Phát triển sản xuất và ứng dụng vật liệu ống nanocarbon (CNT) từ các nguồn khí thiên nhiên của Việt Nam có hàm lượng CO2 cao
Tóm tắt
Nanocarbon được xem là thế hệ vật liệu thứ 4, loại vật liệu này đã, đang và sẽ dần thay thế các ứng dụng của thế hệ vật liệu thứ 3 gốc silic. Với khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, thị trường vật liệu nanocarbon là vô cùng lớn. Riêng tại Việt Nam, ước tính sơ bộ thị trường sản phẩm nanocarbon đến 2030 có thể đạt khoảng 3.700 tấn/năm. Khí thiên nhiên có hàm lượng CO2 cao là nguồn nguyên liệu tiềm năng để tổng hợp CNT. Đây là loại vật liệu có giá trị gia tăng cao, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và phù hợp với điều kiện của Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam. Nhóm nghiên cứu của Petrovietnam/Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) đã nghiên cứu phát triển thành công công nghệ tiên tiến để tổng hợp vật liệu CNT từ các nguồn khí có hàm lượng CO2 cao theo phương pháp CVD trên cơ sở ứng dụng hệ xúc tác dạng bản mỏng kim loại. Sản phẩm CNT thu được (không cần qua quá trình tinh chế) có độ tinh khiết đạt 99,8%. Ở Việt Nam, Cá Voi Xanh được đánh giá là mỏ khí có trữ lượng lớn và có thành phần nằm ở giới hạn biên về thành phần và tỷ lệ thuận lợi cho tổng hợp CNT.
Các ứng dụng tiềm năng và phù hợp của vật liệu CNT tại Việt Nam là làm phụ gia để tạo ra các sản phẩm tiên tiến có tính năng vượt trội trong các lĩnh vực sơn phủ, dầu nhờn, phân bón và nhựa. Song song với việc hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu CNT, việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của loại vật liệu này là cần thiết và cũng cần sớm được thực hiện. Trên cơ sở phân tích đánh giá sơ bộ về thị trường, cung - cầu, nguồn lực và khả năng nghiên cứu phát triển của Petrovietnam/VPI, lộ trình nghiên cứu và phát triển 2 nhóm sản phẩm được đề xuất gồm: (i) Vật liệu nanocarbon làm nguyên vật liệu cho các ngành công nghiệp khác; và (ii) Các sản phẩm đặc trưng sử dụng vật liệu nanocarbon.
Các tài liệu tham khảo
Cattien V. Nguyen, “Advanced technology utilising CO2-containing methane for production of CNTs and graphene and their applications”, Petrovietnam Journal, Volume 10, pp. 59 - 70, 2019.
E.R. Edwards, E.F. Antunes, E.C. Botelho, M.R. Baldan, and E.J. Corat, “Evaluation of residual iron in carbon nanotubes purified by acid treatments”, Applied Surface Science, Volume 258, Issue 2, pp. 641 - 648, 2011. DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.07.032.
R. Saito, M. Hofmann, G. Dresselhaus, A. Jorio, and M. S. Dresselhaus, “Raman spectroscopy of graphene and carbon nanotubes”, Advances in Physics, Volume 60, Issue 3, pp. 413 - 550, 2011. DOI: 10.1080/00018732.2011.582251.
Dmitry Yu. Usachov, Valery Yu. Davydov, Vladimir S. Levitskii, Viktor O. Shevelev, Dmitry Marchenko, Boris V. Senkovskiy, Oleg Yu. Vilkov, Artem G. Rybkin, Lada V. Yashina, Evgueni V. Chulkov, Irina Yu. Sklyadneva, Rolf Heid, Klaus-Peter Bohnen, Clemens Laubschat, and Denis V. Vyalikh, “Raman spectroscopy of lattice-matched graphene on strongly interacting metal surfaces”, ACS Nano, Volume 11, Issue 6, pp. 6336 - 6345, 2017. DOI: 10.1021/acsnano.7b02686.
Steven Corthals, Jasper Van Noyen, Jan Geboers, Tom Vosch, D. Liang, Xiaoxing Ke, Johan Hofkens, Gustaaf van Tendeloo, Jacobs Pierre, and Bert F 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, Volume 50, Issue 2, 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, Gabriele 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, Volume 279, Issues 1-2, 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, Volume 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, Volume 2230, Issue 1, 2020.
Nguyễn Hữu Lương, Huỳnh Minh Thuận, Nguyễn Mạnh Huấn, Đỗ Phạm Noa Uy, Nguyễn Thị Châu Giang, và Đặng Ngọc Lương, “Tiềm năng phát triển vật liệu carbon nanotube từ nguồn khí thiên nhiên giàu CO2 của Việt Nam”, Tạp chí Dầu khí, Số 9, trang 31 - 40, 2022. DOI: 10.47800/PVJ.2022.09-05.
Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, “Khung chương trình nghiên cứu khoa học dài hạn giai đoạn 2021 - 2025”, Quyết định số 3379/QĐ-DKVN ngày 17/6/2021.

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.