Nghiên cứu chế tạo phụ gia giảm mài mòn cho dầu

22 
NaNO
3
và tăng lượng KMnO
4
và thêm một axit mới vào hỗn hợp phản ứng: axit 
photphoric [9]. Một sản phẩm GO với mức độ oxy hóa cao hơn của quá trình oxy 
hóa được thực hiện bởi phản ứng: tỷ lệ khối lượng graphit/KMnO
4 
=1/6 và tỷ lệ thể 
tích H
2
SO
4
/H
3
PO
4
=9/1. Một trong những lợi thế lớn nhất của phương pháp này là 
sự vắng mặt của NaNO
3
, tránh được sinh khí độc như NO
2
, N
2
O
4
, hoặc ClO
2
trong 
phản ứng và làm cho nó thân thiện hơn với môi trường. Hơn nữa, axit photphoric có 
tác dụng làm ổn định cấu trúc cơ sở dạng lớp graphitic của graphen, và cuối cùng 
năng suất cao hơn nhiều so với các phương pháp Hummer. Một sự so sánh giữa các 
các giao thức được hiển thị trong hình. 1.8. 
Hình 1.8. So sánh sản phẩm và hiệu suất của các mẫu GO khác nhau [33]. 
2.2.4. Kết luận 
Nguồn gốc của graphit cũng là một yếu tố quan trọng trong chế tạo GO [8, 
12]. Chen và cộng sự đã tổng hợp các sản phẩm GO khác nhau được làm từ năm 
nguồn graphit thương mại khác nhau khi sử dụng phương pháp Staudenmaier sửa 
đổi. Những mẫu graphit, mặc dù có cùng cấu trúc hóa học lý tưởng, có sự khác biệt 
mạnh mẽ trong kích thước hạt, mức độ phân tán, khả năng phản ứng, và đặc biệt là 

23 
xu hướng cho quá trình oxy hóa. Kết quả là, mật độ khiếm khuyết trong cấu trúc 
tinh thể, có vai trò như điểm khởi đầu cho quá trình oxy hóa hóa học, và chúng khác 
nhau rất nhiều trong những mẫu graphit khác nhau. Ngoài ra, do khuyết tật vốn có 
và sự phức tạp của cấu trúc, cơ chế chính xác của quá trình oxy hóa trong những 
phản ứng khó có thể được làm sáng tỏ. Chen và cộng sự quan sát được rằng sản 
phẩm từ graphit có độ tinh thể cao nhất cho phép sự dịch chuyển electron và lỗ 
trống là tốt nhất [8]. Kim và cộng sự cũng tổng hợp GO bằng phương pháp 
Hummer từ ba nguồn graphit khác nhau và quan sát thấy sự khác nhau về phân bố 
kích thước hạt [33]. Điều thú vị là, các sợi nano graphit cũng đã được sử dụng như 
nguyên liệu để chế tạo GO, và kết quả GO nanosheet là đồng đều hơn trong phân bố 
kích thước. Các mảnh graphen xếp chồng lên nhau dọc theo chiều dài của sợi được 
cho là đóng một vai trò quan trọng ở đây, và khả năng điều chỉnh kích thước GO 
khi thay đổi thời gian quá trình oxy hóa cũng được nghiên cứu [10]. 
Cho đến nay, hai kết hợp khác nhau của tác nhân oxy hóa đã được sử dụng 
để oxy hóa graphit thành GO, bao gồm kali clorat với axit nitric và kali 
permanganat với axit sunfuric (cả hai loại axit đang được tập trung nhiều nhất). Axit 
nitric phản ứng với các bề mặt cacbon thơm trên bề mặt như ống nano cacbon [45] 
và fulleren [5], kết quả các nhóm chức oxy khác nhau như carboxyl, lacton, và 
xeton, và giải phóng khí độc như NO
2
và N
2
O
4
. Tương tự như vậy, khả năng oxy 
hóa của kali clorat được quyết định bởi tác nhân hoạt động dioxy [34]. Trong các 
phương pháp Brodie và phương pháp Staude-nmaier đã được giới thiệu để tổng hợp 
GO, các hóa chất được xem như các chất oxy hóa mạnh nhất. Trong hỗn hợp 
(KMnO
4
và H
2
SO
4
), ion permanganat cũng là một tác nhân oxy hóa thông dụng. 
Hoạt tính của MnO
4
-
chỉ có thể được kích hoạt trong môi trường axit, bởi sự hình 
thành của heptoxide dimanganese từ KMnO
4
trong sự hiện diện axit mạnh như được 
đưa ra ở phương trình sau [28]: 
KMnO
4
 + 3H
2
SO
4 
K
+
 + MnO
3
+ 
+ H
3
O
+
 + 3HSO
4
-
 
MnO
3
+
+ MnO
4
-
Mn
2
O
7 
Cơ chế hình thành Mn
2
O
7 
từ KMnO
4
trong môi trường axit mạnh. 

24 
Sự biến đổi của MnO
4
-
thành một dạng hoạt động hơn Mn
2
O
7
chắc chắn sẽ 
giúp oxy hóa graphit, nhưng dạng Mn
2
O
7
đã được báo cáo có khả năng kích nổ khi 
đun nóng lên đến 55 °C hoặc khi phản ứng với hợp chất hữu cơ [28, 49]. 
Một axit đã được đưa vào quá trình tổng hợp GO là H
3
PO
4
, vai trò của 
H
3
PO
4
đảm bảo tính nguyên vẹn của phần cacbon sp
2
trên các sản phẩm GO [20]. 
Hình 1.9 có thể giải thích cho lợi thế này. Sự hình thành của vòng photpho năm-
cạnh giúp ngăn chặn các quá trình oxy hóa xâu hơn nữa của diol.
Hình 1.9. Cơ chế được đề xuất cho ảnh hưởng của axit H
3
PO
4
ngăn chặn quá trình 
oxy hóa của nguyên tử cacbon sp
2
. 
Làm sạch là một bước quan trọng trong quá trình chế tạo GO, vì tất cả các 
giao thức này đòi hỏi phải rửa lâu, lọc, ly tâm, và các bước lọc. Các báo cáo chỉ ra 
rằng GO bị ô nhiễm với các muối kali rất dễ cháy, trong đó đặt ra một nguy cơ hỏa 
hoạn. Việc mở rộng thể tích và tạo gel được quan sát thấy trong quá trình rửa nước 
của GO làm chậm đáng kể quá trình lọc rửa, và việc sử dụng dung dịch axit HCl và 
aceton đã được giới thiệu bởi Kim và cộng sự [27]. 

25 
Tóm lại, ít nhất bốn phương pháp khác nhau được giới thiệu để tổng hợp 
GO, và cải tiến trong quá trình oxy hóa, đơn giản, năng suất, và chất lượng sản đã 
được chứng minh. Ngày nay, để tổng hợp GO không còn là một vấn đề, do đó đã 
tạo điều kiện cho nghiên cứu GO. Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn thiếu những hiểu 
biết cơ bản của quá trình oxy hóa và cơ chế chi tiết, trong đó ngăn chặn kỹ thuật hóa 
học và thao tác của một loạt các phản ứng để giải quyết các vấn đề công nghệ quan 
trọng như: điều chỉnh bước năng lượng, kiểm soát phân bố kích thước, lựa chọn cấu 
trúc cạnh biên …. 

tải về 4.21 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: