Đồ án: Nghiên cứu và tổng hợp nano silica từ tro trấu bằng phương pháp kết tủa

Tổng hợp vật liệu SiO2 có kích thước nano bằng phương pháp kết tủa. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu. Sử dụng các phương pháp vật lý và hóa học hiện đại được xác định sự hình thành pha tinh thể , cấu trúc và kích thước của vật liệu (XRD, SE …).

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Võ Thị Tiến Thiều

Các kết quả và kết luận nghiên cứu trình bày trong đồ án chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc Thơ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Vũng Tàu, ngày…tháng…năm 2016

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Vũng Tàu, ngày…tháng…năm 2016

Xác nhận của giáo viên phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Trư ng i học à Rịa-V ng Tàu, hoa a ọc và Công nghệ Thực Ph m đ t o điều kiện đ tôi tham gia và hoàn thành tốt đồ án này ồng th i, tôi c ng đ c biệt cảm ơn cô Thiều, ngư i luôn đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm đồ án, và các th y cô b môn trong khoa đ tận tình hướng dẫn đ tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ

Trong quá trình làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của th y cô tôi đ cố gắng tìm

hi u, tiếp thu kiến thức, học h i kinh nghiệm, r n luyện tác phong làm việc và đ trưởng thành hơn rất nhiều c d đ cố gắng rất nhiều trong quá trình làm việc nhưng vẫn không tránh kh i những thiếu s t nhất định Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đánh giá, đ ng g p kiến của qu th y cô trong h i đồng bảo vệ đ đồ án này được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn

Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2.Tình hình nghiên cứu 2

2.1.Trong nước 2

2.2 Ngoài nước 2

3 Mục đích nghiên cứu 3

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Cấu trúc của đồ án 3

C ƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 4

1.1 Vật liệu nano 4

1.1.1 Khái niệm 4

1.1.2 Phân lo i vật liệu nano 4

1.1.3 Phương pháp đ tổng hợp vật liệu nano 7

1.1.3.1 Phương pháp từ trên xuống (top-down) 7

1.1.3.2 Phương pháp từ dưới lên (bottom-up) 8

1.1.4 M t số ứng dụng của vật liệu nano 9

1.2 Silica 10

1.2.1 Khái niệm 10

1.2.2 Các d ng thù hình của silica 11

1.2.3 Nano silica 12

1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu silica 12

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 12

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 13

1.4 Các phương pháp tổng hợp nano silica 14

1.4.1 Phương pháp sol - gel 14

1.4.2 Phương pháp kết tủa 16

1.4.3 Phương pháp lắng đọng hơi h a học 16

1.5 Nguyên liệu tro trấu tổng hợp nano silica 17

1.6 M t số phương pháp phân tích 19

1.6.1 Phân tích nhiễu x tia X (XRD) 19

1.6.2 Phân tích kính hi n vi điện tử quét (SEM) 20

1.6.3 Kính hi n vi điện tử truyền qua TEM 22

1.6.4 Phổ hồng ngo i IR 23

C ƯƠNG 2 T ỰC NGHIỆM 26

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 26

2.1.1 Nguyên liệu 26

2.1.2 Hóa chất 26

a NaOH 26

b HCl 26

c Ethanol 26

2.1.3 Dụng cụ thí nghiệm 26

2.2 Quy trình tổng hợp 27

C ƯƠNG 3 ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Chu n bị nguyên liệu SiO2 từ tro trấu 30

3.2 Tổng hợp nano silica t i các th i gian phản ứng khác nhau 31

3.2.1 Phân tích nhiễu x tia X 31

3.2.2 Phương pháp kính hi n vi điện tử truyền qua TEM 34

3.2.3 Hiệu suất thu sản ph m nano silica 35

3.2.4 Kết luận 35

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

1.Kết luận 37

2.Kiến nghị 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

RHA : Tro trấu (Rice Husk Ash)

SEM: Kính hi n vi điện tử quét (Scanning electron microscope)

TEM : Kính hi n vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy)

XRD : Nhiễu x tia X (X-ray difraction)

DANH MỤC BẢNG

ảng 1.1: Thành ph n oxit trong tro trấu 18 ảng 3.1: Bảng hiệu suất thu nano silica ứng với mẫu A1 A2 A3 35

DANH MỤC HÌNH

ình 1.1: H t nano 5

ình 1.2: Ống nano 5

ình 1.3: Màng m ng 6

ình 1.4: Nanocomposite 6

ình 1.5: Phương pháp từ trên xuống 8

ình 1.6: Phương pháp từ dưới lên 9

ình 1.7: Th ch anh alpha 11

ình 1.8: Tridimit 11

ình 1.9: Cristobalit 11

ình 1.11: Nguyên lí t o silica bằng phương pháp CVC 17

ình 1.12: Hình ảnh tro trấu sau nung 18

ình 1.13: Giảnđồ nhiễu x tia X của nano silica được tổng hợp từ v trấu nung ở nhiệt đ 500-700oC, trong 4h 20

ình 1.14: Ảnh FESEM của những h t nano silica theo phương pháp kết tủa .21

ình 1.15: Ảnh SEM của nano silica theo phương pháp sol-gel .22

ình 1.16: Ảnh TEM của nano silica .23

ình 1.17: Phổ IR của nano silica .24

ình 3.1: Giản đồ nhiễu x tia X của tro trấu nung ở 700o C trong 4h 30

ình 3.2: Giản đồ nhiễu x tia X của nano silica mẫu A1 31

ình 3.3: Giản đồ nhiễu x tia X của nano silica mẫu A2 32

ình 3.4: Giản đồ nhiễu x tia X của nano silica mẫu A3 32

ình 3.5: Giản đồ nhiễu x tia X của ba mẫu A1, A2, A3 và tro trấu A0 33

ình 3.6: Ảnh TEM mẫu A1 34

ình 3.7: Ảnh TEM mẫu A2 34

ình 3.8: Ảnh TEM mẫu A3 34

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trên toàn c u, có xấp xỉ 600 triệu tấn lúa g o được sản xuất mỗi năm Trung bình 20% lúa g o là trấu với tổng sản lượng là 120 triệu tấn Ở Việt Nam, sản lượng đ u ra trung bình là 42 triệu tấn/năm, đứng thứ hai về sản xuất g o trên thế giới [5]

Vật liệu phế ph m nông nghiệp như tro trấu có những tiềm năng, ph m vi ứng dụng r ng rãi trong thực tiễn như làm chất đốt, vật liệu xử lí nước thải ơn nữa, silicat trong v trấu có th d ng đ chế t o bê tông, g ch bê tông siêu nhẹ không nung đ sử dụng trong lĩnh vực xây dựng G ch bê tông siêu nhẹ không nung, sau khi chế t o c các tính năng ưu việt như nhẹ, cách nhiệt, cách âm tốt, tính chịu nhiệt, khả năng chịu chấn đ ng tốt, thân thiện với môi trư ng [1] Vì thế, việc nghiên cứu sản xuất silica từ v trấu là rất c n thiết Chúng ta vừa có th tận dụng tối đa nguồn phế ph m là tro trấu, vừa có th bảo vệ môi trư ng, kết hợp thêm giá thành rẻ và hiệu quả ứng dụng cao

c biệt silica với kích thước nano thì các tính chất l i càng ưu việt hơn G n đây, công nghệ nano đ và đang thu hút các nhà nghiên cứu khoa học bởi vì tính ứng dụng r ng rãi của nó trong công nghiệp c ng như đ i sống Việt Nam với nguồn nguyên liệu v trấu dồi dào, nên việc sản xuất nano silica càng được quan tâm nhiều hơn [8]

Với những lí do trên, tôi đ thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tổng hợp nano silica từ tro trấu bằng phương pháp kết tủa’’

2.Tình hình nghiên cứu

2.1.Trong nước

M t số ít tác giả trong nước đ nghiên cứu tổng hợp nano silica như Lê Văn

ải và c ng sự đ nghiên cứu tổng hợp nano silica từ v trấu [7] Thái Hoàng và

c ng sự đ tổng hợp nanosilica và vật liệu nanocompozit EVA/silica c sử dụng chất trợ tương hợp EVAg A [4] Nguyễn Trí Tuấn và c ng sự đ tổng hợp thành công nano silica từ tro v trấu bằng phương pháp kết tủa [1]

Majid Monshizadeh, Masound Rajabi, Mohammad Hossein Ahmadi, Vahid Mohammadi Department of Material Engineering and Metallurgy Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran Synthesis and characterization

of nano SiO2 from rice husk ash by precipitation method (Tổng hợp và biến tính nano silica từ tro trấu bằng phương pháp kết tủa) [13]

Nittaya Thuadaij* and Apinon Nuntiya (2008) Preparation of nanosilica powder from rice husk ash by precipitation method Department of Industrial Chemistry, Faculty of Science, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand Contributed Paper [9]

3 Mục đích nghiên cứu

Tận dụng nguồn tro trấu ở huyện Tỉnh Gia, tỉnh Thanh a đ tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano bằng phương pháp kết tủa

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tổng hợp vật liệu SiO2 c kích thước nano bằng phương pháp kết tủa

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu

- Sử dụng các phương pháp vật lý và hóa học hiện đ i đ xác định sự hình thành pha tinh th , cấu trúc và kích thước của vật liệu (XRD, SE …)

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thu thập thông tin, tài liệu, và tiến hành thực nghiệm đ tổng hợp nano silica từ tro trấu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

1.1 Vật liệu nano

1.1.1 Khái niệm

Vật liệu nano là lo i vật liệu c cấu trúc các h t, các sợi, các ống, các tấm

m ng, c kích thước đ c trưng khoảng từ 1 nanômét đến 100 nanômét ây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, n liên kết hai lĩnh vực trên với nhau Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng ây

là l do mang l i tên gọi cho vật liệu [25]

ích thước vật liệu nano trải m t khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thu c vào bản chất vật liệu và tính chất c n nghiên cứu [29]

1.1.2 Phân lo i vật liệu nano [25]

Vật liệu nano là vật liệu trong đ ít nhất m t chiều c kích thước nanomet Về

tr ng thái của vật liệu, ngư i ta phân chia thành ba tr ng thái, rắn, l ng và khí Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đ mới đến chất l ng và khí Về hình dáng vật liệu, ngư i ta phân ra thành các lo i sau:

Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều c kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, h t nano

ình 1.1: H t nano

Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đ hai chiều c kích thước nano, điện

tử được tự do trên m t chiều (hai chiều c m t ), ví dụ: dây nano, ống nano

ình 1.2: Ống nano

Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đ m t chiều c kích thước nano, hai

chiều tự do, ví dụ: màng m ng

ình1.3: Màng m ng

Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đ chỉ có

m t ph n của vật liệu c kích thước nm, ho c cấu trúc của n c nano không chiều,

m t chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau [25]

ình1.4: Nanocomposite

1.1.3 Phương pháp đ tổng hợp vật liệu nano

1.1.3.1 Phương pháp từ trên xuống (top-down) [26]

Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến d ng đ biến vật liệu th khối với tổ chức h t thô thành cỡ h t kích thước nano ây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có th tiến hành cho nhiều lo i vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu)

Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở d ng b t được tr n lẫn với những viên

bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đ t trong m t cái cối Máy nghiền có th là nghiền lắc, nghiền rung ho c nghiền quay (còn gọi là nghiền ki u hành tinh) Các viên bi cứng va ch m vào nhau và phá vỡ b t đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các h t nano)

Phương pháp biến d ng được sử dụng với các kỹ thuật đ c biệt nhằm t o ra sự biến d ng cực lớn (có th lớn hơn 10) mà không làm phá huỷ vật liệu Nhiệt đ có

th được điều chỉnh tùy thu c vào từng trư ng hợp cụ th Nếu nhiệt đ gia công lớn hơn nhiệt đ kết tinh l i thì được gọi là biến d ng nóng, còn ngược l i thì được gọi là biến d ng ngu i Kết quả thu được là các vật liệu nano m t chiều (dây nano)

ho c hai chiều (lớp có chiều dày nm)

Ngoài ra, hiện nay ngư i ta thư ng d ng các phương pháp quang khắc đ t o

ra các cấu trúc nano

ình1.5: Phương pháp từ trên xuống 1.1.3.2 Phương pháp từ dưới lên (bottom-up) [26]

Nguyên l : hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử ho c ion Phương pháp

từ dưới lên được phát tri n rất m nh mẽ vì tính linh đ ng và chất lượng của sản

ph m cuối c ng Ph n lớn các vật liệu nano mà chúng ta d ng hiện nay được chế

t o từ phương pháp này Phương pháp từ dưới lên c th là phương pháp vật l , phương pháp h a học ho c kết hợp cả hai

Phương pháp vật lý: là phương pháp t o vật liệu nano từ nguyên tử

ho c chuy n pha Nguyên tử đ hình thành vật liệu nano được t o ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún x , ph ng điện hồ quang) Phương pháp chuy n pha: vật liệu được nung nóng rồi cho ngu i với tốc đ nhanh đ thu được

tr ng thái vô định hình, xử lý nhiệt đ xảy ra chuy n pha vô định hình - tinh th (kết tinh) (phương pháp ngu i nhanh) Phương pháp vật l thư ng được d ng đ

t o các h t nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính

Phương pháp hóa học: là phương pháp t o vật liệu nano từ các ion Phương

pháp hóa học c đ c đi m là rất đa d ng vì tùy thu c vào vật liệu cụ th mà ngư i

ta phải thay đổi kỹ thuật chế t o cho phù hợp Tuy nhiên, chúng ta vẫn có th phân

lo i các phương pháp h a học thành hai lo i: hình thành vật liệu nano từ pha

l ng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp này có th t o các h t nano, dây nano, ống nano, màng nano, b t nano,

Phương pháp kết hợp: là phương pháp t o vật liệu nano dựa trên các nguyên

tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp này c

th t o các h t nano, dây nano, ống nano, màng nano, b t nano,

ình1.6: Phương pháp từ dưới lên 1.1.4 M t số ứng dụng của vật liệu nano [29]

Y tế là m t trong những ứng dụng lớn nhất của vật liệu nano, M t nghiên cứu

đ cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các h t nano vàng đ chống l i nhiều lo i ung thư Các h t nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ th , sau đ chúng được tăng nhiệt đ bằng tia laser hồng ngo i chiếu từ bên ngoài đ có th tiêu diệt các khối u

Những b vi xử l được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trư ng, m t

số sản ph m như chu t, bàn phím c ng được phủ m t lớp nano kháng khu n.Pin nano trong tương lai sẽ có cấu t o theo ki u ống nanowhiskers Cấu trúc ống này

sẽ khiến các cực của pin có diện tích bề m t lớn hơn rất nhiều l n, giúp n lưu trữ được nhiều điện năng hơn

Sử dụng các nguồn năng lượng như gi , năng lượng m t tr i và với công nghệ nano b n sẽ có th s c điện cho chiếc smartphone của mình mọi lúc mọi nơi

Hiện nay t i Việt Nam đ c m t số ứng dụng của công nghệ nano trong sản xuất các lo i phân bón lá, thuốc trừ nấm bệnh cho cây trồng

Trong lĩnh vực xây dựng thì vật liệu nano càng tuyệt v i hơn, chúng cung cấp các lo i vật liệu siêu nhẹ với những đ c tính ƣu việt, giúp nâng cao chất lƣợng vật liệu và thân thiện với môi trƣ ng

1.2 Silica

1.2.1 Khái niệm [27]

iôxít silic là m t hợp chất h a học còn c tên gọi khác là silica (từ

tiếng Latin silex), là m t ôxít của silic có công thức h a học là SiO2 và n c đ cứng cao đƣợc biết đến từ th i cổ đ i Phân tử SiO2 không tồn t i ở d ng đơn lẻ mà liên kết l i với nhau thành phân tử rất lớn

Silica c hai d ng cấu trúc là d ng tinh th và vô định hình Trong tự nhiên, silica tồn t i chủ yếu ở d ng tinh th ho c vi tinh th (th ch anh, triđimit, cristobalit, cancedoan, đá m n o), đa số silica tổng hợp nhân t o đều đƣợc t o ra ở

d ng b t ho c d ng keo và c cấu trúc vô định hình (silica colloidal) t số d ng silica c cấu trúc tinh th c th đƣợc t o ra ở áp suất và nhiệt đ cao nhƣ coesit và stishovit

Silica đƣợc tìm thấy phổ biến trong tự nhiên ở d ng cát hay th ch anh, c ng nhƣ trong cấu t o thành tế bào của tảo cát N là thành ph n chủ yếu của m t số

lo i thủy tinh và chất chính trong bê tông Silica là m t khoáng phổ biến

Ngoài ra, Silica tự nhiên đƣợc tìm thấy trong thực vật nhƣ lúa m ch, v trấu

và tre, trong các lo i khoáng nhƣ th ch anh và đá lửa Những h t silica đƣợc tách

ra từ những nguồn tự nhiên chứa các t p chất kim lo i mà không thích hợp cho ngành công nghệ cao và ứng dụng trong công nghiệp Vì vậy, việc tập trung tổng hợp silica (silica gel, keo silica, silica kết tủa) tinh khiết ở d ng b t vô định hình

khi so sánh với khoáng silica tự nhiên (th ch anh, tridymit, cristobalit) ở d ng tinh

th đang đƣợc quan tâm đ sản xuất [24]

1.2.2 Các d ng thù hình của silica [27]

Trong điều kiện áp suất thƣ ng, silica tinh th c 3 d ng thù hình chính, đ là

th ch anh, triđimit và cristobalit ỗi d ng th hình này l i c hai ho c ba d ng thứ cấp: d ng thứ cấp α bền ở nhiệt đ thấp và d ng thứ cấp β nhiệt đ cao

a d ng tinh th của silica c cách sắp xếp khác nhau của các nh m tứ diện SiO4 ở trong tinh th Ở th ch anh α, g c liên kết Si-O-Si bằng 150° còn ở d ng tridimit và cristobalit thì g c liên kết Si-O-Si bằng 180°

ình1.7: Th ch anh alpha

Trong th ch anh, những nh m tứ diện SiO4

được sắp xếp sao cho các nguyên tử Si nằm trên m t đư ng xoắn ốc quay phải ho c quay trái, tương ứng với α-th ch anh và β-th ch anh Từ th ch anh biến thành cristobalit c n chuy n g c Si-O-Si từ 150° thành 180°

Trong khi đ đ chuy n thành α-tridimit thì ngoài việc chuy n g c này còn phải xoay tứ diện SiO44-

quanh trục đối xứng m t g c bằng 180°

1.2.3 Nano silica

Sự phát tri n m nh mẽ của công nghệ nano đ dẫn đến việc nâng cao về m t sản xuất nano silica, SiO2 được ứng dụng r ng rãi cả trong nghiên cứu khoa học và phát tri n kỹ thuật Nhìn chung, vật liệu với kích thước h t trong khoảng 1-100 nm thì được định nghĩa là vật liệu nano [24, 8-10]

Nano silica, thư ng được gọi là "silica siêu mịn", được sử dụng r ng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau như chất phụ gia, chất xúc tác hỗ trợ, hóa d u, chất t y trắng, cao su tăng cư ng, phụ nhựa, mực in, chất làm đ c, kim lo i mềm, chất đánh b ng, chất đ n cách nhiệt, mỹ ph m cao cấp đ ng g i, các lĩnh vực khác nhau và phun vật liệu, y học, bảo vệ môi trư ng [28]

Ngoài ra, ứng dụng của nano silica trong lĩnh vực xây dựng là bê tông siêu nhẹ là đối tượng được quan tâm nhất

1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu silica

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Vật liệu SiO2 kích thước micro và nano trong tro v trấu được tổng hợp và ứng dụng làm vật liệu xây dựng là đối tượng nghiên cứu được quan tâm m t số ít tác giả trong nước như nhóm nghiên cứu Lê Văn ải và c ng sự đ nghiên cứu

tổng hợp nano silica từ v trấu [7]

Nano silica c kích thước đồng đều được điều chế qua 2 giai đo n: đ u tiên

v trấu được xử l nhiệt đ t o thành tro trấu (R A), sau đ nano silica được t o thành bằng phương pháp sol – gel từ R A Sản ph m thu được dưới d ng b t silica vô định hình c kích thước trung bình khoảng 15 nm Quy trình tổng hợp c

th ứng dụng đ sản xuất silica kích thước nanomet c nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp là v trấu [7]

Thái oàng và c ng sự Viện hoa học và Công nghệ Việt Nam đ tổng hợp nanosilica và vật liệu nanocompozit EVA/silica c sử dụng chất trợ tương hợp EVAg A tháng 2 năm 2012 T p Chí oá ọc ằng phương pháp sol-gel đ tổng hợp được các h t nanosilica từ TEOS với xúc tác bazơ, các h t silica hình thành ở

d ng vô định hình, kích thước h t trung bình khoảng 50 - 100 nm Nanosilica làm tăng mô đun trữ đ ng học và đ bền nhiệt của EVA Chất tương hợp EVAg A c

th cải thiện khả năng phân tán và tương tác của nanosilica với nền EVA, do đ

g p ph n tăng đáng k giá trị mô đun trữ đ ng học và đ bền nhiệt của vật liệu nanocompozit EVA/silica [4]

Nguyễn Trí Tuấn c ng sự t i trư ng i ọc C n Thơ đ tổng hợp h t nano SiO2 từ tro v trấu bằng phương pháp kết tủa Những h t nano SiO2 được tổng hợp thành công từ v trấu bằng phương pháp kết tủa ết quả, những h t nano SiO2 chế

t o được c pha vô định hình và kích thước h t trung bình khoảng 15 nm [1]

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

R Yuvakkumar, V Elango, V Rajendran and N Kannan High purity nano silica powder from rice husk using a simple chemical method (sản xuất b t nano silica với đ tinh khiết cao từ tro trấu bằng phương pháp h a học đơn giản) của trung tâm khoa học và công nghệ nano Ấn Trong nghiên cứu này, b t nano silica với đ tinh khiết cao, kích thước h t nh và diện tích bề m t lớn được tách chiết từ tro trấu bằng dung dịch kiềm, theo phương pháp kết tủa àm lượng silica

cao nhất (99.9%) đ t được ở nồng đ NaOH 2.5N, kích thước h t trung bình là 25nm, diện tích bề m t riêng là 274m2g-1, đư ng kính mao quản trung bình là 1.46nm [12]

Majid Monshizadeh and his assistants, Synthesis and characterization of nano SiO2 from rice husk ash by precipitation method (Tổng hợp và biến tính nano silica

từ tro trấu bằng phương pháp kết tủa) B t nano silica tổng hợp từ tro trấu được tách chiết bằng dung dịch NaO 2.5N c hàm lượng SiO2 cao nhất, h t nano silica

c kích thước 10 - 30nm, ở d ng vô định hình [13]

Nittaya Thuadaij* and Apinon Nuntiya (2008) Preparation of nanosilica powder from rice husk ash by precipitation method Department of Industrial Chemistry, Faculty of Science, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand Contributed Paper Tác giả c ng đ trình bày các bước tổng hợp nano silica từ tro trấu bằng việc tách chiết bằng dung dịch kiềm NaOH với đư ng kính

h t trung bình là 5 - 10nm, diện tích bề m t riêng là 656m2/g, và nano silica ở d ng

vô định hình [9]

1.4 Các phương pháp tổng hợp nano silica

1.4.1 Phương pháp sol - gel

Phương pháp này bao gồm thủy phân và phản ứng ngưng tụ kết tủa alkoxides kim lo i (Si(OR)4) như là tetraethylorthosilicate (TEOS, Si(OC2H5)4) ho c các muối vô cơ như natri silicate Na2SiO3 trong sự hiện diện của axit HCl ho c bazơ

NH3 đ ng vai trò là xúc tác [14-16] Quá trình tổng hợp được trình bày ở hình 1.9

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình tổng hợp h t silica bằng phương pháp sol –gel từ TOES được viết như sau [15-20]:

Si(OC2H5)4 + H2O Si(OC2H5)3OH + C2H5OH

≡Si−O− + −O−Si≡ ≡Si−O−Si≡ + 2O

≡Si−OC2H5 + −O−Si≡ ≡ Si−O−Si≡ + C2H5OH

dung môi (xúc tác)

Keo silica

Thủy phân

và đông tụ

Già hóa Keo silica

Làm khô và đem nung

B t silica

Thủy phân

Ngưng tụ nước

Ngưng tụ rượu ình1.10: Quá trình tổng hợp b t silica từ TEOS

Sự thủy phân của các phân tử TOES hình thành nên các nhóm silanol Si(OC2H5)3OH Sự polyme hóa giữa các nhóm silanol ho c giữa các nhóm silanol

và các nhóm ethoxy t o nên các c u nối siloxane (Si–O–Si), hình thành nên cấu trúc của silica Sự hình thành của các h t silica có th được chia thành hai bậc: t o

h t và phát tri n h t

1.4.2 Phương pháp kết tủa

Phương pháp kết tủa sử dụng nhiệt đ phân hủy v trấu, sau đ cho NaO đ

t o dung dịch Na2SiO3

SiO2(ash) + NaOH → Na2SiO3 + H2O

Phản ứng giữa Na2SiO3 và Cl đ t o nên các tinh th SiO2

Na2SiO3 + HCl → SiO2 + NaCl + H2O

Cuối cùng SiO2 t o thành có d ng vô định hình và ở kích thước nano [1] 1.4.3 Phương pháp lắng đọng hơi h a học

Nano silica vẫn có th được sản xuất qua CVC (Chemical vapor condensation) [23] Trong quá trình CVC đi n hình, nano silica được tổng hợp bằng phản ứng giữa silicon tetracloride, SiCl4 với H2 và O2 [22] h khăn trong việc ki m soát kích thước h t, hình thái học, và thành ph n pha là những bất lợi chính của phương pháp này [21] Tuy nhiên, đây là phương pháp đ từng được sử dụng đ sản xuất b t nano silica thương m i Phương trình phản ứng xảy ra như sau: