Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite để tăng hiệu suất hấp thu năng lượng mặt trời ứng dụng nâng cao hiệu quả sản xuất nước ngọt từ nước mặn

đo khả năng hấp thu nhiệt. Kết quả cho thấy khi dùng phối hợp các vật liệu thì hiệu quả hấp 
thu nhiệt hơn khi dùng đơn lẻ. Fe3O4-Al2O3/GO cho hiệu quả hấp thu cao nhất (chênh lệch 
nhiệt độ giữa mẫu trắng và mẫu có phân tán vật liệu nồng độ 5mg/mL là 6oC). Ảnh hưởng của 
hàm lượng vật liệu đến khả năng hấp thu nhiệt đã được khảo sát và lựa chọn được nồng độ phù 
hợp là 5mg/mL, khi tăng nồng độ cao hơn 1.5 mg/mL và thời gian dài thì khả năng hấp thu 
giảm. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến khả năng hấp thu nhiệt của vật liệu cũng được 
khảo sát, khi dùng 2 bóng đèn thì chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu trắng và mẫu có phân tán vật 
liệu tăng lên nhiều so với dùng một bóng. 
Từ khóa: Vật liệu nanocomposite, cường độ ánh sáng, nước mặn. 
STUDY ON CREATING NANOCOMPOSITE MATERIALS TO INCREASE THE 
SOLUTION OF SOLAR ENERGY APPLICATION TO IMPROVE THE 
EFFICIENCY OF WATER PRODUCTION FROM SALT WATER 
Le Thi Nguyen*, Le Quoc Anh 
Hanoi University of Mining and Geology 
*Corresponding Author: nguyenlviv@gmail.com 
ABSTRACT 
Research, nanocomposite materials are magnetically based on graphene oxide (Al2O3/GO, 
Fe3O4/GO, Fe3O4 – Al2O3/GO) synthesized and characterized by X-ray methods, infrared 
spectroscopy, SEM and EDX. Graphene oxide (GO) is synthesized from graphite by means of 
an improved Hummers method and composite materials are synthesized by suspension 
blending. After synthesis and characterization, the range of GO base materials is dispersed into 
saline water and measured for heat absorption. Results show that when used in combination 
with materials, the effect of heat absorption is greater than when used alone. Fe3O4-Al2O3/GO 
gives the highest absorption efficiency (the temperature difference between the blank sample 
and the material dispersion material with a concentration of 5 mg/mL is 6°C). The effect of the 
material content on the heat absorption capacity was investigated and selected the appropriate 
concentration is 5 mg/mL, the increase in concentration is higher than 1.5 mg/mL and the 
longer time the absorption capacity decreases. The effect of light intensity on the material's 
ability to absorb heat was also investigated; when using two bulbs, the temperature difference 
between the blank sample and the material dispersed sample increased significantly compared 
to using a light bulb. 
Keywords: Nanocomposite material, light intensity, salt water. 
GIỚI THIỆU 
Các nhà khoa học đang quan tâm nghiên cứu 
công nghệ để nâng cao hiệu suất hấp thu nhiệt 
và bay hơi nước của các hệ thống hấp thu năng 
lượng mặt trời cho các mục đích khác nhau. 
Một phương pháp hiệu quả là phân tán các vật 
liệu nano có khả năng nâng cao hiệu suất hấp 
thu nhiệt vào trong môi trường chất lỏng: 
14 
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019 Kỷ yếu khoa học 
nước, glycol, dầu gọi là nanofluid. 
Nanofluid chứa các hạt nano khác nhau: dạng 
kim loại (Cu, Ag, Au, Ni), oxit kim loại 
(Al2O3, Cu2O, TiO2), cacbua kim loại (AlN, 
SiN), dạng C (carbon nanotubes, graphite) 
đã được nghiên cứu. Một số nanocomposite 
(hybrid nanopaticles) đã được đưa vào chất 
lỏng và cho hiệu quả cao hơn dạng hạt nano 
một thành phần. Các nanofluid thường được 
sử dụng trong chưng cất nước mặn ở dạng: 
đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho 
nước mặn và đưa vào trong bình chưng cất 
chứa nước mặn (phương pháp hấp thu nhiệt 
trực tiếp). 
Trong công trình này, với mong muốn kết hợp 
nhiều thành phần để tăng hiệu quả hấp thu 
nhiệt, hệ vật liệu nanocomposite có từ tính 
trên cơ sở graphene oxit (Al2O3/GO, 
Fe3O4/GO, Fe3O4–Al2O3/GO) được tổng hợp 
và đặc trưng bằng các phương pháp X-ray, 
phổ hồng ngoại, SEM và EDX. Khả năng hấp 
thu nhiệt của các vật liệu và khả năng thu hồi 
tái sử dụng vật liệu được nghiên cứu một cách 
hệ thống. 
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 
Graphite loại tinh khiết (99%) mua của Công 
ty Sigma- Aldrich, H2SO4 (98%), KMnO4 
(loại tinh thể, 99%), H2O2 (30%), FeCl3.6H2O 
(99%), HCl (36-38%), NaNO3 (99%), 
FeSO4.7H2O (99%), AlCl3.6H2O Ethanol 
(99,7%) và NH3 (25%) mua của Công ty được 
cung cấp bởi nhà máy hóa chất Guangdong 
Guanghua, Trung Quốc. 
Tổng hợp Al2O3/GO 
Pha dung dịch AlCl3 1 M trong ethanol cho 
vào bình định mức 100 ml, sau đó khuấy dung 
dịch trong khoảng 30 phút. Nhỏ từ từ dung 
dịch NH3 vào dung dịch đến khi pH=9 (lúc 
này xuất hiện kết tủa màu trắng). Cho hỗn hợp 
kết tủa vào autoclave, sấy ở 200oC trong 3 giờ. 
Rửa kết tủa đến pH=7 và sấy ở 80oC. Cuối 
cùng, nung kết tủa ở 500oC trong 5h thu được 
Al2O3. Để tổng hợp vật liệu hỗn hợp GO và 
Al2O3, hòa tan 0,1g GO trong 200 ml, sau đó 
đem đi siêu âm trong 1h. Thêm Al2O3 vào 
huyền phù GO và khuấy đều trong vòng 6h. 
Cuối cùng, sản phẩm được sấy ở 70 oC trong 
vòng 12h. 
Tổng hợp Fe3O4/GO 
Hòa tan FeCl3.6H2O và FeSO4.7H2O vào 150 
ml nước cất. Khuấy trên bếp từ trong 30 phút, 
thu được dung dịch màu vàng sáng. Sau 30 
phút, nhỏ từ từ dung dịch NH3 đến khi pH=10. 
Khuấy tiếp trong 30 phút. Sau khi phản ứng 
xảy ra hoàn toàn, các hạt kết tủa màu đen được 
thu lấy bằng nam châm, sau đó rửa nhiều lần 
với nước và ethanol đến pH=7. Các hạt nano 
Fe3O4 được sấy ở 60oC. Hòa tan 0,3 g GO 
trong 300 ml nước cất, sau đó đem đi siêu âm 
trong 30 phút, thu được huyền phù GO. Thêm 
0,15 g nano Fe3O4 vào dung dịch và siêu âm 
30 phút. Sau khi siêu âm thu được một huyền 
phù đồng nhất, Fe3O4/GO được thu lại bằng 
nam châm và sấy ở 60oC. 
Tổng hợp Fe3O4 -Al2O3/GO 
Phân tán 0,3 g Al2O3/GO trong 300 ml nước 
cất, sau đó đem đi siêu âm trong 30 phút, thu 
được huyền phù Al2O3/GO tiếp theo thêm 0,3 
g các hạt nano Fe3O4 vào huyền phù 
Al2O3/GO và siêu âm 30 phút. Sau khi siêu 
âm thu được một huyền phù đồng nhất, Fe3O4- 
Al2O3/GO được thu lại bằng nam châm và để 
khô tự nhiên. 
Đánh giá khả năng hấp thu nhiệt của vật 
liệu 
Pha dung dịch nước muối 3,5% và 0,5 mg/mL 
vật liệu, siêu âm các mẫu vật liệu phân tán tốt 
trong nước muối. Các mẫu được ký hiệu là 
M1, M2... Các mẫu thí nghiệm được xếp thành 
1 vòng tròn, sau đó đặt bóng đèn ở giữa vòng 
tròn. Đo nhiệt độ ban đầu trong mỗi cốc đựng 
mẫu. Bật bóng đèn, sau mỗi 10 phút ghi lại 
nhiệt độ trong mỗi mẫu thí nghiệm. 
Thực nghiệm đánh giá khả năng thu hồi 
và tái sinh vật liệu 
Đánh giá khả năng thu hồi vật liệu 
Lấy mẫu vật liệu có khả năng hấp thu nhiệt 
cao nhất đem đi đánh giá khả năng thu hồi vật 
liệu. Ghi lại thời gian mẫu được thu hồi hoàn 
toàn bằng nam châm và tính hiệu suất thu hồi 
mẫu vật liệu. Mẫu vật liệu sau khi thu hồi và 
thử nghiệm khả năng hấp thu nhiệt 
Phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật 
liệu 
Cấu trúc đặc trưng bằng các phương pháp X- 
ray (D8 ADVANCE BRUKER); SEM (Jeol 
6490 JED 2300 (Nhật Bản); EDX (JED-2300 
- JEOL (Nhật Bản);và FTIR (4600 JASCO). 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Kết quả đặc trưng vật liệu 
Phổ hồng ngoại của các vật liệu Phổ hồng 
ngoại của GO (Hình 1a) có khoảng phổ chân 
15 
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019 Kỷ yếu khoa học 
rộng với đỉnh ở 3480 cm-1 là dao động của 
nhóm –OH. Các đỉnh tại 1692 cm-1, 1572 cm 
-1, 1258 cm -1, 1062 cm -1 là hấp thụ đặc trưng 
của nhóm C=O, C=C, C-OH và C-O. Các dao 
động này đã minh chứng cho sự hiện diện các 
nhóm chức chứa oxy trong GO. Phổ hồng 
ngoại của Al2O3 (Hình 1), thể hiện đầy đủ các 
đỉnh đặc trưng của Al2O3. Đỉnh có chân rộng 
ở 3487 cm-1 là của nhóm OH, 1636 cm-1 là của 
nhóm OH là H-O-H, đỉnh đặc trưng của nhóm 
Al-O ở khoảng khoảng 600 – 800 cm-1. Theo 
Hình 1 đỉnh phổ ở 571 cm-1 là dao động hóa 
trị của nhóm chức Fe-O. Số sóng trong khoảng 
1625 cm-1 đến 1400 cm-1 chỉ ra sự có mặt của 
dao động biến dạng của nhóm H-O-H, trong 
khi đó nhóm O-H có dao động hoá trị ở 
khoảng 3380 cm-1. So sánh phổ của GO, 
Al2O3 và GO hỗn hợp với Al2O3 (hình 2b) cho 
thấy phổ hồng ngoại của Al2O3/GO có đầy đủ 
đỉnh đặc trưng của GO và Al2O3 (hình 3.4), 
tuy nhiên, cường độ của các đỉnh phổ đặc 
trưng cho GO (1692 cm-1, 1572 cm-1, 1258 
cm-1 và 1062 cm-1 của các nhóm C=O, C=C, 
C-OH và C-O) bị giảm do nồng độ GO trong 
mẫu giảm đi. Tương tự, phổ của của 
Fe3O4/GO (hình 2b) cũng có đầy đủ các đỉnh 
đặc trưng của GO và Fe3O4 (Hình 1a và 2a), 
nhưng với cường độ giảm do nồng độ GO 
trong mẫu giảm đi.Từ phổ của GO, Al2O3/GO, 
Fe3O4/GO, Fe3O4-Al2O3/GO ta thấy phổ của 
các vật liệu hỗn hợp có đầy đủ các đỉnh đặc 
trưng của các vật liệu riêng rẽ nhưng với 
cường độ giảm đi. 
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 
(a) (b) 
Hình 1. Phổ hồng ngoại của (a) các vật liệu TH; (b) vật liệu tái sinh 
Nhiễu xạ tia X của các vật liệu 
Từ giản đồ XRD ta thấy góc 2θ=11,2o là góc 
đặc trưng cho vật liệu GO, ở graphite, đỉnh 
hấp thu đặc trưng ở 2θ=26,5o. Đồng thời, 
khoảng cách giữa các lớp đã được nâng lên 
đáng kể. Ở graphite, đỉnh hấp thu đặc trưng ở 
2θ=26,5o, khoảng cách giữa các lớp chỉ là 3,35 
Å , nhưng ở mẫu GO thì khoảng cách giữa các 
lớp tăng lên đến 8,327Å. Kết quả này là do 
quá trình oxy hóa đã giúp cho các nhóm chức 
có oxygen như –OH, –O–, –C=O và –COOH 
chèn vào giữa các lớp dẫn đến làm nâng rộng 
khoảng cách giữa các lớp graphite. 
Kết quả nhiễu xạ tia X của Al2O3/GO cho thấy 
việc đưa Al2O3 đã làm cho đỉnh đặc trưng của 
GO ở góc 2θ=10,58o không còn, thay vào đó 
là sự xuất hiện các đỉnh mới ở giá trị 2θ tương 
ứng là 37,1o; 45,6o và 67,1o phù hợp với dữ 
liệu nhiễu xạ tia X của γ-Al2O3, thể hiện cho 
sự xen phủ γ -Al2O3 lên bề mặt GO. Kết quả 
tương tự cũng thu được khi đo phổ X-ray của 
mẫu Fe3O4-Al2O3/GO. 
Kết quả đo SEM và EDX của vật liệu 
Kết quả đo SEM của vật liệu Fe3O4-Al2O3/GO 
(Hình 6) cho thấy bề mặt của vật liệu có sự 
phân tán đều của Al2O3, Fe3O4 và GO. Kết quả 
ảnh SEM cho thấy vật liệu có kích thước 
khoảng 20 nm. Kết quả EDX của Fe3O4- 
Al2O3/GO cho thấy vật liệu chứa 4 nguyên tố 
C, O, Al và Fe (Bảng 1). 
Đánh giá khả năng hấp thu nhiệt của các 
vật liệu tổng hợp được 
Kết quả đo khả năng hấp thu nhiệt của các 
vật liệu khác nhau 
Để đánh giá sự tăng khả năng hấp thu nhiệt 
của các vật liệu tổng hợp được, các vật liệu 
được phân tán vào nước biển với nồng độ 0,5 
mg/ml. Đem chiếu sáng các hỗn hợp và đo 
nhiệt độ định kỳ tại các thời điểm khác nhau 
để so sánh. 
Fe3O4-Al2O3/GO 
Fe3O4-Al2O3/GO tái sinh 
16 
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019 Kỷ yếu khoa học 
Bảng 1. Kết quả đo EDX của vật liệu Fe3O4-Al2O3/GO 
Nguyên tố Thành phần khối 
lượng (%) 
Thành phần nguyên tố (%) 
C K 14.40 22.55 
O K 45.79 53.82 
Al K 28.41 19.80 
Fe K 11.40 3.84 
Tổng số 100.00 
Từ kết quả đo cho thấy, tất cả các vật liệu 
nghiên cứu đều làm tăng khả năng hấp thu 
nhiệt của nước muối 3,5%. So sánh các mẫu 
M2, M3 và M4 ta thấy khi hỗn hợp Al2O3 và 
GO thì nhiệt hấp thu bởi dung dịch chứa vật 
liệu tăng lên cao hơn so với mẫu dung dịch chỉ 
có GO hoặc Al2O3. Tương tự, sự so sánh các 
mẫu M2, M5, M6 cho thấy hỗn hợp của Fe3O4 
với GO cũng làm tăng khả năng hấp thu nhiệt 
của nước muối so với mẫu chỉ có GO hoặc 
Fe3O4. Đặc biệt, ở mẫu có sự kết hợp của 
Fe3O4, Al2O3 và GO thì khả năng hấp thu nhiệt 
cao nhất, cao hơn 6oC so với mẫu trắng. Sự 
khác biệt này sẽ càng tăng khí nhiệt độ môi 
trường càng cao (trời nằng to). Điều này 
chứng tỏ vật liệu GO hỗn hợp với cả Fe3O4 và 
Al2O3 là mẫu vật liệu có khả năng hấp thu 
nhiệt và dẫn nhiệt tốt nhất trong các mẫu vật 
liệu tổng hợp được. 
Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của hàm 
lượng đến khả năng hấp thu nhiệt của vật 
liệu 
Khi tăng hàm lượng vật liệu phân tán trong 
nước từ 0,5mg/ml đến 1,5mg/ml thì nhiệt hấp 
thu tăng lên 1-2 độ. Tuy nhiên khi tăng nồng 
độ của chất hấp thu lên 2mg/ml và ở nhiệt độ 
cao trên 80oC thì khả năng hấp thu nhiệt lại 
giảm. Điều này có thể giải thích là nhiệt độ 
cao và hàm lượng chất hấp thu lớn dẫn đến các 
hạt này có xu hướng hút kết tụ với nhau tạo 
thành các hạt lớn hơn và lắng xuống dưới, vì 
vậy làm giảm khả năng hấp thu nhiệt và dẫn 
nhiệt. Kết quả cho thấy, ở hàm lượng 1,5 
mg/ml của Fe3O4-Al2O3/GO thì mẫu thí 
nghiệm có kết quả hấp thu nhiệt cao nhất. Tuy 
nhiên, để tiết kiệm chi phí và giảm sự kết tụ 
khi dùng thời gian dài có thể dùng nồng độ 
chất hấp thu trong nước là 0,5mg/ml. 
Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của cường 
độ ánh sáng đến khả năng hấp thu nhiệt 
Kết quả trên cho thấy, vật liệu Fe3O4- 
Al2O3/GO với hàm lượng 1,5 mg/ml có khả 
năng hấp thu nhiệt cao nhất. Vì vậy nồng độ 
1,5 mg/ml để thử nghiệm sự ảnh hưởng của 
cường độ ánh sáng đến khả năng hấp thu nhiệt 
của vật liệu. Khi tăng cường độ chiếu sáng từ 
1 bóng đèn lên 2 bóng đèn thì nhiệt độ hấp thu 
của vật liệu càng tăng lên. Chênh lệch nhiệt độ 
cao giữa khi sử dụng 1 bóng đèn với 2 bóng 
đèn là 9oC. 
Kết quả thử nghiệm đánh giá khả năng thu 
hồi và tái sinh vật liệu 
Khi không có nam châm sự thu hồi vật liệu 
chậm và không hoàn toàn. Tuy nhiên, khi sử 
dụng nam châm để thu hồi thì sau 10 phút, vật 
liệu đã bị nam châm hút hết về phía đáy cốc. 
Kết quả sau khi gạn bỏ nước và sấy, hiệu suất 
thu hồi đạt 98%. Điều này chứng tỏ vật liệu 
chế tạo được có khả năng thu hồi tốt. 
Sau khi thu hồi, vật liệu được rửa bằng nước 
sạch, sấy khô, đo phổ hồng ngoại và đánh giá 
khả năng hấp thu nhiệt. Phổ hồng ngoại của 
vật liệu ban đầu và vật liệu sau khi tái sinh cho 
thấy, vật liệu sau khi tái sinh có các đỉnh đặc 
trưng giống với các đỉnh của vật liệu ban đầu. 
KẾT LUẬN 
Đã tổng hợp thành công các vật liệu hấp thu 
trên cơ sở GO là: Al2O3/GO, Fe3O4/GO và 
Fe3O4-Al2O3/GO. Kết quả phân tích bằng phổ 
FT-IR, X-ray, SEM, EDX đã chứng tỏ sự tạo 
thành của các vật liệu. Kết quả đo khả năng 
hấp thu cho thấy các vật liệu khi dùng phối 
hợp cho hiệu quả hấp thu nhiệt hơn khi dùng 
đơn lẻ. Fe3O4-Al2O3/GO cho hiệu quả hấp thu 
cao nhất (chênh lêch nhiệt độ giữa mẫu trắng 
và mẫu có phân tán vật liệu nồng độ 0,5 
mg/mL là 6oC và 8oC tương ứng. Kết quả khảo 
sát sự ảnh hưởng của hàm lượng đến khả năng 
hấp thu nhiệt của vật liệu và khảo sát sự ảnh 
hưởng của cường độ ánh sáng đến khả năng 
hấp thu nhiệt của vật liệu cho thấy khi tăng 
nồng độ hơn 1.5mg/mL thì hiệu suất hấp thu 
giảm khi chiếu sáng lâu hơn 80 phút và khi 
17 
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019 Kỷ yếu khoa học 
dùng 2 bóng đèn thì chênh lệch nhiệt độ giữa 
mẫu trắng và mẫu có phân tán vật liệu tăng lên 
nhiều. Vật liệu có từ tính nên hiệu quả thu hồi 
cao tới 98%, vật liệu sau thu hồi có đặc trưng 
nhóm chức không thay đổi và hiệu quả hấp thu 
nhiệt xấp xỉ vật liệu mới. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
RAJ P, SUBUDHI S., A review of studies using nanofluids in flat-plate and direct absorption 
solar Collectors, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 84 (2018) pp 54–74. 
SARSAM W.S., KAZI S.N., A. BADARUDIN, A review of studies using nanofluids in flat- 
plate and direct absorption solar Collectors, Solar Energy, 122 (2015) pp 1245–1265.