Chương I. Giới thiệu Silie oxit có công thức phân tử là SiO}. SiO; có rất nhiều dạng hình thù như: thạch anh, tridimit, cristobalit [2]. Mỗi dang chính như vậy còn tổn tại dưới nhiều dang phụ: * Các dạng an tinh: cancedoan, mã não, jat (ngọc).
* Dạng vỏ định hình: thuỷ tỉnh thạch anh, opal. Cristobalit thuộc hệ lập phương. Nguyên tử Si chiếm các đình, tâm các mặt và 4 trong 8 hốc tir diện theo hai hướng đường chéo khác nhau (hoặc có thể hình dung chia khối hình lập phương thành 8 khối lập phương nhỏ bằng nhau thi Si là tâm của 4 khếi lập phương nhỏ đó). Oxi là cầu nếi giữa các nguyên tử silic.
Mỗi tế bao có 8 phân tử SiO2. Số phối trí của Si bằng 4, của oxi bằng 2. Cấu tạo của cristobalit Để mô tả cấu trúc của các dạng SiO; thì tốt nhất là dùng phương pháp ghép các tứ diện với nhau qua đỉnh oxi chung (Hình 2). Điểm khác nhau của 3 dạng tinh thể chính (thạch anh, tridimit, cristobalit) là vị trí tương đối của 2 tứ điện SiO,“” (Hình 3).
© thạch anh ta có góc liên kết Si-O-Si bằng 150°, ở tridimit, va cristobalit thì góc liên kết Si-O-S¡ bằng 180°. Từ thạch anh biến thành cristobalit chỉ cần nắn SVTH : Nguyễn Quốc Tài Trang 6 Khóa luận tốt nghiệp GVHD :TS. Phan Thị Hoàng Oanh thẳng góc Si-O-Si từ 150° thành 180°, trong khi đó dé chuyển thành a tridimit thi ngoài việc nan thăng góc nay còn phải xoay tứ diện SiO, “” quanh trục đôi xứng một góc bằng 180°, Hình 2, Cách ghép các tứ diện SiO, ( ® là silic, old oxi) Co B Đ ®) © Hình 3. Sơ đô tô hợp 2 tứ diện SiO, a) Thạch anh; b) Cristobalit a; e) Tridimit a Silic oxit là một nguyên liệu cơ ban được sử dụng rộng rãi trong các ngành điện tử, đồ gdm, những vật liệu cách nhiệt và những công nghiệp vật liệu polime.
Thông thường, nguồn của silic oxit là cát. Loại silic oxit này nóng chảy ở nhiệt độ cao, khó phản ứng. Nếu silic oxit ở dạng vô định hình hay kích thước nhỏ thì khả năng phản ứng dễ dàng hơn. Các nhà khoa học đã tìm được nguyên liệu có thể ding dé điều chế silic oxit vô định hình là trau (vỏ hạt gạo).
Trấu là một loại phế thải nông nghiệp rất phong phú ở các nước sản xuất lua gạo. SVTH: Nguyễn Quốc Tài Trang 7 Khóa luận tốt nghiệp GVHD :TS, Phan Thị Hoàng Oanh Bảng |. Thành phân các nguyên tô trong trấu [16] Nhận xét: Thành phần chính của vỏ hạt gạo là hợp chất hữu cơ và silic oxit. Các hợp chất hữu cơ trong vỏ hạt gạo gồm: xenlulô (55 — 60%), lienin (22%).
Xắp xi 20% tro thu được từ việc đốt chảy vỏ hạt gạo trong không khi, tro chứa hơn 90% silic oxit, phần còn lại là những oxit kim loại. Thành phần các oxi trong tro trấu [2] |% 191,65 | 0,03 |027 |0/27 | 0,07 |0.19 | 4,88 | Trấu đem nung ở nhiệt độ cao sẽ thu được bột tro màu trắng chứa SiO, vô định hình với hàm lượng rất cao, hơn 90% [5], [2]. Sử dụng tro trấu như một nguồn thay thé SiO, dé tổng hợp zeolite đã được thực hiện vào năm 1981 bởi Bajpal và Rao (kiểu zeolite Mocdennit) [8). Phan tích đặc tinh của tro trấu là rat quan trọng trước khi sử dụng đẻ tổng hợp zeolite.
Như đã nói ở trên tro trau chứa hơn 90% SiO, nén trong các ứng dụng thực tế người ta xem tro trấu như một nguồn silic oxit. Sau đây người viết xin giới thiệu về một số ứng dụng của tro trau: SVTH : Nguyễn Quốc Tài Trang 8 Khóa luận tốt nghiệp GVHD :TS. Phan Thị Hoàng Oanh 1. Các ứng dụng của tro trấu 1.
Thiết bị lọc nước sạch từ trấu [17] Kỹ sư Lương Văn Dé ở Hải Dương đã có sáng kiến làm thiết bị lọc nước từ chất liệu trầu theo cách tách oxit silic (SiO;) từ trdu dé tạo ra sử xốp chất lượng cao, làm sản phẩm lọc nước. Thiết bị lọc nước gia đình ông Để dang sử dụng gồm một bình lọc bằng sử xếp nhỏ, trắng, hình trụ nằm trong chiếc bình lọc bằng nhựa thực phẩm được gắn trên tường. Ông Dé cho biết, thiết bị này có thể lọc nước sông, hỗ thành nước sạch với tốc độ lọc tinh 0,7 liphút, áp lực bơm nước máy đạt 3 liVphút. Nước sạch này không có tác hại phụ do dùng hoá chất, bảo đảm kha năng diệt khuan (trong thời hạn bảo hành 12 tháng), giữ được các yếu tế vi lượng có lợi cho cơ thé trong nguôn nước tự nhiên.
Thiết bị còn có khả năng khử được mùi ở nguồn nước ô nhiễm, khử chất dioxin khi mắc nồi tiếp một bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính. Chế tạo bê tông và vữa tính năng cao sử dụng microsilica từ xi ming pooclăng [3] Bê tông và vữa tinh năng cao là loại vật liệu xây dựng rất cần thiết do nhu cầu đòi hỏi về chất lượng và tiến độ xây dựng hiện nay. Gin đây, Viện Khoa học - Công nghệ Xây dựng (Bộ Xây dựng) đã nghiên cứu thành công việc sử dụng tro trấu - nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước để thay thế cho silicafume nhập khẩu đem lại hiệu quả lớn về nhiều mặt. Dé chế tạo bê tông và vữa tinh năng cao, trong thành phần thiết kế thường không thé thiếu phy gia hoạt tính (microsilica) và phụ gia siêu déo (super plasticize).
Phụ gia siêu déo đưa vào thành phần bê tông nhằm han chế lượng nước sử dụng song vẫn đảm báo các tính chất công tác của hỗn hợp vữa hoặc bê tông. Hiện nay có nhiều loại phụ gia siêu déo dẫn xuất từ hai loại siêu dẻo gốc melamin và sunphonat, SVTH : Nguyén Quée Tai Trang 9 Khóa luận tốt nghiệp GVHD :TS. Phan Thị Hoàng Oanh Trên thé giới và ở Việt Nam hiện nay sử dụng chủ yếu loại microsilica là silicafume. Silicafume là dạng bụi oxit silic hoạt tinh, có cỡ hạt rất mịn (10-20 mm), tức là mịn hơn xi măng 50-100 lần, với bẻ mặt riêng nằm trong khoảng 13000 - 25000 m’/kg.
Silicafume thường có dang cầu đặc, là phụ phẩm của quá trình luyện kim ferrosilic hoặc ferromangan. Thanh phan oxit silic trong silicafume chủ yếu ở dạng hoạt tính (vô định hình), vì vậy có độ hút vôi thử theo TCVN đạt tới 300 mg/g, được xếp vào loại phụ gia thủy cực mạnh. Hiện nay, nhu cau sử dụng các sản phẩm bê tông và vữa tinh năng cao trong xây dựng ngày càng tăng, vì vậy việc sử dụng tro trấu thay silicafume mang lại hiệu qua rất lớn cả về kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường. Việc nhập phụ gia silicafume từ nước ngoài thường đắt (khoảng 0,6 USD/kg) và khỏ chủ động trong việc cung cấp, trong khi đó nếu sản xuất tro trau thì giá thành rẻ hơn rất nhiều vi nguồn nguyên liệu này ở ta khá lớn (ước tính khoảng 6 triệu tấn trấu/năm).
Mặt khác còn có thể tận dụng nguồn nhiệt để phát triển các ngành công nghiệp địa phương như sản xuất gốm, vật liệu xây dựng, chạy máy làm nước đá. Ở Việt Nam, việc sản xuất tro trấu đặc biệt có ý nghĩa đếi với vùng Đồng bằng sông Cửu Long vì đây là vùng có sản lượng lúa lớn nhất ca nước. Nếu phát triển được dự án sản xuất tro trấu tại đây sẽ góp phần thúc đẩy kinh tế địa phương, giải quyết một phần vấn để vật liệu bằng nguyên liệu tại chỗ cho chương trình nhà ở Đồng bằng sông Cửu Long, đồng thời có thẻ tận dụng nguồn nhiệt chạy máy phát điện. góp phần giải quyết việc làm, tạo thêm thu nhập cho người dân.
Sản xuất aerogel (hạt tro silic màu trắng) cách nhiệt từ tro trau [15] Aerogel là thứ bot silicon chứa khi, được sản xuất lin đầu năm 1931 với giá tương đương 3.000 USD mỗi kg. Giá cao lam hạn chẻ phạm vi áp dụng mặc dù khả năng cách nhiệt, nghĩa là ngăn can truyền nhiệt chênh lệch từ bên nảy qua bên kia, cao gap 10 lần các chất cách nhiệt làm từ dầu mỏ. SVTH : Nguyễn Quốc Tài Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD :TS. Phan Thị Hoàng Oanh Một giải thưởng 200.000 USD vừa được trao cho nhóm nghiên cứu của Viện công nghệ Massachusetts (MIT) bởi việc phát triển loại bọt cách nhiệt aerogel làm tử tro trấu.
Nhiều phan thưởng khác và một khoản tai trợ 425.000 USD cũng được chuyển đến dé hoàn tat đây chuyên trang bị sản xuất đại trà. Nhưng việc sản xuất thành công aerogel tro trâu đâu tiên được thực hiện ở Đại học cong nghệ Malaysia (UTM) bởi nữ Giáo sư Halimaton Hamdan. Công nghệ mới này lam hạ giá thành aerogel từ 1.300 xuống còn 125 USD mỗi cân Anh (pound), với hiệu suất cách nhiệt cao gap 37 lần so với lớp sợi thủy tinh. Aerogel làm từ tro trâu của Đại học Công nghệ Malaysia có tên thương mại là Maerogel, chỉ nặng gắp 3 không khí nhưng chịu được sức nén, vả lại nó trong suốt nên cũng được dùng trong các đỗ điện tử: dùng làm lớp kẹp giữa các tấm kinh để tạo nên kính cách nhiệt ding làm cửa số hay mái nhà, và dùng làm lớp mỏng cách âm cách nhiệt trong các công trinh xây dựng.
Triển vọng này mỡ ra cơ hội mới cho các xứ sản xuất lúa gạo như Việt Nam. Sản xuất zeolite từ tro trấu Ở các nước phát triển như: Hoa Kỳ. Braxin, Nhật Ban, Thai Lan, Malaysia các nha khoa học đã dùng tro thu từ trấu như là một nguồn silic oxit để tổng hợp zeolite là một sản phẩm có rất nhiều ứng dụng. Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một số phương pháp sản xuất tro trấu (silic oxit) đã được tiễn hành ở các nước trên thé giới.
Các phương pháp sản xuất silic oxit từ trau 1. Phương pháp thứ nhất [18] Các nhà nghiên cửu thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học (IISc) của bang Banealor, An Độ đã tách silic oxit từ trấu theo quy trình sau: 1. Vỏ trdu được đốt thành tro, sau đó lấy tro này hòa với xút (NaOH) trong một thiết bị phan húy để tạo ra natri silicat, SVTH : Nguyễn Quốc Tài Trang |! Khóa luận tốt nghiệp GVHD :TS. Phan Thị Hoàng Oanh 2.
Suc khi CO; vào dung dich natri silicat thu được dé tao natri bicacbonat và silie oxit. Lọc, tach dé thu silie oxit. Natri bicacbonat được xử ly bằng canxi hydroxit dé tạo ra canxi cacbonat va xút. Xút được tuần hoàn trở lại thiết bị phân hủy.
Phương pháp thứ hai Các nhà khoa học Braxin đã tách silic oxit từ trấu theo một chu trình [5] có thé mô tả tóm tắt như sau: Bước 1: Đâu tiên trau được rửa sạch với nước cat dé loại bỏ các tạp chat bám bên ngoài, sau đó dem sdy khô ở 110°C trong 24 giờ.