Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu amoni polyphotphat và ứng dụng chất chống cháy từ diatomit và bentonit

• Tác giả: Trần Thị Thành
• Người hướng dẫn: PGS. TS La Thế Vinh
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Amoni Polyphotphat Và Ứng Dụng Chất Chống Cháy Từ Diatomit Và Bentonit
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI C¾M ¡N
• LỜI CAM ĐOAN
• MĀC LĀC
• DANH MþC CÁC CHỮ VI¾T TÂT
• DANH MþC CÁC B¾NG
• DANH MþC CÁC HÌNH, ĐÞ THÞ
• 1. CH¯¡NG 1: TỔNG QUAN VÀ CHÁY VÀ CHÀT CHÞNG CHÁY
• 1.1. Tổng quan vß cháy
• 1.1.1. Khái niệm vß cháy
• 1.1.2. Những yếu tố và đißu kiện cần thiết cho sự cháy
• 1.1.2.1. Các yếu tố cần thiết cho sự cháy
• 1.1.2.2. Đißu kiện cần thiết cho sự cháy
• 1.2. C¡ chế bắt cháy
• 1.2.1. Sự phân hÿy nhiệt và bắt cháy cÿa chất cháy rắn
• 1.2.1.1. Sự phân huỷ nhiệt cÿa chất cháy rắn
• 1.2.1.2. Sự bắt cháy và cháy cÿa chất rắn
• 1.2.2. Mát số vÃt liệu cần bÁo vệ trong đißu kiện cháy
• 1.2.3. Các biện pháp phòng ngừa và h¿n chế cháy
• 1.3. Tổng quan vß chất chống cháy
• 1.3.1. Giãi thiệu vß chất chống cháy
• 1.3.2. Vai trò cÿa chất chống cháy trong vÃt liệu
• 1.3.3. Các c¡ chế chống cháy
• 1.3.4. Phân lo¿i các chất phā gia chống cháy
• 1.3.4.1. Hÿp chất halogen hữu c¡
• 1.3.4.2. Hÿp chất chÃm cháy chāa phospho hữu c¡
• 1.3.4.3. Hÿp chất chống cháy chāa nit¡
• 1.3.4.4. Các chất chống cháy hệ vô c¡
• 1.4. Tổng quan vß amoni polyphotphat, diatomit, bentonit
• 1.4.1. Giãi thiệu vß APP
• 1.4.2. Các ph°¡ng pháp đißu chế APP
• 1.4.3. Āng dāng cÿa APP
• 1.4.4. Giãi thiệu vß Diatomit
• 1.4.5. Giãi thiệu vß Bentonit
• 1.5. Mát số nghiên cāu vß APP, APP/phā gia và khÁo sát āng dāng làm chất chống cháy
• 2. THþC NGHIâM VÀ CÁC PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĀU
• 2.1. Ph°¡ng pháp tổng hÿp vÃt liệu
• 2.1.1. Tổng hÿp APP
• 2.1.2. Tổng hÿp phā gia APP/Diatomit
• 2.1.3. Tổng hÿp phā gia APP/Bentonit
• 2.2. Ph°¡ng pháp chế t¿o giấy có đán APP, APP/phā gia
• 2.3. Ph°¡ng pháp chế t¿o giấy ngâm t¿m APP, APP/phā gia
• 2.4. Ph°¡ng pháp chế t¿o s¡n chāa phā gia, hßn hÿp phā gia
• 2.5. Các ph°¡ng pháp xác đßnh đặc tr°ng vÃt liệu
• 2.5.1. Ph°¡ng pháp nhiễu x¿ tia X (X-ray diffraction: XRD)
• 2.5.2. Ph°¡ng pháp kính hián vi điện tử quét SEM
• 2.5.3. Ph°¡ng pháp phổ hồng ngo¿i (FTIR)
• 2.5.4. Ph°¡ng pháp phân tích nhiệt (TG)
• 2.6. Ph°¡ng pháp thử cháy cÿa vÃt liệu
• 2.6.1. Thử cháy cho giấy
• 2.6.2. Thử cháy cho s¡n trên bß mặt gß, thép
• 3. K¾T QU¾ VÀ TH¾O LUÀN
• 3.1. Nghiên cāu tổng hÿp phā gia APP
• 3.1.1. Ành h°áng cÿa tỷ lệ axit photphoric : Ure tãi đá tan cÿa APP
• 3.1.2. Ành h°áng cÿa thßi gian phÁn āng đến hiệu suất t¿o APP
• 3.1.3. Ành h°áng cÿa nhiệt đá phÁn āng đến màu sắc và hiệu suất t¿o APP
• 3.1.4. Ành h°áng cÿa nhiệt đá sấy tãi hiệu suất sÁn ph¿m
• 3.1.5. KhÁo sát mát số tính chất cÿa sÁn ph¿m APP
• 3.1.5.1. Xác đßnh các đặc tr°ng liên kết bằng phổ hồng ngo¿i FTIR
• 3.1.5.2. Nghiên cāu khÁ năng bßn nhiệt cÿa sÁn ph¿m APP tổng hÿp
• 3.1.5.3. KhÁo sát cấu trúc tinh thá cÿa sÁn ph¿m APP tổng hÿp
• 3.2. Tổng hÿp hệ phā gia APP/Bentonit và khÁo sát đặc tr°ng tính chất
• 3.2.1. Ành h°áng cÿa tỷ lệ mol Bentonit: APP đến đá tan sÁn ph¿m
• 3.2.2. Ành h°áng cÿa nhiệt đá hấp phā tãi đá tan sÁn ph¿m
• 3.2.3. Ành h°áng cÿa thßi gian hấp phā đến hiệu suất t¿o sÁn ph¿m
• 3.2.4. Ành h°áng cÿa nhiệt đá sấy tãi hiệu suất t¿o AB1
• 3.2.5. Ành h°áng cÿa tỷ lệ mol Bentonit: APP đến đá tan sÁn ph¿m
• 3.2.6. Ành h°áng cÿa thßi gian phÁn āng đến hiệu suất t¿o AB2
• 3.2.7. Ành h°áng cÿa nhiệt đá sấy tãi hiệu suất t¿o AB2
• 3.2.8. Phân tích đặc tr°ng liên kết bằng phổ hồng ngo¿i FTIR
• 3.2.9. Xác đßnh đá bßn nhiệt cÿa APP/Bentonit
• 3.2.10. KhÁo sát cấu trúc tinh thá cÿa AB1 và AB2
• 3.2.11. KhÁo sát hình thái hác bß mặt
• 3.3. KhÁo sát tính chất hệ phā gia APP/Diatomit
• 3.3.1. Ành h°áng cÿa tỷ lệ mol Diatomit: APP đến đá tan sÁn ph¿m
• 3.3.2. Ành h°áng cÿa nhiệt đá hấp phā tãi đá tan sÁn ph¿m
• 3.3.3. Ành h°áng cÿa thßi gian hấp phā đến hiệu suất t¿o sÁn ph¿m
• 3.3.4. Ành h°áng cÿa nhiệt đá sấy tãi hiệu suất t¿o AD1
• 3.3.5. Ành h°áng cÿa tỷ lệ mol Diatomit : APP đến đá tan sÁn ph¿m
• 3.3.6. Ành h°áng cÿa nhiệt đá sấy tãi hiệu suất t¿o AD2
• 3.3.7. Ành h°áng cÿa thßi gian sấy tãi hiệu suất t¿o AD2
• 3.3.8. Phân tích đặc tr°ng liên kết APP và Diatomit bằng phổ hồng ngo¿i FTIR
• 3.3.9. Xác đßnh đá bßn nhiệt cÿa APP/Diatomit
• 3.3.10. KhÁo sát hình thái hác bß mặt
• 3.4. Nghiên cāu mát số tính chất vÃt liệu chāa phā gia và hßn hÿp phā gia
• 3.4.1. Giấy chāa APP; APP/Diatomit; APP/Bentonit
• 3.4.2. Giấy đán phā gia
• 3.4.3. Giấy đ°ÿc phÿ APP lên bß mặt
• 3.5. Chế t¿o hệ s¡n chống cháy và khÁo sát mát số tính chất
• 3.5.1. Thành phần hệ s¡n chāa phā gia APP, AB2
• 3.5.2. KhÁo sát bß mặt lãp s¡n phÿ trên gß sau khi đốt
• 3.5.3. KhÁo sát bß mặt lãp s¡n phÿ trên thép tr°ãc và sau khi đốt
• 3.5.4. Xác đßnh đá bßn nhiệt cÿa mát số mÁu s¡n
• 3.5.5. KhÁo sát hình thái hác bß mặt cÿa mÁu s¡n trên thép sau đốt
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MâI CþA LUÀN ÁN
• DANH MþC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÞ CþA LUÀN ÁN
• TÀI LIâU THAM KH¾O
• Tính cÁp thi¿t cÿa đÁ tài luÁn án

I. Tổng quan về amoni polyphotphat và chất chống cháy

Nghiên cứu về amoni polyphotphat (APP) đã chỉ ra rằng đây là một loại hợp chất có khả năng chống cháy hiệu quả. APP được tổng hợp từ axit photphoric và ure, mang lại nhiều lợi ích trong việc cải thiện tính năng chống cháy cho các vật liệu xây dựng. Chất chống cháy đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các công trình khỏi nguy cơ cháy nổ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng APP có thể làm giảm đáng kể khả năng bắt lửa của các vật liệu như gỗ, giấy và thép. Đặc biệt, APP có khả năng tạo ra một lớp bảo vệ khi bị nhiệt, giúp ngăn chặn sự phát triển của ngọn lửa. Theo một nghiên cứu, "APP không chỉ làm giảm tốc độ cháy mà còn giảm lượng khói và khí độc sinh ra trong quá trình cháy."

1.1. Tính chất của diatomit và bentonit

Diatomit và bentonit là hai loại khoáng chất tự nhiên có khả năng cải thiện tính năng chống cháy của APP. Diatomit chứa silica, giúp tăng cường khả năng chịu nhiệt và giảm khả năng bắt lửa của vật liệu. Bentonit, với cấu trúc tinh thể đặc biệt, có khả năng hấp thụ nước và tạo ra một lớp bảo vệ khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp APP với diatomit và bentonit có thể tạo ra các hệ phức hợp có tính năng chống cháy vượt trội. "Sự kết hợp này không chỉ cải thiện khả năng chống cháy mà còn tăng cường độ bền cơ học của vật liệu," một chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu xây dựng đã nhận định.

II. Phương pháp nghiên cứu và tổng hợp vật liệu

Phương pháp nghiên cứu trong luận án này bao gồm việc tổng hợp APP và các hệ phức hợp APP/diatomit, APP/bentonit. Các phương pháp hóa lý hiện đại như nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ hồng ngoại (FTIR) được sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất của các vật liệu. Việc tổng hợp APP được thực hiện thông qua quá trình phản ứng giữa axit photphoric và ure, với các điều kiện tối ưu được xác định để đạt được hiệu suất cao nhất. "Quá trình tổng hợp APP cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng," một nhà nghiên cứu đã nhấn mạnh. Các hệ phức hợp APP/diatomit và APP/bentonit cũng được tổng hợp theo các phương pháp tương tự, nhằm đánh giá khả năng chống cháy của chúng.

2.1. Đánh giá tính năng chống cháy

Các thử nghiệm chống cháy được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các vật liệu tổng hợp. Kết quả cho thấy rằng các mẫu vật liệu chứa APP có khả năng chống cháy tốt hơn so với các mẫu không chứa APP. Đặc biệt, các mẫu APP/diatomit và APP/bentonit cho thấy khả năng chống cháy vượt trội, với thời gian cháy giảm đáng kể. "Việc sử dụng các hệ phức hợp này không chỉ giúp cải thiện tính năng chống cháy mà còn giảm thiểu thiệt hại do cháy nổ gây ra," một chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu xây dựng đã nhận định. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của APP trong việc phát triển các vật liệu chống cháy hiệu quả cho các công trình xây dựng.

III. Ứng dụng thực tiễn và triển vọng phát triển

Nghiên cứu về amoni polyphotphat và các hệ phức hợp của nó với diatomit và bentonit mở ra nhiều triển vọng trong việc phát triển các vật liệu chống cháy mới. Các ứng dụng thực tiễn của các vật liệu này rất đa dạng, từ việc sử dụng trong xây dựng đến sản xuất các sản phẩm tiêu dùng. Việc áp dụng các vật liệu này trong các công trình xây dựng không chỉ giúp nâng cao tính an toàn mà còn góp phần bảo vệ môi trường. "Sự phát triển của các vật liệu chống cháy từ APP có thể giúp giảm thiểu rủi ro cháy nổ trong các khu vực đô thị đông đúc," một nhà nghiên cứu đã nhấn mạnh. Điều này cho thấy rằng nghiên cứu này không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc bảo vệ con người và tài sản.

3.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp APP và các hệ phức hợp của nó. Việc nghiên cứu thêm về các thành phần khác có thể kết hợp với APP để tạo ra các vật liệu chống cháy hiệu quả hơn cũng là một hướng đi tiềm năng. "Cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá khả năng của các hợp chất khác trong việc cải thiện tính năng chống cháy của APP," một chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu đã đề xuất. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc phát triển các vật liệu chống cháy tiên tiến, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong xã hội hiện đại.