Tổng Hợp Vật Liệu Graphene Oxide – Cellulose Aerogel và Khảo Sát Các Ứng Dụng Hấp Phụ Của Vật Liệu

Luận văn kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu graphene oxide cellulose aerogel. Khảo sát khả năng hấp phụ, ứng dụng trong xử lý ô nhiễm.

• Tác giả: Lê Hồ Khánh Hà
• Người hướng dẫn: GS.TS Phan Thanh Sơn Nam
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Tổng Hợp Vật Liệu Graphene Oxide - Cellulose Aerogel Và Khảo Sát Khả Năng Hấp Phụ Của Vật Liệu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Graphene Oxide Cellulose Aerogel Khái Niệm

Ngày nay, các vấn đề liên quan đến môi trường, đặc biệt là môi trường nước, đang trở nên vô cùng cấp thiết. Nguồn nước bị ô nhiễm bởi chất nhuộm, kim loại nặng, vi khuẩn và dầu tràn đòi hỏi các giải pháp làm sạch hiệu quả, dễ áp dụng và thân thiện với môi trường. Vật liệu Aerogel, với khả năng hấp phụ và tương tác tốt, nổi lên như một giải pháp tiềm năng. Luận văn này tập trung vào việc tổng hợp vật liệu Aerogel từ cellulose rơm rạ và graphene oxide (GO), tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có và giá thành hợp lý. Mục tiêu là tạo ra một vật liệu hấp phụ hiệu quả với kết cấu khung vững chắc từ cellulose, khả năng hấp phụ tăng cường nhờ GO, và độ bền vật liệu được gia cố bởi các tác nhân kết dính. Nghiên cứu này đánh giá tính chất vật liệu và khả năng hấp phụ của GO-Cellulose Aerogel đối với dầu, chất màu và ion kim loại nặng, so sánh với các vật liệu hấp phụ khác. Theo nghiên cứu, 'Hầu hết các mẫu aerogel tổng hợp được đều có khối lượng riêng thấp (0.04g/cm3), độ rỗng cao (trên 96%). Các ứng dụng hấp phụ dầu, chất màu và ion kim loại nặng cũng cho ra kết quả cao như mong đợi'.

1.1. Vật Liệu Aerogel Định Nghĩa Phân Loại và Đặc Tính

Aerogel là vật liệu nhẹ và xốp, có khả năng hấp phụ và tương tác tốt với các chất. Aerogel được phân loại dựa trên vật liệu cấu thành như silica aerogel, carbon aerogel, oxide kim loại aerogel và polymer aerogel. Mỗi loại có những đặc tính riêng biệt, quyết định khả năng và phạm vi ứng dụng hấp phụ.

1.2. Cellulose Rơm Rạ Nguồn Nguyên Liệu Tiềm Năng Tổng Hợp

Việt Nam là một trong những quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu, tạo ra lượng lớn rơm rạ. Thay vì đốt bỏ gây ô nhiễm, cellulose từ rơm rạ có thể được sử dụng để tổng hợp Aerogel. Cellulose đóng vai trò là khung cấu trúc, mang lại độ bền và độ xốp cho vật liệu. Một trong những chất chiếm hàm lượng lớn trong sợi rơm rạ chính là cellulose. Cùng với graphene oxide (GO) và xúc tác bởi các tác chất kết dính, aerogel tạo thành tận dụng được những tính chất tuyệt vợi của nguyên liệu đầu vào như kết cấu khung vững chắc từ cellulose, tăng khả năng hấp phụ khi có sự hiện diện của GO và sức bền vật liệu được gia cố bởi tác nhân kết dính.

II. Cách Tổng Hợp GO Cellulose Aerogel Phương Pháp Sol Gel

Phương pháp sol-gel là kỹ thuật chính để tổng hợp GO-Cellulose Aerogel. Quá trình bắt đầu bằng việc tạo ra một sol (huyền phù keo) từ các tiền chất cellulose và GO. Sau đó, sol được chuyển thành gel thông qua phản ứng trùng ngưng hoặc liên kết chéo. Cuối cùng, gel được sấy khô để loại bỏ dung môi, tạo thành cấu trúc xốp của Aerogel. Việc kiểm soát các yếu tố như tỷ lệ GO/cellulose, pH và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của vật liệu. Theo tài liệu, 'aerogel thường được chế tạo bằng cách đưa các thành phần gốc cồn đến nhiệt độ và áp suất dễ bay hơi để đạt được điểm tới hạn. Giới hạn nhiệt độ và áp suất này cho phép aerogel và các thành phần gel được chiết tách tại điểm siêu tới hạn'.

2.1. Tiền Xử Lý Tác Chất Quy Trình Tối Ưu Hóa Cellulose và GO

Để đảm bảo chất lượng Aerogel, các tác chất cần được tiền xử lý. Cellulose từ rơm rạ cần được chiết xuất và tinh chế. Graphene oxide (GO) có thể được điều chế bằng phương pháp Hummers hoặc được mua sẵn. Việc kiểm soát kích thước và độ phân tán của GO là rất quan trọng để tối ưu hóa khả năng hấp phụ.

2.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng pH Nhiệt Độ và Tỷ Lệ GO Cellulose

Các yếu tố như pH, nhiệt độ và tỷ lệ GO/cellulose ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của Aerogel. pH ảnh hưởng đến tốc độ gel hóa và độ xốp của vật liệu. Nhiệt độ sấy khô ảnh hưởng đến độ co rút của Aerogel. Tỷ lệ GO/cellulose ảnh hưởng đến diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ. Việc kiểm soát các yếu tố như tỷ lệ GO/cellulose, pH và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của vật liệu.

2.3. Phương Pháp Sấy Khô Sấy Đông Khô so với Sấy Siêu Tới Hạn CO2

Phương pháp sấy khô ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của Aerogel. Sấy đông khô giữ lại cấu trúc xốp tốt hơn so với sấy thông thường, nhưng tốn kém hơn. Sấy siêu tới hạn CO2 là một phương pháp hiệu quả khác để loại bỏ dung môi mà không làm co rút vật liệu.

III. Khảo Sát Hiệu Suất Hấp Phụ GO Cellulose Dầu Thuốc Nhuộm

Khả năng hấp phụ của GO-Cellulose Aerogel được đánh giá bằng cách khảo sát khả năng loại bỏ dầu, thuốc nhuộm và ion kim loại nặng khỏi dung dịch. Các thí nghiệm hấp phụ được thực hiện trong điều kiện khác nhau để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất. Kết quả cho thấy GO-Cellulose Aerogel có khả năng hấp phụ tốt đối với các chất ô nhiễm này. Cụ thể, ' Các ứng dụng hấp phụ dầu, chất màu và ion kim loại nặng cũng cho ra kết quả cao như mong đợi, ví dụ như: hấp phụ 5.24mg/g chất màu methylene blue (MB) và 2.593mg/g rhodamine B (RhB); hấp phụ tới khoảng 144mg/g ion kim loại nặng; 36.12g/g dầu đậu nành và 35'.

3.1. Hấp Phụ Dầu Tràn Ứng Dụng Xử Lý Ô Nhiễm Môi Trường Biển

GO-Cellulose Aerogel có khả năng hấp phụ dầu tràn hiệu quả nhờ cấu trúc xốp và tính kỵ nước của GO. Vật liệu có thể được sử dụng để thu gom dầu tràn trên biển, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

3.2. Loại Bỏ Thuốc Nhuộm Xử Lý Nước Thải Dệt Nhuộm Công Nghiệp

GO-Cellulose Aerogel có khả năng hấp phụ các loại thuốc nhuộm khác nhau, giúp xử lý nước thải dệt nhuộm công nghiệp. Cơ chế hấp phụ có thể là hấp phụ vật lý hoặc hấp phụ hóa học, tùy thuộc vào loại thuốc nhuộm.

3.3. Hấp Phụ Kim Loại Nặng Giải Pháp Làm Sạch Nguồn Nước Ô Nhiễm

GO-Cellulose Aerogel có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng như chì, thủy ngân và cadmium, giúp làm sạch nguồn nước ô nhiễm. Cơ chế hấp phụ có thể là trao đổi ion hoặc tạo phức với các nhóm chức trên bề mặt GO.

IV. So Sánh GO Cellulose Aerogel Ưu Điểm So Với Vật Liệu Khác

GO-Cellulose Aerogel có nhiều ưu điểm so với các vật liệu hấp phụ khác. Thứ nhất, nó được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu tái tạo và thân thiện với môi trường. Thứ hai, nó có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều loại chất ô nhiễm. Thứ ba, chi phí sản xuất có thể thấp hơn so với các vật liệu hấp phụ tổng hợp khác. Nghiên cứu đã chứng minh: 'Để có cái nhìn khách quan nhất về tính chất vật liệu, các so sánh giữa các mẫu aerogel từ nguồn cellulose khác như nanocellulose dạng tinh thể (CNC) cũng được đưa ra và bàn luận'.

4.1. Tính Thân Thiện Môi Trường Vật Liệu Hấp Phụ Bền Vững Từ Sinh Khối

Việc sử dụng cellulose từ rơm rạ giúp giảm thiểu chất thải nông nghiệp và tạo ra một vật liệu hấp phụ bền vững. GO-Cellulose Aerogel có khả năng phân hủy sinh học, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường sau khi sử dụng.

4.2. Khả Năng Tái Sử Dụng Tăng Tính Kinh Tế và Giảm Thiểu Chất Thải

GO-Cellulose Aerogel có thể được tái sử dụng nhiều lần sau khi hấp phụ chất ô nhiễm. Các phương pháp tái sinh vật liệu có thể là rửa giải bằng dung môi hoặc xử lý nhiệt.

4.3. So Sánh Với Than Hoạt Tính Hiệu Quả Hấp Phụ và Chi Phí Sản Xuất

Than hoạt tính là một vật liệu hấp phụ phổ biến, nhưng GO-Cellulose Aerogel có thể có hiệu quả hấp phụ tương đương hoặc tốt hơn đối với một số chất ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng và thuốc nhuộm. Chi phí sản xuất GO-Cellulose Aerogel có thể thấp hơn nếu sử dụng nguồn cellulose từ phế phẩm nông nghiệp.

V. Hướng Phát Triển GO Cellulose Tối Ưu Ứng Dụng Cảm Biến

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp GO-Cellulose Aerogel để cải thiện hiệu suất hấp phụ và giảm chi phí sản xuất. Ngoài ra, vật liệu có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như cảm biến và xúc tác. Để chứng minh tầm quan trọng của vật liệu, nghiên cứu đã đề cập đến: 'Tổng quan đề tài - những năm 1980, một nhà nghiên cứu người Pháp hướng tới việc cải thiện quy trình chế tạo aerogel đã phát minh ra một quy trình sử dụng ít nguyên tố độc hại hơn và thu hút được sự quan tâm bằng cách thay rượu etylic và tetra ethyl ortho silicat (TEOS) bằng rượu methylic và tetra methyl ortho silicate (TMOS)'

5.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Giảm Chi Phí Tăng Hiệu Quả Hấp Phụ

Nghiên cứu có thể tập trung vào việc tìm kiếm các tác nhân liên kết chéo thay thế rẻ tiền và thân thiện với môi trường hơn. Việc kiểm soát kích thước và hình dạng của GO cũng có thể cải thiện hiệu suất hấp phụ.

5.2. Ứng Dụng Cảm Biến Phát Hiện Ô Nhiễm Môi Trường Nhanh Chóng

GO-Cellulose Aerogel có thể được sử dụng làm vật liệu cảm biến để phát hiện ô nhiễm môi trường. Sự thay đổi về tính chất điện hoặc quang của vật liệu khi tiếp xúc với chất ô nhiễm có thể được sử dụng để đo nồng độ chất ô nhiễm.

5.3. Ứng Dụng Xúc Tác Hỗ Trợ Phản Ứng Hóa Học Xanh

GO-Cellulose Aerogel có thể được sử dụng làm chất mang xúc tác để hỗ trợ các phản ứng hóa học xanh. Diện tích bề mặt lớn và tính trơ hóa học của vật liệu tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng xúc tác.

VI. Kết Luận Triển Vọng Graphene Oxide Cellulose Tương Lai

GO-Cellulose Aerogel là một vật liệu hấp phụ đầy hứa hẹn với nhiều ứng dụng tiềm năng trong xử lý môi trường. Việc sử dụng nguồn nguyên liệu tái tạo và quy trình tổng hợp đơn giản giúp giảm chi phí và tăng tính bền vững. Các nghiên cứu trong tương lai có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu và tối ưu hóa hiệu suất hấp phụ.

6.1. Tổng Kết Nghiên Cứu Kết Quả Khả Quan và Hướng Phát Triển

Nghiên cứu đã chứng minh khả năng hấp phụ hiệu quả của GO-Cellulose Aerogel đối với dầu, thuốc nhuộm và kim loại nặng. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm tối ưu hóa quy trình tổng hợp, ứng dụng trong cảm biến và xúc tác.

6.2. Triển Vọng Ứng Dụng Xử Lý Nước Thải Khí Thải và Cảm Biến

GO-Cellulose Aerogel có thể được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, khí thải và cảm biến môi trường. Vật liệu có thể giúp giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Ngày nay, các vấn đề liên quan đến môi trường nói chung, và môi trường nước nói riêng, trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu và không thể thay thế trong sinh hoạt và sản xuất, nhưng nguồn nước hiện tại đang bị ô nhiễm nặng nề từ nguồn thải trực tiếp và gián tiếp. Các hoạt động sản xuất, các ngành công nghiệp và dịch vụ đã làm ô nhiễm môi trường nước bằng chất nhuộm, kim loại nặng, vi khuẩn và dầu tràn… Vì thế, cần có một giải pháp cụ thể để làm sạch nguồn nước, và phương pháp đó cần dễ áp dụng trên diện rộng, vật liệu dễ tổng hợp bằng các nguyên liệu sẵn có, thân thiện với môi trường và có giá thành sản xuất hợp lý. Với vị thế là quốc gia đứng thứ hai về xuất khẩu gạo trên thế giới, khối lượng rơm rạ tại Việt Nam, vốn là thành phẩm phụ sau mùa gặt, trở nên dư thừa và lãng phí.

Cách thức truyền thống để xử lí rơm rạ là đốt bỏ, nhưng lâu dần cách này không còn được áp dụng rộng rãi vì phát thải quá nhiều khí nhà kính. Một số phương pháp khác tận dụng nguồn dinh dưỡng dồi dào trong sợi rơm rạ để ủ làm phân bón và chất làm tơi đất sinh học. Một trong những chất chiếm hàm lượng lớn trong sợi rơm rạ chính là cellulose. Cùng với graphene oxide (GO) và xúc tác bởi các tác chất kết dính, aerogel tạo thành tận dụng được những tính chất tuyệt vợi của nguyên liệu đầu vào như kết cấu khung vững chắc từ cellulose, tăng khả năng hấp phụ khi có sự hiện diện của GO và sức bền vật liệu được gia cố bởi tác nhân kết dính.

Vì thế, luận văn lần này đề xuất và báo cáo các kết quả thí nghiệm liên quan đến tổng hợp vật liệu aerogel từ hai tác chất chính là cellulose rơm rạ và GO. Để có cái nhìn khách quan nhất về tính chất vật liệu, các so sánh giữa các mẫu aerogel từ nguồn cellulose khác như nanocellulose dạng tinh thể (CNC) cũng được đưa ra và bàn luận. Hầu hết các mẫu aerogel tổng hợp được đều có khối lượng riêng thấp (0.04g/cm3), độ rỗng cao (trên 96%). Các ứng dụng hấp phụ dầu, chất màu và ion kim loại nặng cũng cho ra kết quả cao như mong đợi, ví dụ như: hấp phụ 5.24mg/g chất màu methylene blue (MB) và 2.593mg/g rhodamine B (RhB); hấp phụ tới khoảng 144mg/g ion kim loại nặng; 36.12g/g dầu đậu nành và 35.

Tổng quan đề tài 1.1 Tổng quan Vật liệu aerogel lần đầu tiên được giới thiệu vào những năm 30 của thế kỷ 19 bởi Steven Kistler - một giáo sư hóa học người Mỹ. Ông bắt đầu với một loại gel và loại bỏ chất lỏng, để lại một chất rắn có tỷ trọng thấp. Thông thường, sức căng bề mặt là một trở ngại lớn khi đây là nguyên nhân xé toạc cấu trúc rắn bên trong của gel. Để cải thiện, Kistler đã sử dụng autoclave để ép chất lỏng vượt qua điểm tới hạn của nó và từ đó, aerogel bằng silica đầu tiên đã ra đời.

Do những thách thức đáng chú ý và những cân nhắc về an toàn liên quan đến việc sản xuất aerogel, trong vòng gần nửa thế kỷ đã không xuất hiện thêm bất cứ một nghiên cứu nào liên quan đến vật liệu kỳ lạ này. Trước đây, aerogel thường được chế tạo bằng cách đưa các thành phần gốc cồn đến nhiệt độ và áp suất dễ bay hơi để đạt được điểm tới hạn. Giới hạn nhiệt độ và áp suất này cho phép aerogel và các thành phần gel được chiết tách tại điểm siêu tới hạn. Tuy aerogel sở hữu nhiều tính chất đặc biệt nhưng nó không thu hút nhiều sự chú ý cho đến đầu những năm 1970.

Từ sau đó, aerogel được phổ biến rộng rãi hơn trong giới khoa học. Những năm 1980, một nhà nghiên cứu người Pháp hướng tới việc cải thiện quy trình chế tạo aerogel đã phát minh ra một quy trình sử dụng ít nguyên tố độc hại hơn và thu hút được sự quan tâm bằng cách thay rượu etylic và tetra ethyl ortho silicat (TEOS) bằng rượu methylic và tetra methyl ortho silicate (TMOS) [1]. Bước đột phá tiếp theo xảy ra vào đầu những năm 1990, khi carbon dioxide lỏng được sử dụng thay cho rượu ethylic trong gel trước quá trình siêu tới hạn. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu tránh được áp suất và nhiệt độ nguy hiểm cần thiết để đẩy ethanol nguyên chất vượt qua điểm siêu tới hạn [2].

Sự phát triển của aerogel hữu cơ và carbon aerogel, cũng như việc phát minh ra phương pháp sấy biến đổi bề mặt trong điều kiện phòng là những cột mốc quan trọng [3-5]. Nhiều cuộc điều tra ứng dụng chuyên sâu và những nỗ lực mới trong công nghiệp hóa đã được tiến hành, kết quả là 2 aerogel trở thành vật liệu cạnh tranh cả về chất lượng và giá thành [6]. Từ đầu thế kỷ 21 đến nay, cuộc bùng nổ thứ ba diễn ra theo hướng tự phát. Trong thời gian này, nhiều thành tựu đã được công bố.

Vào năm 2001, Gash đã phát minh ra một phương pháp linh hoạt để tạo ra các aerogel oxide khác nhau bằng cách sử dụng muối vô cơ làm tiền chất và epoxy làm chất gia tốc gel hóa [7, 8]. Năm 2004, Brock đã sử dụng phương pháp tổng hợp mixen ngược, phương pháp sol-gel và làm khô siêu tới hạn để tạo ra aerogel chalcogenide [9]. Gradient aerogel bắt các hạt vận tốc siêu cao từ sao chổi và không gian giữa các vì sao vào năm 2006 và đưa chúng trở lại Trái đất [10- 12]. Tiếp theo đó, người ta đã cải tiến vật liệu aerogel, chẳng hạn như aerogel từ ống nano carbon (CNT), graphene aerogel, carbide aerogel, và aerogel một phần tử [13- 16].

Trong thời gian này, các đặc tính, cách sử dụng và thương mại hóa của aerogel cũng được phát triển rộng rãi. Ngày càng có nhiều nhà khoa học, kỹ sư, quan chức chính phủ và công chúng đặc biệt chú ý đến aerogel, cho thấy rằng đây là một lĩnh vực có một tương lai tươi sáng phía trước. Aerogel được sử dụng rộng rãi làm chất cách điện cho các tòa nhà, lò phản ứng, đường ống, cách điện cho hàng hóa trong quá trình vận chuyển, quần áo và giày bảo hộ đặc biệt trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống. Vật liệu này cũng được sử dụng để cách âm trong nhà hát, rạp hát, sân vận động thể thao, các dự án tàu điện ngầm… Hơn nữa, các nhà khoa học có thể dựa vào aerogel cho các ứng dụng phức tạp và nổi bật, ví dụ: điện cực tụ điện, cảm biến độ ẩm, pin, tế bào nhiên liệu và chất hấp phụ trong công nghiệp hàng không vũ trụ, v.

Các phần tiếp theo sẽ đề cập sâu hơn về cấu trúc, tính chất hóa lý và giải thích các ứng dụng được hình thành dựa trên những đặc điểm riêng biệt của nó.2 Phân loại aerogel 1.1 Aerogel từ silica Silica aerogel là loại aerogel đầu tiên được phát minh và phát triển. Nó thường được gọi là "khói xanh" vì vẻ ngoài trong suốt màu xanh lam và có trọng lượng chỉ khoảng ba lần trọng lượng của không khí và lên đến một nghìn lần trọng lượng của thủy tinh. Khối lượng riêng của silica aerogel khá thấp chỉ khoảng từ 0,03 đến 3 0,35g/cm3; diện tích bề mặt riêng từ 600 đến 1000m2/g. Silica aerogel có khả năng cách âm tốt với vận tốc truyền âm khoảng 100m/s.1, trọng lượng của aeorgel nhẹ tới mức có thể nằm gọn trong lòng bàn tay và dễ dàng nhận biết với màu xanh khói đặc trưng.1 Khối lượng nhẹ khó tin của silica aerogel với màu xanh khói đặc trưng 1.2 Aerogel từ than Aerogel than có màu đen và mang lại cảm giác giống như than khi chạm vào.

Vật liệu này có diện tích bề mặt lớn, dao động từ 400-1000m2/g, tương đương với diện tích của một sân bóng đá lớn [17]. Hơn nữa, 1g aerogel than có thể hấp thụ 68.8g chất hữu cơ trong một giây, do đó aerogel than được biết đến nhiều như chất hấp phụ dầu tràn trên biển. Với hệ số dẫn nhiệt có thể đạt 500W/m.K và thay đổi tùy theo mật độ phân bố chất rắn trong cấu trúc, vì vậy aerogel than là một vật liệu tiềm năng để ứng dụng trong các thiết bị điện tử. Aerogel than được mô tả trong Hình 1.2 Aerogel từ than 1.3 Aerogel từ oxide kim loại Tùy thuộc vào oxide kim loại được sử dụng, đây là loại aerogel có nhiều màu sắc rực rỡ, thể hiện trong Hình 1.

Những aerogel này có thể được sử dụng làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học, chất nổ và tiền chất cho vật liệu. Aerogel từ oxide kim loại cũng vượt trội về khả năng sống sót sau các tác động lớn và NASA sử dụng nó trong các bộ hút bụi hàng không vũ trụ để bắt các hạt vật chất di chuyển với tốc độ cao.3 Aerogel từ oxide kim loại 5 1.4 Aerogel từ các chất cao phân tử (polymer) NASA đã và đang sử dụng phản ứng tạo liên kết chéo để tạo ra aerogel polymer, cho phép một polymer tuyến tính phản ứng với một chất liên kết chéo để xây dựng một mạng lưới ba chiều trong cấu trúc. Gel hầu như có thể liên kết hoàn toàn các polymer ba chiều đa dạng và thường được tạo ra ở nhiệt độ môi trường. Khi các gel này được làm khô trong điều kiện CO2 siêu tới hạn, aerogel polymer được tạo ra với khối lượng riêng 0,14g/cm3 và độ xốp 90%.

Dù đây không phải là kỷ lục thế giới nhưng vật liệu này đủ nhẹ để cung cấp các tính năng mong muốn như độ dẫn nhiệt thấp vốn có đặc trưng. Aerogel polymer không chỉ sở hữu những đặc tính của aerogel điển hình mà còn loại bỏ những nhược điểm của aerogel trước đó như độ giòn, bở và dễ gãy. Điều này đã khiến chúng được sử dụng cho nhiều mục đích thực tế. Tiến sĩ Mary Ann B.

Meador, một nhà hóa học tại Trung tâm Glenn của NASA, lưu ý rằng aerogel polymer bền gấp năm trăm lần so với các polymer silica khác. "Một tấm aerogel polymer dày thực sự có thể chịu được trọng lượng của một chiếc ô tô", như trong Hình 1. Aerogel polymer cũng có tính linh hoạt, khả năng chống gấp, nhăn, nghiền và nén cường độ cao, chất lượng cơ học tương đương với cao su tổng hợp chỉ bằng 10% trọng lượng.4 Aerogel từ polymer chịu được sức nặng của một chiếc ô tô mà không bị sụp cấu trúc vật liệu 1.2 Các phương pháp tổng hợp 1.1 Phương pháp sol-gel Hiểu một cách ngắn gọn, phương pháp sol-gel chính là quá trình tổng hợp keo tụ ở nhiệt độ thấp. Phương pháp này dựa trên các nguyên tắc ngưng tụ và thủy phân.