là do ô nhiễm không khí gây ra. Để khắc phục tình trạng
này, chúng ta cần phải tìm ra nhiều giải pháp để làm giảm lượng khí thải phát sinh vào
môi trường. Một trong những biện pháp đó là sử dụng các loại vật liệu để hấp phụ các
khí gây ô nhiễm và trong số đó vật liệu cacbon nổi lên là một ứng cử viên sáng giá đầy
tiềm năng.
Vật liệu cacbon với cấu trúc đa thành và đa mao quản đã thu hút được sự quan
tâm vô cùng lớn do có những tính chất độc đáo và tiềm năng ứng dụng to lớn của nó
bao gồm hấp phụ, xúc tác, phân tách khí và lưu trữ năng lượng. Diện tích bề mặt riêng
cao cùng với thể tích mao quản lớn là những đặc tính cần thiết nhất cho những ứng dụng
kể trên và có rất nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau đã được áp dụng để nâng cao
những tính chất này. Gần đây vật liệu kim loại khung hữu cơ (MOFs) với kích thước
mao quản lớn, có khả năng chức năng hóa đã được xem là những chất tạo cấu trúc lý
tưởng cho việc tổng hợp vật liệu cacbon. Tuy nhiên những công trình công bố gần đây
đã chỉ ra những hạn chế của chất tạo cấu trúc này như trong việc điều chỉnh các mao
quản của cacbon, rồi những điều kiên chặt chẽ và tác nhân tinh khiết khi tổng hợp
MOFs. Một vài công trình nghiên cứu đã xác nhận rằng nguồn cacbon thêm vào là
không cần thiết trong quá trình tổng hợp cacbon, MOFs được sử dụng như là chất tạo

cấu trúc do bản thân MOFs đã chứa rất nhiều cacbon rồi. Hơn nữa tất cả các phương
pháp đã áp dụng đều cần đến tác nhân rất đắt tiền và diện tích bề mặt riêng lớn của
MOFs giảm nhanh khi qui trình được mở rộng ra ngoài phạm vi phòng thí nghiệm. Bởi
vậy việc áp dụng phương pháp tổng hợp dùng MOFs là chất tạo cấu trúc trong công
nghiệp bị hạn chế rất nhiều. Người ta cũng chứng minh được rằng chức năng hóa vật
liệu cacbon bằng các nhóm chứa nitơ làm tăng tính chất dẫn điện, tăng khả năng chống


oxi hóa và có những tính chất bề mặt khác nhau. Điều đó dẫn đến làm tăng vượt bậc
khả năng ứng dụng của vật liệu cacbon.
Gần đây, một hướng tổng hợp vật liệu nano trên cơ sở cacbon từ sinh khối thay
cho những qui trình sử dụng các chất hóa học rất được quan tâm vì nguồn sinh khối là
sẵn có, kinh tế, và không độc hại. Vật liệu cacbon tổng hợp từ phế thải sinh khối có
nhiều ứng dụng trong hấp phụ, xúc tác. Các phế phẩm sinh khối do sẵn có, ít có giá trị
kinh tế, thân thiện môi trường được xem là nguồn vật liệu tiềm tàng để tổng hợp các vật
liệu cacbon. Cho tới nay, một số quá trình kỹ thuật như cacbon hóa thủy nhiệt, hoặc
nhiệt phân trực tiếp đã được sử dụng để tổng hợp vật liệu cacbon. Tuy nhiên vẫn chưa
có một qui trình chung và hoàn thiện nào cho tổng hợp cacbon mao quản từ nguồn sinh
khối thô. Xuất phát từ những phân tích như trên, em đã chọn đề tài “Tổng hợp cacbon
đa mao quản bằng phương pháp khuôn mẫu cứng định hướng ứng dụng trong xúc
tác và hấp phụ" với mục đích chế tạo nên một loại vật liệu trên cơ sở cacbon có cấu
trúc đa thành, đa mao quản có nhiều ứng dụng thực tiễn đặc biệt trong hấp phụ phân
tách khí.
Để đạt mục đích này, trong nghiên cứu của em, vật liệu cacbon được tổng hợp
sử dụng F127 và tổ hợp trên cơ sở Al là chất tạo cấu trúc, vỏ chuối là tiền chất. Vỏ chuối
là một phế thải nông nghiệp, là nguồn xenlulozơ chứa rất nhiều các nhóm chức hữu cơ,
lignin, pectin và protein. Dựa trên tương tác giữa các nhóm chức bề mặt như –COOH,
-OH của vỏ chuối và ion Al3+, tổ hợp Al3+ sẽ được hình thành nhờ quá trình hấp phụ và
tạo liên kết. Tổ hợp Al3+ này sẽ là chất tạo cấu trúc cho vật liệu carbon mao quản. Polime
trên cơ sở Al3+ này đã được chứng minh là có cấu trúc 3D và đã được dùng làm tiền tố

để tổng hợp vật liệu cacbon với bề mặt riêng cao, thể tích mao quản lớn.
II. Mục đích nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu cacbon đa mao quản bằng phương pháp khuôn mẫu cứng,
nguồn cacbon được tận dụng từ một nguồn phụ phẩm nông nghiệp là vỏ chuối. Xác
định đặc trưng xốp của vật liệu chế tạo được.
- Khảo sát tính chất hấp phụ và tính chất xúc tác của vật liệu tổng hợp được trong xử lí
môi trường.
III. Nhiệm vụ nghiên cứu


- Sưu tầm, nghiên cứu các bài báo, tạp chí, sách và các tài liệu chuyên ngành
khác liên quan đến vấn đề đang nghiên cứu nhằm xây dựng tổng quan cho luận văn.
- Xây dựng quy trình tổng hợp hiệu quả vật liệu cacbon đa mao quản đi từ vỏ
chuối và chất tạo cấu trúc F127.
- Bước đầu nghiên cứu khả năng hấp phụ và chuyển hóa CO2 (hoặc CO) của vật
liệu cacbon tổng hợp được.
IV. Phương pháp tiến hành nghiên cứu
Các phương pháp thực nghiệm:
- Thực hiện quá trình than hóa, hấp phụ và xúc tác tại phòng thí nghiệm.
Các phương pháp đặc trưng vật liệu:
- Phương pháp SEM, TEM: xác định hình thái học và cấu trúc lớp của vật liệu.
- Phương pháp BET: xác định bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản.
Các phương pháp xác định thành phần của nguyên liệu và sản phẩm.
- Phương pháp EDX xác định sự có mặt của các nguyên tố và hàm lượng của các
nguyên tố có trong vật liệu.
- Phương pháp sắc kí để xác định hàm lượng các chất khí.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về vật liệu cacbon mao quản

Vật liệu có mao quản thường được đánh giá qua tính chất xốp của nó. Các thông
số mô tả tính chất xốp gồm:
- Thể tích lỗ xốp riêng: là không gian rỗng tính cho 1 đơn vị khối lượng (cm3/g).
- Diện tích bề mặt riêng: là diện tích bề mặt tính cho 1 đơn vị khối lượng, bao
gồm tổng diện tích bề mặt bên trong mao quản và bên ngoài các hạt (m2/g).
- Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định hình dáng mao quản, song
có 4 loại mao quản được thừa nhận: mao quản hình trụ, hình cầu, hình que và hình chai.
Phân bố kích thước mao quản hoặc phân bố lỗ xốp dựa trên những giả thiết về
hình dáng mao quản, chúng được xác định theo sự biến đổi của thể tích hoặc diện tích
mao quản với kích thước mao quản. Theo IUPAC, vật liệu mao quản được chia thành
3 loại dựa trên đường kính mao quản của chúng.
Trong đó :
- Vật liệu mao quản nhỏ dmq < 2 nm
- Vật liệu mao quản trung bình 2nm < dmq< 50 nm
- Vật liệu mao quản rộng dmq> 50 nm
dmq là đường kính mao quản
Có rất nhiều định nghĩa, tuy nhiên có thể nói chung rằng, vật liệu cacbon mao
quản là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp, do đó có
diện tích bề mặt rất lớn, khoảng từ 500-2500m2/g thường được đặc trưng bằng cấu trúc
với mao quản phân tán, tạo nên từ các mao quản với kích thước và hình dạng khác nhau
và cấu trúc mao quản phân bố rộng, cho thấy khả năng tích điện lớn. Vật liệu cacbon
mao quản là chất hấp phụ quí và linh hoạt, được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích
như loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước
thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không khí, trong kiểm soát ô
nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ, trong làm sạch nhiều hóa
chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm và nhiều ứng dụng trong pha khí. Chúng cũng
được biết đến trong nhiều ứng dụng trong y học, được sử dụng để loại bỏ các độc tố và
vi khuẩn của một số bệnh nhất định. Cacbon là thành phần chủ yếu của loại vật liệu này
với hàm lượng khoảng 85 –95%.

Tuy nhiên, đối với các vật liệu cacbon mao quản nhỏ có nhiều hạn chế như :


- Các phân tử có kích thước lớn không khuyếch tán được vào trong mao quản
để tiếp xúc với các tâm hoạt động ở đó.
- Các phân tử có kích thước lớn không thể khuyếch tán được vào trong mao quản
để tạo ra tính chất bề mặt mong muốn như xúc tác, hấp phụ,...
Vì vậy, trong những năm gần đây, người ta đã nghiên cứu rất nhiều, chế tạo ra
vật liệu cacbon mao quản trung bình để tăng cường khả năng sử dụng vật liệu.
1.1.1. Tổng quan về vật liệu cacbon mao quản trung bình
Vật liệu cacbon mao quản trung bình được biết đến là loại vật liệu có mao quản
đồng đều, kích thước mao quản lớn (đường kính mao quản từ 20 nm đến 50 nm), diện
tích bề mặt riêng lớn ( >1000 m2/g), do đó vật liệu chứa nhiều tâm hoạt động trên bề
mặt nên dễ dàng tiếp cận với tác nhân phản ứng. Tuy nhiên, vật liệu mao quản trung
bình không phải là vật liệu tinh thể. Mặc dù các mao quản được phân bố theo quy luật
tuần hoàn như trong mạng tinh thể, nhưng nhìn ở góc độ gần thì các phân tử (ion, nguyên
tử, nhóm nguyên tử,...) lại liên kết với nhau một cách vô định hình. Như vậy, có thể
xem vật liệu mao quản trung bình là "giả tinh thể". Vật liệu mao quản trung bình chứa
ít nhóm chức trên bề mặt. Vật liệu mao quản trung bình có thể phân loại theo cấu trúc
theo các dạng sau :
- Cấu trúc lục lăng.
- Cấu trúc lập phương.
- Cấu trúc lớp mỏng.
1.1.2. Tổng quan về than hoạt tính
Than hoạt tính là một sản phẩm từ cacbon đã được xử lý để tạo nên cấu trúc lỗ
xốp nhằm nâng cao diện tích bề mặt riêng của than. Thành phần chủ yếu của than hoạt
tính là cacbon ở dạng vô định hình kết hợp với một phần nhỏ cacbon ở dạng tinh thể
graphit. Ngoài cacbon ra thì than hoạt tính còn bao gồm nhiều nguyên tố hóa học khác
như: Silic, oxi, hiđro, lưu huỳnh, nitơ,....Than hoạt tính có bề mặt riêng rất lớn (từ 500
đến 2500 m2/g), kích thước mao quản nhỏ (đường kính mao quản nhỏ hơn 2nm). Bên

trong than hoạt tính có rất nhiều ngóc ngách như một hang động với kích thước vô cùng
bé và có khả năng hấp phụ các loại khí có kiểu liên kết ion hoặc cộng hóa trị phân cực.
Các loại chất này được hấp phụ và được giữ lại trên bề mặt than hoạt tính. Do vậy, than


hoạt tính có dung lượng hấp phụ tương đối lớn đối với các chất khí, hơi cũng như chất
tan khác.
1.2. Phế thải nông nghiệp
Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, do đa dạng về sinh thái nên chủng
loại cây ăn quả của nước ta rất đa dạng, có tới trên 30 loại cây ăn quả khác nhau, thuộc
3 nhóm là: cây ăn quả nhiệt đới (chuối, dứa, xoài…), á nhiệt đới (cam, quýt, vải, nhãn…)
và ôn đới (mận, lê…). Một trong các nhóm cây ăn quả lớn nhất và phát triển mạnh nhất
là nhãn, vải và chôm chôm, tiếp theo đó là chuối. Việt Nam là một trong những xứ sở
của chuối với nhiều giống chuối rất quý như: chuối tiêu, chuối tây, chuối bom, chuối
ngự... Các giống chuối của Việt Nam không chỉ phong phú về kích cỡ, hương vị mà còn
có những giá trị sử dụng rất khác nhau. Ở Việt Nam, chuối cũng là loại trái cây có diện
tích và sản lượng cao. Với diện tích chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái của Việt Nam
hàng năm, chuối có sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn.
Như vậy, chuối là một loại hoa quả phổ biến, rẻ tiền và có quanh năm ở nước ta.
Ăn chuối rất tốt cho sức khỏe còn vỏ chuối là phế phẩm cần tiêu hủy. Tuy nhiên, với
sản lượng chuối tiêu thụ ở nước ta lớn như vậy, chúng ta đang phải đối mặt với một
lượng rác thải vô cùng lớn từ vỏ chuối, gây ra ô nhiễm môi trường. Trong khi đó, các
nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh vỏ chuối có rất nhiều công dụng , có thể sử
dụng theo nhiều cách khác nhau để phục vụ một cuộc sống thân thiện với môi trường
hơn. Trước thực trạng đó, em sử dụng vỏ chuối để nghiên cứu, chế tạo ra các vật liệu
hấp phụ. Nếu nghiên cứu này thành công, có thể mở ra một hướng đi mới trong việc
chế tạo cacbon đa mao quản, ứng dụng trong xử lý môi trường và công nghệ hóa học.
1.3. Phương pháp tổng hợp vật liệu CMQTBTT
Năm 1992, các nhà khoa học thuộc tập đoàn dầu mỏ Mobil [9] đã tổng hợp được
họ silic MQTB kí hiệu là M41S, hình thành phương pháp mới “khuôn mẫu mềm”. Trong

đó, sử dụng các phân tử hữu cơ là chất tạo cấu trúc tinh thể lỏng nhằm cung cấp không
gian cho việc hình thành vật liệu silic mao quản trung bình.
Năm 1999, Ryoo và các cộng sự [28] thay vì sử dụng các chất HĐBM là phân tử hữu
cơ để tạo cấu trúc tinh thể lỏng thì vật liệu silic mao quản trung bình có trật tự cao được
sử dụng như khuôn mẫu cứng gọi là phương pháp “khuôn mẫu cứng”.
1.3.1. Phương pháp khuôn mẫu mềm


Phương pháp khuôn mẫu mềm là phương pháp sử dụng chất tạo cấu trúc là chất
HĐBM. Cấu trúc vật liệu tạo thành thay đổi phụ thuộc vào bản chất chất HĐBM và môi
trường tổng hợp. Có nhiều cơ chế hình thành cấu trúc của vật liệu. Một trong những cơ
chế được chấp nhận nhiều nhất là cơ chế tinh thể lỏng (Liquid crystal templating). Theo
cơ chế này, chất HĐBM tự sắp xếp thành các pha tinh thể lỏng. Sau đó thêm tiền chất
vào dung dịch, các phần tử tiền chất tương tác với pha tinh thể lỏng, sau đó quá trình
polime hóa sẽ tạo nên tường thành của vật liệu. Chất tạo cấu trúc (HĐBM) được tách
ra, vật liệu xốp MQTB được hình thành (hình 1. a) [17]
Ngoài cơ chế trên, còn cơ chế tự sắp xếp (hình 1. B) hiện nay vẫn còn được tranh
cãi: chất HĐBM tương tác với tiền chất tạo thành cụm chất (cluster) trước khi tự sắp
xếp thành một cấu trúc cụ thể. Sau khi tách chất HĐBM thì cấu trúc MQTB ổn định
được hình thành [17].
Khi tổng hợp bằng phương pháp khuôn mẫu mềm, cấu trúc vật liệu silic mao quản
trung bình trật tự phụ thuộc vào độ dài của mạch cacbon, nhóm chức của chất HĐBM
cũng như phụ thuộc vào nồng độ của chất HĐBM. Vật liệu silic mao quản trung bình
trật tự được tổng hợp bằng phương pháp này có cấu trúc đồng nhất, sắp xếp trật tự. Tuy
nhiên, đối với nguồn là cacbon thì việc kiểm soát kích thước mao quản khó khăn, dẫn
đến cấu trúc vật liệu tổng hợp không đồng đều.
1.3.2. Phương pháp khuôn mẫu cứng
Năm 1999, Ryoo và cộng sự [28] tổng hợp vật liệu cacbon mao quản trung bình
có độ trật tự cao bằng phương pháp khác là phương pháp khuôn mẫu cứng đã khắc phục
được những hạn chế đó.

Ưu điểm của phương pháp khuôn mẫu cứng:
- Tiền chất cacbon xâm nhập dễ dàng vào trong mao quản trung bình của silic,
quá trình cacbon hóa được thực hiện ở nhiệt độ thấp khoảng 100-1600C.
- Phương pháp này cho phép tạo vật liệu OMCs như một bản sao ngược của
mẫu. Tức là, không gian bị chiếm bởi các nguyên tử silic được chuyển thành mao quản
trong vật liệu OMCs và mao quản trong vật liệu silic MQTBTT bị các nguyên tử cacbon
chiểm đóng.
- Phương pháp khuôn mẫu cứng về nguyên tắc cho phép kiểm soát chính xác
khối lượng mao quản và kích thước mao quản, đặc biệt là vật liệu tổng hợp rất trơ về


mặt hóa học-một yêu cầu để chịu được giai đoạn xử lí axit mạnh trong bước loại bỏ mẫu
[18].
+) Nguyên liệu tổng hợp:
- Chất tạo cấu trúc: là vật liệu rắn xốp với hệ thống mao quản trung bình ổn
định, kích thước mao quản trung bình, sắp xếp trật tự như MCM-41, MCM-50, SBA15...
- Tiền chất cacbon (nguồn cacbon): saccarozơ, rượu furfuryl, nhựa phenol,
poli(đivinyl benzen), acrilonitrin, pyrol và polistiren... có thể được sử dụng.
- Chất xúc tác cho quá trình cacbon hóa là H2SO4 và dung môi là H2O.
+) Nguyên tắc tổng hợp:
Sử dụng silica SBA-15 làm chất tạo cấu trúc, quá trình tổng hợp:
Giai đoạn 1: Cacbon hóa
Đầu tiên, sự xâm nhập của các tiền chất cacbon (nguồn cacbon) vào bên trong hệ
thống mao quản của chất tạo cấu trúc SBA-15, dẫn đến sự tạo thành hỗn hợp siliccacbon. Hỗn hợp này được sấy ở 1000C trong 6 giờ, tiếp tục nâng nhiệt độ lớn 1600C
trong 6 giờ tiếp theo.
Giai đoạn 2: Hoạt hóa
Hỗn hợp được hoạt hóa trong dòng khí N2 ở 8000C trong 6 giờ tạo vật liệu Si/C.
Giai đoạn 3: Loại bỏ silic
Cấu trúc khung cacbon sẽ được giữ lại nguyên vẹn sau khi loại bỏ silic bằng dung
dịch HF 9% qua đêm, lọc lấy phần chất rắn, sấy khô ở 800C trong 8 giờ [17].

1.4. Tổng quan về hấp phụ
1.4.1. Hiện tượng hấp phụ
Hiện tượng hấp phụ là sự tăng nồng độ của khí (hơi hoặc lỏng) trên bề mặt phân
cách pha (rắn-khí hoặc rắn –lỏng).
Chất hấp phụ là chất có bề mặt thực hiện sự hấp phụ. Chất bị hấp phụ là chất bị
thu hút lên bề mặt chất hấp phụ. Các chất hấp phụ có bề mặt càng phát triển thì khả
năng hấp phụ càng tốt. Để có thể so sánh khả năng hấp phụ giữa các chất người ta sử
dụng khái niệm bề mặt riêng: đó là diện tích bề mặt của chất hấp phụ tính cho một gam
chất hấp phụ, có đơn vị m2/g. Bề mặt riêng có thể khác nhau phụ thuộc vào bản chất vật
liệu và quá trình điều chế, ví dụ silicagen là 200-700m2/g, zeolit là 500-800m2/g…


Ngược lại với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ là quá trình các chất bị
hấp phụ đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ.
Trong hấp phụ, các phân tử (nguyên tử) của chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt
chất hấp phụ bằng các lực tương tác khác nhau. Tùy thuộc vào bản chất của lực hấp phụ
người ta chia ra 2 loại hấp phụ là : hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học.
Sự hấp phụ vật lý là sự hấp phụ xảy ra khi lực tương tác giữa các phân tử (nguyên
tử hoặc ion) của chất bị hấp phụ với chất hấp phụ là tương tác Van der Waals, đó là các
lực tương tác lưỡng cực- lưỡng cực giữa các phân tử hoặc các nhóm phân tử. Hấp phụ
vật lí là quá trình thuận nghịch.
Sự hấp phụ hóa học là hấp phụ xảy ra khi có liên kết hóa học giữa chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Các liên kết hóa học đó có thể là: liên kết hóa trị, liên kết ion, liên kết
phối trí…hấp phụ hóa học là cơ sở cho xúc tác dị thể.
Người ta phân biệt hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lí có thể dựa vào các tiêu chuẩn
sau đây: nhiệt hấp phụ, tốc độ hấp phụ và nhiệt độ hấp phụ. Tuy nhiên trong thực tế sự
phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối, không có ranh giới rõ rệt
giữa 2 loại hấp phụ này.
Bảng 1.: Hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học
Thông số

Chất hấp
phụ
Chất bị hấp
phụ
Nhiệt hấp
phụ

Hấp phụ vật lí

Hấp phụ hóa học

Tất cả vật rắn

Một vài loại vật rắn

Tất cả các chất khí dưới nhiệt độ
tới hạn
Thấp (khoảng 20 kJ/mol và hầu
như không đổi), thường gần
bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi
của chất bị hấp phụ

Một vài chất khí hoạt tính hóa
học, chất lỏng
Khá lớn, khoảng từ 40 ÷ 80
kJ/mol, gần bằng nhiệt của phản
ứng hóa học.

Tốc độ,
năng lượng

hoạt hóa

Rất nhanh, E thấp (~ 0)

Chậm, E khá lớn và gần bằng
năng lượng của phản ứng hóa học

Lượng chất
bị hấp phụ

Có thể tạo thành nhiều lớp (đa
lớp)

Xảy ra ít và thường không hơn
một lớp trên bề mặt chất hấp phụ
(đơn lớp)


Khả năng
thuận
nghịch
Trạng thái
chất bị hấp
phụ
Sự hấp phụ
chọn lọc
Ý nghĩa

Thường là thuận nghịch, quá
trình ở trạng thái cân bằng động:

Hấp phụ
Khử hấp phụ

Thường thì bất thuận nghịch

Trạng thái và tính chất hóa lí của
Trạng thái chất bị hấp phụ thường
chất bị hấp phụ không thay đổi
bị thay đổi
(lực Van Der Walls)
Có tính chọn lọc cao, phụ thuộc
Không có sự chọn lọc, tất cả bề
vào tính chất bề mặt của xúc tác
mặt rắn đều có khả năng hấp phụ
và tính chất chất bị hấp phụ
Xác định tính chất bề mặt, độ
Xác định tâm xúc tác và đánh giá
“xốp” (rỗng)
động học của phản ứng bề mặt

1.4.2. Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [4]
1.4.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Thuyết hấp phụ Langmuir được xây dựng trên cơ sở thuyết động học phân tử và
dùng để mô tả quá trình hấp phụ khí hay hơi trên bề mặt vật rắn, thuyết gồm 3 luận
điểm chính:
- Bề mặt vật rắn gồm một số có hạn những vị trí hấp phụ độc lập. Mỗi vị trí chỉ hấp phụ
một phân tử khí. Do đó quá trình hấp phụ khí bay hơi trên bề mặt vật rắn phải tiến tới
tạo nên một lớp hấp phụ đơn phân tử.
- Các vị trí hấp phụ đều có ái lực như nhau đối với khí được hấp phụ, tức là bề mặt vật
hấp phụ là đồng nhất, đặc biệt các vị trí hấp phụ đều có nhiệt hấp phụ như nhau.

- Không có tương tác giữa các phân tử đã được hấp phụ.
Đối với sự hấp phụ chất tan trong dung dịch trên bề mặt chất hấp phụ rắn phương
trình Langmuir được viết dưới dạng :
qe  qm

K LCe
1  K LCe

(1.2)

Ở dạng tuyến tính, phương trình này có dạng:

Trong đó :

𝐶𝑒
1
𝐶𝑒
=
+
𝑞𝑒 𝑞𝑚 𝐾𝐿 𝑞𝑚

(1.3)

qe : dung lượng hấp phụ của chất bị hấp phụ.
qm: lượng chất bị hấp phụ cực đại đơn lớp trên một đơn vị khối lượng chất

bị hấp phụ.


KL: hằng số hấp phụ Langmuir (phụ thuộc vào bản chất hệ hấp phụ và

nhiệt độ).
Ce: nồng độ cân bằng của dung dịch.
Từ các giá trị thực nghiệm của qe và Ce bằng cách xử lý hồi quy tuyến tính theo
phương trình (1.3) ta sẽ xác định được các tham số qmvà KL.
1.4.2.2. Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt BET (Brunauer-Emmet-Teller)
Trong thực tế người ta thấy có nhiều dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ khác với
đường đẳng nhiệt Langmuir. Các nhà khoa học Brunauer, Emmet, Teller đã tìm ra lý
thuyết giải thích và diễn tả định lượng mối quan hệ đó dưới dạng phương trình đẳng
nhiệt mang tên BET. Để thiết lập phương trình đẳng nhiệt BET người ta thừa nhận các
giả thiết của Langmuir, song còn bổ sung thêm các luận điểm sau:
- Entanpi hấp phụ của các phân tử không thuộc lớp thứ nhất đều bằng nhau và bằng
entanpy hóa lỏng.
- Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng ở áp suất bão hòa.
Dựa trên cơ sở đó, người ta đã thiết lập được phương trình BET :
p
Va ( p  p)
0

Trong đó:



1
(c  1). p

Vmc Vm .c. p 0

(1.4)

Va: thể tích N2 bị hấp phụ tại áp suất cân bằng P.

P0: áp suất bão hòa.
Vm: thể tích khí N2 cần thiết để phủ hết bề mặt vật rắn tạo thành một lớp

đơn phân tử.
c: hằng số BET.
Đường đẳng nhiệt BET tuân theo quy luật tuyến tính đối với nhiều hệ chất hấp
phụ, thích hợp với mao quản lớn. Vẽ đồ thị

p
Va ( p  p)
0

theo

p
trong khoảng áp suất
p0

p
bằng 0,05-0,30 ta được một đường thẳng cho phép xác định Vm và C. từ đó tính
p0

được diện tích bề mặt riêng.
1.4.2.3. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là một phương trình kinh nghiệm áp
dụng cho sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất và có dạng sau:


qe= KF Ce1/n

(1.5)

Ở dạng tuyến tính, phương trình này có dạng:
lnqe = lnKF + 1/n lnCe
Trong đó :

(1.6)

Ce: nồng độ cân bằng của dung dịch.
qe : dung lượng cân bằng hấp phụ.
KF : hằng số Freundlich đặc trưng dung lượng hấp phụ và cường độ hấp phụ.
n: hằng số thực nghiệm.

Các tham số KF và n cũng có thể xác định được từ các số liệu qe và Ce bằng
phương pháp hồi quy tuyến tính theo phương trình (1.6).
1.5. Thực trạng về vấn đề ô nhiễm môi trường bởi các chất VOC
1.5.1. Định nghĩa về VOC
VOC – Volatile organic compounds là hỗn hợp các chất hữu cơ bay hơi trong
không khí làm ô nhiễm môi trường. VOC thực chấ t là các hóa chấ t có gốc Carbon, bay
hơi rấ t nhanh. Khi đã lẫn vào không khí, nhiề u loại VOC có khả năng liên kế t lại với
nhau hoặc liên kết với các phần tử khác trong không khí tạo ra các hợp chấ t mới. Mô ̣t
số không đô ̣c hại lắm. VOC có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc do con người tạo ra. Trong
tự nhiên, đa số các VOC phát sinh từ thực vật. Các chất thải từ thực vật hầu như phát
xạ xảy ra ở lá, từ các lỗ khí trên lá. Các chất thải thường là isopren, tecpen, được thải ra
với số lượng lớn. Tuy nhiên, cụm từ VOC thường dùng đểnói đế n hỗn hợp các chấ t hữu
cơ đô ̣c hại xuấ t phát từ các sản phẩ m do con người chế tạo. Chẳng hạn như
formaldehyle, được phát ra từ nhiều vật liệu xây dựng như sơn, keo dán, ván tường,...
làm cho con người bị dị ứng và cảm thấy không thoải mái. Ngoài ra , VOC còn được
phát thải nhiều trong các tòa nhà văn phòng, bao gồm các đồ nội thất mới, các vật dụng
văn phòng như máy photocopy. Công nghiệp sản xuất sơn, do dùng nhiều dung môi là

chất hữu cơ, cũng phát thải ra rất nhiều khí VOC, gây ô nhiễm môi trường.
1.5.2. Tác hại của các chất VOC đối với môi trường và sức khỏe
Vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là sự suy giảm chất lượng không khí hiện
đang là mối quan tâm hàng đầu thế giới, đặc biệt là ở các quốc gia có nền công nghiệp
phát triển. Một lượng lớn các chất hữu cơ dễ bay hơi VOC khác nhau được thải vào khí
quyển hàng ngày. Hỗn hợp khí này có thể được tìm thấy trong hàng ngàn sản phẩm.
Theo Cơ quan Bảo vê ̣ Môi sinh của Mỹ thì 9% hợp chấ t gây ô nhiễm môi trường là do


hàm lượng VOC từ trong sơn thải ra, chủ yếu là ở 2 thành phần chính là dung môi và
phụ gia. Nhiều nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và chỉ ra rằng, mô ̣t số hóa chấ t
được tìm thấ y trong những dòng sơn không tốt đã gây tác hại xấ u đế n thai nhi. Con
người dễ bị dị ứng, đau đầu, chóng mặt, nhức mắt, khó thở khi vừa tiế p xúc với các loại
sơn đó. VOC có thể gây khó chịu mắt và da, các vấ n đề liên quan đế n phổ i và đường hô
hấ p, gây nhức đầu, chóng mặt, các cơ bị yế u đi hoặc gan và thận bị hư tổ n. Vì vậy, mối
quan tâm về an sinh, sức khỏe ngày càng được chú trọng.
Tại thị trường Việt Nam ngày này, nhiều loại sơn có tác hại xấu đến sức khỏe và
môi trường sống được sử dụng rất nhiều, để sơn nhà ở, nơi làm việc, các tòa nhà, công trình
công cộng.Đó là những loại sơn có hàm lượng VOC rấ t cao như sơn dầu, sơn Polyurethane
(PU), sơn Nitro Cellulose (NC)…
1.5.3. Biện pháp xử lí khí VOC
Trước những tác hại của khí VOC như vậy, việc xử lí khí VOC là một vấn đề
cần phải được chú trọng. Có rất nhiều biện pháp để xử lí khí VOC. Một số phương pháp
đã được áp dụng nhiều trên thế giới như: phương pháp hấp thụ, phương pháp lọc sinh
học, phương pháp sử dụng các chất xúc tác để oxy hóa các khí ô nhiễm,...
1.6. Tổng quan về quá trình quang hóa
1.6.1. Đặc điểm chung của phản ứng quang hóa
Quang hóa học là một bộ phận của động hóa học nghiên cứu những phản ứng xảy ra do
tác dụng của ánh sáng, chủ yếu là ánh sáng nhìn thấy (khả kiến) và tử ngoại có bước
sóng (độ dài sóng) xấp xỉ từ 8000 đến 2000 A0. Các phản ứng có thể thực hiện trong

pha khí hoặc pha lỏng và cả trong pha rắn. Chúng có thể là phản ứng phân hủy hay tổng
hợp, hoặc là phản ứng oxi hóa hay khử, phản ứng cộng, phản ứng đime hóa, polime
hóa, đồng phân hóa...
Hầu hết các phản ứng quang hóa học đều phức tạp diễn ra làm nhiều giai đoạn nối tiếp
nhau, có cơ chế dây chuyền và chỉ thực sự là quang hóa học ở giai đoạn đầu tiên cấp
(phân tử hấp thụ ánh sáng và có biến đổi hóa học kèm theo ngay trong quá trình tiên
cấp), còn các quá trình sơ cấp hóa học khác tiếp theo (gọi là quá trình thứ cấp) chỉ là
những phản ứng nhiệt bình thường không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng.
1.6.2. Cơ sở nguyên lí cho việc cắt giảm CO2 bằng quang xúc tác


Sự chuyển đổi CO2 bằng xúc tác quang sử dụng các chất bán dẫn để thúc đẩy các
phản ứng trước tác dụng của bức xạ ánh sáng được gọi là quang hợp nhân tạo. Quá trình
quang hợp nhân tạo bằng các chất xúc tác quang oxit kim loại gồm ba bước:
- Tạo ra các hạt mang điện (cặp electron – lỗ trống) khi hấp thụ photon có năng lượng
thích hợp từ việc chiếu xạ ánh sáng.
- Tách các hạt mang điện và di chuyển chúng.
- Phản ứng hóa học giữa bề mặt đặc biệt và các hạt mang điện [14, 15].

Hình 1. : Sự tạo thành một cặp eletron-lỗ trống được chuyển đến bề mặt chất bán dẫn
cho quá trình khử CO2.
Quá trình chuyển đổi CO2 nhờ xúc tác quang hóa là sự kết hợp phức tạp giữa quá
trình quang vật lí và quá trình quang hóa học. Phản ứng oxi hóa – khử được thực hiện
bởi trạng thái kích thích của photon khi năng lượng của photon bằng hoặc lớn hơn so
với năng lượng của vùng cấm của chất bán dẫn được thực hiện bởi một xúc tác quang
hóa. Sau đó, các electron bị kích thích từ vùng hóa trị (VB) lên vùng dẫn (CB). VB là
vùng có năng lượng cao nhất bị chiếm bởi các electron và vùng CB là vùng có năng
lượng thấp nhất không bị chiếm bởi các electron ở trạng thái cơ bản [16].

Hình 1. : Sơ đồ trạng thái kích thích

của photon và quá trình chuyển
electron

Hình 1.: Các cấu hình của CO2 bị hấp
phụ trên bề mặt của chất xúc tác quang


Các electron và lỗ trống phải trải qua một trạng thái chuyển tiếp bên trong. Chúng
có thể di chuyển đến bề mặt rồi tái kết hợp tại các vị trí tâm xúc tác thông qua con đường
bức xạ hoặc không phát xạ. Ngoài ra, các electron có thể đi đến bề mặt của chất bán dẫn
và phản ứng với bề mặt hấp phụ đặc biệt (như CO2 trong trường hợp này) nếu quá trình
tái kết hợp xảy ra chậm hơn so với các phản ứng xảy ra trong quá trình chuyển tiếp [17].
Tuy nhiên, không phải tất cả các electron tới bề mặt đều có thể làm giảm hàm lượng
CO2 – một hợp chất rất ổn định và trơ về mặt nhiệt động học. So với tất cả các phương
pháp đã đề cập ở trên, quá trình khơi mào đều yêu cầu năng lượng kích thích cao hoặc
nhiệt độ cao hoặc áp suất cao [18] thì phương pháp quang hóa không yêu cầu năng
lượng thêm, ngoại trừ bức xạ mặt trời. Việc tạo ra các electron quang hóa ở vùng có thế
khử cao hơn có thể thắng được quá thế với mong muốn cho một phản ứng hóa học dự
kiến có thể xảy ra. Thế khử đặc trưng cho quá trình một tiểu phân có khả năng nhận
electron. Tiểu phân có thể khử thấp sẽ đóng vai trò là cực dương và sẽ nhận electron
(nghĩa là chúng bị khử) và tiểu phân có thế khử cao hơn sẽ đóng vai trò là cực âm và sẽ
nhường electron (bị oxi hóa) [19]. Trong quá trình chuyển hóa CO2 thành CO hoặc
hiđrocacbon, các electron trong chất bán dẫn cần phải tạo được thế lớn hơn hóa thế của
cực âm, trong khi với chất oxi hóa là nước, các lỗ trống cần phải có thế lớn hơn thế của
cực dương. Các phương trình từ (1) đến (8) sau đây mô tả quá trình biến đổi CO2 dưới
tác dụng và năng lượng mặt trời và thế khử tương ứng ở pH = 7 [20].
STT

Phản ứng

E0 (V vs NHE)

1

CO2 + 2e → CO2-

-1,9

2

CO2 + 2H+ + 2e → HCOOH

-0,61

3

CO2 + 2H+ + 2e → CO + H2O

-0,53

4

CO2 + 4H+ + 4e → HCHO + H2O

-0,48

5

CO2 + 6H+ + 6e → CH3OH + H2O

-0,38

6

CO2 + 8H+ + 8e → CH4 + 2H2O

-0,24

7

2H2O + 4e → O2 + 4H+

0,81

8

2H+ + 2e → H2

-0,42

Từ các giá trị về thế khử ở bảng trên, ta thấy việc hình thành khí CH4 và CH3OH cho
nhiều thuận lợi trong việc giảm thiểu khí CO2 về mặt nhiệt động học. Tuy nhiên, xét về


mặt động học thì việc hình thành CH4 và CH3OH khó hơn so với CO, HCHO và
HCOOH bởi vì chúng cần nhiều electron hơn cho quá trình hình thành phản ứng [21].
CO2 + 2H2O → CH3OH + 3/2O2

ΔG0 = 702,2 kJ/mol

CO2 + 2H2O → CH4 + 2O2

ΔG0 = 818,3 kJ/mol


CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Vật liệu, hóa chất và dụng cụ
Hóa chất và nguyên liệu sử dụng trong quá trình thực nghiệm và nguồn gốc, xuất
xứ của chúng được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 2.1. Hóa chất và nguyên liệu sử dụng trong luận văn
STT

Hóa chất, nguyên liệu

Nguồn gốc, xuất xứ

1

Vỏ chuối

PTN Hóa lý thuyết và Hóa lý

2

AlCl3.9H2O

Trung Quốc

3

Triblock copolymer F127

Merk

4

Ethanol 99,99%

Trung Quốc

5

HF 20%

Trung Quốc

6

m-xilen

Trung Quốc

7

Titanium(IV) isopropoxide 97%

Sigma-Aldrich

8

HNO3

9

Cd(CH3COO)2.2H2O

Trung Quốc

10

Thioure

Trung Quốc

11

HPLC

Sắc kí lỏng hiệu năng cao

2.2. Quy trình chế tạo vật liệu
2.2.1. Tổng hợp vật liệu cacbon từ vỏ chuối
- Vỏ chuối được rửa bằng nước cất, sấy khô, xay thành bột. Sau đó 1,5 kg vỏ chuối được
ngâm trong dung dịch Al(NO3)3 có nồng độ xác định ở nhiệt độ 343K trong vòng 7
ngày. Trong quá trình này, các ion Al3+ sẽ liên kết với các nhóm chức cacboxylic (COOH) và nhóm hyđroxyl (-OH) trên bề mặt của vỏ chuối.
- Lọc, gạn sản phẩm, sau đó sấy khô ở nhiệt độ 343K. Kết quả là ta sẽ thu được một
phức hợp của nhôm có màu vàng, kí hiệu YACs.
- Tiếp theo, phức hợp của nhôm đó được ngâm trong dung dịch etanol có pha triblock
copolime ở một tỉ lệ thích hợp trong vòng 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, mẫu được
polime hóa ở 393K trong vòng 24 giờ. F127 có tác dụng tạo khung, định hình cho vật

liệu. Hợp chất thu được kí hiệu là DYCs có màu vàng đậm.


- Cuối cùng, DYCs sẽ được cacbon hóa ở 1073K (với tốc độ gia nhiệt 30C/phút) trong
vòng 3 giờ để phân hủy hết F127, cacbon hóa tổ hợp Al và đồng thời tổ hợp đa mao
quản kim loại hoặc oxit kim loại trên cơ sở cacbon.
- Vật liệu thu được được nghiền thành bột, ngâm trong dung dịch HF 20% trong điều
kiện khuấy từ trong vòng 24 giờ để loại bỏ các hợp chất của nhôm. Sau đó, rửa sản
phẩm nhiều lần bằng nước cất rồi sấy ở 1000C trong vòng 5 giờ.
- Vật liệu tổng hợp được kí hiệu là HPCMs-x-y-z. Trong đó x, y, z lần lượt là tỉ lệ khối
lượng giữa YACs và F127, nồng độ dung dịch Al(NO3)3 và nhiệt độ cacbon hóa (độ K).

Hình 2.1: Ảnh minh họa quá trình tổng hợp vật liệu cacbon từ vỏ chuối


2.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Al(NO3)3
- Ba nồng độ dung dịch Al(NO3)3 được khảo sát là 0,5M; 1,0M và 1,5M. Khoảng 100
gam vỏ chuối đã rửa bằng nước cất được ngâm lần lượt vào 150 ml dung dịch Al(NO3)3
có nồng độ tương ứng, ở 70oC trong vòng 1 tuần.
- Sản phẩm được sấy khô có màu vàng sẫm, gọi là YACs. Khối lượng tương ứng của
các mẫu :
+ YACs – 0,5M : 4,013 gam
+ YACs – 1,0M : 3,54 gam
+ YACs – 1,5M : 5,277 gam
- Lấy 3,5 gam mỗi mẫu ngâm trong 35 ml dung dịch C2H5OH hòa tan F127 trong 24h
ở nhiệt độ phòng (tỉ lệ khối lượng giữa YACs và F127 là 5:1). Sau 24 giờ, gạn lấy mẫu,
cho vào tủ sấy ở 120oC trong 24 giờ. Hợp chất thu được gọi là DYCs có màu vàng đậm.
Khối lượng các mẫu thu được :
+ DYCs – 0,5M : 3,12 gam
+ DYCs – 1,0M : 3,168 gam

+ DYCs – 1,5 M : 3,297 gam
- Tiếp theo, 2,3 gam mỗi mẫu DYCs được cacbon hóa ở 800oC trong dòng khí N2, tốc
độ gia nhiệt 3oC/phút. Nhiệt độ 8000C được giữ trong 3 giờ. Khối lượng các mẫu thu
được là :
+ DYCs – 0,5M : 1,424 gam
+ DYCs – 1M : 1,275 gam
+ DYCs – 1,5M : 1,116 gam
- Cuối cùng, các mẫu được nghiền nhỏ và rửa bằng dd HF để loại bỏ ion Al3+.
- Sản phẩm tiếp tục được rửa bằng nước cất và ethanol. Sau đó sấy khô. Ký hiệu các vật
liệu thu được :
+ HPCMs-5-0,5-1073: tỉ lệ YAC/F127 = 5, nồng độ dung dịch Al(NO3)3= 0,5M, nhiệt
độ cacbon hóa = 1073K.
+ HPCMs-5-1-1073: tỉ lệ YAC/F127 = 5, nồng độ dung dịch Al(NO3)3= 1,0 M, nhiệt
độ cacbon hóa = 1073K.
+ HPCMs-5-1,5-1073: tỉ lệ YAC/F127 = 5, nồng độ dung dịch Al(NO3)3= 1,5M, nhiệt
độ cacbon hóa = 1073K.