I. Tổng quan về nghiên cứu
Nghiên cứu tách silica và than đen từ tro trấu nhằm sản xuất vật liệu composite với cao su thiên nhiên đã được thực hiện với mục tiêu chính là tối ưu hóa quy trình chiết xuất và ứng dụng các sản phẩm thu được. Tro trấu là một nguồn nguyên liệu phong phú, chứa hàm lượng silica cao, có thể được tái chế để giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng silica và than đen trong sản xuất vật liệu composite không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ lý của cao su mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững trong ngành công nghiệp cao su. Theo nghiên cứu, hiệu suất tách silica từ tro trấu có thể đạt tới 52% thông qua phương pháp sol-gel, cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng các sản phẩm này trong thực tiễn.
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế
Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tổng hợp silica và than đen từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên như tro trấu đã đạt được những thành tựu đáng kể. Các nghiên cứu của Yan Liu và cộng sự (2010) cho thấy hiệu suất tách silica có thể lên tới 98%. Tại Việt Nam, nghiên cứu về việc sử dụng tro trấu làm nguyên liệu để chiết xuất silica và than đen cũng đang được quan tâm, với nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố. Việc ứng dụng silica và than đen trong sản xuất vật liệu composite với cao su thiên nhiên không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ lý mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
II. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đề tài này bao gồm việc tách silica và than đen từ tro trấu thông qua quy trình sol-gel. Quy trình này bao gồm các bước xử lý tro trấu, trung hòa dung dịch sodium silicate và tạo ra silica dạng bột. Sau khi thu được silica, tiến hành trộn hợp với cao su thiên nhiên để tạo ra vật liệu composite. Các phương pháp phân tích như SEM và XRD được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất của silica và vật liệu composite. Kết quả cho thấy, việc sử dụng silica và than đen không chỉ cải thiện tính chất cơ lý của cao su mà còn tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trường.
2.1. Quy trình tách silica và than đen
Quy trình tách silica và than đen từ tro trấu được thực hiện qua các bước cụ thể. Đầu tiên, tro trấu được xử lý để loại bỏ tạp chất, sau đó tiến hành hòa tan trong dung dịch kiềm để chiết xuất silica. Phương pháp sol-gel được áp dụng để tạo ra silica dạng bột với kích thước nano. Kết quả cho thấy, hiệu suất tách silica phụ thuộc vào tỉ lệ tro/NaOH, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất trong quá trình chiết xuất.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy, silica thu được từ tro trấu có kích thước hạt nhỏ và diện tích bề mặt lớn, điều này giúp cải thiện đáng kể tính chất cơ lý của vật liệu composite. Các thí nghiệm cho thấy, khi hàm lượng silica trong cao su tăng lên, các chỉ số như độ bền kéo, độ cứng và độ dãn dài cũng được cải thiện. Đặc biệt, mẫu vật liệu composite có hàm lượng silica 11% cho thấy tính chất cơ lý tốt nhất, với thời gian lão hóa và độ bền kéo cao. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng silica và than đen từ tro trấu không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
3.1. Ảnh hưởng của silica đến tính chất cơ lý của cao su
Nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung silica vào cao su thiên nhiên có ảnh hưởng tích cực đến tính chất cơ lý của sản phẩm. Cụ thể, khi hàm lượng silica tăng, độ bền kéo và độ cứng của vật liệu composite cũng tăng theo. Điều này cho thấy, silica không chỉ đóng vai trò là chất độn mà còn cải thiện đáng kể khả năng chịu lực và độ bền của cao su. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm cao su có tính năng vượt trội hơn.
