Đồ án Tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43- Trong nước

Hiện nay, với sự phát triển đi lên của các ngành khoa học kỹ thuật, đã tạo điều kiện cho việc đổi mới ứng dụng các thành quả công nghệ vào đời sống. Trong đó, công nghệ sản xuất nano được đánh giá là hướng phát triển mới với khả năng ứng dụng sâu rộng đang góp phần làm thay đổi cuộc sống của con người. Nhờ vào khả năng ứng dụng linh hoạt của vật liệu Nano mà việc nghiên cứu và sử dụng loại vật liệu này đã và đang được phát triển rất mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực quan trọng. Thực tế tại nước ta trong thời gian gần đây nhu cầu ứng dụng nano từ trong nông nghiệp, thủy sản, y học và môi trường là rất lớn.

doc50 trang | Chia sẻ: lecuong1825 | Ngày: 12/07/2016 | Lượt xem: 4767 | Lượt tải: 16download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43- Trong nước, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô ThS. Trịnh Thị Thủy đã tin tưởng giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện. Em cũng xin chân thành cảm ơn TS. Đào Ngọc Nhiệm, cùng các anh chị trên Viện Khoa Học Vật Liệu đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong quá trình thực hiện đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô Khoa Môi Trường đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 6 năm 2015. Sinh viên Dương Duy Đức MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Abs Độ hấp thụ quang (Absorbance) BET Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitro ( the Brunauer-Emmett-Teller) SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X Rays Diffraction) PVA Polyvinyl Ancol TA Cát thạch anh DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu SiO2 22 Hình 2.2. Quy trình tổng hợp vật liệu CeO2/SiO2 23 Hình 2.3. Đường chuẩn PO43- 26 Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của cát thạch anh 27 Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X silicat ở dạng vô định hình (Amorphous) 28 Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nung ở 750oC trong 2 giờ 29 Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nung ở 850oC trong 2 giờ 29 Hình 3.5. Ảnh chụp SEM vật liệu SiO2 (độ phóng đại 100 nghìn lần) 30 Hình 3.6. Ảnh chụp SEM vật liệu SiO2(độ phóng đại 50 nghìn lần) 31 Hình 3.7. Hiệu suất hấp phụ PO43- của vật liệu SiO2 32 Hình 3.8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu có tỷ lệ CeO2/SiO2 khác nhau: a) 5-95%; b) 10%-90%; c) 15%-85% và d) 20-80% 33 Hình 3.9. Ảnh chụp SEM vật liệu CeO2/SiO2 (độ phóng đại 100 nghìn lần) 34 Hình 3.10. Ảnh chụp SEM vật liệu CeO2/SiO2 (độ phóng đại 50 nghìn lần) 35 Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ PO43- của vật liệu CeO2/SiO2 36 Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu CeO2/SiO2 37 Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý PO43- của vật liệu CeO2/SiO2 39 Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ PO43- tối đa của vật liệu CeO2/SiO2 40 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Dữ liệu về tỷ trọng và chỉ số khúc xạ của tinh thể silica 9 Bảng 1.2. Khối lượng riêng của một số hình thái của tinh thể silica 10 Bảng 1.3. Một số thống số kỹ thuật của silica vô định hình 13 Bảng 2.1. Xây dựng đường chuẩn PO43- 26 Bảng 3.1. Khảo sát khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu SiO2 32 Bảng 3.2. Thời gian cân bằng hấp phụ PO43- của vật liệu CeO2/SiO2 36 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu CeO2/SiO2 37 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý PO43- của vật liệu CeO2/SiO2 38 Bảng 3.5. Dung lượng hấp phụ PO43- tối đa của vật liệu CeO2/SiO2 40 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay, với sự phát triển đi lên của các ngành khoa học kỹ thuật, đã tạo điều kiện cho việc đổi mới ứng dụng các thành quả công nghệ vào đời sống. Trong đó, công nghệ sản xuất nano được đánh giá là hướng phát triển mới với khả năng ứng dụng sâu rộng đang góp phần làm thay đổi cuộc sống của con người. Nhờ vào khả năng ứng dụng linh hoạt của vật liệu Nano mà việc nghiên cứu và sử dụng loại vật liệu này đã và đang được phát triển rất mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực quan trọng. Thực tế tại nước ta trong thời gian gần đây nhu cầu ứng dụng nano từ trong nông nghiệp, thủy sản, y học và môi trường là rất lớn. Trên cơ sở những ứng dụng rộng rãi của vật liệu silica cho thấy việc quan tâm nghiên cứu chế tạo nhằm làm chủ công nghệ sản xuất loại vật liệu này là hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Theo các tài liệu công bố trong và ngoài nước chủ yếu chế tạo nano silica đi từ các nguồn alkoxit silic rất đắt tiền như etyl silicat, TEOS,... Ở đề tài nghiên cứu này, tôi sử dụng nguồn nguyên liệu đầu vào là cát thạch anh có giá thành thấp, có sẵn trong nước, và phương pháp chế tạo silica từ cát thạch anh là hướng mới chưa được nghiên cứu nhiều. Xuất phát từ tình hình thực tế và khả năng nghiên cứu của tôi tại Phòng Vật liệu vô cơ khi nghiên cứu về vật liệu xúc tác – hấp phụ thì cần có một chất mang có độ bền hóa học cao với điện tích bề mặt riêng lớn là thực sự cần thiết. Mặt khác để đánh giá ứng dụng của vật liệu silica trong lĩnh vực xúc tác – hấp phụ, chúng tôi tiến hành khảo sát bước đầu khả năng hấp phụ của vật liệu với anion phốt phát. PO43- với lượng vừa đủ là chất thiết yếu cho sự sống, cung cấp dinh dưỡng cho sinh vật. Nhưng, do sự phát triển nhanh chóng của ngành nông nghiệp, hàm lượng phốt phát trong môi trường tăng lên nhanh chóng làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sống của con người và sinh vật. Dư thừa photphat gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm gia tăng đột biến các thực vật phù du dẫn đến thiếu hụt lượng oxi hòa tan trong nước (DO), làm giảm số lượng các cá thể và quẩn thể động vật trong nước. Vì vậy để đáp ứng yêu cầu trên cùng với sự giúp đỡ của các anh chị tại phòng Thí Nghiệm Vật liệu vô cơ, tôi xin đề xuất đề tài tốt nghiệp: “Tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43- trong nước”. 2. Mục tiêu của đề tài: - Chế tạo vật liệu SiO2 với kích thước nano từ cát thạch anh bằng phương pháp hóa học và thử nghiệm biến tính vật liệu CeO2/SiO2. - Sử dụng các phương pháp vật lý và hóa học hiện đại để xác định sự hình thành pha tinh thể, cấu trúc và tính chất của vật liệu (BET, SEM, XRD,...) 3. Nội dung nghiên cứu: - Tổng hợp vật liệu SiO2, CeO2/SiO2 kích thước nano. - Khảo sát hình thái, cấu trúc, tính chất vật liệu SiO2 và CeO2/SiO2 kích thước nano tổng hợp được. - Đánh giá khả năng xử lý PO43- của vật liệu tổng hợp được và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguyên liệu silicat Thành phần vỏ trái đất gồm có: 86,5% trọng lượng là SiC2 và Silicat, trong đó gồm có: tràng thạch 55% trọng lượng, mêta và octosilicat 15% trọng lượng; Quaczit, opan, canxedoan 12% trọng lượng. Theo nghiên cứu của Virmegaras trong vỏ trái đất luôn chứa 27,6% SiC2; 8,8% nhôm. Do đó theo chiều sâu vào tâm trái đất có thể có những vùng những vỉa tạo nên màng dầy Phayalite (Fe2.SiO4), phoocterite (P2MgO.SiO2), enstalite (MgO.SiO2), Olivine (MgO.FeO.SiO2)...[1] Nguyên liệu Silicat tồn tại chủ yếu ở 3 dạng: Nguyên liệu sét, fenspat, nguyên liệu silic. [1] 1.1.1. Nguyên liệu sét [3] Khoáng sét chủ yếu trong nguyên liệu sét (cao lanh và đất sét các loại) được dùng để sản xuất vật liệu silica. Ngoài các khoáng chính, trong nguyên liệu sét còn lẫn một số tạp chất khoáng khác như cát thạch anh, đá vôi, fenpat, mica, biotit, granat, pyrit, hematit, limonit, vật chất hữu cơ,... Tùy theo hàm lượng và tính chất của mình mà các tạp chất có thể ảnh hưởng đến tính chất sử dụng của nguyên liệu sét. Sau đây là một số nguyên liệu sét đặc trưng. [3] Đất sét có ở nhiều vùng trong cả nước, chúng thường tập trung thành các mỏ lớn như: ở Hà Nội có sét Đống Đa; ở Sơn Tây có sét Chùa Trầm; ở Hải Dương có sét Trúc Thôn; ở miền Trung có sét Cổ Định; ở miền Nam có sét thuộc tỉnh Lâm Đồng. [5] Các mỏ sét này có chất lượng sét khác nhau vì thành phần khoáng và thành phần hóa học ở mỗi mỏ sét cũng khác nhau. Ở miền Bắc các mỏ sét thường chứa khoáng Caolinit hoặc Illit, ở miền Nam, mỏ sét Đại Hiệp (Di Linh) có khoáng monmorilonit.[5] a. Caolinit - Al2.2SiO2.2H2O Khoáng caolinit là thành phần chủ yếu của cao lanh, một số loại đất sét và phiến thạch sét. Caolinit có dung lượng hấp phụ thấp, co sấy nhỏ, tạo huyền phù kém ổn định và cường độ mộc yếu. Các tinh thể dạng vảy của caolinit trong suốt, có đường viền ngoài dạng giả lục phương và kích thước thường từ 0,1 ÷ 3µm. Tinh thể caolinit ổn định đến 250oC. Ở 500 ÷ 600oC, sau khi tách nước hóa học tinh thể chuyển sang thể vô định hình nhưng vẫn giữ nguyên hình dạng ban đầu của mình đến gần 1200oC. b. Monmorilonit – Al2O3.4SiO2.H2O.nH2O Khoáng monmorilonit có tinh thể dạng hạt rất nhỏ (cỡ 0,06 µm), dung lượng hấp phụ lớn, độ dẻo cao, tạo huyền phù ổn định và trương nở thuận nghịch khi có nước. Khoáng thường chứa các tạp oxit nhuộm màu, các oxit kiềm và kiềm thổ. c. Thủy mica - Illit - 2,4(K,Na)2O.1,2MO.8,8R2O3.24SiO2.10H2O Illit có cấu trúc tinh thể tương tự như mica và monmorilonit, tuy nhiên không trương nở trong nước, chứa lượng kali thấp hơn và H2O cao hơn so với monmorilonit. Dung lượng hấp phụ ion nằm trung bình giữa caolinit và monmorilonit. Các loại đất sét dễ chảy với độ dẻo trung bình luôn chứa illit và sau khi nung đất sét thường có màu đỏ nâu. Các tinh thể Illit riêng biệt nhỏ hơn 2µm chỉ phát hiện được bằng kính hiển vi điện tử và có dạng tấm giả lục phương. Trong kính hiển vi điện tử phân cực chỉ thấy được khoáng ở dạng tập hợp của các vảy không màu, màu phớt xanh, vàng, đen. 1.1.2 Fenpat [3] Nguyên liệu fenpat được dùng rộng rãi trong công nghệ gốm sứ. Fenpat là loại thường gặp trong đá phún xuất, ít hơn là đá biến chất. Người ta phân biệt 3 loại khoáng của fenpat là octoclaz (fenpat kali), anbit (fenpat natri) và anoctit (fenpat canxi). Các khoáng fenpat có nhiều tính chất vật lý giống nhau: màu sáng tươi, chiết suất tương đối thấp, độ cứng lớn (6 ÷ 6,5). Tùy theo thành phần hóa học, khoáng vật fenpat canxi-natri gọi là plagioclaz, nhóm phụ fenpat kali-natri gọi là octoclaz, nhóm phụ kali-bari ít gặp hơn và được gọi là hialophan. a. Nhóm phụ plagioclaz Các khoáng vật của nhóm plagioclaz gồm một loạt hỗn hợp đồng hình vế đầu là anbit (Na2O.Al2O3.6SiO2) và cuối là anoctit (CaO.Al2O3.2SiO2) và ở giữa là các khoáng trung gian. Trong plagioclaz, tỷ lệ Na2O, CaO, Al2O3, SiO2 thay đổi rộng rãi tùy theo hỗn hợp đồng hình, ngoài ra còn có lẫn một ít K2O, BaO, Fe2O3. b. Nhóm phụ octolaz (fenpat kali-natri) Nhóm này được dùng rộng rãi trong công nghệ gốm sử và thủy tinh. Đặc điểm của nhóm này là có những thành tạo pectit - là các chất do dung dịch rắn bị phân hủy và giao nhau một cách có quy luật. Dung dịch rắn được hình thành ở nhiệt độ cao và bị phân hủy ra ở nhiệt độ thấp do kích thước ion K+ và Na+ tạo dung dịch rắn khác nhau. - Octolaz (K2O.Al2O3.6SiO2): Thành phần hóa học dạng tinh khiết: K2O-16,90%; Al2O3-18,40%; SiO2-64,70%. Tuy nhiên khoáng octolaz thường có lẫn Na2O đến vài phần trăm, đôi khi nhiều hơn cả K2O (loại natrioctolaz) và ngoài ra có lẫn một ít Fe2O3, BaO,...Octolaz có các màu đục có màu trắng phớt đỏ, màu hồng tươi, màu vàng nâu. - Microlin (K2O.Al2O3.6SiO2): Là một trong những khoáng vật chính trong các thành tạo pecmatit. Thành phần hóa học giống octolaz và thường cũng chứa Na2O. 1.1.3. Nguyên liệu silic [3] Thành phần hóa học chính của nguyên liệu silic là oxit silic – thường nằm ở dạng khoáng thạch anh và ít hơn là dạng canxedoan và opan. Các khoáng trong nguyên liệu silic: - Thạch anh (SiO2): Thạch anh là khoáng vật phổ biến nhất trong vỏ trái đất, chủ yếu nằm trong nguyên liệu silic và là khoáng thường đi kèm trong nguyên liệu sét, trong fenpat. - Canxedoan (SiO2): Có kiến trúc kinh thể giống như thạch anh, nhưng khác ở chỗ có chứa một ít nước. Người ta cho rằng canxedoan phần lớn được tạo thành từ sự kết tinh không hoàn toàn của keo silic. - Opan (SiO2.nH2O): Do quá trình phong hóa các đá siêu bazơ (giàu MgO, FeO, nghèo SiO2), do sự phân hủy các silicat, oxit silic được giải phóng và thành keo ngậm nước, nước mất dần và keo chuyển sang thể rắn để tạo thành opan. Nước chứa trong opan không cố định, từ 1 đến 34%. Opan là khoáng ở dạng vô định hình và hình thành nên khối đặc khít với các màu trắng đục, nâu, vàng, đỏ,... Nhóm nguyên liệu gồm có thạch anh mạch, quaczit, cát thạch anh và một số loại khác. a. Quaczit Quaczit là loại đá gồm hoặc chủ yếu từ các hạt tinh thể thạch anh (quaczit tinh thể) hoặc từ các hạt thạch anh được liên kết bằng xi măng (quaczit xi măng). Xi măng có thể là các hạt thạch anh thứ sinh rất nhỏ, có thể là canxedoan hoặc opan. Loại quaczit tinh thể đôi khi rất khó phân biệt với thạch anh mạch, đặc biệt trường hợp thạch anh mạch được cấu tạo từ các tinh thể thạch anh nhỏ, bé. Nghiên cứu quaczit bao gồm việc mô tả màu sắc và phân bố màu sắc của đá, đặc điểm phân bố cũng như hình dạng và kích thước các khoáng tạo đá, vật chất xi măng liên kết, hình thái mặt vết vỡ,... Màu sắc của quaczit khác nhau: trắng, xám, vàng, nâu, hồng,...Có loại quaczit với màu sắc đồng đều, có loại không đồng đều và phụ thuộc chủ yếu và sự phân bố của tạp oxit sắt. Số lượng các hạt thạch anh và đặc điểm phân bố của chúng trong vật chất xi măng thường khác nhau tùy theo vị trí địa lý của mỏ và người ta chia ra các loại xi măng như sau: - Xi măng nền: Ở đây các hạt thạch anh nằm riêng biệt, không tiếp xúc nhau và tự như bơi trong xi măng. - Xi măng tiếp xúc: Xi măng chỉ phân bố tại điểm tiếp xúc giữa các hạt thạch anh. - Xi măng chứa đầy: Xi măng được chứa đầy trong các khoảng không gian trống giữa các hạt thạch anh tiếp xúc nhau. - Xi măng xâm thực: Xi măng chứa đầy giữa các hạt khoáng thạch anh và lấp kín các hang hốc của hạt thạch anh bị ăn mòn. Tùy theo mức độ tái kết tinh của vật chất xi măng và kích thước hạt kết tinh mà người ta phân biệt ba loại xi măng: xi măng vô định hình, xi măng hạt mịn (chưa tái kết tinh) và xi măng hạt lớn (tái kết tinh). b. Thạch anh mạch (Thạch anh) Thạch anh mạch thường gọi là thạch anh, đó là loại nguyên liệu phổ biến trong khoáng sản nhiệt dịch và nằm ở dạng các mạch, đôi khi thành những khối rất lớn. Trong các mạch nhiệt dịch thạch anh thường chứa các bao thể khí, nước và những bao thể rắn khác (rutin, zicron,...). Thạch anh thường có màu trắng sữa và được dùng trong công nghệ gốm sứ để làm xương, men, dùng trong công nghệ chế tạo vật liệu xây dựng, vật liệu xử lý môi trường,... 1.2. Giới thiệu vật liệu Silica và các dạng thù hình của silica 1.2.1. Vật liệu Silica Silic đioxit là hợp chất hóa học còn có tên gọi khác là Silica với công thức phân tử là SiO2, mặc dù có công thức phân tử giống với Cacbon đioxit nhưng hợp chất này không tồn tại đơn phân tử mà dưới dạng một phân tử khổng lồ. Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và vô định hình. Trong tự nhiên với điều kiện áp suất thường, silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoạc vi tinh thể (thạch anh, triđimit, cristobalit, cacedoan, đá mã não). Một số dạng silica có cấu trúc tinh thể được tạo ra ở nhiệt độ và áp suất cao như coesit và stishovit. Silica được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên ở dạng cát hay thạch anh, cũng như trong cấu tạo thành tế bào của tảo cát. Silica là một khoáng vật phổ biến trong vỏ Trái Đất. Silica có thể tổng hợp được ở nhiều dạng khác nhau như: Silica gel, Silica khối, aerogel, xerogel, silica keo, silica xốp,... Ngày nay, với sự phát triển nhanh về công nghệ chế tạo vật liệu, đã làm cho vật liệu silica trở nên quan trọng và có nhiều ứng dụng rộng trong đời sống. Trong nghiên cứu, người ta có thể chia silica thành 4 dạng: Tinh thể, khối, vô định gel, keo. 1.2.2. Các dạng thù hình của vật liệu silica - Silica dạng tinh thể [4],[8]: Dạng tinh thể của silica được tìm thấy trong tự nhiên và cũng có thể tồn tại ở dạng tổng hợp. Trong tự nhiên là quartz, tridymit và cristobalit, mỗi loại có nhiều hình thái bền ở những khoảng nhiệt độ khác nhau. Tại nhiệt độ thường dạng bền ở những khoảng nhiệt độ khác nhau. Tại nhiệt độ thường dạng bền là α-quartz, ở 573oC - 867oC là β-quartz. Tridymit là pha bền đến 1470oC, từ nhiệt độ này đến 1713oC cristobalit lại là pha bền (bảng 1,2). Bảng 1.1. Dữ liệu về tỷ trọng và chỉ số khúc xạ của tinh thể silica TT Silica Chỉ số khúc xạ (D) Tỷ trọng (d), g/cm3 1 Quartz 1,533; 1,544 2,66 2 Tridymit 1,469; 1,473; 1,47 2,30 3 Cristobalit 1,486 2,3 4 Opal (amorphous) 1,41; 1,46 1,9 – 2,3 5 Melanophlogit 1,42; 1,46 1,99; 2,10 ; 1,9 (sau nung) 6 Keatite 1,533; 1,544 2,50 7 Coesit 1,59; 1,60 2,93 8 Stishovite 1,799; 1,826 4,3 9 Vitreous Silica 1,458; 1,475 - 10 Silicalit (được tổng hợp) 1,48 ± 0,01 1,99 ± 0,05 11 Silicalit (nung ở 600oC) 1,39 ± 0,01 1,70 ± 0,05 Bảng 1.2. Khối lượng riêng của một số hình thái của tinh thể silica TT Tên Khối lượng riêng (d), g/cm3 Cấu trúc 1 α-quartz 2,648 2 β- quartz 2,533 3 α- tridymit 2,265 4 β-tridymit 5 α-cristobalit 2,334 6 β-cristobalit 7 faujasit 1,92 8 melanophlogit 2,04 9 keatit 3,011 10 moganit - 11 coesit 2,991 12 stishovit 4,287 13 Fibrous W-silica 1,97 14 seifertit 4,294 - Silica dạng khối [12],[14]: Silica dạng khối là một sản phẩm tổng hợp từ silic dioxit được phân tán cao. Silica mịn có thể được phân nhóm theo các quá trình chế tạo chúng: sản phẩm tự nhiên, bán tổng hợp và sản phẩm tổng hợp. Nguồn gốc sản phẩm thể hiện sự khác nhau rõ rệt các tính chất của các silica. Sản phẩm thiên nhiên như bột quartz hoặc thạch anh, và bán tổng hợp bao gồm fused silica, silica fume, hoặc tro từ thực vật và quá trình luyện kim là những sản phẩm silica dạng tinh thể ở kích thước micro hoặc lớn hơn và có diện tích bề mặt lên từ 1 m2/g đến 10 m2/g. Ngược lại, các silica tổng hợp từ các quá trình ướt hoặc phản ứng sốc nhiệt là các sản phẩm silica vô định hình với điện tích bề mặt cao > 100 m2/g. Dạng khối silica có dạng bột rắn được đặc trưng bởi khối lượng riêng rất thấp khoảng 20 g/l – 50 g/l. Ngược lại, silic đioxit có khối lượng riêng là 2200 g/l. Silica dạng khối kết đám với nhau thành những cấu trúc hạt phân nhánh và kéo dài với kích thước trung bình khoảng 100 nm - 200 nm. - Silica dạng vô định hình [11],[12],[15] Silica dạng vô định hình có mặt trong đất đá, trầm tích và trong cơ thể sống. Ngoài dạng tự nhiên, silica vô định hình còn được tổng hợp để phục vụ nhu cầu công nghiệp. Silica vô định hình tổng hợp có hai loại dựa trên phương pháp tổng hợp: silica quá trình ướt bao gồm silica kết tủa và silicagel, còn silica của quá trình sốc nhiệt. Các thông số đạt được của cả 3 loại vật liệu này được nghiên cứu và thể hiện trên bảng 3. Bảng 1.3. Một số thống số kỹ thuật của silica vô định hình TT Thông số (đơn vị) Sốc nhiệt Kết tủa Gel 1 % SiO2 > 99,8 > 95 > 95 (khô) 2 Màu Trắng Trắng Trắng 3 Diện tích bề mặt riêng (BET), m2/g 50 – 400 30 – 500 250 – 1000 4 Mất khi sấy, % < 2,5 5 – 7 2 – 6 5 pH 3,6 – 4,5 5 – 9 3 – 8 6 Tỷ khối (đổ đống), g/l 30 – 250 30 – 500 500 – 1000 7 Mất khi nung, % < 2,5 3 – 14 2 – 15 8 Kích thước hạt, µm 5 – 50 5 – 100 1 – 10 9 Lỗ xốp trung bình, nm Không > 30 0,1 – 1000 10 Khối lượng riêng (g/cm3) 2,2 1,9 – 2,2 1,8 – 2,2 - Silica dạng keo [9],[10]: Tiềm năng ứng dụng cao của silica keo là nhờ các tính chất bất thường của nó. Silica keo bao gồm các chuỗi liên kết ngang dây chuyền với số lượng lớn các lỗ chứa đầy không khí. Những lỗ xốp của silica keo rất nhỏ: silica keo tinh khiết có bán kính lỗ xốp trung bình khoảng 10 nm - 100 nm, nhưng silica keo nói chung có kích thước lỗ trung bình từ 5 nm đến 70 nm, phụ thuộc vào độ tinh khiết và phương pháp chế tạo chiếm 85% - 99,8% tổng thể tích silica keo. Vì kích thước lỗ xốp nhỏ bất thường và tính xốp cao, silica keo có những tính chất vật lý - hóa rất thú vị. Độ xốp cao khiến silica keo là vật liệu nhẹ nhất được biết đến hiện nay. Nó có khối lượng riêng theo thông thường khoảng 2200 kg/m3 nhưng nhờ tính xốp cao dẫn đến khối lượng riêng chỉ khoảng 3 kg/m3 có thể so sánh với không khí 1,2 kg/m3. 1.3. Ứng dụng của vật liệu silica Trên cơ sở các dạng tồn tại cơ bản của silica thấy rằng tinh thể silica là vật liệu truyền thống thường được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: gạch, kính, xe hơi, thủy tinh và gốm sứ, làm chất độn cho nhựa và các silica được dùng để lọc nước cho trồng trọt [8],[14],... Ngoài ra do khả năng giãn nở nhiệt thấp nên silica tinh thể được dùng trong các ngành công nghệ cao sợi quang học, thiết bị phát quang, đúc chính xác và trong ngành luyện kim và điện tử. [8] Các loại còn lại như: Silica dạng khối, silica dạng vô định hình và Silica dạng keo là những vật liệu được phát hiện muộn hơn nên đã được tập trung nghiên cứu trong một thời gian dài cho tới những năm gần đây nhằm phát hiện đặc tính mới nhằm áp dụng vào đời sống thực tiễn. Đây là các vậ
Luận văn liên quan