Tổng Hợp Hạt Silica Rỗng Sử Dụng Khuôn Từ Polystyrene Tái Chế

• Tác giả: Nguyễn Quốc Thoại
• Người hướng dẫn: TS. Giang Ngọc Hà
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Tổng Hợp Hạt Silica Rỗng Từ Polystyrene Tái Chế
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về polystyrene
• 1.2. Giới thiệu chung về nano polystyrene
• 1.3. Đặc điểm tính chất của nano polystyrene
• 1.4. Phương pháp kết tủa nano
• 1.5. Nano silica cấu trúc rỗng
• 1.6. Giới thiệu chung về silica
• 1.7. Đặc điểm cấu trúc và tính chất của nano silica cấu trúc rỗng (HSSN)
• 1.8. Ứng dụng của nano silica cấu trúc rỗng
• 1.9. Phương pháp tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng
• 1.10. Nghiên cứu quá trình hấp phụ và thu hồi methylene xanh
• 1.11. Nguyên tắc của quá trình hấp phụ
• 1.12. Vấn đề xử lý nước thải ngành dệt nhuộm có chứa methylene xanh
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương tiện nghiên cứu
• 2.2. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.4. Tổng hợp thủy tinh lỏng (Na2SiO3) từ phụ phẩm nông nghiệp (trấu)
• 2.5. Tái chế PS từ rác thải xốp EPS
• 2.6. Tổng hợp khuôn cứng nano polystyrene
• 2.7. Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc lõi@vỏ (PS@SiO2)
• 2.8. Loại bỏ khuôn cứng hình thành hạt nano silica cấu trúc rỗng (HSSN)
• 2.9. Tổng hợp vật liệu composite PVA/HSSN
• 2.10. Nghiên cứu khả năng hấp phụ methylene xanh của vật liệu composite PVA/HSSN
• 2.11. Các phương pháp phân tích hóa lý sử dụng trong nghiên cứu
• 2.11.1. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 2.11.2. Phương pháp phân tích kích thước hạt (DLS)
• 2.11.3. Phương pháp đo điện thế zeta
• 2.11.4. Phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 2.11.5. Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.11.6. Phương pháp đo quang phổ tử ngoại khả kiến (UV–Vis)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả tái chế PS từ rác thải xốp EPS
• 3.2. Kết quả hiệu suất thu hồi PS sau khi rửa
• 3.3. Kết quả đánh giá khả năng làm sạch rác thải polystyrene bằng phương pháp kết tủa
• 3.4. Kết quả tổng hợp khuôn cứng nano polystyrene
• 3.5. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước và mức độ đa phân tán kích thước của khuôn cứng nano PS
• 3.6. Kết quả đánh giá tính chất bề mặt của khuôn bằng phương pháp đo thế zeta
• 3.7. Kết quả tổng hợp hạt nano silica cấu trúc lõi@vỏ
• 3.8. Kết quả tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng (HSSN)
• 3.9. Kết quả loại bỏ khuôn cứng hình thành hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng phương pháp nung
• 3.10. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành hạt nano silica cấu trúc rỗng
• 3.11. Kết quả nghiên cứu tổng hợp hạt silica cấu trúc rỗng với tiền chất silane Na2SiO3 đi từ vỏ trấu
• 3.12. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ methylene xanh của vật liệu composite PVA/HSSN
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Hạt Silica Rỗng Từ Polystyrene Tái Chế

Hạt silica rỗng là một trong những vật liệu nano có tiềm năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến công nghiệp. Việc tổng hợp hạt silica rỗng từ polystyrene tái chế không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng. Polystyrene, một loại polymer phổ biến, thường được sử dụng trong đóng gói và sản xuất hàng tiêu dùng. Tuy nhiên, việc xử lý chất thải từ polystyrene đang trở thành một thách thức lớn. Bài viết này sẽ khám phá quy trình tổng hợp hạt silica rỗng từ polystyrene tái chế và những ứng dụng tiềm năng của chúng.

1.1. Đặc Điểm Của Hạt Silica Rỗng

Hạt silica rỗng (HSSN) có cấu trúc đặc biệt với lớp vỏ silica bên ngoài và khoảng trống bên trong. Cấu trúc này giúp tăng cường khả năng hấp phụ và ứng dụng trong xử lý nước thải. HSSN có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp, trong đó phương pháp khuôn cứng (hard-template) đang được ưa chuộng.

1.2. Tại Sao Nên Tái Chế Polystyrene

Polystyrene là một trong những loại nhựa khó phân hủy, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Tái chế polystyrene không chỉ giúp giảm thiểu rác thải mà còn tạo ra nguyên liệu cho các sản phẩm có giá trị cao hơn, như hạt silica rỗng.

II. Thách Thức Trong Việc Tái Chế Polystyrene

Việc tái chế polystyrene gặp nhiều khó khăn do tính chất hóa học và vật lý của nó. Polystyrene có độ bền cao và khó phân hủy, dẫn đến việc xử lý chất thải trở nên phức tạp. Ngoài ra, quy trình tái chế thường yêu cầu công nghệ cao và chi phí đầu tư lớn. Những thách thức này cần được giải quyết để tối ưu hóa quy trình tái chế và tăng cường hiệu quả sử dụng tài nguyên.

2.1. Khó Khăn Trong Quy Trình Tái Chế

Quy trình tái chế polystyrene thường gặp khó khăn trong việc tách biệt các tạp chất và đảm bảo độ tinh khiết của sản phẩm tái chế. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng và khả năng ứng dụng của hạt silica rỗng.

2.2. Chi Phí Tái Chế Cao

Chi phí đầu tư cho công nghệ tái chế polystyrene thường cao, điều này làm giảm tính khả thi của các dự án tái chế. Cần có các giải pháp hiệu quả để giảm chi phí và tăng cường lợi ích kinh tế từ việc tái chế.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Hạt Silica Rỗng Từ Polystyrene Tái Chế

Phương pháp tổng hợp hạt silica rỗng từ polystyrene tái chế thường bao gồm các bước chính như làm sạch polystyrene, tổng hợp hạt nano polystyrene và sử dụng chúng làm khuôn để tổng hợp hạt silica rỗng. Quy trình này không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí, giúp tạo ra sản phẩm có giá trị cao từ chất thải.

3.1. Làm Sạch Polystyrene

Quá trình làm sạch polystyrene thường sử dụng phương pháp kết tủa trong dung môi để loại bỏ tạp chất. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi cao và độ tinh khiết tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho các bước tiếp theo.

3.2. Tổng Hợp Hạt Nano Polystyrene

Hạt nano polystyrene được tổng hợp thông qua phương pháp kết tủa nano, giúp tạo ra các hạt có kích thước đồng đều và phân bố tốt. Các yếu tố như hàm lượng chất hoạt động bề mặt và tốc độ khuấy trộn có ảnh hưởng lớn đến kích thước hạt.

3.3. Sử Dụng Khuôn Để Tổng Hợp Hạt Silica

Hạt nano polystyrene được sử dụng làm khuôn cứng để tổng hợp hạt silica rỗng. Quá trình này bao gồm việc phủ silica lên bề mặt khuôn và nung để loại bỏ khuôn, tạo ra hạt silica rỗng với cấu trúc mao quản.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hạt Silica Rỗng

Hạt silica rỗng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như xử lý nước thải, y học và công nghiệp. Chúng có khả năng hấp phụ cao, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt là methylene xanh. Ngoài ra, hạt silica rỗng còn được sử dụng trong các sản phẩm composite, tăng cường tính năng và hiệu suất của vật liệu.

4.1. Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Thải

Hạt silica rỗng có khả năng hấp phụ tốt, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ như methylene xanh. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các giải pháp xử lý nước thải hiệu quả.

4.2. Ứng Dụng Trong Y Học

Hạt silica rỗng có thể được sử dụng trong y học như một vật liệu mang thuốc, giúp cải thiện hiệu quả điều trị. Cấu trúc rỗng của chúng cho phép chứa và giải phóng thuốc một cách kiểm soát.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Hạt Silica Rỗng

Tổng hợp hạt silica rỗng từ polystyrene tái chế là một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra sản phẩm có giá trị. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc tái chế polystyrene và ứng dụng hạt silica rỗng trong nhiều lĩnh vực. Tương lai của hạt silica rỗng hứa hẹn sẽ còn nhiều tiềm năng phát triển, đặc biệt trong các ứng dụng công nghệ cao.

5.1. Tiềm Năng Phát Triển

Hạt silica rỗng có tiềm năng phát triển lớn trong các lĩnh vực công nghiệp và y học. Nghiên cứu và phát triển thêm các ứng dụng mới sẽ giúp tối ưu hóa giá trị của chúng.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của hạt silica rỗng. Các nghiên cứu về tính chất và khả năng hấp phụ của chúng cũng cần được thực hiện để khai thác tối đa tiềm năng.