Nghiệm thu cấp Cơ sở đề tài NCKH cấp Bộ mã số B2019-MDA-01 do PGS.TS Bùi Thị Lệ Thủy làm chủ nhiệm

- Chế tạo được vật liệu dạng nanocomposite trên nền graphenee oxide có khả năng tăng cường hiệu suất thu nhận bức xạ mặt trời, có khả năng thu hồi để tái sử dụng và ứng dụng cho quá trình chế tạo nước ngọt từ nước mặn.

- Xây dựng được mô hình thiết bị quy mô phòng thí nghiệm dung tích 3 lít để chế tạo nước ngọt từ nước mặn.

Tính mới và sáng tạo:

- Nghiên cứu chế tạo graphene (hoặc graphene oxide) từ graphite vì đó là một trong các vật liệu hấp thu nhiệt tốt nhất hiện nay;

- Nghiên cứu chế tạo các hạt nanocomposite (hybrid nanopaticles) sử dụng kết hợp graphenee (hoặc graphenee oxide) với một số thành phần khác (CuO, Al2O3, TiO2…) để tăng khả năng hấp thu năng lượng mặt trời. Ngoài ra, việc kết hợp với các thành phần này còn góp phần giảm chi phí;

- Đưa thêm hợp chất Fe3O4 có từ tính để vật liệu tạo ra có khả năng thu hồi bằng cách dùng từ trường, tái sử dụng nhằm giảm chi phí.

Kết quả nghiên cứu:

Các vật liệu hấp thu nhiệt dựa trên GO và rGO đã được tổng hợp thành công và được đặc trưng bởi phổ FT-IR, nhiễu xạ tia X, SEM, TEM và EDX. Kết quả của phổ truyền qua cho thấy độ sẫm màu của vật liệu kiểm soát khả năng hấp thu ánh sáng tới của chất lỏng nano. Các chất lỏng nano chứa vật liệu rGO hoặc GO có thể thu nhận 100% ánh sáng tới. Phổ phản xạ cho thấy Fe3O4-Al2O3/GO và Fe3O4-Al2O3/rGO hấp thu hơn 96% bức xạ nhiệt của ánh sáng. Độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần của vật liệu tổng hợp và tăng lên khi tăng nồng độ của hạt nano và nhiệt độ của chất lỏng. Chất lỏng nano lai cho độ dẫn nhiệt cao hơn chất lỏng nano đơn. Các kết quả này phù hợp với khả năng hấp thu nhiệt được đánh giá bằng thí nghiệm bay hơi của chất lỏng nano.

Đánh giá khả năng hấp thu nhiệt cho thấy cả 4 vật liệu đơn thành phần GO, rGO, Fe3O4 và Al2O3 đều có thể làm tăng hiệu quả hấp thu nhiệt của nước muối và hầu hết các vật liệu tổ hợp cho hiệu quả tốt hơn vật liệu đơn. Điều này có thể được giải thích là sự kết hợp của hai hoặc ba thành phần có thể bù đắp những bất lợi (ví dụ: kỵ nước của rGO) của các thành phần đơn lẻ và tạo ra hiệu ứng hiệp đồng những thành phần đó để nâng cao hiệu quả hấp thu nhiệt. Fe3O4 và Al2O3 có thể nâng cao hiệu quả hấp thu nhiệt của vật liệu tổ hợp; Fe3O4 tạo nên từ tính và Al2O3 giúp liên kết các thành phần với nhau tạo thành vật liệu tổ hợp sở hữu nhiều tính chất ưu việt hơn. Trong số đó, hai loại vật liệu Fe3O4-Al2O3/GO và Fe3O4-Al2O3/GO cho hiệu suất hấp thu nhiệt cao hơn, chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu trắng và mẫu sử dụng hai vật liệu ở nồng độ 0,15 mg mL-1 lần lượt là 7°C và 8,5°C. Sự ảnh hưởng của nồng độ Fe3O4-Al2O3/GO đến khả năng hấp thu nhiệt của vật liệu đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy khả năng hấp thu nhiệt của Fe3O4-Al2O3/GO tăng khi nồng độ vật liệu tăng lên 0,15 mg mL-1 rồi giảm. Sự bay hơi của chất lỏng nano tăng từ 20% đến 80% tùy thuộc vào nồng độ của các hạt nano.

Vật liệu đã qua sử dụng được thu hồi dễ dàng bằng từ trường với hiệu suất 98%; các nhóm chức điển hình của vật liệu thu hồi không thay đổi và chỉ quan sát thấy sự giảm nhẹ khả năng hấp thu nhiệt.

Đã chế tạo hệ thiết bị qui mô phòng thí nghiệm dung tích 3 lit để chưng cất nước mặn thành nước ngọt sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp với vật liệu hấp thu nhiệt chế tạo được.Quá trình chưng cất chất nước bằng năng lượng mặt trời với sự hỗ trợ của vật liệu nano đã được tăng tốc hơn bốn lần khi sử dụng Fe3O4-Al2O3/GO làm chất hấp thu nhiệt.

 Sản phẩm của đề tài:

- 01 Sản phẩm nanocomposite trên nền graphenee oxide có khả năng tăng cường hấp thu nhiệt

- 01 Quy trình ở qui mô phòng thí nghiệm để chế tạo ra vật liệu có khả năng tăng cường hiệu suất hấp thu nhiệt dạng nanocomposite trên nền graphenee oxide, có khả năng thu hồi tái sử dụng.

- 01 Mô hình thiết bị qui mô phòng thí nghiệm dung tích 3 lit để chế tạo nước ngọt từ nước mặn sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp với vật liệu tăng cường sự hấp thu nhiệt chế tạo được.

- 02 Bài báo khoa học đăng trên tạp chí trong nước

- 01 Bài báo khoa học đăng trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục ISI

- Đào tạo 01 ThS

Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:

- Trường Đại học Mỏ - Địa chất và một số Trường Đại học, Cao đẳng đào tạo về lĩnh vực xây dựng, làm tài liệu phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học.

- Có thể ứng dụng tại các Công ty sản xuất máy nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời.