Khóa Luận Tốt Nghiệp: Nâng Cao Hiệu Suất Chế Tạo Graphene Oxide Từ Lõi Pin Cũ

Trong bối cảnh rác thải điện tử gia tăng, đặc biệt là pin lithium-ion đã qua sử… 76 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh · 2023.

• Tác giả: Nguyễn Tiến Luật
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Huy Bình
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu
• Đề tài: Nâng Cao Hiệu Suất Chế Tạo Graphene Oxide Từ Lõi Pin Cũ
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
• 1. LỜI MỞ ĐẦU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.1.1. Tình hình rác thải điện tử, rác thải pin
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu về vật liệu graphene oxide
• 1.2. Tổng quan graphene
• 1.2.1. Giới thiệu về graphene
• 1.2.2. Cấu trúc graphene
• 1.2.3. Tính chất graphene
• 1.2.4. Ứng dụng graphene
• 1.2.5. Tổng quan graphene oxide
• 1.2.5.1. Giới thiệu về graphene oxide
• 1.2.5.2. Cấu trúc graphene oxide
• 1.2.5.3. Tính chất graphene oxide
• 1.2.6. Phương pháp tổng hợp graphene oxide
• 1.2.7. Tổng quan reduced graphene oxide
• 1.2.8. Ứng dụng graphene oxide, reduced graphene oxide
• 1.2.9. Vật liệu graphene - graphene oxide pha tạp
• 1.2.9.1. Vật liệu graphene pha tạp
• 1.2.9.2. Vật liệu graphene oxide pha tạp
• 1.2.10. Các phương pháp tổng hợp
• 1.3. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
• 1.3.1.1. Dụng cụ và thiết bị
• 1.3.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3.3. Quy trình thực nghiệm
• 1.3.4. Các phương pháp phân tích
• 1.3.4.1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.3.4.2. Phương pháp tán xạ Raman
• 1.3.4.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.3.4.4. Phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 1.4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.4.1. So sánh hiệu quả các dung dịch điện hóa
• 1.4.1.1. Khảo sát nồng độ NaOH
• 1.4.1.2. Khảo sát nồng độ KOH
• 1.4.1.3. So sánh dung dịch điện hóa giữa NaOH và KOH
• 1.4.2. Kết quả chế tạo graphene oxide, graphene oxide dạng khử
• 1.4.2.1. Phổ hồng ngoại (FTIR)
• 1.4.2.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.4.3. Kết quả pha tạp boron vào graphene oxide
• 1.4.3.1. Phổ hồng ngoại (FTIR)
• 1.4.3.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Graphene Oxide Từ Lõi Pin Cũ Tiềm Năng Tái Chế

Trong bối cảnh rác thải điện tử gia tăng, đặc biệt là pin lithium-ion đã qua sử dụng, việc tìm kiếm các giải pháp tái chế hiệu quả trở nên cấp thiết. Graphene Oxide (GO), một vật liệu nano đầy tiềm năng, có thể được chế tạo từ lõi pin cũ, biến rác thải thành tài nguyên. Nghiên cứu này tập trung vào việc nâng cao hiệu suất chế tạo Graphene Oxide từ lõi pin cũ, góp phần vào kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững. Lõi pin cũ vốn chứa graphite, có thể chuyển đổi thành GO thông qua các phương pháp hóa học hoặc điện hóa. Quá trình này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra một nguồn cung cấp vật liệu nano giá rẻ, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Việc tái chế pin và chiết xuất các vật liệu có giá trị như graphite là một bước quan trọng để giảm sự phụ thuộc vào khai thác tài nguyên thiên nhiên, hướng tới một tương lai xanh hơn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng pin kẽm – carbon (Zn-C) với chi phí sản xuất thấp là nguồn tái chế graphite tiềm năng, có thể được sử dụng như một điện cực cho hệ điện phân, sản phẩm của quá trình này là Graphene Oxide.

1.1. Graphene Oxide từ Lõi Pin Cũ Giải Pháp Tái Chế Hiệu Quả

Sử dụng lõi pin cũ để tạo ra Graphene Oxide không chỉ là một giải pháp xử lý pin thải mà còn là một phương pháp hiệu quả để thu hồi và tái sử dụng vật liệu nano. Việc này giúp giảm thiểu lượng pin lithium-ion thải ra môi trường, vốn chứa các kim loại nặng độc hại. Quy trình sản xuất Graphene Oxide từ lõi pin cũ có thể được tối ưu hóa để đạt được độ tinh khiết Graphene Oxide cao, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các ứng dụng khác nhau. Hơn nữa, việc giảm chi phí sản xuất Graphene Oxide từ vật liệu tái chế này có thể thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tế, đặc biệt là trong các lĩnh vực ứng dụng năng lượng, vật liệu dẫn điện và ứng dụng Graphene Oxide khác.

1.2. Tình Hình Nghiên Cứu và Ứng Dụng Graphene Oxide từ Pin Thải

Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh tính khả thi của việc chế tạo Graphene Oxide từ các nguồn vật liệu tái chế, bao gồm cả lõi pin cũ. Các nhà khoa học đang tập trung vào việc cải tiến phương pháp chiết xuất Graphene Oxide để nâng cao năng suất và giảm thiểu tác động môi trường. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu tính chất Graphene Oxide được tạo ra từ pin thải cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả ứng dụng. Các ứng dụng tiềm năng của Graphene Oxide từ lõi pin cũ bao gồm điện cực, vật liệu dẫn điện, ứng dụng năng lượng như pin mặt trời, và các lĩnh vực khác như cảm biến, vật liệu composite.

II. Thách Thức Trong Chế Tạo Graphene Oxide Từ Lõi Pin Cũ Vấn Đề Cần Giải Quyết

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc chế tạo Graphene Oxide từ lõi pin cũ vẫn đối mặt với một số thách thức. Thứ nhất, độ tinh khiết Graphene Oxide thu được có thể bị ảnh hưởng bởi các tạp chất có trong pin lithium-ion đã qua sử dụng. Thứ hai, quy trình sản xuất Graphene Oxide cần được tối ưu hóa để đảm bảo tính hiệu quả về chi phí và thân thiện với môi trường. Cuối cùng, cần có các nghiên cứu sâu hơn về tính chất điện hóa của Graphene Oxide từ vật liệu tái chế để mở rộng phạm vi ứng dụng. Hiệu suất chế tạo Graphene Oxide có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào nguồn lõi pin cũ và phương pháp chiết xuất được sử dụng. Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp chiết xuất Graphene Oxide phù hợp và tối ưu hóa quy trình sản xuất là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế.

2.1. Ảnh Hưởng Của Tạp Chất Đến Độ Tinh Khiết Graphene Oxide

Tạp chất từ lõi pin cũ, như các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ, có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ tinh khiết Graphene Oxide và do đó, ảnh hưởng đến tính chất điện hóa và hiệu quả ứng dụng của nó. Cần có các phương pháp làm sạch hiệu quả để loại bỏ các tạp chất này trước hoặc sau quy trình sản xuất Graphene Oxide. Các phương pháp làm sạch có thể bao gồm rửa bằng axit, xử lý nhiệt, hoặc sử dụng các chất hấp phụ đặc biệt để loại bỏ các tạp chất cụ thể. Việc kiểm soát và giảm thiểu tạp chất là rất quan trọng để đảm bảo Graphene Oxide thu được đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cần thiết.

2.2. Tối Ưu Hóa Quy Trình Sản Xuất Graphene Oxide Chi Phí và Môi Trường

Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất Graphene Oxide từ lõi pin cũ cần xem xét cả yếu tố chi phí và tác động môi trường. Các phương pháp truyền thống như phương pháp Hummers sử dụng các hóa chất độc hại và tạo ra lượng lớn chất thải. Cần có các phương pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn, như phương pháp điện hóa hoặc các phương pháp sử dụng các chất oxy hóa ít độc hại hơn. Ngoài ra, việc giảm chi phí sản xuất là rất quan trọng để làm cho Graphene Oxide từ vật liệu tái chế cạnh tranh hơn so với Graphene Oxide được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu khác.

III. Phương Pháp Điện Hóa Nâng Cao Hiệu Suất Chế Tạo Graphene Oxide

Một trong những phương pháp đầy hứa hẹn để chế tạo Graphene Oxide từ lõi pin cũ là sử dụng phương pháp điện hóa. Phương pháp này sử dụng điện phân để oxy hóa graphite trong lõi pin cũ, tạo thành Graphene Oxide. Ưu điểm của phương pháp điện hóa là có thể kiểm soát được quá trình oxy hóa, giảm thiểu việc sử dụng các hóa chất độc hại, và có khả năng nâng cao năng suất so với các phương pháp truyền thống. Quy trình sản xuất Graphene Oxide bằng phương pháp điện hóa bao gồm việc chuẩn bị lõi pin cũ, thiết lập hệ điện phân, điều chỉnh các thông số điện hóa như điện áp, dòng điện, và thời gian điện phân, và cuối cùng là thu hồi và làm sạch Graphene Oxide.

3.1. Tối Ưu Hóa Thông Số Điện Hóa để Nâng Cao Năng Suất

Việc tối ưu hóa các thông số điện hóa, như điện áp, dòng điện, nồng độ chất điện ly, và thời gian điện phân, là rất quan trọng để nâng cao năng suất và chất lượng Graphene Oxide thu được. Các thông số này ảnh hưởng đến tốc độ oxy hóa graphite và mức độ oxy hóa của Graphene Oxide. Cần có các nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu cho từng loại lõi pin cũ và hệ điện phân cụ thể. Ngoài ra, việc sử dụng các chất xúc tác điện hóa có thể giúp tăng tốc quá trình oxy hóa và cải thiện hiệu suất chế tạo Graphene Oxide.

3.2. Lựa Chọn Chất Điện Ly Phù Hợp Cho Quá Trình Điện Hóa

Việc lựa chọn chất điện ly phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo quá trình điện hóa diễn ra hiệu quả và không tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn. Các chất điện ly thường được sử dụng bao gồm axit sulfuric, natri sulfat, và kali permanganat. Mỗi chất điện ly có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn chất điện ly phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại lõi pin cũ, các thông số điện hóa, và yêu cầu về độ tinh khiết của Graphene Oxide. Ngoài ra, cần xem xét tác động môi trường của chất điện ly và lựa chọn các chất điện ly thân thiện với môi trường hơn nếu có thể.

IV. Nghiên Cứu Ứng Dụng Graphene Oxide Từ Lõi Pin Cũ Tiềm Năng Thực Tế

Một khi Graphene Oxide đã được chế tạo thành công từ lõi pin cũ, nó có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ứng dụng Graphene Oxide tiềm năng bao gồm vật liệu dẫn điện, điện cực cho pin và siêu tụ điện, cảm biến, vật liệu composite, và các ứng dụng môi trường như xử lý nước thải. Tính chất Graphene Oxide đặc biệt, như diện tích bề mặt lớn, khả năng dẫn điện tốt, và khả năng tương tác với nhiều loại vật liệu khác nhau, làm cho nó trở thành một ứng cử viên sáng giá cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng thực tiễn của Graphene Oxide từ vật liệu tái chế là rất quan trọng để thúc đẩy việc tái chế pin và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.1. Graphene Oxide trong Ứng Dụng Năng Lượng Điện Cực Hiệu Quả

Graphene Oxide từ lõi pin cũ có thể được sử dụng làm điện cực trong pin và siêu tụ điện, giúp cải thiện tính chất điện hóa và hiệu suất của các thiết bị lưu trữ năng lượng này. Diện tích bề mặt lớn của Graphene Oxide cho phép tăng cường khả năng lưu trữ điện tích, trong khi khả năng dẫn điện tốt giúp giảm điện trở trong và tăng tốc độ nạp/xả. Việc sử dụng vật liệu tái chế như lõi pin cũ để tạo ra điện cực có thể giúp giảm chi phí sản xuất và thúc đẩy việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.

4.2. Graphene Oxide trong Xử Lý Môi Trường Vật Liệu Hấp Phụ Ưu Việt

Graphene Oxide có thể được sử dụng làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải, như kim loại nặng, thuốc nhuộm, và các hợp chất hữu cơ. Diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác với nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau làm cho Graphene Oxide trở thành một vật liệu hấp phụ hiệu quả. Việc sử dụng Graphene Oxide từ lõi pin cũ trong xử lý pin thải có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tái sử dụng vật liệu tái chế một cách hiệu quả.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Graphene Oxide và Kinh Tế Tuần Hoàn

Việc nâng cao hiệu suất chế tạo Graphene Oxide từ lõi pin cũ là một hướng đi đầy triển vọng để giải quyết vấn đề xử lý pin thải và tạo ra vật liệu nano có giá trị. Nghiên cứu này đã trình bày các phương pháp hiệu quả để chế tạo Graphene Oxide từ vật liệu tái chế, cũng như các ứng dụng tiềm năng của nó trong các lĩnh vực khác nhau. Trong tương lai, cần có các nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa quy trình, tính chất Graphene Oxide, và phát triển ứng dụng để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu tái chế này. Việc thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững là mục tiêu chung của các nghiên cứu trong lĩnh vực này.

5.1. Nghiên Cứu Sâu Hơn Về Tính Chất Graphene Oxide Tái Chế

Cần có các nghiên cứu sâu hơn về tính chất Graphene Oxide được tạo ra từ lõi pin cũ, bao gồm tính chất điện hóa, tính chất cơ học, và tính chất quang học, để hiểu rõ hơn về khả năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau. Các nghiên cứu này cần xem xét ảnh hưởng của các tạp chất và các yếu tố khác đến tính chất Graphene Oxide, và tìm cách cải thiện chất lượng và hiệu suất của nó.

5.2. Hợp Tác Nghiên Cứu và Phát Triển Ứng Dụng Graphene Oxide

Để thúc đẩy việc ứng dụng Graphene Oxide từ lõi pin cũ trong thực tế, cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất pin, và các doanh nghiệp trong các lĩnh vực liên quan. Sự hợp tác này có thể giúp chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm, và nguồn lực, và thúc đẩy việc phát triển các sản phẩm và dịch vụ dựa trên Graphene Oxide từ vật liệu tái chế. Việc tạo ra một hệ sinh thái hỗ trợ cho việc tái chế pin và sử dụng Graphene Oxide là rất quan trọng để đạt được mục tiêu kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng kéo theo lượng rác thải điện tử gia tăng nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu. Trong các loại rác thải điện tử, pin phế thải là nguồn chất thải nguy hại chứa nhiều kim loại nặng và hóa chất độc hại, gây rủi ro lớn đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng nếu chỉ được xử lý thô bằng phương pháp chôn lấp hoặc đốt. Pin kẽm - carbon (Zn-C) là dòng pin không sạc phổ biến trong các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp (đồ chơi, đồng hồ, điều khiển từ xa), chiếm khoảng 19% tổng lượng pin cầm tay tiêu thụ (dẫn chứng tại thị trường Úc với khoảng 350 triệu pin/năm). Trong quy trình tái chế thông thường, lõi than chì (graphite) của pin Zn-C ít được thu hồi do giá trị thương mại thấp so với các thành phần kim loại.

Trong khi đó, graphene và graphene oxide (GO) là các vật liệu carbon cấu trúc nano hai chiều (2D) sở hữu diện tích bề mặt lớn, độ bền cơ học cao, tính dẫn điện, dẫn nhiệt và hoạt tính bề mặt thuận lợi cho các ứng dụng xúc tác, pin mặt trời, lưu trữ năng lượng và xử lý môi trường. Việc nghiên cứu chế tạo GO trong nước phần lớn sử dụng graphite thương mại tự nhiên với quy trình hóa học truyền thống sinh ra nhiều khí độc. Khóa luận tốt nghiệp "Nâng cao hiệu suất chế tạo graphene oxide từ lõi pin cũ" của sinh viên Nguyễn Tiến Luật và Lê Đông Nghi (ngành Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Đỗ Huy Bình vào tháng 09/2023) đã giải quyết bài toán tái chế này.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu chính của khóa luận gồm:

1. Thu hồi và tiền xử lý lõi than chì từ pin kẽm - carbon đã qua sử dụng để làm điện cực cho hệ phản ứng.
2. Thiết lập và khảo sát quá trình bóc tách điện hóa có sự hỗ trợ của plasma nhằm chế tạo graphene oxide, tối ưu hóa thành phần và nồng độ dung dịch điện ly kiềm ($NaOH$, $KOH$) kết hợp muối $(NH_4)_2SO_4$.
3. Kết hợp xử lý sản phẩm sau điện hóa bằng phương pháp Hummers cải tiến (hệ acid $H_2SO_4:H_3PO_4$ không sử dụng $NaNO_3$) để nâng cao mức độ oxy hóa tạo vật liệu H-GO.
4. Nghiên cứu quá trình biến tính pha tạp dị nguyên tử boron vào mạng lưới graphene oxide (B-GO) bằng phương pháp thủy nhiệt và chế tạo graphene oxide dạng khử (rGO) bằng phương pháp xử lý nhiệt.
5. Phân tích, đánh giá hình thái học, cấu trúc vi mô, nhóm chức và đặc tính tinh thể của các mẫu vật liệu qua từng giai đoạn bằng các phương pháp phân tích quang phổ và kính hiển vi điện tử.

Đối tượng nghiên cứu là thanh than chì graphite thu hồi từ pin kẽm - carbon phế thải. Phạm vi thực nghiệm được triển khai tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Vật liệu (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) và Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai - Khu Công nghệ cao TP. Hồ Chí Minh; các dữ liệu phân tích cấu trúc được thu thập trong tháng 08 và 09 năm 2023.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Khung lý thuyết và mô hình cấu trúc

Khóa luận dựa trên lý thuyết cấu trúc và liên kết hóa học của các dạng thù hình carbon:

• Than chì (graphite, 3D): Cấu trúc gồm các lớp carbon liên kết cộng hóa trị $sp^2$ trong mặt phẳng và liên kết Van der Waals yếu giữa các lớp.
• Graphene (2D): Cấu trúc đơn lớp nguyên tử carbon lai hóa $sp^2$ sắp xếp dạng tổ ong lục giác với 3 liên kết $\sigma$ trong mặt phẳng và 1 liên kết $\pi$ từ obitan $2p_z$ vuông góc với mặt phẳng cơ sở.
• Graphene oxide (GO): Dạng đơn lớp carbon chứa các nhóm chức oxy hóa. Khóa luận sử dụng mô hình cấu trúc Lerf-Klinowski, trong đó các nhóm hydroxyl ($-OH$) và epoxy ($-O-$) phân bố chủ yếu trên mặt đáy, còn các nhóm carboxyl ($-COOH$) và carbonyl ($C=O$) gắn ở rìa mép của tấm vật liệu; cấu trúc tồn tại đồng thời các vùng $sp^2$ không oxy hóa xen kẽ vùng $sp^3$ bị oxy hóa.
• Bóc tách điện hóa hỗ trợ plasma: Cơ chế dựa trên việc mài nhọn cực âm than chì để tạo mật độ điện trường cục bộ rất lớn khi nhúng vào chất điện phân. Khí hydro sinh ra từ phản ứng điện phân nước tại bề mặt cực âm bị ion hóa tức thời tạo plasma với nhiệt độ cục bộ vượt $2000^\circ\text{C}$. Sự giãn nở do ứng suất cơ nhiệt kết hợp với sự xen kẽ của khí hydro làm suy yếu lực Van der Waals, dẫn đến bóc tách bề mặt than chì thành các phiến graphene oxide mỏng.
• Phương pháp Hummers cải tiến: Sử dụng chất oxy hóa $KMnO_4$ trong hỗn hợp acid $H_2SO_4:H_3PO_4$ (tỷ lệ thể tích 9:1), loại bỏ hoàn toàn $NaNO_3$ nhằm tránh giải phóng khí độc $NO_2$, $N_2O_4$ và hạn chế ion dư $Na^+$, $NO_3^-$ trong nước thải.
• Pha tạp dị nguyên tử boron (B-GO): Cơ chế pha tạp thay thế (substitutional doping), trong đó nguyên tử boron thiếu electron thế chỗ nguyên tử carbon trong mạng lưới $sp^2$, tạo cấu trúc bán dẫn loại p nhằm thay đổi cấu trúc vùng cấm và cải thiện tính chất điện tử của vật liệu.

Hóa chất sử dụng	Độ tinh khiết	Hãng sản xuất / Xuất xứ
Sodium hydroxide ($NaOH$)	$\ge 99%$	Merck (Đức)
Potassium hydroxide ($KOH$)	$> 85%$	Duksan (Hàn Quốc)
Ammonium sulfate ($(NH_4)_2SO_4$)	$> 99%$	Scharlau (Tây Ban Nha)
Potassium permanganate ($KMnO_4$)	$\ge 99.5%$	Ducgiang Chemicals Group (Việt Nam)
Hydrogen peroxide ($H_2O_2$)	$\ge 30%$	Xilong (Trung Quốc)
Sulfuric acid ($H_2SO_4$)	$95 - 98%$	Xilong (Trung Quốc)
Phosphoric acid ($H_3PO_4$)	$\ge 85%$	Xilong (Trung Quốc)
Hydrochloric acid ($HCl$)	$36 - 38%$	Xilong (Trung Quốc)
Acetone	$\ge 99.5%$	Guangdong Guanghua Sci-Tech (Trung Quốc)
Isopropyl alcohol (IPA)	$\ge 99.7%$	Guangdong Guanghua Sci-Tech (Trung Quốc)
Boric acid ($H_3BO_3$)	$99.8%$	Merck (Đức)
Nước khử ion (DI) & Nước cất	Tiêu chuẩn PTN	ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Quy trình thực nghiệm 4 giai đoạn

1. Giai đoạn 1 - Bóc tách điện hóa hỗ trợ plasma: Thu hồi hai thanh lõi than chì từ pin Zn-C. Thanh làm cực âm được cắt ngắn và mài nhọn một đầu; thanh làm cực dương giữ nguyên chiều dài. Cả hai thanh được làm sạch bằng nước máy, siêu âm lần lượt trong dung môi nước DI, Acetone và IPA, sau đó sấy khô ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ. Hệ điện phân gồm dung dịch muối $(NH_4)_2SO_4$ $2.5%$ kết hợp với $NaOH$ (khảo sát các nồng độ $2.5%$, $5%$, $7.5%$, $10%$) hoặc $KOH$ $2.5%$. Nguồn DC cấp điện áp $60\text{V}$, dòng điện tối đa $3\text{A}$, duy trì dòng ổn định $0.8 - 1.5\text{A}$ trong thời gian 120 phút. Hỗn hợp sau phản ứng được lọc qua màng PVDF (kích thước lỗ $0.22 - 0.45\ \mu\text{m}$), rửa bằng nước cất đến pH $7 - 8$, sấy ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ thu bột GO.
2. Giai đoạn 2 - Oxy hóa bằng Hummers cải tiến: Bột GO sau điện phân được phân tán vào hỗn hợp $H_2SO_4:H_3PO_4$ (9:1 về thể tích), khuấy từ, sau đó thêm từ từ $KMnO_4$ và duy trì khuấy trong 6 giờ. Hỗn hợp tiếp tục được đánh siêu âm 1 giờ, thêm $H_2O_2$ để khử chất oxy hóa dư (dung dịch chuyển sang màu nâu đất), ly tâm rửa bằng dung dịch $HCl$ pha loãng (tỷ lệ 1:10) ở tốc độ 4000 vòng/phút, sau đó ly tâm rửa bằng nước DI đến pH $6 - 7$. Sản phẩm được sấy khô ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ thu vật liệu H-GO.
3. Giai đoạn 3 - Pha tạp Boron bằng phương pháp thủy nhiệt: Phân tán mẫu H-GO vào dung dịch acid boric ($H_3BO_3$) với các nồng độ khảo sát, nạp vào bình phản ứng thủy nhiệt kín ở nhiệt độ $180^\circ\text{C}$ trong 4 giờ. Sau phản ứng, mẫu được lọc rửa bằng nước cất và sấy ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ để thu mẫu B-GO.
4. Giai đoạn 4 - Chế tạo graphene oxide dạng khử (rGO): Bột H-GO được đặt trong chén nung và xử lý nhiệt trong lò nung ở nhiệt độ $300^\circ\text{C}$ để loại bỏ bớt các nhóm chức oxy, thu được bột rGO.

Thiết bị và phương pháp phân tích

• Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Thiết bị Hitachi S-4800 (Nhật Bản), khảo sát hình thái bề mặt và cấu trúc lớp ở thang đo micromet và nanomet.
• Quang phổ tán xạ Raman: Thiết bị Horiba Micro Raman Xplora Plus, đánh giá các dao động mạng $sp^2$, mật độ khuyết tật mạng qua các đỉnh D, G, 2D và tỷ lệ cường độ $I_D/I_G$, $I_{2D}/I_G$.
• Nhiễu xạ tia X (XRD): Thiết bị Panalytical EMPYREAN, xác định cấu trúc tinh thể, mức độ kết tinh và khoảng cách giữa các lớp tinh thể ($d$) theo định luật Bragg ($n\lambda = 2d\sin\theta$).
• Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Thiết bị Thermo NICOLET 6700, xác định các liên kết hóa học và nhóm chức chứa oxy dựa trên định luật Beer-Lambert.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan lý thuyết

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến 5 nội dung chính:

• Rác thải pin và tiềm năng graphite: Phân tích thực trạng xả thải pin Zn-C và cấu tạo lõi than chì - nguồn nguyên liệu giàu carbon có chi phí thu hồi thấp nhưng chưa được tái sử dụng đúng mức.
• Cấu trúc và đặc tính của graphene: Trình bày cấu trúc lai hóa $sp^2$, độ bền kéo đứt (80 MPa), độ truyền qua quang học ($97.7%$, độ hấp thụ $2.3%$), độ linh động điện tử ($10000 - 50000\ \text{cm}^2/\text{Vs}$) và độ dẫn nhiệt tại nhiệt độ phòng ($\sim 5000\ \text{W/mK}$).
• Vật liệu graphene oxide (GO): Lịch sử phát triển các phương pháp tổng hợp (Brodie năm 1859, Staudenmaier năm 1898, Hummers năm 1958 và phương pháp Hummers cải tiến của Marcano). Trình bày cơ chế bóc tách điện hóa hỗ trợ plasma trong môi trường điện ly.
• Graphene oxide dạng khử (rGO): Tổng quan các cơ chế khử hóa học (sử dụng hydrazine hydrate, $NaBH_4$, hydroquinone, $HI$) và cơ chế khử nhiệt; phân tích sự phục hồi một phần liên kết $sp^2$ cùng sự tồn tại của các khuyết tật mạng sau khử.
• Vật liệu GO pha tạp dị nguyên tử: Cơ chế pha tạp chuyển giao bề mặt (surface transfer doping) và pha tạp thay thế (substitutional doping). Phân tích vai trò của nguyên tử boron trong việc điều chỉnh mật độ hạt tải và các phương pháp tổng hợp pha tạp (trạng thái rắn, CVD, thủy nhiệt pha lỏng).

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục 13 hóa chất, thông số các thiết bị phân tích và quy trình thực nghiệm 4 giai đoạn khép kín từ khâu tiền xử lý lõi pin đến các phép đo đặc tính. Chương này cung cấp cơ sở toán học và vật lý của 4 kỹ thuật đo đạc (SEM, Raman, XRD, FTIR), xác lập các điều kiện biên của hệ thực nghiệm điện hóa plasma (điện áp $60\text{V}$, dòng $3\text{A}$, dung dịch đệm $(NH_4)_2SO_4$ $2.5%$, nồng độ kiềm $NaOH/KOH$) và các thông số thủy nhiệt ($180^\circ\text{C}$, 4 giờ), nung khử nhiệt ($300^\circ\text{C}$).

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm thu được từ quá trình khảo sát dung dịch điện phân, chế tạo GO/rGO và biến tính pha tạp boron:

1. Khảo sát và tối ưu hóa dung dịch điện ly

Phổ Raman của bột than chì ban đầu (GF) thể hiện 3 đỉnh đặc trưng: đỉnh D tại $1342.3\ \text{cm}^{-1}$, đỉnh G tại $1568.1\ \text{cm}^{-1}$ (độ rộng nửa cực đại $\text{FWHM} = 32.26\ \text{cm}^{-1}$) và đỉnh 2D tại $2698.4\ \text{cm}^{-1}$. Khi chuyển hóa thành GO sau điện phân plasma:

• Đỉnh D dịch về $1334.6\ \text{cm}^{-1}$ với cường độ tăng mạnh do xuất hiện các khuyết tật cấu trúc và nhóm chức oxy.
• Đỉnh G mở rộng với $\text{FWHM} = 41.64\ \text{cm}^{-1}$ và dịch chuyển về vùng tần số thấp hơn.
• Tỷ lệ cường độ $I_D/I_G$ tăng từ $0.16$ (ở than chì GF) lên $0.27$ (ở GO), phản ánh sự chuyển đổi lai hóa từ $sp^2$ sang $sp^3$.
• Tỷ lệ $I_{2D}/I_G$ tăng từ $0.35$ lên $0.53$, xác nhận cấu trúc lớp than chì dày đã được bóc tách thành các phiến mỏng.

Nồng độ $NaOH$ trong chất điện phân	Tỷ lệ $I_D/I_G$	Tỷ lệ $I_{2D}/I_G$	Đánh giá mức độ bóc tách / tạo khuyết tật
$2.5%$	$0.20$	-	Bóc tách một phần
$5.0%$	$0.27$	Cực đại	Mức độ bóc tách và tạo nhóm chức cao nhất
$7.5%$	$0.23$	-	Mức độ oxy hóa/khuyết tật giảm nhẹ
$10.0%$	$0.23$	-	Ổn định, không tăng tuyến tính

Kết quả khảo sát nồng độ $NaOH$ cho thấy tỷ lệ $I_D/I_G$ đạt giá trị cao nhất tại nồng độ $5.0%$, xác lập khoảng nồng độ $NaOH$ tối ưu cho dung dịch điện ly là $5.0% - 7.5%$. Khi so sánh với dung dịch $KOH$ $2.5%$, dung dịch $NaOH$ $5.0%$ cho hiệu quả bóc tách và phân tách cấu trúc đồng đều hơn.

2. Kết quả chế tạo GO (H-GO) và rGO

• Ảnh SEM: Mẫu than chì ban đầu (GF) có cấu trúc khối xếp lớp dày đặc. Sau quá trình điện hóa hỗ trợ plasma, bề mặt xuất hiện các vết nứt và phiến mỏng bóc tách. Sau khi xử lý qua phương pháp Hummers cải tiến (mẫu H-GO), cấu trúc phân tách rõ rệt thành các tấm mỏng nhăn nheo đặc trưng của graphene oxide.
• Phổ FTIR: Mẫu H-GO xuất hiện các đỉnh hấp thụ đặc trưng của các nhóm chức chứa oxy gồm liên kết $C-O$ (epoxy/alkoxy), $C=O$ (carbonyl/carboxyl) và $-OH$ (hydroxyl). Khi chuyển hóa thành rGO sau nung ở $300^\circ\text{C}$, cường độ các đỉnh hấp thụ của nhóm chức chứa oxy giảm mạnh, thể hiện quá trình loại bỏ nhóm chức oxy thành công.
• Phổ XRD: Mẫu than chì (GF) có đỉnh nhiễu xạ sắc nhọn tại góc $2\theta \approx 26.5^\circ$ tương ứng với mặt mạng (002). Ở mẫu H-GO, đỉnh (002) dịch chuyển về vùng góc $2\theta$ thấp hơn đáng kể ($\sim 10^\circ - 11^\circ$), khoảng cách giữa các lớp ($d$) tăng mạnh do sự chèn ép của các nhóm chức chứa oxy và phân tử nước. Sau khi khử nhiệt thành rGO, đỉnh nhiễu xạ dịch chuyển trở lại góc $2\theta \approx 24^\circ - 25^\circ$, khẳng định sự thu hẹp khoảng cách liên lớp khi các nhóm oxy bị loại bỏ.

3. Kết quả pha tạp Boron vào Graphene Oxide (B-GO)

• Phổ Raman: So sánh giữa mẫu H-GO và các mẫu B-GO ở các nồng độ $H_3BO_3$ khác nhau ghi nhận sự biến đổi tỷ lệ $I_D/I_G$, chứng minh các nguyên tử boron đã thâm nhập và thay thế nguyên tử carbon trong mạng lưới lục giác.
• Phổ FTIR và XRD của B-GO: Phổ FTIR xuất hiện tín hiệu dao động liên quan đến liên kết $B-C$ và $B-O$; giản đồ XRD ghi nhận sự thay đổi cấu trúc tinh thể tương ứng với sự biến dạng mạng do bán kính và độ âm điện của boron khác biệt so với carbon.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

Thông số / Phép đo	Than chì ban đầu (GF)	Graphene Oxide sau điện hóa (GO)	GO sau Hummers cải tiến (H-GO)	Graphene Oxide dạng khử (rGO)
Vị trí đỉnh D (Raman)	$1342.3\ \text{cm}^{-1}$	$1334.6\ \text{cm}^{-1}$	Biến thiên rõ rệt	Biến thiên rõ rệt
Vị trí đỉnh G (Raman)	$1568.1\ \text{cm}^{-1}$	Dịch chuyển tần số thấp	Tồn tại đặc trưng	Dịch chuyển phục hồi
FWHM đỉnh G (Raman)	$32.26\ \text{cm}^{-1}$	$41.64\ \text{cm}^{-1}$	Rộng	Rộng
Tỷ lệ $I_D/I_G$	$0.16$	$0.27$ (tại $5%\ NaOH$)	Tăng cao	Biến đổi theo khuyết tật
Tỷ lệ $I_{2D}/I_G$	$0.35$	$0.53$	Phân tách	Thay đổi số lớp
Nhóm chức oxy (FTIR)	Không đáng kể	Xuất hiện nhóm $C-O, C=O$	Rõ nét các dải $-OH, C=O, C-O$	Suy giảm mạnh các dải oxy
Góc $2\theta$ đỉnh (002) (XRD)	$\sim 26.5^\circ$	Dịch chuyển góc thấp	$\sim 10^\circ - 11^\circ$ (khoảng cách $d$ tăng)	$\sim 24^\circ - 25^\circ$ (khoảng cách $d$ giảm)

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Kiến nghị quy trình: Kết hợp tiền xử lý bóc tách điện hóa plasma trong dung dịch đệm $(NH_4)_2SO_4\ 2.5% + NaOH\ 5%$ với quá trình oxy hóa Hummers cải tiến ($H_2SO_4:H_3PO_4$ tỷ lệ 9:1) để tối ưu hóa hiệu suất bóc tách lớp than chì từ pin cũ mà không phát sinh khí độc $NO_2/N_2O_4$.
• Kiến nghị ứng dụng: Tiếp tục nghiên cứu đưa vật liệu B-GO và rGO chế tạo từ pin phế thải vào các ứng dụng xử lý ion kim loại nặng trong nước (như hấp phụ $Pb^{2+}$) và thử nghiệm làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện hoặc pin sạc.

Đóng góp của nghiên cứu

• Giá trị công nghệ: Xây dựng thành công quy trình 4 giai đoạn khép kín tận dụng nguồn than chì thứ cấp từ pin Zn-C đã qua sử dụng để tổng hợp graphene oxide chất lượng cao, giảm thiểu chi phí nguyên liệu so với việc sử dụng than chì tự nhiên.
• Giá trị môi trường: Đưa ra giải pháp thu gom, tái chế rác thải pin Zn-C, đồng thời cải tiến quy trình tổng hợp hóa học theo hướng thân thiện môi trường thông qua việc loại trừ hoàn toàn muối nitrat ($NaNO_3$).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế được ghi nhận:
  • Thực nghiệm mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (mỗi mẻ điện ly thực hiện trong becher dung tích $250\text{ mL}$ với các thanh điện cực đơn lẻ).
  • Khảo sát dung dịch kiềm được tiến hành ở các bước nồng độ cố định ($2.5%$, $5.0%$, $7.5%$, $10.0%$), chưa xây dựng mô hình tối ưu hóa đồng thời đa biến số (khoảng cách điện cực, cường độ dòng điện, nhiệt độ dung dịch và thời gian điện phân).
  • Chưa đo đạc định lượng trực tiếp các thông số điện hóa chuyên sâu như độ dẫn điện dung kháng, dung lượng riêng hoặc thử nghiệm chu kỳ phóng nạp của vật liệu B-GO/rGO trên thiết bị lưu trữ năng lượng thực tế.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Mở rộng quy mô chế tạo điện phân plasma liên tục nhằm nâng cao sản lượng thu hồi bột GO.
  • Khảo sát chi tiết ảnh hưởng của các nồng độ pha tạp boron khác nhau đến cấu trúc vùng cấm và độ dẫn điện loại p của vật liệu.
  • Thử nghiệm ứng dụng thực tế vật liệu B-GO và rGO chế tạo từ pin cũ trong các hệ thống màng lọc xử lý nước thải chứa kim loại nặng và điện cực siêu tụ điện.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên các ngành Công nghệ Vật liệu, Khoa học Vật liệu, Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Môi trường và Công nghệ Tái chế.
• Nội dung giá trị:
  • Quy trình kỹ thuật chế tạo hệ điện phân bóc tách hỗ trợ plasma ở áp suất khí quyển sử dụng nguồn điện DC $60\text{V} - 3\text{A}$.
  • Phương pháp Hummers cải tiến an toàn (tỷ lệ $H_2SO_4:H_3PO_4$ 9:1, loại bỏ $NaNO_3$).
  • Bộ số liệu thực nghiệm đối chiếu phổ học chi tiết (vị trí đỉnh, độ rộng FWHM, tỷ lệ $I_D/I_G$, $I_{2D}/I_G$ trong phổ Raman; bước sóng nhóm chức trong phổ FTIR; góc nhiễu xạ $2\theta$ trong XRD) giữa than chì phế thải, GO sau điện phân, H-GO sau oxy hóa hóa học, rGO khử nhiệt và B-GO pha tạp thủy nhiệt.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng nguồn nguyên liệu đầu vào nào và quy trình làm sạch thanh than chì được thực hiện như thế nào?
Khóa luận sử dụng thanh than chì thu hồi từ pin kẽm - carbon (Zn-C) đã qua sử dụng. Quy trình làm sạch gồm: rửa sạch dưới vòi nước máy và chất tẩy rửa, sau đó đưa vào bể siêu âm làm sạch lần lượt trong 3 dung môi là nước khử ion (DI), Acetone và Isopropyl alcohol (IPA), cuối cùng sấy khô trong lò sấy ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ.

2. Cơ chế bóc tách than chì thành GO bằng phương pháp điện phân hỗ trợ plasma là gì?
Thanh cực âm than chì được mài nhọn tạo điện trường cục bộ rất cao khi đặt dưới điện áp DC $60\text{V}$. Quá trình điện phân nước sinh ra các bọt khí hydro tại đầu cực âm; các bọt khí này bị ion hóa tức thời tạo ra plasma với nhiệt độ cục bộ vượt $2000^\circ\text{C}$. Nhiệt độ cao gây ứng suất cơ nhiệt kết hợp với sự xen kẽ của khí hydro vào giữa các lớp than chì làm suy yếu lực liên kết Van der Waals, dẫn đến sự giãn nở và bóc tách bề mặt than chì thành các phiến graphene oxide mỏng.

3. Phổ Raman của than chì (GF) và graphene oxide (GO) sau điện phân có sự thay đổi định lượng như thế nào?
Ở mẫu than chì (GF), đỉnh G xuất hiện tại $1568.1\ \text{cm}^{-1}$ với độ rộng $\text{FWHM} = 32.26\ \text{cm}^{-1}$, đỉnh D tại $1342.3\ \text{cm}^{-1}$, tỷ lệ $I_D/I_G = 0.16$ và $I_{2D}/I_G = 0.35$. Ở mẫu GO sau điện phân plasma, đỉnh G mở rộng với $\text{FWHM} = 41.64\ \text{cm}^{-1}$, đỉnh D dịch về $1334.6\ \text{cm}^{-1}$ với cường độ tăng mạnh làm tỷ lệ $I_D/I_G$ tăng lên $0.27$, đồng thời tỷ lệ $I_{2D}/I_G$ tăng lên $0.53$.

4. Nồng độ $NaOH$ nào trong dung dịch điện phân mang lại hiệu quả tạo khuyết tật và bóc tách GO tối ưu?
Khảo sát nồng độ $NaOH$ ở các mức $2.5%$, $5.0%$, $7.5%$ và $10.0%$ kết hợp với $(NH_4)_2SO_4\ 2.5%$ cho thấy tỷ lệ $I_D/I_G$ đạt cực đại ($0.27$) tại nồng độ $NaOH\ 5.0%$. Khi tăng lên $7.5%$ và $10.0%$, tỷ lệ này giảm xuống và duy trì ở mức $0.23$. Do đó, khoảng nồng độ $NaOH$ tối ưu được xác định là $5.0% - 7.5%$.

5. Điều kiện thực nghiệm để chế tạo vật liệu pha tạp boron (B-GO) và graphene oxide dạng khử (rGO) là gì?

• Chế tạo B-GO: Trộn mẫu H-GO với dung dịch acid boric ($H_3BO_3$) và tiến hành phản ứng trong bình thủy nhiệt kín ở nhiệt độ $180^\circ\text{C}$ trong thời gian 4 giờ, sau đó lọc rửa và sấy ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ.
• Chế tạo rGO: Cho bột H-GO vào chén nung và xử lý nhiệt trong lò nung ở nhiệt độ $300^\circ\text{C}$.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Nâng cao hiệu suất chế tạo graphene oxide từ lõi pin cũ" đã chứng minh tính khả thi của việc tái chế lõi than chì từ pin kẽm - carbon phế thải thành vật liệu graphene oxide chất lượng cao. Bằng việc kết hợp phương pháp bóc tách điện hóa hỗ trợ plasma trong dung dịch kiềm tối ưu ($NaOH\ 5%$) với quy trình Hummers cải tiến không sử dụng $NaNO_3$, nghiên cứu đã tạo ra sản phẩm H-GO có mức độ bóc tách tốt và thân thiện với môi trường. Các kết quả biến tính tiếp theo thành rGO bằng xử lý nhiệt ở $300^\circ\text{C}$ và B-GO bằng thủy nhiệt với $H_3BO_3$ ở $180^\circ\text{C}$ được kiểm chứng qua các phép đo SEM, Raman, XRD và FTIR, cung cấp cơ sở thực nghiệm cho các nghiên cứu ứng dụng vật liệu carbon tái chế trong xử lý môi trường và lưu trữ năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Dưới sự phát triển ngành công nghiệp điện tử, lượng rác thải điện tử ngày một gia tăng nhanh chóng. Xử lý rác thải điện tử trở thành mối quan tâm của toàn thế giới. Tái chế rác thải, thu hồi nguồn nguyên vật liệu hiện đang là phương pháp được sử dụng làm giảm rác thải điện tử và tái sử dụng nguồn tài nguyên. Pin đã qua sử dụng chiếm phần lớn trong rác thải điện tử và là một trong những loại rác thải có giá trị thu hồi tài nguyên lớn với nhiều kim loại quý.

Tại Việt Nam, phần lớn pin đã qua sử dụng không được tái chế theo đúng quy trình, chúng chỉ được xử lý thô thông qua việc chôn lấp hoặc đốt. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và con người khi các kim loại nặng tồn tại trong pin phát tán vào môi trường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến con người và sinh vật. Trong các loại pin đang có mặt trên thị trường hiện nay, pin kẽm – carbon (Zn-C) với chi phí sản xuất thấp nên được bán rẻ và có thể dễ dàng mua ở bất cứ đâu, phù hợp với các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp như đồ chơi, đồng hồ, thiết bị điều khiển từ xa. Đối với pin Zn-C đã qua sử dụng, lõi than chì trong pin có thể được coi là nguồn tái chế graphite tiềm năng.

Bên cạnh đó, graphene và graphene oxide là những vật liệu có những tính chất đặc biệt được ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Graphene có những đặc tính ấn tượng do cấu trúc hóa học và hình học độc đáo của nó. Những tính năng này làm cho graphene trở thành một lựa chọn thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Graphene oxide (GO) có ưu điểm là chi phí sản xuất thấp, sản xuất quy mô lớn và dễ xử lý.

Ngoài ra vật liệu này cũng có các đặc tính tuyệt vời với các nhóm chức giàu oxy hoạt tính. Vì thế, GO đã được ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác, pin mặt trời, lưu trữ năng lượng, chăm sóc sức khỏe. Nhận thấy tiềm năng của vật liệu graphene/graphene oxide, đồng thời có thể sử dụng lại nguồn tài nguyên graphite từ lõi pin Zn-C đã qua sử dụng, chúng tôi chọn đề tài “Nâng cao hiệu suất chế tạo graphene oxide từ lõi pin cũ” để thực hiện dự án tái chế pin Zn-C bằng 1 cách sử dụng lõi than chì làm điện cực cho hệ điện phân, sản phẩm của quá trình này là graphene oxide. Tình hình nghiên cứu 1.

Tình hình rác thải điện tử, rác thải pin Rác thải điện tử: Ngày nay, việc tiêu thụ các thiết bị điện và điện tử có mối liên kết chặt chẽ với sự phát triển kinh tế toàn cầu. Những thiết bị này đã trở nên không thể thiếu trong xã hội hiện đại và đang gia tăng nhằm cải thiện chất lượng cuộc sống. Đi cùng với sự phát triển của chúng, lượng rác thải điện tử thải ra môi trường cũng tăng theo. Chất thải điện tử là những thiết bị điện và điện tử đã qua sử dụng được xử lý, tạo ra nguồn chất thải có chứa các vật liệu ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người nhưng có giá trị kinh tế.

Trong xã hội hiện đại ngày nay, lượng rác thải điện tử đang ngày càng gia tăng nhanh chóng và còn đa dạng về chủng loại. Mặc dù trong rác thải điện tử có chứa rất nhiều hợp chất khác nhau, tuy nhiên chúng cũng là nguồn tài nguyên to lớn nếu có các giải pháp thu gom, tái chế hiệu quả.