I. Giới thiệu về composite aerogel
Composite aerogel là một loại vật liệu đặc biệt với cấu trúc xốp và nhẹ, được phát triển từ các nguyên liệu tái chế như PET tái chế (rPET). Việc sử dụng PET tái chế trong tổng hợp composite aerogel không chỉ giúp giảm thiểu lượng chất thải nhựa mà còn tạo ra sản phẩm có tính năng vượt trội. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hóa học này tập trung vào việc nghiên cứu quy trình tổng hợp và tính chất của vật liệu này. Theo đó, quy trình tổng hợp composite aerogel từ rPET và tro bay được thực hiện với sự kết hợp của các chất kết dính như Polyvinyl Alcohol (PVA) và Xanthan gum (XG). Việc này không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn tăng cường khả năng chống cháy cho vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng composite aerogel có khả năng cách nhiệt và cách âm tốt, với ứng dụng tiềm năng trong ngành xây dựng và bảo vệ môi trường.
1.1. Tính chất vật lý và hóa học của composite aerogel
Composite aerogel từ PET tái chế thể hiện các tính chất vật lý và hóa học đáng chú ý. Các mẫu nghiên cứu cho thấy tỷ lệ độ xốp cao (94,81-97,02%) và mật độ riêng thấp (0,053-0,084 g/cm3). Những đặc điểm này giúp composite aerogel có khả năng cách nhiệt tốt với hệ số dẫn nhiệt rất thấp (0,035-0,04 W/(m.K)). Bên cạnh đó, vật liệu này còn cho thấy tính ổn định nhiệt lên đến 430°C, cho phép ứng dụng trong các môi trường yêu cầu khắt khe về nhiệt độ. Các thử nghiệm cũng chỉ ra rằng composite aerogel có khả năng chống cháy tốt, với thời gian cháy kéo dài từ 60 đến 150 giây, cho thấy tính năng an toàn cao trong ứng dụng thực tế.
II. Quy trình tổng hợp composite aerogel
Quy trình tổng hợp composite aerogel từ PET tái chế diễn ra qua nhiều bước chính. Đầu tiên, rPET được xử lý bằng dung dịch NaOH để loại bỏ tạp chất và tăng cường khả năng tương tác với các chất kết dính. Sau đó, hỗn hợp này được trộn với tro bay và các chất kết dính như PVA và XG, tạo thành một dung dịch đồng nhất. Tiếp theo, quá trình đông lạnh được thực hiện để loại bỏ dung môi, sau đó áp dụng phương pháp đông khô để thu được composite aerogel cuối cùng. Quy trình này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường, sử dụng nước tinh khiết làm dung môi thay cho các hóa chất độc hại khác. Điều này thể hiện rõ trong nghiên cứu, khi mà việc sử dụng công nghệ tái chế và các nguyên liệu tự nhiên giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
2.1. Tác động của các thành phần đến tính chất composite
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tỷ lệ và loại thành phần trong quá trình tổng hợp có ảnh hưởng lớn đến tính chất của composite aerogel. Cụ thể, tỷ lệ rPET, PVA và tro bay được thay đổi để tìm ra công thức tối ưu. Kết quả cho thấy rằng việc tăng tỷ lệ rPET trong hỗn hợp sẽ làm giảm mật độ của composite, đồng thời tăng cường độ xốp và khả năng cách nhiệt. Các thử nghiệm cho thấy rằng composite aerogel có thể đạt được độ xốp tối ưu khi tỷ lệ rPET chiếm từ 1-4% khối lượng. Bên cạnh đó, việc sử dụng tro bay không chỉ giảm chi phí sản xuất mà còn cải thiện tính chất cơ học và khả năng chống cháy của vật liệu, mở ra nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng mới trong tương lai.
III. Ứng dụng của composite aerogel
Vật liệu composite aerogel từ PET tái chế có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Với tính năng cách nhiệt và cách âm vượt trội, composite aerogel có thể được sử dụng trong xây dựng để cải thiện hiệu suất năng lượng của các công trình. Ngoài ra, khả năng chống cháy của vật liệu cũng làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không. Hơn nữa, với tính năng nhẹ và độ bền cao, composite aerogel có thể được sử dụng trong sản xuất thiết bị điện tử và các sản phẩm tiêu dùng khác. Sự phát triển của hóa học polymer trong nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc tái chế và sử dụng các nguyên liệu sẵn có.
3.1. Tính bền vững và thân thiện với môi trường
Việc sử dụng PET tái chế trong sản xuất composite aerogel không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn thúc đẩy phát triển bền vững. Composite aerogel có thể thay thế cho nhiều loại vật liệu truyền thống, giảm thiểu việc khai thác tài nguyên thiên nhiên và lượng rác thải nhựa trong môi trường. Sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu về vật liệu nhẹ và hiệu suất cao mà còn đóng góp tích cực vào việc bảo vệ môi trường. Điều này thể hiện rõ trong xu hướng hiện nay của ngành công nghiệp, khi mà các nhà sản xuất ngày càng chú trọng đến việc phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường và sử dụng nguyên liệu tái chế.
