Thông tin Đề tài

Tên đề tài Tên Hợp phần Đề án: Nghiên cứu chế tạo một số hạt nano vô cơ và phụ gia ứng dụng trong các công nghệ lớp phủ tiên tiến (Thuộc Đề án: Nghiên cứu phát triển vật liệu và công nghệ lớp phủ tiên tiến ứng dụng trong dân dụng và quốc phòng)
Mã số đề tài TĐVLTT01/21-23
Cơ quan chủ trì (Cơ quan thực hiện) Viện Kỹ thuật Nhiệt đới
Thuộc Danh mục đề tài Đề tài, dự án trọng điểm cấp Viện HLKHCNVN
Họ và tên GS.TS. Trần Đại Lâm
Thời gian thực hiện 01/01/2021 - 31/12/2023
Tổng kinh phí 9500 triệu đồng
Xếp loại Đạt loại A
Mục tiêu đề tài

+ Chế tạo thành công một số phụ gia kích thước nano ứng dụng cho các lớp phủ tiên tiến: bảo vệ chống ăn mòn, chống vi sinh vật, phản xạ nhiệt mặt trời, chống thấm, siêu bền thời tiết.
+ Chế tạo được sensor quan trắc ăn mòn hoạt động theo nguyên lý điện hóa.

 

Kết quả chính của đề tài

-    Về khoa học:
    + Một số phụ gia nano như ZnO, Cu2O, ZrO2, TiO2 và zeolit@Ag đã được tổng hợp in-situ thành công sử dụng các chất hoạt động bề mặt như: TOPO, OLA, OA... Các phụ gia nano có kích thước hạt ≤ 50 nm, tương đối đồng đều. Hiệu suất ghép nối các nhóm chức hữu cơ trên bề mặt đạt > 90% với hàm lượng hữu cơ khoảng 5-25 %. Các phụ gia nano phân tán tốt và ổn định trong các dung môi hữu cơ ngay cả sau 12 tháng.       

+ Đối với hệ sơn phủ phản xạ nhiệt, chống thấm và bền thời tiết, các phụ gia nano BaSO4, TiO2, ZrO2, CaSiO3, CaCO3, CaSO4, nanocarrier SiO2@Ce3+, Fe2O3@Ce3+, ZnO@Ce3+, hệ CeO2-SiO2, CeO2-Fe2O3 và CeO2-Fe2O3-SiO2 đã được nghiên cứu chế tạo ở các điều kiện thực nghiệm khác nhau với các chất hoạt động bề mặt khác nhau phù hợp với sơn dung môi và sơn nước. Kết quả cho thấy, kích thước các phụ gia trong khoảng 15-40 nm, hạt khá đồng đều với hàm lượng hữu cơ khoảng 5-25 %. Việc chuyển pha đã được thực hiện thành công bằng một số phương pháp như trao đổi ligand, sử dụng các amphiphilic polyme hoặc phản ứng silan hoá để biến tính bề mặt của các phụ gia để phù hợp với sơn nước.
    + Một số phụ gia hữu cơ như CNT, nanoclay, nanoclay/oxit kim loại, GO và nanocomposite SiO2-polypyrole đã được chế tạo và biến tính thành công để ứng dụng cho các lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn. Các kết quả thử nghiệm về khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho thép CT3 composite GO-PPy cho thấy vật liệu đã làm giảm mật độ dòng ăn mòn và làm điện thế dịch chuyển về phía dương. Nano SiO2 mang chất ức chế ăn mòn Ce3+  đã được thử nghiệm phân tán trong các lớp phủ PU và cho thấy lớp phủ có chứa nano SiO2@Ce3 có khả năng hấp thụ tia UV rất tốt, trong khi nanocompozit SiO2/PPy có tác dụng làm tăng độ bền chống ăn mòn cho màng epoxy.
    + Các hạt nano SiO2, Al2O3, CeO2, và nano lai CeO2-TiO2 đã được chế tạo thành công để ứng dụng cho các lớp phủ vô cơ. Kết quả cho thấy, các phụ gia nano có kích thước trung bình 50-100 nm, diện tích bề mặt riêng lớn phù hợp để đưa vào các lớp phủ vô cơ.
    + Điện cực sensor đã được chế tạo thành công bằng kỹ thuật in 3D, sử dụng mực in trên cơ sở graphen và một số nano kim loại dẫn điện như AuNPs, AgNPs và CuNPs. Các hệ đo điện trở hai điện cực với mạch đo sử dụng IC 555 và IC LM393 đã được chế tạo thành công để cảnh báo sớm sự cố ăn mòn xảy ra, đặc biệt tại các môi trường nhiệt đới ẩm, môi trường biển có tính ăn mòn cao. Kết quả thử nghiệm đo tổng trở trong môi trường hơi nước và khí độc gây ăn mòn cho thấy, các cảm biến chất liệu Ag với cấu trúc điện cực răng lược là khá lý tưởng cho việc thiết kế và chế tạo cảm biến đo ẩm xác định sự hình thành màng nước bằng phương pháp đo tổng trở.
-    Về ứng dụng:
    + Một số phụ gia đã được thử nghiệm và so sánh hiệu quả với phụ gia thương mại trong hệ sơn phủ chống hàu hà, ăn mòn do vi sinh vật mà Hợp phần 2 chế tạo. Kết quả cho thấy, một số tính chất của màng sơn đã được cải thiện và có phần tốt hơn phụ gia thương mai như độ bám dính, độ bền va đập và độ bền mài mòn cát rơi khi bổ sung phụ gia ZrO2, TiO2.
    + Các phụ gia nano TiO2, BaSO4, ZrO2, CaSiO3, CaSO4 đã được đưa vào thử nghiệm với hệ sơn phủ do Hợp phần 3 chế tạo. Kết quả thử nghiệm cho thấy, trong số các phụ giá chế tạo được, nano TiO2 và ZrO2 cho những kết quả tốt, có tiềm năng ứng dụng thực tế cao. Cụ thể, các mẫu sơn chứa nano TiO2 đạt yêu cầu đối với độ bền thời tiết của sơn tường ngoài ³ 50 chu kỳ, độ phản xạ của màng sơn tăng mạnh và đạt hiệu quả cao hơn so với các mẫu đối chứng sử dụng các phụ gia thương mại, cụ thể,  đạt 95,78% cao hơn 4,78% so với màng sơn thương mại và cao hơn 6% so với màng sơn không chứa phụ gia nano. Trong hệ sơn dung môi, hệ sơn chứa ZrO2 có khả năng chống nóng tốt hơn so với hệ sơn chứa phụ gia thương mại: hệ sơn đã làm giảm nhiệt độ bề mặt của tấm bê tông lên tới 8oC và nhiệt độ không khí trong buồng tới hơn 4oC, chênh lệch nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ không khí của hệ sơn chứa phụ gia của HP1 và hệ sơn thương mại lần lượt là 1,75 và 1,5oC.
    + Một số nano như SiO2, Al2O3, CeO2 đã được Hợp phần 5 đưa vào thử nghiệm. Kết quả cho thấy, nano silica trong hệ lớp phủ (ZnNi-nanosilica)3/TĐ Cr(III) đã nâng cao được khả năng bảo vệ, chống ăn mòn của lớp mạ. Hệ lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite chứa nano Al2O3 có độ bền mài mòn cao hơn và khả năng bảo vệ chống ăn mòn tốt hơn so các mẫu lớp phủ chứa nano SiO2. Thêm vào đó, sau các thử nghiệm ăn mòn mài mòn, thử nghiệm phun mù muối và thử nghiệm tự nhiên tại Quảng Ninh và Nha Trang cho thấy, lớp phủ Al-Mg/epoxy-nano Al2O3 có khả năng bảo vệ chống ăn mòn tốt cho nền thép trong môi trường biển cũng như khí quyển biển.

Những đóng góp mới

+ Đã được tổng hợp in-situ thành công một số phụ gia nano sử dụng các chất hoạt động bề mặt như: TOPO, OLA, OA... Các phụ gia nano có kích thước hạt ≤ 50 nm, tương đối đồng đều. Hiệu suất ghép nối các nhóm chức hữu cơ trên bề mặt đạt > 90% với hàm lượng hữu cơ khoảng 5-25 %. Các phụ gia nano phân tán tốt và ổn định trong các dung môi hữu cơ ngay cả sau 12 tháng.
+ Đã thực hiện chuyển pha thành công một số phụ gia nano bằng phương pháp như trao đổi ligand, hoặc sử dụng các amphiphilic polyme hoặc phản ứng silan hoá để biến tính bề mặt phù hợp với sơn nước hoặc sơn dung môi.
+ Đã chế tạo thành công điện cực sensor bằng kỹ thuật in 3D, sử dụng mực in trên cơ sở graphen và một số nano kim loại dẫn điện như AuNPs, AgNPs và CuNPs. Các hệ đo điện trở hai điện cực với mạch đo sử dụng IC 555 và IC LM393 và thiết bị tự động đo điện trở đã được chế tạo thành công để cảnh báo sớm sự cố ăn mòn xảy ra, đặc biệt tại các môi trường nhiệt đới ẩm, môi trường biển có tính ăn mòn cao.

*** Sản phẩm cụ thể giao nộp:
- Các bài báo đã công bố: 05 bài báo Quốc tế (trong đó có 03 bài thuộc danh mục SCIE, 03 bài thuộc danh mục Scopus); 06 bài báo Quốc gia uy tín.
+ Tien Viet Vu, Mohammad Tabish, Sehrish Ibrahim, Mai Hương Pham Thi, The Huu Nguyen, Cuong Bui Van, Lan Pham Thi, Dai Lam Tran, Tuan Anh Nguyen and Ghula Yasin., Water-based acrylic polymer/ZnO-Ag nanocomposite coating for antibacterial application, Surface Review and Letters, 2022, 2250109 (17 pages), DOI: 10.1142/S0218625X22501098
+ Quang Bac Nguyen, Ngoc Chuc Pham, Thi Ha Chi Nguyen, Trung Dung Doan, Thi Lim Duong, Ngo Nghia Pham, Vu Ngoc Mai Nguyen, Van Hoang Cao, Dai Lam Tran and Ngoc Nhiem Dao., Porous nonhierarchical CeO2-SiO2 nanocomposites for improving the ultraviolet resistance capacity of polyurethane coatings, Mater. Res. Express 2021, 8 056405.
+ Chuc Ngoc Pham, Quyen Van Trinh, Thai Van Dang, Nhiem Ngoc Dao, Bac Quang Nguyen, Dung Trung Doan, Hung Bao Le, Vinh Van Nguyen, Lim Thi Duong, and Lam Dai Tran., Synthesis of CeO2-Fe2O3 Mixed Oxides for Low-Temperature Carbon Monoxide Oxidation, Adsorption Science & Technology, 2022, Article ID 5945169, 12 pages https://doi.org/10.1155/2022/5945169
+ Xuan Minh Vu, Thi Lan Pham, Thi My Hanh Le, Thi Thu Hoai Pham, Chi Mai Nguyen, Dai Lam Tran., Obtaining new materials based on a combination of synthetic zeolites and silver nanoparticles, ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023, 66 (3), 5965. DOI: 10.6060/ivkkt.20236603.6722.
+ Thi Lan Pham, Thi Ngoan Nguyen, Van Cuong Bui, Anh Son Nguyen, Trong Hien Dao, Thi Thuy Nguyen, Thi My Hanh Le, Minh Ngoc Nguyen, Phuong Lan Vu, Dai Lam Tran., Synthesis and characterization of Ag-TiO2 nanoparticles for application in fabrics. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.], 2024, 67(1), 128-135, DOI: 10.6060/ivkkt.20246701.6962
+ Nguyen Vu Ngoc Mai, Le Bao Hung, Pham Ngoc Chuc, Duong Thi Lim and Dao Ngoc Nhiem, Nguyen Quang Bac, Tran Dai Lam., A comparative study on the photodegradation of methyl orange, methylene blue using Fe2O3, Mn2O3, and Fe2O3–Mn2O3 nanomaterials, Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, 2022, 11 (3), 59-63.
+ Nguyen Quang Bac, Nguyen Thi Ha Chi, Doan Trung Dung, Pham Ngoc Chuc, Duong Thi Lim, Dao Ngoc Nhiem, Tran Dai Lam., Mechanical and weather resistance improvement of polyurethane thin films embedded with nanocomposites CeO2-SiO2, Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, 2021, 1, 173-179.
+ Nguyễn Thị Thơm, Đinh Thị Mai Thanh, Phạm Thị Năm, Nguyễn Thu Phương, Lại Thị Hoan. Phát triển compzit trên cơ sở polymer dẫn kết hợp với nano silica ứng dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn cho thép cacbon, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 2021, 26(3B), 180-186.
+ Le Thi My Hanh, Vu Xuan Minh, Pham Thi Lan, Nguyen Tuan Dung, Nguyen Thi Phuong Lan, Tran Dai Lam., Nghiên cứu so sánh xử lý oxy hóa điện hóa chất thải hữu cơ trong nước thải mặn bằng điện cực Graphite và Ti/RuO2, Tạp chí Khoa học và Công nghệ- Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiệp, 2023, 29-38.
+ Trần Nguyễn Phương Lan, Nguyễn Thanh Tỷ, Mai Thị Thu Sương, Trần Thị Bích Quyên, Nguyễn Minh Nhựt, Cao Lưu Ngọc Hạnh, Lê Phan Hưng, Phạm Thị Năm. Tổng hợp và đặc trưng của vật liệu hydroxyapatite từ xương heo bằng phương pháp thủy nhiệt. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2023 (Chấp nhận đăng).
+ Khoi Nguyen Dang, Van Cuong Bui, Hai Khoa Le, Pham Thi Lan, Dai Lam Tran. Research on the synthesis of TiO2 and SiO2 nanoparticles for anti-bacterial exterior and interior wall paints. Communications in Physics, 2023, 33(4), 457-470. https://doi.org/10.15625/0868-3166/18643
Sở hữu trí tuệ: 03 Sáng chế (trong đó có 01 Sáng chế đã được Cục Sở hữu trí tuệ Liên bang Nga cấp bằng; 02 đơn Sáng chế đã được chấp nhận hợp lệ).
+ Trần Đại Lâm, Đào Ngọc Nhiệm, Nguyễn Quang Bắc, Phạm Thị Lan, Phạm Ngọc Chức, Vũ Xuân Minh, Nguyễn Thị Hà Chi, Nguyễn Trung Kiên, Lê Thị Mỹ Hạnh, Trubitsyn Mikhail Alexandrovich., “Các phương pháp chế tạo vật liệu nano CaCO3”. Số đơn Sáng chế 2023110004, ngày cấp bằng 19/04/2023, ngày đăng ký trong Sổ đăng ký sáng chế của nhà nước Liên bang Nga 26 tháng 10 năm 2023.
+ Đỗ Trúc Vy, Nguyễn Thiên Vương, Lê Trọng Lư, Ngô Thanh Dung, Đào Phi Hùng, Trần Đại Lâm, Vũ Quốc Trung. Quy trình tổng hợp hạt nano lai ZnO-Ag ưa hữu cơ kháng khuẩn. Đơn chấp nhận hợp lệ số 16379w/QĐ-SHTT ngày 23/09/2022.
+ Lê Trọng Lư, Lê Thị Thanh Tâm, Trần Đại Lâm, Ngô Thanh Dung, Nguyễn Thị Ngọc Linh, Nguyễn Thiên Vương, Đỗ Trúc Vy, Lê Thế Tâm, Đoàn Thanh Tùng, Phạm Thị Lan, nguyễn Thị Thuỳ Dương, Hoàng Trần Dũng. Quy trình chuyển pha các hạt nano vô cơ dùng làm phụ gia cho sơn dung môi. Đơn chấp nhận hợp lệ số 19663w/QĐ-SHTT ngày 12/04/2023.
- Các sản phẩm cụ thể
+ 5 lít phụ gia nano kháng khuẩn, chống vi sinh vật và chống hà được chức năng hóa bề mặt với silan hoặc titanat
+ 10 lít phụ gia nano phản xạ nhiệt mặt trời, chống thấm và bền thời tiết đã được chức năng hóa bề mặt với một số axit cacboxylic hoặc oleylamin hoặc photphat
+ 7 lít phụ gia nano chống ăn mòn đã được chức năng hóa bề mặt với amin hoặc dẫn xuất của axit benzoic hoặc irgacor hoặc benzotriazole
+ 2kg phụ gia nano cho lớp phủ vô cơ
+ 50 điện cực đầu dò đo trở kháng
+ 03 linh kiện sensor đo ăn mòn dưới lớp phủ
+ 01 Thiết bị tự động đo điện trở
- Các sản phẩm khác: 06 Quy trình công nghệ, 04 Tiêu chuẩn cơ sở, 05 sản phẩm đào tạo.
+ 01 Quy trình công nghệ chế tạo dung dịch nano TiO2 nồng độ cao.
+ 01 Quy trình công nghệ tổng hợp in-situ nano ZrO2 dạng lỏng với một số tác nhân hữu cơ
+ Quy trình công nghệ chế tạo nano ZnO chức năng hóa bề mặt, ở dạng lỏng có nồng độ cao
+ Quy trình công nghệ chế tạo phụ gia nano silica SiO2 với một số tác nhân hữu cơ
+ Quy trình công nghệ chế tạo hệ lai CeO2-SiO2 ở dạng lỏng nồng độ cao
+ Quy trình công nghệ chế tạo nanoclay với một số tác nhân hữu cơ
+ Tiêu chuẩn cơ sở xác định hàm lượng nano ZnO.
+ Tiêu chuẩn cơ sở xác định hàm lượng nano Cu2O.
+ Tiêu chuẩn cơ sở xác định chỉ tiêu chất lượng nano ZnO
+ Tiêu chuẩn cơ sở xác định chỉ tiêu chất lượng nano Cu2O.
+ 05 sản phẩm đào tạo (01 NCS đã được cấp bằng tiến sĩ, 01 NCS đã có Quyết định bảo vệ cấp Học viện, 02 NCS đã có Quyết định bảo vệ cấp cơ sở, 01 NCS thực hiện LATS theo nội dung của Hợp phần).

 

Kiến nghị

+ Nghiên cứu chế tạo và biến tính bề mặt các phụ gia nano cho các lớp phủ tiên tiến, chức năng có ý nghĩa khoa học và tiềm năng ứng dụng lớn trong thực tiễn. Đây là hướng nghiên cứu đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội về sản phẩm sơn phủ bảo vệ vật liệu, các công trình dân dụng và quốc phòng trong điều kiện biến đổi khí hậu phức tạp hiện nay, đồng thời tránh được tổn thất kinh tế nặng nề, giảm thiểu nguy cơ gây ô nhiễm môi trường trong quá trình thực nghiệm. Do vậy, chúng tôi trân trọng đề nghị Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam quan tâm phát triển hướng nghiên cứu này trở thành một trong các hướng nghiên cứu thế mạnh của Viện Hàn lâm. Chúng tôi mong muốn tiếp tục nghiên cứu phát triển, sản xuất ở quy mô pi-lot và thương mại hóa sản phẩm trong thời gian tiếp theo.
+ Hợp phần 1 đã thực hiện đúng tiến độ và hoàn thành tốt các mục tiêu đề ra. Một số nội dung đạt được vượt mức so với thuyết minh. Chủ nhiệm Hợp phần kính đề nghị Viện Hàn lâm KHCNVN cho phép được nghiệm thu Hợp phần.

Ảnh nổi bật đề tài
1722932687489-tdlam.jpg