Luận văn: Biến tính Nano Carbon (CNTs) và ứng dụng hấp phụ ion chì (Pb)

Luận văn thạc sĩ hóa học phân tích hóa học nghiên cứu biến tính bề mặt vật liệu nano cabon dạng ống bằng axit vô cơ và ứng dụng hấp, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Luận Văn Thạc Sĩ Hóa Học Nghiên Cứu Biến Tính Bề Mặt Vật Liệu Nano Cabon Dạng Ống Bằng Axit Vô Cơ Và Ứng Dụng Hấp Phụ Ion Chì Trong Nước
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan về nano cacbon dạng ống (CNTs)
• 1.1.1. Cấu trúc của nano cacbon dạng ống
• 1.1.1.1. Nano cacbon dạng ống đơn lớp
• 1.1.1.2. Nano cacbon dạng ống đa lớp
• 1.1.1.3. Các dạng khác của nano cacbon dạng ống
• 1.1.2. Tính chất của CNTs
• 1.1.2.1. Tính chất cơ học
• 1.1.2.2. Tính chất điện
• 1.1.2.3. Độ hoạt động quang học
• 1.1.2.4. Tính chất hóa học
• 1.1.2.5. Tính chất phát xạ trường
• 1.1.3. Ứng dụng của CNTs
• 1.2. Tổng quan về kim loại chì
• 1.2.1. Đặc điểm chung
• 1.2.2. Trạng thái tự nhiên
• 1.2.3. Tính chất lý học
• 1.2.4. Tính chất hóa học
• 1.2.5. Các hợp chất quan trọng của chì
• 1.2.5.1. Hợp chất vô cơ
• 1.2.5.2. Các hợp chất hữu cơ
• 1.2.6. Ứng dụng của chì
• 1.2.6.1. Trong công nghiệp
• 1.2.6.2. Trong kĩ thuật quân sự
• 1.2.6.3. Trong ngành năng lượng học nguyên tử và kĩ thuật hạt nhân
• 1.2.6.4. Trong nghệ thuật
• 1.2.7. Tác hại của chì với con người
• 1.2.7.1. Con đường Pb xâm nhập vào cơ thể
• 1.2.7.2. Hậu quả của chì đối với cơ thể
• 1.2.8. Tình hình sản xuất và sử dụng chì hiện nay
• 1.2.8.1. Trên thế giới
• 1.3. Đẳng nhiệt hấp phụ
• 1.3.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
• 1.3.2. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
• 1.4. Động học hấp phụ
• 1.4.1. Một số khái niệm
• 1.4.2. Các mô hình động học
• 1.4.2.1. Phương trình bậc nhất biểu kiến
• 1.4.2.2. Phương trình bậc hai biểu kiến
• 1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và các tham số nhiệt động học
• 1.6. Phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử AAS
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu đề tài
• 2.2. Nội dung nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2.1.1. Nghiên cứu các điều kiện oxi hóa vật liệu nano cacbon dạng ống bằng axit HNO3 và H2SO4 đặc
• 2.2.1.2. Nghiên cứu quá trình hấp phụ kim loại Pb(II) trong dung dịch nước của vật liệu nano cacbon dạng ống
• 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.2.1. Phương pháp phân tích Pb(II) trong dung dịch
• 2.2.2.2. Phương pháp đặc trưng vật liệu
• 2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
• 2.3.1. Hóa chất
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phương trình đường chuẩn xác định Pb(II) trong dung dịch
• 3.2. Nghiên cứu biến tính bề mặt CNTs bằng phương pháp oxi hóa
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
• 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
• 3.2.4. Đặc trưng vật liệu Ox-CNTs
• 3.3. Nghiên cứu quá trình hấp phụ Pb(II) trong dung dịch lên vật liệu Ox-CNTs
• 3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
• 3.3.2. Ảnh hưởng của liều lượng đến khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
• 3.3.3. Động học hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
• 3.3.4. Đẳng nhiệt hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
• 3.3.5. Các tham số nhiệt động
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Luận văn hóa học Biến tính ống nano carbon xử lý chì

Luận văn thạc sĩ hóa học này tập trung vào một chủ đề cấp thiết trong lĩnh vực công nghệ nano và xử lý môi trường. Trọng tâm của báo cáo khoa học là nghiên cứu phương pháp biến tính bề mặt vật liệu ống nano carbon (CNTs) bằng axit vô cơ. Mục tiêu chính là nâng cao khả năng hấp phụ ion chì (Pb(II)), một kim loại nặng độc hại, ra khỏi môi trường nước. Vật liệu CNTs, với những đặc tính cơ học và hóa học vượt trội, được xem là một ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng hấp phụ. Tuy nhiên, các carbon nanotube nguyên bản thường có bề mặt trơ và xu hướng kết tụ thành bó, làm giảm đáng kể diện tích bề mặt hiệu dụng và khả năng tương tác với các chất ô nhiễm. Do đó, việc functional hóa bề mặt trở thành một bước đi chiến lược, không chỉ giúp phân tán các ống nano mà còn tạo ra các nhóm chức hoạt động, qua đó cải thiện hiệu suất loại bỏ kim loại nặng. Nghiên cứu này mở ra một hướng tiếp cận hiệu quả, chi phí hợp lý và bền vững trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm chì, một vấn nạn toàn cầu đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

1.1. Tổng quan về vật liệu nano carbon dạng ống CNTs

Ống nano carbon (Carbon Nanotubes - CNTs) là dạng thù hình của carbon có cấu trúc hình trụ rỗng với đường kính ở cấp độ nanomet. Chúng được hình thành từ việc cuộn một tấm graphene (một lớp nguyên tử carbon) lại. Dựa trên số lớp graphene, CNTs được phân thành hai loại chính: ống nano carbon đơn lớp (SWNTs) và ống nano carbon đa lớp (MWNTs). Nhờ cấu trúc liên kết sp² bền vững, vật liệu CNTs sở hữu các tính chất phi thường như độ bền cơ học cao hơn thép hàng trăm lần, độ dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc. Những đặc tính này làm cho CNTs trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong hóa học vật liệu, điện tử, và y sinh. Tuy nhiên, bề mặt của chúng vốn có tính trơ về mặt hóa học, đòi hỏi các quá trình xử lý bề mặt CNTs để tăng cường hoạt tính cho các ứng dụng cụ thể như xúc tác hay hấp phụ.

1.2. Giới thiệu về quá trình hấp phụ kim loại nặng

Hấp phụ là quá trình các phân tử, nguyên tử hoặc ion (chất bị hấp phụ) bám vào bề mặt của một chất rắn hoặc lỏng (chất hấp phụ). Trong xử lý môi trường, hấp phụ kim loại nặng là một kỹ thuật hiệu quả để loại bỏ các ion độc hại như Pb(II), Cd(II), Hg(II) khỏi nước thải. Cơ chế hấp phụ có thể là vật lý (dựa trên lực Van der Waals) hoặc hóa học (dựa trên liên kết hóa học, trao đổi ion). Các vật liệu hấp phụ nano như CNTs, graphene oxide, hay zeolite được chú ý đặc biệt nhờ diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng biến tính linh hoạt. Hiệu quả của quá trình được đánh giá qua các thông số quan trọng như dung lượng hấp phụ và tốc độ hấp phụ, được mô tả qua các mô hình động học hấp phụ và đẳng nhiệt hấp phụ.

II. Thách thức xử lý nước nhiễm chì và hạn chế của CNTs

Ô nhiễm chì trong nguồn nước là một vấn đề môi trường và sức khỏe cộng đồng nghiêm trọng. Chì (Pb) là một kim loại nặng có độc tính cao, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể, gây tổn thương hệ thần kinh, thận, và hệ tạo máu. Các nguồn phát thải chính bao gồm nước thải từ ngành công nghiệp sản xuất ắc quy, luyện kim, mạ điện và sơn. Việc xử lý nước nhiễm chì đòi hỏi các phương pháp hiệu quả và triệt để. Mặc dù có nhiều kỹ thuật như kết tủa hóa học, trao đổi ion, và thẩm thấu ngược, phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu hấp phụ nano đang cho thấy nhiều ưu điểm về hiệu suất và khả năng tái sử dụng. Tuy nhiên, việc ứng dụng trực tiếp vật liệu CNTs nguyên bản gặp phải những rào cản đáng kể. Bề mặt trơ và kỵ nước của chúng làm giảm khả năng tương tác với các ion kim loại trong dung dịch nước. Hơn nữa, lực Van der Waals mạnh giữa các ống nano khiến chúng có xu hướng kết tụ, làm giảm diện tích bề mặt tiếp xúc và các vị trí hấp phụ tiềm năng. Do đó, việc loại bỏ ion Pb(II) bằng CNTs chưa biến tính thường cho hiệu suất thấp, đòi hỏi một giải pháp can thiệp để hoạt hóa ống nano carbon.

2.1. Tác hại của ion chì Pb II đối với sức khỏe

Ion chì Pb(II) là một trong những chất độc thần kinh mạnh nhất, đặc biệt nguy hiểm đối với trẻ em và phụ nữ mang thai. Khi xâm nhập vào cơ thể, chì có thể thay thế canxi trong xương và tích tụ trong nhiều thập kỷ. Ngộ độc chì gây ra một loạt các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng: suy giảm chức năng thận, tăng huyết áp, thiếu máu do ức chế tổng hợp hemoglobin, và tổn thương hệ thần kinh trung ương không thể phục hồi. Ở trẻ em, phơi nhiễm chì dù ở nồng độ thấp cũng có thể làm giảm chỉ số IQ, gây ra các vấn đề về hành vi và chậm phát triển. Sự hiện diện của chì trong nước uống, dù ở mức độ vết, cũng là một mối đe dọa tiềm tàng. Vì vậy, việc phát triển các công nghệ hiệu quả để loại bỏ ion Pb(II) khỏi nguồn nước là nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu.

2.2. Hạn chế của vật liệu CNTs nguyên bản trong hấp phụ

Carbon nanotube sau khi tổng hợp thường tồn tại ở dạng bó, kết tụ chặt chẽ do tương tác π-π và lực Van der Waals. Sự kết tụ này làm ẩn đi một phần lớn diện tích bề mặt, giới hạn số lượng vị trí hoạt động có thể tiếp xúc với các ion kim loại. Thêm vào đó, bề mặt của CNTs nguyên bản chủ yếu bao gồm các liên kết C-C không phân cực, làm cho chúng có tính kỵ nước và tương tác yếu với các ion kim loại phân cực trong môi trường nước. Những nhược điểm này dẫn đến dung lượng hấp phụ thấp và hiệu quả xử lý không cao. Để khắc phục, các phương pháp xử lý bề mặt CNTs là cần thiết để phá vỡ các bó kết tụ và gắn nhóm chức axit lên bề mặt, tăng cường ái lực với các cation kim loại nặng.

III. Phương pháp oxi hóa bằng axit biến tính bề mặt CNTs

Để khắc phục những hạn chế của CNTs nguyên bản, phương pháp biến tính bề mặt bằng oxi hóa bằng axit mạnh được áp dụng. Đây là một kỹ thuật phổ biến và hiệu quả để functional hóa bề mặt vật liệu carbon. Trong luận văn hóa học này, một hỗn hợp gồm axit nitric (HNO3) và axit sulfuric (H2SO4) đậm đặc được sử dụng làm tác nhân oxi hóa. Quá trình này không chỉ có tác dụng cắt ngắn các ống nano và phá vỡ các bó kết tụ, mà quan trọng hơn, nó tạo ra các khuyết tật trên bề mặt và tại các đầu ống. Tại những vị trí này, các nhóm chức chứa oxy như carboxyl (-COOH) và hydroxyl (-OH) được hình thành. Việc gắn nhóm chức axit này đã làm thay đổi hoàn toàn tính chất bề mặt của CNTs, chuyển từ kỵ nước sang ưa nước và từ trơ hóa học sang hoạt động. Các nhóm chức này hoạt động như những "điểm neo" tích điện âm, có ái lực mạnh với các cation kim loại nặng mang điện tích dương như Pb(II), tạo điều kiện cho cơ chế hấp phụ hóa học và trao đổi ion diễn ra hiệu quả.

3.1. Vai trò của axit nitric HNO3 và axit sulfuric H2SO4

Axit nitric (HNO3) là một chất oxi hóa mạnh, có khả năng tấn công các liên kết C=C trên mạng lưới carbon, tạo ra các nhóm chức như carboxyl, hydroxyl và carbonyl. Axit sulfuric (H2SO4) đậm đặc không chỉ đóng vai trò là chất xúc tác mà còn giúp ngăn chặn sự tái kết tụ của các ống nano trong quá trình phản ứng và tăng cường khả năng oxi hóa của HNO3. Sự kết hợp của hai axit này tạo ra một môi trường oxi hóa cực mạnh, giúp quá trình biến tính bề mặt vật liệu nano carbon dạng ống diễn ra hiệu quả hơn so với việc sử dụng riêng lẻ từng loại axit. Tỷ lệ thể tích giữa HNO3 và H2SO4 là một thông số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ nhóm chức được tạo thành trên bề mặt.

3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxi hóa

Hiệu quả của quá trình oxi hóa bằng axit phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Luận văn đã tiến hành khảo sát một cách hệ thống các điều kiện phản ứng để tìm ra bộ thông số tối ưu. Các yếu tố chính được nghiên cứu bao gồm: nồng độ hỗn hợp axit, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng. Kết quả cho thấy, khi tăng nồng độ axit, nhiệt độ và thời gian, mức độ oxi hóa tăng lên, dẫn đến dung lượng hấp phụ Pb(II) cao hơn. Tuy nhiên, nếu các điều kiện quá khắc nghiệt (nhiệt độ quá cao, thời gian quá dài), cấu trúc của ống nano carbon có thể bị phá hủy nghiêm trọng, làm giảm diện tích bề mặt và tính chất cơ học. Dựa trên thực nghiệm, điều kiện tối ưu được xác định là ở nhiệt độ 50°C trong thời gian 5 giờ với tỷ lệ thể tích HNO₃:H₂SO₄ là 1:3.

IV. Hướng dẫn nghiên cứu hấp phụ ion chì Động học và đẳng nhiệt

Sau khi tổng hợp thành công vật liệu CNTs đã biến tính (Ox-CNTs), nghiên cứu tiến hành đánh giá khả năng ứng dụng của nó trong việc hấp phụ ion chì trong nước. Quá trình này được khảo sát một cách chi tiết thông qua các thí nghiệm hàng loạt, trong đó các yếu tố ảnh hưởng như pH dung dịch, liều lượng vật liệu hấp phụ, nồng độ ban đầu của Pb(II) và thời gian tiếp xúc được kiểm soát chặt chẽ. Để hiểu rõ hơn về cơ chế và bản chất của quá trình, dữ liệu thực nghiệm được phân tích bằng các mô hình lý thuyết. Động học hấp phụ được nghiên cứu để xác định tốc độ của quá trình và bước kiểm soát tốc độ. Trong khi đó, đẳng nhiệt hấp phụ được sử dụng để mô tả mối quan hệ cân bằng giữa lượng chì bị hấp phụ trên bề mặt vật liệu và nồng độ chì còn lại trong dung dịch, từ đó xác định dung lượng hấp phụ cực đại. Các phân tích này cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu quả và cơ chế tương tác giữa Ox-CNTs và ion Pb(II), là cơ sở khoa học quan trọng cho việc thiết kế các hệ thống xử lý nước nhiễm chì trong thực tế.

4.1. Phân tích mô hình động học hấp phụ Pseudo first second order

Nghiên cứu động học hấp phụ giúp làm sáng tỏ tốc độ và cơ chế của quá trình. Dữ liệu thực nghiệm về lượng Pb(II) hấp phụ theo thời gian được khớp với hai mô hình phổ biến: bậc nhất biểu kiến (pseudo-first-order) và bậc hai biểu kiến (pseudo-second-order). Kết quả từ báo cáo khoa học cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học bậc hai biểu kiến một cách chặt chẽ, với hệ số tương quan (R²) rất cao (R² > 0.99). Điều này ngụ ý rằng bước kiểm soát tốc độ của quá trình là hấp phụ hóa học (chemisorption), liên quan đến sự chia sẻ hoặc trao đổi electron giữa ion Pb(II) và các nhóm chức trên bề mặt Ox-CNTs, thay vì chỉ là sự khuếch tán vật lý đơn thuần.

4.2. Khảo sát mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich

Để xác định dung lượng hấp phụ cực đại và bản chất của sự tương tác bề mặt, các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich được áp dụng. Mô hình Langmuir giả định sự hấp phụ đơn lớp trên một bề mặt đồng nhất, trong khi mô hình Freundlich mô tả sự hấp phụ đa lớp trên bề mặt không đồng nhất. Kết quả phân tích cho thấy mô hình Langmuir mô tả dữ liệu cân bằng tốt hơn (R² > 0.99), chứng tỏ rằng các ion Pb(II) hình thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật liệu Ox-CNTs. Theo mô hình này, dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Pb(II) được tính toán là 93,60 mg/g, một giá trị rất cạnh tranh so với nhiều vật liệu hấp phụ khác. Điều này khẳng định sự hình thành của một bề mặt tương đối đồng nhất với các tâm hấp phụ có ái lực tương đương sau quá trình oxi hóa.

V. Top kết quả Dung lượng hấp phụ chì của vật liệu Ox CNTs

Kết quả từ nghiên cứu vật liệu nano này đã chứng minh một cách thuyết phục hiệu quả của phương pháp biến tính bề mặt. Vật liệu Ox-CNTs sau khi được xử lý bằng hỗn hợp axit đã thể hiện khả năng hấp phụ kim loại nặng vượt trội so với vật liệu ban đầu. Các phương pháp đặc trưng hóa vật liệu hiện đại đã được sử dụng để xác nhận sự thành công của quá trình biến tính. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) cho thấy sự xuất hiện rõ rệt của các đỉnh đặc trưng cho nhóm -COOH và -OH. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) cho thấy bề mặt ống nano trở nên xù xì hơn và các bó CNTs được phân tán tốt hơn. Phân tích diện tích bề mặt BET cũng chỉ ra sự gia tăng nhẹ diện tích bề mặt từ 134 m²/g lên 159 m²/g. Về hiệu suất, dung lượng hấp phụ Pb(II) cực đại đạt 93,60 mg/g là một con số ấn tượng, khẳng định tiềm năng ứng dụng thực tiễn của vật liệu này trong công nghệ xử lý môi trường. Hơn nữa, các tham số nhiệt động học cũng được tính toán, cho thấy quá trình hấp phụ là tự diễn biến và thu nhiệt.

5.1. Đặc trưng vật liệu Ox CNTs qua phân tích FT IR SEM TEM

Sự thay đổi về cấu trúc và thành phần hóa học bề mặt của CNTs sau khi oxi hóa được xác nhận bằng các kỹ thuật phân tích tiên tiến. Giản đồ FT-IR là bằng chứng trực tiếp cho việc gắn nhóm chức axit. Sự xuất hiện của các dải hấp thụ mạnh ở vùng 3364 cm⁻¹ (dao động của nhóm -OH) và 1701 cm⁻¹ (dao động của nhóm C=O trong -COOH) đã khẳng định sự hiện diện của các nhóm chức này. Ảnh SEM và TEM cho thấy vật liệu Ox-CNTs có độ phân tán tốt hơn, các ống nano bị cắt ngắn và bề mặt trở nên gồ ghề hơn, tạo thêm nhiều vị trí hoạt động. Những kết quả này cung cấp một bức tranh toàn diện, chứng minh rằng quá trình functional hóa bề mặt đã diễn ra thành công.

5.2. Các tham số nhiệt động học của quá trình hấp phụ

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đã cung cấp các thông tin quan trọng về bản chất của quá trình hấp phụ. Các tham số nhiệt động học bao gồm biến thiên năng lượng tự do Gibbs (ΔG°), biến thiên enthalpy (ΔH°), và biến thiên entropy (ΔS°) đã được tính toán. Giá trị ΔG° âm ở các nhiệt độ khảo sát cho thấy quá trình hấp phụ ion chì lên Ox-CNTs là một quá trình tự diễn biến. Giá trị ΔH° dương (ΔH° = +11.71 kJ/mol) khẳng định đây là một quá trình thu nhiệt, phù hợp với bản chất của hấp phụ hóa học. Giá trị ΔS° dương cho thấy mức độ hỗn loạn tại bề mặt phân cách rắn-lỏng tăng lên trong quá trình hấp phụ, có thể do sự giải phóng các phân tử nước khi ion Pb(II) liên kết với bề mặt.

VI. Tương lai công nghệ nano Ứng dụng CNTs xử lý môi trường

Kết quả của luận văn thạc sĩ hóa học này không chỉ thành công trong việc chế tạo một loại vật liệu hấp phụ hiệu suất cao mà còn mở ra nhiều định hướng phát triển trong tương lai cho công nghệ nano. Vật liệu Ox-CNTs đã chứng tỏ là một giải pháp đầy hứa hẹn cho bài toán xử lý nước nhiễm chì, một vấn đề môi trường nhức nhối. Thành công của nghiên cứu này là nền tảng vững chắc để tiếp tục khám phá và tối ưu hóa các vật liệu hấp phụ nano. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện khả năng tái sử dụng của vật liệu thông qua các chu kỳ hấp phụ-giải hấp, giảm chi phí tổng hợp và sản xuất ở quy mô lớn hơn. Ngoài ra, việc biến tính bề mặt CNTs với các nhóm chức chọn lọc khác có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm khác như dược phẩm, thuốc trừ sâu, hoặc các ion kim loại nặng khác. Sự phát triển của các vật liệu nano tiên tiến như thế này sẽ đóng một vai trò then chốt trong việc xây dựng một tương lai bền vững, nơi các vấn đề ô nhiễm môi trường được giải quyết một cách hiệu quả và triệt để.

6.1. Khả năng tái sử dụng và tối ưu hóa chi phí vật liệu

Một yếu tố quan trọng quyết định tính khả thi của một vật liệu hấp phụ nano trong ứng dụng thực tế là khả năng tái sử dụng và chi phí sản xuất. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tìm ra các dung dịch giải hấp hiệu quả (như axit loãng hoặc dung dịch tạo phức) để thu hồi ion Pb(II) và tái sinh vật liệu Ox-CNTs. Việc đánh giá độ bền của vật liệu sau nhiều chu kỳ sử dụng là cần thiết để xác định tuổi thọ của nó. Đồng thời, việc khám phá các phương pháp tổng hợp và biến tính xanh hơn, sử dụng ít hóa chất độc hại và tiêu thụ ít năng lượng hơn, sẽ góp phần làm cho công nghệ này trở nên bền vững và kinh tế hơn.

6.2. Mở rộng ứng dụng cho các chất ô nhiễm khác

Nền tảng của việc functional hóa bề mặt CNTs có thể được điều chỉnh để tạo ra các vật liệu có khả năng hấp phụ chọn lọc đối với nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau. Bằng cách thay đổi tác nhân biến tính hoặc gắn các nhóm chức đặc hiệu, có thể chế tạo ra các vật liệu CNTs có ái lực cao với các ion kim loại khác (như As, Cd, Hg), các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, hoặc thậm chí là các vi sinh vật gây bệnh. Tiềm năng ứng dụng của vật liệu CNTs trong lĩnh vực xử lý môi trường là rất lớn, hứa hẹn mang lại những giải pháp đột phá cho các thách thức môi trường phức tạp trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong thập kỷ qua, hoạt động công nghiệp toàn cầu đã tạo ra khối lượng khoảng 2 000 000 tấn chì mỗi năm, đồng thời các khu công nghiệp ở Việt Nam khai thác và sử dụng hơn 130 triệu bình ắc quy 1.5 V, 57 000 tấn sơn hóa học, 1 158 000 tấn điện thoại, 1 700 000 tấn thép thỏi hàng năm (theo thống kê 2001). Những nguồn thải này khiến nồng độ Pb(II) trong môi trường nước thường vượt quá mức an toàn, gây nguy cơ ngộ độc nặng cho sức khỏe con người và sinh vật.

Để giải quyết vấn đề, nghiên cứu tập trung vào vật liệu nano carbon dạng ống (CNTs), vốn có đường kính ~1 nm, độ dài lên tới hàng micromet, Young’s modulus 1,8 TPa (khoảng 100 lần bền hơn thép) và độ dẫn điện tốt. Tuy nhiên, khi CNTs được tổng hợp nguyên trạng chúng thường bó lại do tính trơ, giảm diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ. Vì vậy, biến tính bề mặt bằng axit HNO₃ và H₂SO₄ được đề xuất nhằm tạo các nhóm chức –COOH, –OH, nâng diện tích BET từ 134 m²/g lên 159 m²/g và cải thiện khả năng bám ion nặng.

Mục tiêu của luận văn là: (i) tối ưu hoá quá trình oxi hoá bề mặt CNTs; (ii) xác định mô hình đẳng nhiệt (Langmuir, Freundlich) và động học (bậc nhất & bậc hai) mô tả hấp phụ Pb(II); (iii) đánh giá các tham số nhiệt động học để chứng minh quá trình thu nhiệt. Nghiên cứu thực hiện trong khoảng 2020‑2023 tại các phòng thí nghiệm ĐHQG TP.HCM và trung tâm kiểm nghiệm Thừa Thiên Huế, với cỡ mẫu 0,5 g CNTs cho mỗi thí nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

1. Cấu trúc CNTs – SWNTs (đơn lớp) có đường kính ~1 nm, MWNTs (đa lớp) theo mô hình “Russian doll” hoặc “Parchment”.
2. Cơ học – Young’s modulus trung bình 1,8 TPa, trọng lượng nhẹ gấp 6 lần so với thép.
3. Cơ điện – Tùy vào chỉ số chiral, CNTs có thể là bán dẫn hoặc kim loại, điện trở khoảng 10 Ω·cm tại 27 °C.
4. Cơ học hóa – Các nhóm –COOH, –OH sinh ra khi oxi hoá, tăng độ hoạt động hóa học và khả năng trao đổi ion.
5. Mô hình hấp phụ – Langmuir (đơn lớp, R² = 0,9957, qₘₐₓ = 93,60 mg/g), Freundlich (R² = 0,8261).
6. Động học – Mô hình bậc hai (R² = 0,9909) mô tả tốt hơn bậc nhất (R² = 0,9716).

Phương pháp nghiên cứu

Thành phần	Nội dung	Chi tiết
Nguồn dữ liệu	Đo nồng độ Pb(II) bằng AAS (phân tích tại trung tâm Thừa Thiên Huế).	Độ nhạy < 0,01 ppm, đường chuẩn r² = 0,998.
Sản phẩm CNTs	CNTs nguyên trạng (C0) và các mẫu oxi hoá (C1‑C5) với tỉ lệ HNO₃:H₂SO₄ = 1:3.	Nồng độ HNO₃ 13 %, H₂SO₄ 58,8 %, nhiệt độ 50 °C, thời gian 5 h.
Biến tính	Siêu âm 15 phút trước oxi hoá để phân tán đều.	Khối lượng CNTs 0,5 g cho mỗi mẫu.
Thí nghiệm hấp phụ	1. pH (2‑6), 2. Liều lượng (0,05‑0,30 g/L), 3. Nhiệt độ (30‑90 °C), 4. Thời gian (10‑120 min).	Dung dịch Pb(II) ban đầu 19,76 ppm, thể tích 50 mL.
Đánh giá	Thu thập FT‑IR, EDX, SEM, TEM, BET.	FT‑IR: peaks 3364 cm⁻¹ (–OH), 1701 cm⁻¹ (–C=O).
Mô hình	Tính toán tham số: ΔH = +11 716 J/mol, ΔS = +46,11 J/mol·K, ΔG < 0 (tự phát).	Dùng phương trình Van’t Hoff.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Tham số	Giá trị (khoảng)	Đối chiếu
Dung lượng hấp phụ (C0)	7,60 mg/g (CNTs chưa oxi hoá).	Thấp do diện tích bề mặt hạn chế.
Dung lượng tối đa (C1)	70,65 mg/g (oxi hoá cao nhất).	Tăng ≈ 9,3 × so với C0.
pH = 6	70,60 mg/g	pH > điểm băng điện (≈ 5) → bề mặt âm, tăng hấp phụ cation.
Liều 0,20 g/L	68‑70 mg/g	Không cải thiện đáng kể khi tăng > 0,20 g/L.
Nhiệt độ 50 °C	≈ 78 mg/g	Nhiệt độ > 30 °C nâng năng lượng hoạt động, nhưng > 50 °C không tăng đáng kể.
qₘₐₓ (Langmuir)	93,60 mg/g	Giá trị lý thuyết, cao hơn thực nghiệm (~72,8 mg/g).
ΔH, ΔS, ΔG	+11 716 J/mol, +46,11 J/mol·K, < 0	Quá trình thu nhiệt, tăng hỗn loạn hệ.
BET	134 → 159 m²/g	Tăng ≈ 19 % diện tích bề mặt.

Thảo luận kết quả

• Tác động của oxi hoá: Việc kết hợp HNO₃ và H₂SO₄ tạo ra các nhóm –COOH, –OH, làm tăng diện tích BET và khả năng trao đổi ion. Kết quả SEM/TEM cho thấy ống CNTs vẫn giữ cấu trúc nhưng bề mặt trở nên xù xì, tạo nhiều điểm hấp phụ.

• Ảnh hưởng pH: Khi pH tiến tới 6, gần điểm băng điện của Ox‑CNTs (≈ 5), bề mặt mang điện tích âm, thu hút Pb²⁺ mạnh hơn. Ở pH < 5, bề mặt dương làm giảm hấp phụ.

• Liều lượng: Dung lượng hấp phụ tăng nhanh từ 0,10 g/L → 0,20 g/L, sau đó ổn định vì các vị trí hấp phụ đã bão hòa.

• Nhiệt độ: Tăng nhiệt độ lên 50 °C giúp tăng năng lượng va chạm, cải thiện khả năng tạo liên kết ion‑oxit. Tuy nhiên, ở > 60 °C phản ứng oxi hoá làm CNTs bị phá vỡ quá mức, giảm hiệu quả lọc.

• Mô hình động học: Hệ số xác định R² = 0,9909 cho mô hình bậc hai chỉ ra sự phụ thuộc vào nồng độ Pb²⁺ và lượng Ox‑CNTs đồng thời; quá trình không bị giới hạn bởi diffusion.

• Isotherm: Langmuir cho R² cao hơn Freundlich, chứng tỏ hấp phụ chủ yếu một lớp đơn, phù hợp với các nhóm chức hoá học đã được tạo.

• Thermodynamics: ΔH dương và ΔS dương cho thấy quá trình thu nhiệt và tăng hỗn loạn, đồng thời ΔG âm ở mọi nhiệt độ khảo sát chứng minh tự phát.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng quy mô oxi hoá: Áp dụng tỷ lệ HNO₃ = 13 % / H₂SO₄ = 58,8 %, nhiệt độ 50 °C, thời gian 5 h cho các lô CNTs công nghiệp để đạt độ BET ≥ 160 m²/g và dung lượng Pb(II) ≥ 70 mg/g.
2. Tiêu chuẩn hoá pH xử lý: Đặt pH = 6 ± 0,2 trong các bể lọc để tối ưu hoá trao đổi ion.
3. Liều dùng: Sử dụng 0,20 g/L Ox‑CNTs trong điểm lọc cố định, giảm chi phí so với liều cao hơn mà không làm giảm hiệu suất.
4. Tích hợp vào hệ thống đa giai đoạn: Kết hợp bộ lọc Ox‑CNTs với công nghệ kết tủa‑phân tách để loại bỏ các kim loại nặng còn lại (Cd, Ni).
5. Giám sát nhiệt độ: Duy trì nhiệt độ 45‑55 °C trong quá trình hấp phụ để tránh phá hủy cấu trúc ống, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng.
6. Kiểm soát chất lượng: Thực hiện đo FT‑IR, BET, SEM định kỳ sau mỗi chu kỳ oxi hoá để đảm bảo độ hàm lượng –COOH ≥ 1,5 % và diện tích bề mặt ≥ 158 m²/g.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm đối tượng	Lợi ích	Ứng dụng cụ thể
Nhà nghiên cứu vật liệu nano	Hiểu sâu về biến tính bề mặt CNTs và ảnh hưởng tới hấp phụ kim loại nặng.	Thiết kế vật liệu hấp phụ cho nước thải công nghiệp.
Kỹ sư môi trường	Có mô hình đẳng nhiệt & động học để dự đoán hiệu suất lọc.	Lập kế hoạch xử lý nước thải chì trong nhà máy.
Chuyên gia công nghiệp chế tạo pin và điện tử	Áp dụng CNTs đã biến tính để cải thiện điện cực và giảm chất thải chì.	Sản xuất pin, thiết bị bán dẫn không gây ô nhiễm.
Cơ quan quản lý môi trường	Cung cấp số liệu định lượng để xây dựng tiêu chuẩn Giới hạn Pb(II) trong nước.	Đề xuất quy định mức tối đa Pb(II) < 0,01 ppm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần oxi hoá CNTs mới có khả năng hấp phụ Pb(II) cao?
   Oxi hoá tạo ra các nhóm –COOH, –OH trên bề mặt, tăng diện tích BET (134 → 159 m²/g) và khả năng trao đổi ion, giúp dung lượng tăng từ 7,6 mg/g (không oxi) lên ≈ 70 mg/g.

2. Liều lượng Ox‑CNTs tối ưu là bao nhiêu?
   Thử nghiệm cho thấy 0,20 g/L đạt dung lượng ≈ 68‑70 mg/g; tăng lên > 0,20 g/L không mang lại lợi ích đáng kể.

3. pH ảnh hưởng thế nào đến quá trình hấp phụ?
   Khi pH > điểm băng điện (~5), bề mặt Ox‑CNTs mang điện tích âm, thu hút Pb²⁺ mạnh hơn; ở pH = 6, dung lượng đạt 70,60 mg/g.

4. Mô hình nào mô tả tốt nhất quá trình hấp phụ?
   Langmuir (R² = 0,9957, qₘₐₓ = 93,60 mg/g) phản ánh quá trình đơn lớp, còn động học bậc hai (R² = 0,9909) mô tả tốc độ phản ứng chính xác hơn.

5. Quá trình hấp phụ này có an toàn môi trường không?
   Tham số nhiệt động học ΔH > 0, ΔS > 0, ΔG < 0 cho thấy quá trình thu nhiệt, tự phát, không cần chất phụ trợ độc hại, phù hợp cho quy trình công nghiệp xanh.

Kết luận

• Biến tính bề mặt CNTs bằng hỗn hợp HNO₃/H₂SO₄ (13 %/58,8 %) tại 50 °C, 5 h tạo ra diện tích BET 159 m²/g và dung lượng Pb(II) ≈ 70 mg/g.
• Mô hình Langmuir và động học bậc hai mô tả chính xác quá trình hấp phụ, với qₘₐₓ lý thuyết 93,6 mg/g và qₑₓₚ ≈ 73 mg/g.
• Nhiệt độ 50 °C, pH = 6, liều 0,20 g/L là các tham số tối ưu, giảm chi phí và năng lượng tiêu thụ.
• Tham số nhiệt động học (ΔH = +11,7 kJ/mol, ΔS = +46 J/mol·K) chứng minh quá trình thu nhiệt, tự phát, an toàn cho môi trường.
• Ứng dụng thực tiễn: Có thể triển khai trong hệ thống lọc nước công nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm chì, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho tiêu chuẩn môi trường.

Bài học chính: Việc tinh chế bề mặt CNTs không chỉ nâng cao hiệu suất hấp phụ mà còn mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải kim loại nặng, hướng tới bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TÔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về nano caebon dạng ống (CNT&)|2], [17] 1-1-1. Khái niệm Nano cacbon dang Sng (tiéng anh: Carbon nanotube - CNTs) là các dạng thù hình của cacbon. Nano cacbon dạng ống đơn lớp là một tắm than chỉ có độ dày một nguyên tử cuộn tròn lại thành một hình trụ liền, với đường kính cỡ nanomet.

Điều này xảy ra trong các cấu trúc nano mà ở đó tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính vượt lên 10000.Các phân tử cacbon hình trụ đó có các tính chất thú vị làm cho chúng có. khả năng hữu dụng cao trong rất nhiều ứng dụng của công nghệ nano, công nghệ điện tử, quang học và một số ngành khoa học vật liệu khác Chúng thể hiện độ bền đáng kinh ngạc và các tính chất điện độc đáo, độ dẫn nhiệt hiệu quả. eacbon dạng ống vô cơ cũng đã được tổng hợp. Nano cacbon dạng ống là một loại cấu trúc fullerene, trong đó cũng bao gồm cả buekyball.Trong buckyball có dạng hình cầu, một ống nano lại có dạng hình trụ.

với ít nhất một đầu được phủ bởi một bán cầu có cấu trúc buckyball. Tên của chúng. được đặt theo hình dạng của chúng, do đường kính của ống nano vào cỡ một vài nanomet trong khi độ dài của chúng có thể lên tới vải milimet. Các nhà nghiên cứu.

ở đại hoc Cininnati (UC) đã phát triển một quá trình để xây mạng thẳng hàng các nano cacbon éng cực dài, học đã có thể sản xuất các nano cacbon dạng ống đài 18nm va có thé xoắc lại thành các sợi nano cacbon. Bản chất của liên kết trong nano cacbon dạng ng được giải thích bởi hóa. học lượng tử, cụ thể là sự xen phủ obital.Liên kết hóa học của các ống nano được. cấu thành hoàn toàn bởi các liên kết sp°, tưởng tự than cñ.

Cấu trúc liên kết này mạnh hơn các liên kết sp? ở trong kim cương, tạo ra những phân tử với độ bền đặc biệt. Các ống nano thường tự sắp xếp thành các "sợi dây thừng” được giữ với nhau bởi lực hút Vander Wall. Dưới áp suất cao, các ống nano có thể trộn với nhau, trao. đổi một số liên kết sp cho liên kết sp’, tao ra khả năng tạo thành các sợi đây khỏe, độ dài không giới hạn thông qua liên kết Ống nano áp suất cao.

Cấu trúc của nano cacbon dạng Ống 1. Nano cacbon dạng ống đơn lớp Hình 1. Cấu trúc ống nano eacbon đơn lớp. Phần lớn các nanodạng ống đơn lớp (SWNTs-Single-Walled Nanotubes) có đường kính gần I nanomet, với độ đài đường ống có thể gấp hàng nghìn lần như vậy.

Cấu trúc của một SWNTS có thể được hình dung là cuôn một vách than chỉ độ đây một nguyêmữ (còn gọi ligraphene) thinh một hình trụ liền. Cách mà tắm eraphene được cuộn như vậy được biểu diễn bởi một cặp chỉ sé (nm) goi la vector chial. Các số nguyênnvàmlà số của các vector đơn vị dọc theo hai hướng trong lưới tỉnh thể hình tổ ong của graphene. Nếum=0, ống nano được gọi là "zigzag".

Néun=m, ống nano được gọi là "ghế bành". Nếu không, chúng được gọi là 'chiral" Nano cacbondang ống đơn lớp là loại nano cacbon dạng ống cực kì quan trọng bởi chúng thể hiện các tính chất điện quan trọng mà không ống nano đa vách. Các nano dạng ống đơn lớp là ứng cử viên sáng giá trong việc thu nhỏ kích thước sản phẩm ngành cơ điện từ cỡ micro hiện nay xuống còn nano. Sản phẩm căn bản của ngành này là dây điện, mà SWNTS lại dẫn điện rất tốt.

dụng hữu ích khác của SWNTS là trong việc phát triển các transitor cảm ứng (EET- field effect transitor) nội phân tử. Việc sản xuất cửa luận lý (logic gate) đầu tiên sử dung FET lim bằng SWNTs gần đây đã trở thành hiện thực. Bởi vì SWNTs trở thành p-FET khi tiếp xúc với oxy và n-FET khi không tiếp xúc với oxy, chúng đều. 10 6 thể bảo vệ một nửa SWNTS khỏi bị tiếp xúc với oxy, trong khi cho tiếp xúc với oxy nửa còn lại.

Kết quả là một SWNTs đơn có thể hoạt động như một cửa luận lý NOT với cả loại FET n và p trong cùng một phân tử 1. Nano cacbon dạng ống đa lớp Hình 1. Nano cacbon dạng ống đơn lớp và đa lớp Cacbon nano dang ống đa lớp (MWNTs) gồm nhiều lớp than chi (graphite). Có hai mô hình được sử dụng để mô tả MWNTS.

Trong mô hình thứ nhất có tên goi:Russian doll, MWNTs gồm nhiều ống SWNTs đơn lồng vào nhau. Trong mô hình thứ hai: Parchment, MWNTs duge m6 ta như một tắm graphite cuộn lại. Khoảng cách gi lớp trong MWNTS tương đương một lớp, khoảng. ách các lớp graphite trong cấu trúc than chỉ, xắp xỉ 3.

MWNTS có đường kính lớn hơn SWNTS, và có độ trơ với hóa chất cao hơn.Năm 2009, nhóm nghiên cứu của giáo su James Tour 6 DH Rice ding KMnOs trong HzSO: đã để mở ống MWNTs tạo nên Graphene nanoribbon, công trình được đăng trên tạp chí nature.MWNTS hai lớp được gọi là DWNTs, được tổng hop trên quy mô gram vào năm 2003 bằng phương pháp CCVD. Các dạng khác của nano cacbon dạng Ống *Dạng mắm: Ông nano cacbon mầm là một dạng đặc biệt, kết hợp bởi nano. cacbon đạng ống và fullei “Trong vật li composite, mam fullerene đóng vai trò như mỏ neo giúp các ống nano cacbon không trượt, giúp tăng cường độ bền của vật liệu *Dạng vòng: Nano cacbon dạng vòng được tiên đoán bằng lý thuyết với các tính chất đặc biệt. Nano cacbon dạng vòng *Cycloparaphenylene Hình 1.

Cấu trúc Cycloparaphenylene Nano cacbon dạng ống dài 18,5em được báo cáo vào năm 2009, được tổng hợp trên nền silic bằng phương pháp CVD cải tiến Nano cacbon dạng ống ngắn nhất được biết đến là phân tử cyeloparaphenylene, được tổng hợp vào đầu năm 2009.Nano cacbon dang ống mỏng nhất là loại ghế bành (armchair) với đường kính. 3Ä, được tổng hợp trong lòng nano cacbon dạng ống đa lớp. Việc xác định loại i được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét quyền qua độ phân giải cao. Tính chất của CIVTS 1.

Tính chất co hoc ‘Ong CNTs rat bén: theo trục ống, ống nano có suất Young rất lớn, có độ bền. cơ khí ất cao, khả năng chịu nén, kéo, đàn hỏi, uốn, cắt có thể gọi là vô cùng do chiều đài ống là vô cùng lớn, do đó rất thích hợp cho các vật liệu đòi hỏi tinh di hướng. Ta có thể làm một phép so sánh với thép và nhận thấy rằng Nanotubes nhẹ hơn thép 6 lần và bền hơn thép 100 lần, lấy mũi nhọn nén vào đầu ống, ống bị uốn cong nhưng đầu ống không bị hư hại gì. Nếu thôi không tác dụng lực nữa, ống thắng lại như ban đầu đối với CNTs dạng thằng.

Đối với MWNTS suất young trung. binh la 1,8Tpa (1Tpa = 10'? Pascale). Ong CNTs có thể biến dạng đến 40% mà chưa thấy xuất hiện biến dạng dẻo, chưa thấy triệu chứng có vết nứt hoặc đứt gây. Quan sát ở hiển vì điện tử thấy khi biến dạng CNTs, có lúc ống bị bẹp lại, có lúc ống bị xoắn, có khi ống thắt eo theo nhiều nắc.

Về mặt năng lượng, ống theo. nhận năng lượng cơ để biến dạng nhưng khi cấu trúc ống thay đổi đột ngột, Ống lại nhá ra năng lượng. Biến dạng déo & CNTs li quan đến những sai hỏng thường gọi là cặp vòng 5-7; sai hỏng này xuất hiện khi thin CNTs không có gì sai hỏng thì các nguyên tử cacbon trên ống nằm theo hình sáu cạnh, khi làm biến dạng đến một lúc nảo đó có thể làm liên kết bị dịch chuyển, mắt đi một mối liên kết, hình sáu cạnh trở thành hình năm cạnh, hình sáu cạnh gần đó lại nhận thêm một mối liên kết nữa để trở thành hình bảy cạnh. Như vậy, từ không có sai hỏng ống Nano trở thành một cặp sai hỏng 5-7 cạnh.Dưới sự tác dụng của lực lên CNTS, nhiều cặp sai hỏng như trên có thể được sinh ra và chuyển động, kết quả là CNTs có những biến dạng phức tạp.

Tính chất điện Các CNTs có đường kính nhỏ sẽ là bán dẫn hay kim loại. Độ dẫn điện khác nhau là do cấu trúc phân tử gây ra bởi sự khác nhau của các nhóm cấu trúc và theo. đó là sự khác nhau về độ chênh lệch mức năng lượng. DỄ dàng nhận thấy rằng độ dẫn điện phụ thuộc vào nhiều sự sắp xếp của tắm graphen.

Điện trở của nó được xác định bởi lớp vỏ lượng tử và hoàn toàn không phụ thuộc vào chiều dài ống. Độ dẫn điện thuộc vào cấu trúc (mmn), nếu ta thay đổi cấu tre thi CNTs có thể thay đổi độ dẫn điện từ điện môi đến bán dẫn rồi đến dẫn điện như kim loại Băng 1. Phân loại một số đặc trưng dẫn điện của CNTs Loại CNTs (am) Tính dẫn điện. Kim loại Zigag — | (n0).n3 không nguyên | - Bán dần Chiral (m-m)/3 nguyên.

Kim loại Chiral (n-m)/3 khong nguyén Bán dẫn Độ dẫn điện của loại đơn lớp cũng phụ thuộc vào đường kính của ống cũng như lực tác dụng lên ống. Dùng hiển vi lực nguyên tử để đo điện trở từng phần của Nanotubes thì thấy đối với loại SWNTs dẫn điện như kim loại thì điện trở không 13 thay đổi dọc theo ống. Tuy nhiên đối với CNTS dẫn điện theo kiểu bán dẫn khi kết lại thành sợi dài thì điện trở rất phụ thuộc vào các vị trí đặt các đầu bốn mũi dò để đo. Nói chung suất điện trở của ống nano vào cỡ 10 ohm/cm ở 27°C.

Như vậy sợi CNTs là sợi cacbon có độ dẫn điện tốt nhất Sai hỏng ở CNTS có thể làm thay đổi tính dẫn điện. Tính chất điện của CNTs đa lớp còn phức tạp hơn rất nhiều. Khoảng cách giữa các vách theo chiều xuyên tâm nhỏ nhất là 0,34 nm (bằng khoảng cách giữa các lớp của cấu trúc Graphit). Có thể xem điện tử bị nhốt trong các tắm Graphen phẳng vì khi đường kính của ống lớn khe năng lượng gần như bằng không (tủy theo từng loại Zigzag, armchair, chiral) thì các ống bên ngoài cũng ít nhiều dẫn ðiện do.

ðó MWNT ít nhất cũng có tính chất bán kim nhý Graphit. Độ hoạt động quang học. Các nghiên cứu lý thuyết đã cho thấy rằng độ quang hoạt của ống nano chiral sẽ biến mất nếu đường kính ống nano trở nên lớn hơn.Độ quang hoạt có thể sẽ gây ra mốt số kết quả tốt trong thiết bị quang học trong đó ống nano đóng một vai trò quan trọng.4 Tỉnh chất hóa học CNTs tuong đối trơ về mặt hóa học, nano cacbon dạng ống có kích thước cảng nhỏ thì hoạt động hóa học càng mạnh. Để tăng hoạt tính hóa học của CNTS người ta thường tạo các sai hỏng trên ống hoặc biến tính bề mặt ống.

Độ hoạt động hóa học của SWNTs là do tính bất đối xứng của Orbital- do.