Tiềm năng phát triển vật liệu carbon nanotube từ nguồn khí thiên nhiên giàu CO2 của Việt Nam
Tóm tắt
Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) đã tổng hợp thành công CNT từ nguồn khí thiên nhiên giàu CO2 sử dụng công nghệ CVD với xúc tác dạng đế bản mỏng. Sản phẩm CNT thu được thuộc loại đa tường (2 - 6 lớp) và có hiệu suất cao (hàm lượng CNT đạt ~100%). CNT có thể được tổng hợp trên xúc tác dạng đế bản mỏng từ nguồn nguyên liệu chứa CO2 đến hàm lượng 30%. Sự hiện diện của các hydrocarbon nặng hơn (C2+) và H2S trong nguyên liệu chủ yếu ảnh hưởng đến tính đồng nhất của sản phẩm CNT hình thành, trong đó, tạp chất H2S gây tác động mạnh nhất và cần được giới hạn trong nguyên liệu để kiểm soát tính chất và sự đồng đều của sản phẩm CNT.
Theo kết quả tính toán sơ bộ, tiềm năng thị trường CNT tại Việt Nam đến năm 2030 có thể đạt gần 3.700 tấn/năm với nhu cầu sử dụng khí 13,5 triệu m3/năm (net hydrocarbon); chi phí sản xuất 1 g CNT từ các nguồn khí giàu CO2 của Việt Nam khoảng 0,5 USD/g, thấp hơn so với chi phí hiện tại trên thị trường nội địa (khoảng 5 - 7 USD/g). Sản xuất vật liệu CNT là hướng đi tiềm năng để khai thác và sử dụng hiệu quả các nguồn khí thiên nhiên giàu CO2 của Việt Nam, đặc biệt từ các mỏ khí Lô B và Cá Voi Xanh.
Các tài liệu tham khảo
Sumio Iijima, “Helical microtubules of graphitic carbon”, Nature, Vol. 354, pp. 56 - 58, 1991. DOI: 10.1038/354056a0.
Research and Markets, "Carbon nanotubes (CNT) market by type (single walled & multi walled), end-use industry (electronics & semiconductors, chemical materials & polymers, structural composites, energy & storage, medical), method, and region - global forecast to 2026", 2021. [Online]. Available: https://www.researchandmarkets.com/reports/5328286/global-carbon-nanotubes-cnt-market-by-type.
Future Markets, "The Global market for carbon nanotubes: Applications, production and producers". [Online]. Available: https://www.futuremarketsinc.com/carbonnanotubesmarket/.
D.S. Bethune, C.H. Kiang, M.S de Vries, G. Gorman, R. Savoy, J. Vazquez, and R. Beyers, "Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls", Nature, Vol. 363, pp. 605 - 607, 1993. DOI: 10.1038/363605a0.
Sumio Iijima and Toshinari Ichihashi, "Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter", Nature, Vol. 363, pp. 603 - 605, 1993. DOI: 10.1038/363603a0.
C. Journet, W.K. Maser, P. Bernier, A. Loiseau, M. Lamy de la Chapelle, S. Lefrant, P. Deniard, R. Lee and J.E. Fischer, "Large-scale production of single-walled carbon nanotubes by the electric-arc technique", Nature, Vol. 388, pp. 756 - 758, 1997. DOI: 10.1038/41972.
Andreas Thess, Roland Lee, Pavel Nikolaev, Hongjie Dai, Pierre Petit, Jerome Robert, Chunhui Xu, Young Hee Lee, Seong-Gon Kim, Andrew G. Rinzler, Daniel T. Colbert, Gustavo E. Scuseria, David Tománek, John E. Fischer, and Richard E. Smalley, "Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes", Science, Vol. 273, pp. 483 - 487, 1996. DOI: 10.1126/science.273.5274.483.
A.G. Rinzler, J. Liu, Hongjie Dai, Pavel Nikolaev, C.B. Huffman, Fernando J. Rodriguez-Macias, Peter Boul, Adrian Lu, D. Heymann, Daniel Todd Colbert, R.S. Lee, J.E. Fischer, A.M. Rao, P.C. Eklund, and R.E. Smalley, "Large-scale purification of single-wall carbon nanotubes: process, product, and characterization", Applied Physics A: Materials Science & Processing, Vol. 67, 1998. DOI: 10.1007/s003390050734.
Y. Zhang and S. Iijima, "Formation of single-wall carbon nanotubes by laser ablation of fullerenes at low temperature", Applied physics letters, Vol. 75, pp. 3087 - 3089, 1999. DOI: 10.1063/1.125239.
Steven Corthals, Jasper Van Noyen, Jan Geboers, Tom Vosch, Duoduo Liang, Xiaoxing Ke, Johan Hofkens, Gustaaf Van Tendeloo, Pierre Jacobs, and Bert Sels, "The beneficial effect of CO2 in the low temperature synthesis of high quality carbon nanofibers and thin multiwalled carbon nanotubes from CH4 over Ni catalysts", Carbon, Vol. 50, pp. 372 - 384, 2012. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.08.047.
Giuseppe Gulino, Ricardo Vieira, Julien Amadou, Patrick Nguyen, Marc J. Ledoux, Signorino Galvagno, G. Centi, and Cuong Pham-Huu, “C2H6 as an active carbon source for a large scale synthesis of carbon nanotubes by CVD”, Applied Catalysis A: General, Vol. 279, pp. 89 - 97, 2005. DOI: 10.1016/j.apcata.2004.10.016.
Buppachat Toboonsung and Pisith Singjai, “Growth of CNTs using liquefied petroleum gas as carbon source by chemical vapor deposition method”, Advanced Materials Research, Vol. 770, pp. 116 - 119, 2013. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.770.116.
I.D. Rahatwan, Praswasti P.D.K. Wulan, and M. Solahudin, “Techno-economic analysis of pilot scale carbon nanotube production from LPG with Fe-Co-Mo/MgO catalyst in Indonesia”, AIP Conference Proceedings, 2020. DOI: 10.1063/5.0002357.
S.I. Jung, S.K. Choi, and S.B. Lee, “Synthesis of vertically aligned thin multi-walled carbon nanotubes on silicon substrates using catalytic chemical vapor deposition and their field emission properties”, Journal of the Korean Vacuum Society, Vol.17, No. 4, pp. 365 - 373, 2008.
Businesswire, "Global carbon nanotubes market report 2020: Production capacities for MWCNTS and SWCNTs, historical and forecast to 2030", 11/11/2020. [Online]. Available: https://www.businesswire.com/news/home/20201111005365/en/Global-Carbon-Nanotubes-Market-Report-2020-Production-Capacities-for-MWCNTS-and-SWCNTs-Historical-and-Forecast-to-2030.
Research and Markets, "Global multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) market report 2021 - 2031", 25/5/2021. [Online]. Available: https://www.globenewswire.com/en/news-release/2021/05/25/2235491/28124/en/Global-Multi-Walled-Carbon-Nanotubes-MWCNTs-Market-Report-2021-2031.html.
Huỳnh Minh Thuận, Nguyễn Thị Hoài Ân, Lê Hồng Nguyên, Nguyễn Mạnh Huấn, và Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ, “Phân tích, đánh giá và đề xuất lộ trình nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của vật liệu carbon nano (carbon nanotubes, graphene oxide, graphene) phù hợp với định hướng triển khai chương trình nghiên cứu khoa học dài hạn về chế biến hiệu quả nguồn khí thiên nhiên giàu CO2”, Viện Dầu khí Việt Nam, 2020.
1. Tác giả giao bản quyền bài viết (tác phẩm) cho Tạp chí Dầu khí, bao gồm quyền xuất bản, tái bản, bán và phân phối toàn bộ hoặc một phần tác phẩm trong các ấn bản điện tử và in của Tạp chí Dầu khí.
2. Bằng cách chuyển nhượng bản quyền này cho Tạp chí Dầu khí, việc sao chép, đăng hoặc sử dụng một phần hay toàn bộ tác phẩm nào của Tạp chí Dầu khí trên bất kỳ phương tiện nào phải trích dẫn đầy đủ, phù hợp về hình thức và nội dung như sau: tiêu đề của bài viết, tên tác giả, tên tạp chí, tập, số, năm, chủ sở hữu bản quyền theo quy định, số DOI. Liên kết đến bài viết cuối cùng được công bố trên trang web của Tạp chí Dầu khí được khuyến khích.
