Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát phổ tổng trở của điện cực Ti TiO2 – PANi – CNTs trong môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
----------------------

LÊ HẢI DUNG

KHẢO SÁT PHỔ TỔNG TRỞ CỦA ĐIỆN CỰC
Ti/TiO2 - PANi – CNTs TRONG MÔI TRƯỜNG
NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA BỔ SUNG GLUCOZƠ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

HÀ NỘI, 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
----------------------

LÊ HẢI DUNG

KHẢO SÁT PHỔ TỔNG TRỞ CỦA ĐIỆN CỰC
Ti/TiO2 – PANi – CNTs TRONG MÔI TRƯỜNG
NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA BỔ SUNG GLUCOZƠ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

Người hướng dẫn khoa học

TS. NGUYỄN THẾ DUYẾN

HÀ NỘI, 2018

Hà Nội – 2017


LỜI CẢM ƠN
Em xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới TS. NGUYỄN THẾ DUYẾN
người đã trực tiếp giao đề tài, hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện thuận lợi để
em có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô) Phòng Điện hóa Ứng dụng Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trường Đại
học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành khóa
luận này.
Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn
động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện vật chất và tinh thần để em hoàn thiện
được khóa luận của mình.
Mặc dù bản thân đã cố gắng rất nhiều để thực hiện đề tài một cách hoàn
chỉnh nhất, song không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong
nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để khóa luận của em được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên

Lê Hải Dung


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan khóa luận là kết quả nghiên cứu của bản thân dưới sự

hướng dẫn tận tình của TS. NGUYỄN THẾ DUYẾN
Các số liệu, kết quả trình bày trong khóa luận là hoàn toàn thu được từ
thực nghiệm, trung thực và không sao chép.

Sinh viên

Lê Hải Dung


MỤC LỤC
Mở đầu
Chương 1:TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về PANi
1.1.1. Các dạng oxi hóa khử của PANi
1.1.2. Các tính chất của PANi
1.1.2.1. Tính quang học
1.1.2.2. Tính cơ lý
1.1.2.3. Tính dẫn điện
1.1.2.4. Khả năng tích trữ năng lượng
1.1.3. Các phương pháp tổng hợp
1.1.3.1. Phương pháp hóa học
1.1.3.2. Phương pháp điện hóa
1.1.4. Ứng dụng của PANi
1.2. Giới thiệu về Titanđioxit
1.2.1. Cấu trúc
1.2.2. Tính chất
1.2.2.1. Tính xúc quang
1.2.2.2. Hiện tượng siêu thấm ướt
1.2.3. Phương pháp điều chế
1.2.3.1. Phương pháp vật lý

1.2.3.2. Phương pháp hóa học
1.2.4. Ứng dụng
1.3. Giới thiệu về CNTs
1.3.1. Tính chất của CNTs
1.3.1.1. Tính chất cơ
1.3.1.2. Tính chất điện
1.3.1.3. Tính dẫn nhiệt
1.3.1..4. Tính phát xạ điện trường
1.3.1.5. Tính chất hóa học
1.3.2. Phương pháp điều chế
1.3.2.1. Phương pháp lắng đọng pha hơi
1.3.2.2. Phương pháp phóng hồ quang điện
1.3.2.3. Phương pháp dùng nguồn laze
1.3.3. Ứng dụng
1.4. Glucozơ
1.4.1. Cấu tạo
1.4.2. Tính chất
1.4.3. Phương pháp điều chế
1.4.4. Ứng dụng

Trang
1
3
3
3
3
4
4
4
4

4
4
5
5
5
5
7
7
7
7
7
8
8
9
10
10
10
10
11
11
11
11
11
12
12
12
12
13
13
13

1.5. Nước thải nhà máy bia
Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Thực nghiệm
2.1.1. Hóa chất
2.1.2. Dụng cụ
2.1.3. Thiết bị
2.1.4.Tổng hợp vật liệu compozit TiO2 - PANi - CNTs
2.1.5. Chế tạo điện cực compozit dạng cao trên nền Titan
2.1.5.1. Chuẩn bị điện cực Titan
2.1.5.2. Chế tạo điện cực Ti/compozit
2.1.5.3. Nghiên cứu tính chất điện hóa
2.1.6. Khảo sát tổng trở
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát phổ Nyquist
3.2. Khảo sát phổ Bode
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

13
15
15
15
15
15
15
17
17

17
17
18
18
21
21
25
29
30


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KÍ HIỆU
COD
CNTs
PANi
SWCNTs
MWCNTs

TIẾNG ANH
Chemical Oxygen Demand
Carbon Nanotubes
Polyaniline
Single-Walled Carbon
Nanotubes
Multi -Walled Carbon
Nanotubes

TIẾNG VIỆT

Nhu cầu oxi hóa học
Ống nano cacbon
Polianilin
Ống nano cacbon đơn lớp
Ống nano cacbon đa lớp


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU

Kí hiệu
Rdd
Cf
Rpc
CPE
Rct
Rhp
L
W

Ý nghĩa
Điện trở dung dịch
Điện dung lớp kép của màng vật liệu
Điện trở của lớp màng vật liệu
Thành phần pha không đổi của lỗ xốp
Điện trở của lỗ xốp
Điện trở hấp phụ
Điện cảm của lỗ xốp
Hằng số khuếch tán (Warburg)

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Thành phần của các chất trong các mẫu thí nghiệm

15

Bảng 3.1: Các thông số điện hóa mô phỏng theo sơ đồ tương đương

21

của các vậtliệu trong môi trường nước thải có glucozơ
Bảng 3.2: Giá trị tổng trở điện hóa xác định tại 10 mHz

24


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Hình khối bát diện của TiO2

6

Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể của các dạng thù hình của Ti

6

Hình 1.3: Ống nanocacbon đơn lớp SWCNTs và đa lớp MWCNTs

9

Hình 2.1: Điện cực Titan tấm

16

Hình 2.2: Mạch điện tương đương của bình điện phân

17

Hình 2.3: Phổ Nyquist (trái) và phổ bode (phải) của một hệ điện hóa

18

không xảy ra khuếch tán
Hình 3.1: Sơ đồ Nyquist của các mẫu điện cực Ti/TiO2-PANi-CNTs

19

khảo sát trong dung dịch nước thải nhà máy bia bổ sung
glucozơ (5 g/L)
Hình 3.2: Sơ đồ tương đương mô phỏng phổ tổng trở trong môi

20

trường nước thải có glucozơ 5 g/L của các compozit PANi TiO2 - CNTs chế tạo theo tỉ lệ phần trăm
Hình 3.3: Sự ảnh hưởng của CNTs đến Cf và CPE

22

Hình 3.4: Sự ảnh hưởng của CNTs đến Rpc và Rct

23

Hình 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ phần trăm CNTs đến tổng trở dạng

24

Bode của các compozit PANi-TiO2-CNTs trong môi trường
nước thải nhà máy bia (COD: 2100 mg/L) có glucozơ 5g/L
(a)Tổng trở và (b) Pha phụ thuộc vào tần số
Hình 3.6: Giá trị tổng trở điện hóa xác định tại 10 mHz

25


MỞ ĐẦU
Hiện nay các vật liệu được phát triển trên cơ sở lai ghép một số vật liệu
tiên tiến như: cacbon nano tubes (CNTs), với polime dẫn điển hình như
polianilin (PANi). Đây là các vật liệu được các nhà khoa học quan tâm vì được
ứng dụng khá nhiều trong các lĩnh vực như làm vật liệu anot cho nguồn điện,
sử dụng làm sen sơ điện hóa [16-21]. Trong đó TiO2 là một oxit kim loại bán
dẫn, có tiềm năng ứng dụng rất cao vì thân thiện với môi trường, xúc tác quang
hóa và quang điện hóa [10, 11], có ứng dụng cao khi ghép với PANi. PANi là
một polime dẫn điện điển hình bền nhiệt, bền môi trường đặc biệt khả năng dẫn
điện rất tốt. Ống nano cacbon là một chất rất nhẹ, bền môi trường,có khả năng
hấp thụ cao, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt là khả năng dẫn điện [13, 24].
Các compozit như TiO2 - PANi - CNTs dễ tổng hợp, được chế tạo theo
nhiều phương pháp khác nhau tùy theo từng mục đích sử dụng.
Trong những năm gần đây, ngành đồ uống phát triển nhanh chóng, đặc biệt
là công nghệ sản xuất bia. Cùng với sự phát triển đó là sự gia tăng về nguồn
thải, đặc biệt là nước thải trong quá trình sản xuất bia.

Nước thải nhà máy bia đang được quan tâm rất lớn, có nồng độ COD thay
đổi từ 3000÷5000 mg/L, gấp khoảng 10 lần so với nước thải sinh hoạt [2] và
không chứa những chất gây độc tính cho vi sinh vật. Công nghiệp sản xuất bia
đã tạo nên một lượng lớn nước xả thải vào môi trường.
Với mong muốn nghiên cứu quá trình điện hóa của điện cực compozit
Ti/TiO2 - PANi - CNTs trong môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung
glucozơ, em đã chọn đề tài: ” Khảo sát phổ tổng trở của điện cực Ti/TiO2 PANi - CNTs trong môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ”.
Nội dung khóa luận bao gồm:
- Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài.
- Khảo sát phổ tổng trở của điện cực Ti/TiO2 - PANi - CNTs trong môi
trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ.

1


Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến PANi, CNTs, TiO2 và các phương
pháp.
- Khảo sát phổ tổng trở của điện cực Ti/TiO2 - PANi - CNTs trong môi
trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về PANi
Polianilin là một polime dẫn điện của họ polime bán linh hoạt, được quan
tâm nhiều nhất do có khả năng bền nhiệt, bền cơ học, tồn tại ở nhiều trạng thái
oxi hóa khử khác nhau. PANi là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin
trong điều kiện có mặt của các tác nhân oxi hóa- làm xúc tác [12]. Trong phân

tử gồm các nguyên tố C, N, H. Chúng là polime dị hình, các mắt xích được nối
với nhau bởi liên kết N-C, cấu trúc mạch chứa các liên kết π liên hợp.
Dạng tổng quát của PANi gồm 2 nhóm cấu trúc như sau:
NH

NH

N
a

N
b

Trong đó: a, b = 0, 1, 2 ,3,........
1.1.1. Các dạng oxi hóa khử của PANi
PANi có thể tìm thấy ở một trong ba trạng thái oxi hóa lý tưởng:
Leucoemeraldine (a = 1, b = 0), màu vàng, dẫn điện kém, là trạng thái khử
cao nhất.

Emeraldine (a = b), màu xanh lá cây, là dạng polianilin hữu ích nhất do
tính ổn định cao ở nhiệt độ phòng [2].

Pernigranline (a = 0, b = 1), màu xanh tím, trạng thái oxi hóa hoàn toàn
với các liên kết imin, dẫn điện kém.
1.1.2. Các tính chất của PANi
- Polianilin là một chất vô định hình màu sẫm, có thuộc tính trao đổi ion.
- Độ ổn định nhiệt tốt ( trên 40 oC trong N2).

3

- PANi có thể chuyển từ trạng thái oxi hóa sang khử và ngược lại bằng
cách thay đổi thế hoặc giá trị pH của môi trường [7].
1.1.2.1. Tính quang học
Màu sắc thay đổi tùy thuộc vào cấu trúc mạch, màu thay đổi do phản ứng
oxi hóa khử của màng.
Màu sắc sản phẩ m PANi có thể được quan sát tại các điện thế khác nhau
(so với điện cực calomen bão hòa) trên điện cực Pt: màu vàng (-0,2 V), màu
xanh nhạt (0,0 V), màu xanh thẫm (0,65 V), các màu sắc này tương ứng với các
trạng thái oxi hóa khác nhau [12].
1.1.2.2. Tính cơ lý
Thuộc tính cơ học của PANi phụ thuộc nhiều vào điều kiện tổng hợp:
- Tổng hợp điện hóa: Cho độ xốp cao, độ dài phân tử ngắn, độ bền cơ học
kém [7].
- Tổng hợp hóa học: Ít xốp và được sử dụng phổ biến hơn.
1.1.2.3. Tính dẫn điện
Đặc tính dẫn của PANi được quyết định bởi hai yếu tố quan trọng là trạng
thái oxi hóa của polime và mức độ proton hóa của các nguyên tử trong khung.
Độ dẫn điện của PANi tùy thuộc vào môi trường khác nhau và pH của dung
dịch, mức độ pha tạp của proton [8].
1.1.2.4. Khả năng tích trữ năng lượng
PANi ngoài khả năng dẫn điện nó còn có khả năng tích trữ năng lượng cao
do vậy người ta sử dụng làm vật liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp. Ví dụ: ắc quy,
tụ điện. PANi có thể thay thế MnO2 trong pin do MnO2 là chất độc hại với môi
trường [14].
1.1.3. Các phương pháp tổng hợp
Có hai phương pháp tổng hợp chính: phương pháp hóa học và phương pháp
điện hóa, trong đó phương pháp điện hóa có nhiều ưu điểm hơn.
1.1.3.1. Phương pháp hóa học

4


Phương pháp hóa học thường dùng để sản xuất PANi ở dạng bột với khối
lượng lớn.
PANi được tổng hợp từ các dung dịch axit chứa monome anilin và chất oxi
hóa. Tác nhân oxi hóa thường sử dụng là amonipesunfat (NH4)2S2O8 làm chất
oxy hóa trong quá trình tổng hợp PANi và nhờ nó mà có thể tạo được polime
có khối lượng phân tử rất cao và độ dẫn tối ưu hơn so với các chất oxy hóa
khác [17]. Tuy nhiên, khó khống chế tốc độ phản ứng.
1.1.3.2. Phương pháp điện hóa
Cơ chế tổng hợp được mô tả theo các bước sau:
- Khuếch tán và hấp phụ anilin
- Oxi hóa anilin
- Hình thành polime trên bề mặt điện cực
- Ổn định màng polime
- Oxi hóa bản thân màng và doping [19].
Các phương pháp điện hóa: thế tĩnh,dòng tĩnh, xung dòng, xung thế, quét thế
vòng, quét thế tuần hoàn.
Ưu điểm:
- Quá trình polime điện hóa diễn ra phức tạp nhưng việc thực hiện nó
lại đơn giản và nhanh, độ tin cậy và ổn định cao.
- Tạo màng che phủ trực tiếp lên bề mặt kim loại
- Tất cả các quá trình hóa học xảy ra trên bề mặt điện cực.
1.1.4. Ứng dụng của PANi
Do những tính ưu việt của PANi nên nó được ứng dụng vô cùng rộng
rãi trong công nghiệp: chế tạo điện cực của pin, thiết bị điện sắc, cố định enzim,
chống ăn mòn kim loại, xử lý môi trường [18,23].
1.2. Giới thiệu về titan đioxit
1.2.1. Cấu trúc

5


Titan đioxit là một hợp chất hóa học tự nhiên dạng oxit của titan có công
thức là TiO2. Được xây dựng từ các đa diện phối trí 8 mặt TiO6 nối với nhau
qua cạnh hoặc các đỉnh oxi chung. Mỗi Ti4+ được bao quanh bởi 8 mặt tạo bởi
6 ion O2-.

Hình 1.1: Hình khối bát diện của TiO2 [27].
TiO2 có 4 dạng thù hình, bao gồm 3 dạng tinh thể và dạng vô định hình
(Hình 1.2).

Anatase

Brookite

Rutile

Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của Ti [22].
Tất cả các dạng thù hình tinh thể của TiO2 tồn tại trong tự nhiên như là các
khoáng. Dạng vô định hình không bền do để lâu trong không khí ở nhiệt độ
phòng hoặc khi được đun nóng thì chuyển sang dạng anatase, dạng vô định hình
được điều chế bằng cách thủy phân muối vô cơ Ti 4+ hoặc các dạng hợp chất

6


hữu cơ titan trong nước ở nhiệt độ thấp thu được kết tủa TiO2 ở dạng vô định
hình.

1.2.2. Tính chất
✓ Là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm lạnh thì trở
lại màu trắng.
✓ Độ cứng cao nhưng vẫn giữ được độ dẻo tốt, khó nóng chảy
(tnc=1870oC).
✓ Bền hóa học với các hợp chất hữu cơ, sản phẩm không bị biến tính theo
thời gian.
✓ Không phản ứng với nước, dung dịch axit vô cơ loãng, kiềm, NH 3, axit
hữu cơ.
✓ Tan rõ rệt trong borac và trong photphat nóng chảy.
✓ Tính xúc quang và siêu thấm ướt.
1.2.2.1. Tính xúc quang
Định nghĩa: Xúc tác quang hóa là xúc tác nếu được kích hoạt bởi nhân tố ánh
sáng thích hợp thì giúp xảy ra phản ứng [29].
TiO
2CH3OH + 3O2 ⎯⎯⎯
→ 2CO2 + 4H2O
hv
2

(1)

Cơ chế: Xúc tác quang được tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng. Quá trình xúc
tác quang hóa như sau:
✓ Khuếch tán các chất phản ứng.
✓ Hấp phụ lên bề mặt.
✓ Hấp thụ photon và khuếch tán đến bề mặt.
✓ Giai đoạn sơ cấp: Các phân tử bị kích thích tham gia vào phản ứng với
các chất hấp phụ lên bề mặt.
✓ Giai đoạn thứ cấp: Giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn

sơ cấp.
✓ Nhả hấp thụ sản phẩm.
✓ Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí và lỏng.

7


1.2.2.2. Hiện tượng siêu thấm ướt
Khi tạo một màng mỏng TiO2 ở pha anatat với kích cỡ nanomet trên một
lớp đế SiO2 phủ trên một tấm kính thì các hạt nước tồn tại trên bề mặt với góc
thấm ướt chừng 20÷40o [2, 29].
Chiếu ánh sáng tử ngoại lên bề mặt tấm kính có màng TiO2 đó thì góc thấm
ướt giảm dần đến khi nước trải rộng ra trên bề mặt thành một màng mỏng tạo
hiện tượng siêu thấm ướt của TiO2.
1.2.3. Phương pháp điều chế
1.2.3.1. Phương pháp vật lý
❖ Phương pháp bốc hơi bay nhiệt:
Sử dụng thiết bị bay hơi kim loại ở nhiệt độ cao, sau đó cho kim loại
dạng hơi tiếp xúc với oxi không khí tạo oxit kim loại. Sản phẩm thu được ở
dạng màng mỏng.
❖ Phương pháp sputterning: Bắn phá ion.
❖ Phương pháp ăn mòn quang điện: Tạo TiO2 cấu trúc tổ ong, kích thước
cỡ nanomet.
1.2.3.2. Phương pháp hóa học
❖ Phương pháp cổ điển: Kết tủa Titanhiđroxit
4 NH4OH + TiCl4
t
⎯⎯
→

→ Ti(OH)4 + 4 NH4Cl

(2)

TiO2 + 2 H2O

(3)

0

Ti(OH)4

❖ Phương pháp tổng hợp ngọn lửa: Oxi hóa TiCl4 trong lò sol khí
t 10000 C
⎯⎯⎯⎯
→ TiO2 + 2Cl2
0

TiCl4 + O2

0

(4)

❖ Phương pháp phân hủy quặng ilmenit
Phương pháp này được sử dụng để sản xuất TiO2 với kích thước tinh thể
trung bình từ 6÷20 nm, bao gồm các bước:
- Phân hủy quặng ilmenit bằng H2SO4 đặc.
- Thủy phân dung dịch muối titan.

8


- Nung sản phẩm thủy phân.
❖ Phương pháp sol-gel:
Gồm các giai đoạn:
- Thủy phân alkcoxid kim loại
- Nhiệt phân sản phẩm thủy phân
Phương pháp này chế tạo vật liệu cỡ nanomet dạng bột hoặc màng mỏng
với cấu trúc và thành phần mong muốn.
❖ Phương pháp pha hơi ở nhiệt độ thấp: TiCl4 được làm bay hơi ở các
nhiệt độ khác nhau, sau đó TiCl4 được chuyển vào lò phản ứng hơi được
đưa vào trong lò tạo bột TiO2 có kích thước nanomet [29].
1.2.4. Ứng dụng.
Titan đioxit có rất nhiều ứng dụng về tính chất xúc tác quang mang lại
nhiều lợi ích cho cuộc sống [4, 5, 15].
✓ Vật liệu tự làm sạch
✓ Xử lý nước bị ô nhiễm
✓ Xử lý không khí bị ô nhiễm
✓ Diệt vi khuẩn, vi rút, nấm
✓ Làm sen sơ điện hóa
✓ Phân hủy NO2
✓ Làm vật liệu nguồn điện
✓ Trong các ngành công nghiệp: Sơn, giấy, vải da, chế tạo linh kiện điện
tử, mực in, luyện kim, thủy tinh, dược liệu....
✓ Được sử dụng khá phổ biến trong nghiên cứu, chế tạo nanocomposite.
TiO2 khá trơ về mặt hóa học, có thể tham gia xúc tác phản ứng quang
hóa, không độc hại với môi trường.
✓ Là loại vật liệu vô cơ bán dẫn truyền thống nên càng được nhiều quan
tâm.

9


1.3. Giới thiệu về CNTs
Ống nano cacbon (CNTs) là hợp chất của cacbon với một cấu trúc nano
hình trụ, được tạo bởi các nguyên tử cacbon, các nguyên tử cacbon này liên kết
hóa trị với nhau bằng lai hóa sp2.

Hình 1.3: Ống nano cacbon đơn lớp SWCNTs và đa lớp MWCNTs [5].
Các ống nano là thành viên của họ cấu trúc fullerene. Có 2 loại ống nano là:
- Các ống nano đơn lớp (SWNTs): Cấu trúc như một tấm graphit cuộn
tròn thành 2 trụ liền.
- Các ống nano đa lớp (MWNTs): Cấu trúc như nhiều tấm graphit lồng
vào nhau và cuộn lại hoặc một tấm graphit cuộn lại thành nhiều lớp.
1.3.1. Tính chất của CNTs
1.3.1.1. Tính chất cơ
CNTs là vật liệu nhẹ, vì cấu tạo chỉ gồm các nguyên tử cacbon ở dạng
ống có suất Young của CNTs gấp 6, độ bền kéo gấp 375 lần so với thép nhưng
lại nhẹ hơn thép [5].
1.3.1.2. Tính chất điện
Dẫn điện như một kim loại, tính chất điện của CNTs phụ thuộc mạnh vào
cấu trúc của nó.
1.3.1.3. Tính dẫn nhiệt
Là một vật liệu dẫn nhiệt tốt. Ở nhiệt độ phòng, độ dẫn điện khoảng 3.104
W/m.K. Vì khả năng dẫn nhiệt tốt này mà CNTs được sử dụng cho việc tản
nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất cao [20, 24].

10

1.3.1.4. Tính phát xạ điện trường
CNTs có khả năng phát xạ điện từ mạnh, với dạng ống như CNTs tại điện
thế khoảng 25 V/μm thì các ống CNTs đã có thể phát xạ dòng điện tử lên tới
20 μA. Đây là một thuận lợi lớn của vật liệu CNTs, do vậy chúng được ứng
dụng trong các thiết bị phát xạ điện tử [25] .
1.3.1.5. Tính chất hóa học
CNTs tương đối trơ về mặt hóa học, ống CNTs có kích thước càng nhỏ thì
hoạt động hóa học càng mạnh [26].
1.3.2. Các phương pháp điều chế
Hiện nay có 3 phương pháp được sử dụng:
- Công nghệ tạo vật liệu cacbon nano bằng phương pháp lắng đọng pha
hơi hóa học (CVD).
- Công nghệ tạo vật liệu nano bằng phương pháp hồ quang điện.
- Công nghệ tạo vật liệu nano bằng phương pháp dùng nguồn laze.
1.3.2.1. Phương pháp lắng đọng pha hơi
Phương pháp này thường sử dụng nguồn cacbon là các hiđrocacbon (CH4,
C2H2) hoặc CO và sử dụng năng lượng nhiệt hoặc plasma hay laze để phân ly
các phân tử khí thành các nguyên tử cacbon hoạt hóa. Các nguyên tử cacbon
này khuếch tán xuống để lắng đọng lên các hạt kim loại xúc tác (Fe, Co, Ni) và
CNTs được tạo thành ở nhiệt độ 650÷900 oC.
Ưu điểm : Dễ chế tạo, rẻ tiền, tuy nhiên chất lượng ống chưa cao [5].
1.3.2.2. Phương pháp phóng hồ quang điện
Phương pháp này hơi cacbon được tạo ra bằng cách phóng một luồng hồ
quang điện ở giữ hai điện cực làm bằng cacbon có hoặc không có xúc tác. CNTs
tự phát triển lên từ hơi cacbon.
Hiệu suất tạo ra CNTs phụ thuộc vào môi trường plasma và nhiệt độ của
điện cực nơi cacbon lắng đọng. Với điện cực là cacbon tinh khiết ta thu được
ống nano cacbon đa lớp còn khi có kim loại xúc tác ta thu được CNTs đơn

11


lớp [5,13].
1.3.2.3. Phương pháp dùng nguồn laze
Sử dụng nguồn laze năng lượng cao bắn phá bia graphit tạo ra hơi cacbon
ở nhiệt độ cao và lắng đọng hơi cacbon trên đế. Quá trình lắng đọng trong môi
trường khí trơ và áp suất cao.
1.3.3. Ứng dụng
Tích trữ năng lượng: CNTs có khả năng tích trữ năng lượng cao sử dụng
làm pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu này có hiệu suất cao [23]. Do CNTs có cấu
trúc dạng trụ, rỗng và đường kính cỡ nano met nên CNTs có thể tích trữ chất
lỏng hoặc khí trong lõi trơ thông qua hiệu ứng mao dẫn. CNTs cũng có thể tích
trữ hydro theo cách hóa học [6].
Trong linh kiện điện tử bao gồm: thiết bị phát xạ điện từ trường, đầu dò nano,
sensơ, thiết bị vật liệu điện tử như tranzito, thiết bị dẫn nhiệt [9].
Làm các vật liệu: siêu bền, siêu nhẹ, vật liệu gia cường, vật liệu compozit
như CNTs với polyme, CNTs với cao su.....
1.4 Glucozơ
1.4.1. Cấu tạo
Glucozơ tồn tại dưới dạng tự do, trong quả mật của một số loại thực vật,
trong cơ thể động vật,trong máu người có một lượng từ 0,08%-0,1%.
Glucozơ là một monosaccarit và cũng là một gluxit (cacbohydrat) tiêu biểu.
Nó là đường cấu trúc phân tử mang 6 cacbon. Glucozơ có cấu tạo phân tử là
C6H12O6.
Glucozơ có 2 dạng mạch vòng và mạch hở. Thực tế glucozơ tồn tại ở mạch
vòng. Có 2 loại α glucozơ và β glucozơ.
Glucozơ là hợp chất tạo phức, ở dạng mạch hở có cấu tạo của anđêhit đơn
chức do chỉ có 1 nhóm -CH=O và ancol 5 chức do có 5 nhóm OH, công thức
cấu tạo mạch hở của glucozơ: CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH=O.

12


Dạng mạch vòng tồn tại chủ yếu ở 2 dạng α glucozơ và β glucozơ vì nhóm
OH ở C số 5 dễ dạng cộng vào liên kết đôi C=O của nhóm cacbandehit và của
nhóm -CH=O tạo mạch vòng [28].
1.4.2 Tính chất
- Là một chất rắn, tinh thể, không màu, dễ tan trong nước, axit axetic và
các dung môi khác, ít tan trong metanol và etanol, có vị ngọt [28].
- Có phản ứng tráng gương.
- Phản ứng với Cu(OH)2 tạo dung dịch màu xanh lam.
- Phản ứng Cu(OH)2 có xúc tác NaOH tạo kết tủa đỏ gạch Cu2O.
- Phản ứng hiđro hóa.
- Phản ứng lên men rượu tạo khí CO2.
- Phản ứng lên men axit lactic.
1.4.3. Phương pháp điều chế
Ở thực vật và một số sinh vật nhân sơ, glucozơ là sản phẩm của quang hợp.
Ở một số vi khuẩn biển sâu, glucozơ được tạo ra do quá trình tổng hợp hóa
học.
Glucozơ được sản xuất thương mại thông qua quá trình thủy phân ezim của
tinh bột như ngô, khoai, sắn với các tác nhân hóa học là H2SO4, H2C2O4...
1.4.4. Ứng dụng
- Trong công nghiệp thực phẩm: Là chất bảo quản bánh kẹo, sử dụng
trong quá trình làm kem để giữ cho hỗn hợp nước và đường mịn, không
bị hồi đường [28].
- Là nguồn năng lượng chủ yếu và trực tiếp cho cơ thể được dự trữ ở gan,
dưới dạng glycogen, tham gia vào cấu trúc của tế bào.
- Tạo năng lượng cần thiết cho sự sống.
- Trong rượu vang, glucozơ được sử dụng làm tăng khả năng lên men.

1.5. Nước thải nhà máy bia
Bia là một loại nước giải khát rất thông dụng, được phổ biến rộng rãi hiện
nay. Công nghiệp sản xuất bia đã tạo ra một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm

13


môi trường như chất hữu cơ, CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3...., chất
rắn lơ lửng, hàm lượng COD, BOD cao [2]. Lưu lượng và đặc tính nước thải
dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo quy mô, sản
lượng và mùa sản xuất. Để sản xuất 1000 lít bia, sẽ thải ra khoảng 2 kg chất lơ
lửng rắn và 10 kg BOD. Mặc dù nồng độ của nước thải nhà máy bia rất đa dạng,
nhưng phổ biến ở nồng độ COD là 3000÷5000 mg/L, gấp 10 lần nồng độ nước
thải sinh hoạt. Ngoài ra, trong bã bia còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ, khi
lẫn vào nước thải sẽ gây ô nhiễm cao.

14


CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Thực nghiệm
2.1.1. Hóa chất
- Anilin: C6H5NH2 ( Nhật ).
- Amoni persunfat: (NH4)2S2O8 (Merk).
- Dedocyl Benzen Sunfonic Acid (DBSA): C18H30SO3 (70%) (Merk).
- HCl (36,5%) (Trung Quốc).
- Titan đioxit: TiO2, d = 50 g/L (Viện Vật lý ứng dụng).
- Carbon nanotubes (Viện khoa học vật liệu).
- Chitosan (Viện hóa học).
- Nước cất.

- Metanol, axeton, axit axetic (Trung Quốc).
- Nước thải nhà máy bia (Công ty cổ phần bia Sài Gòn - Hà Nội) COD
2100 mg/L; pH=8.
2.1.2. Dụng cụ
- Các loại cốc thủy tinh, pipet, bình định mức, ống đong.
- Các loại khay lọ đựng sản phẩm.
- Giấy lọc, giấy thử pH, các loại phễu lọc, đũa thủy tinh.
- Thìa thủy tinh và nhựa, cối chày mã não.
2.1.3. Thiết bị
- Máy lọc chân không
- Máy khuấy từ IKA (Đức)
- Cân phân tích hãng ADAM (Thụy sỹ)
2.1.4. Tổng hợp vật liệu compozit TiO2 - PANi - CNTs
Pha chế và tổng hợp vật liệu:
❖ Chuẩn bị dung dịch và vật liệu
- Pha dung dịch HCl 0,1 M và DBSA 0,015 M.
- Pha dung dịch anilin 0,1 M.

15