Tiến Sĩ Nghiên cứu điều chế SiO2 kích thước nanomet từ chất thải H2SiF6 phát sinh trong quá trình chế biến q

I





LỜI CAM ĐOAN

Tác giả luận án xin cam đoan rằng đây là công trình do chính tác giả thực hiện dưới
sự hướng dẫn của người hướng dẫn khoa học. Một số kết quả nghiên cứu nêu trong
luận án được trích dẫn từ các bài báo đã được đồng tác giả cho phép sử dụng. Tất
cả các số liệu và kết quả thực nghiệm trình bày trong luận án là kết quả của quá
trình nghiên cứu khoa học nghiêm túc, trung thực, khách quan và chưa được công
bố trong bất kỳ công trình nào.

Nghiên cứu sinh




Dương Mạnh Tiến II

MỤC LỤC
Danh mục các ký tự và từ viết tắt .V
Danh mục bảng biểu VII
Danh mục các hình vẽ, đồ thị IX
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN . 3
1. 1 GIỚI THI U CHUNG VỀ SILIC 3
1.1.1 Đ c điểm cấu t o và tính chất của silica 3
1.1.2 Một số tính chất của nano silica . 6
1.1.3 Các phương pháp sản xuất silica 11
1.1.4 Ứng dụng của silica 18
1. 2 T NH H NH NGHI N CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 20
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài . 20
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 26
1. 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ H 2 SiF 6 29
1.3.1 Phân bố flo trong quá trình chế biến qu ng apatit . 29
1.3.2 Các phương pháp xử lý trên thế giới 31
1.3.3 Các phương pháp xử lý ở Việt Nam 34
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU 37
2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 37
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU – THỰC NGHI M 38
2.2.1 Điều chế kết tủa SiO 2 .xH 2 O 38
2.2.2 Già hóa kết tủa SiO 2 .xH 2 O . 39
2.2.3 Lọc, rửa kết tủa SiO 2 .xH 2 O 40
2.2.4 Sấy, nung kết tủa SiO 2 .xH 2 O . 40
2.2.5 Ứng dụng nano silica làm phụ gia cho sản phẩm cao su . 40
2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, KIỂM TR , ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ . 41
2.3.1 Tính hiệu suất thu hồi sản phẩm . 41 III

2.3.2 Phân tích h a học . 41
2.3.3 Phân tích các tính chất h a - l hác 42
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44
3.1 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KẾT TỦA SiO 2 .xH 2 O TỪ H 2 SiF 6 . 44
3.1.1 Ảnh hưởng của trình tự n p liệu đến quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O 44
3.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch H 2 SiF 6 đến quá trình kết tủa
SiO 2 .xH 2 O 47
3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NH 3 đến quá trình kết tủa
SiO 2 .xH 2 O 50
3.1.4 Ảnh hưởng của tốc độ n p liệu đến quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O 53
3.1.5 Ảnh hưởng của chế độ nhiệt đến quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O 55
3.1.6 Ảnh hưởng của chế độ khuấy trộn đến quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O
58
3.1.7 Ảnh hưởng của giá trị pH t i điểm kết thúc phản ứng đến kết tủa
SiO 2 .xH 2 O 61
3.1.8 Điều kiện thích hợp cho quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O . 63
3.2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH GIÀ HÓA KẾT TỦA SiO 2 VÀ CÁC YẾU
TỐ ẢNH HƯỞNG 66
3.2.1 Nghiên cứu xác định thời gian phù hợp trong quá trình già hóa 66
3.2.2 Nghiên cứu xác định chế độ nhiệt phù hợp trong quá trình già hóa
68
3.2.3 Nghiên cứu xác định môi trường phù hợp trong quá trình già hóa 71
3.3 NGHI N CỨU CHẾ Đ L C, RỬ , TÁCH KẾT TỦ . 72
3.3.1 Nghi n cứu phương pháp lọc, rửa ết tủa SiO 2 .xH 2 O . 72
3.3.2 Ảnh hưởng của chất liệu vải lọc đến quá trình và hiệu suất lọc tách
kết tủa SiO 2 .xH 2 O trên thiết bị lọc khung bản . 75
3.3.3 Ảnh hưởng của việc xử lý vải lọc đến hiệu suất lọc kết tủa
SiO 2 .xH 2 O 76
3.4 NGHIÊN CỨU CÔNG NGH SẤY NUNG KẾT TỦA SiO 2 .xH 2 O . 77 IV

3.4.1 Nghiên cứu xác định chế độ nhiệt phù hợp trong quá trình sấy kết
tủa SiO 2 .xH 2 O 78
3.4.2 Nghiên cứu xác định thời gian phù hợp trong quá trình sấy kết tủa
SiO 2 .xH 2 O 79
3.4.3 Nghiên cứu, lựa chọn kỹ thuật và thiết bị sấy phù hợp 80
3.5 NGHIÊN CỨU THU HỒI NH 4 F 82
3.5.1 Biện pháp xử lý thu hồi NH 4 F trong nước lọc . 82
3.5.2 Cô ết tinh thu hồi h n hợp muối NH 4 F và NH 4 HF 2 khô 85
3.5.3 Cô thu hồi dung dịch NH
4
F nồng độ xấp xỉ 40% 86
3.6 XÂY DỰNG QUY TR NH ĐIỀU CHẾ NANO SILICA 87
3.6.1 Quy trình điều chế nano silica 87
3.6.2 Tính chất của sản phẩm nano SiO 2 . 88
3.7 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THỬ NGHI M SẢN PHẨM SiO 2
TRONG CÔNG NGHI P CAO SU . 92
3.7.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica tới cấu trúc, tính chất của
cao su thiên nhiên (CSTN) . 92
3.7.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica tới cấu trúc, tính chất của
cao su styren butadien (SBR) . 97
3.7.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica tới cấu trúc, tính chất của vật
liệu blend CSTN/SBR 100
KẾTLUẬN 104
TÀI LI U THAM KHẢO 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TR NH ĐÃ CÔNG BỐ 116
PHỤ LỤC 117






V

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ KÝ TỰ VIẾT TẮT

STT Ký tự viết tắt Nội dung
1 ACM Cao su acrylic (Alkyl acrylate copolymer)
2 BET Đo hấp phụ đẳng nhiệt nitơ (Brunauer–Emmet–Teller)
3 BR Cao su butadien (Butadiene rubber)
4 CR Cao su clopren (Chloroprene rubber)
5 CR–CSM Polyclopren/clorosunfonat polyetylen
6 CSM
Clorosunfonat polyetylen (Chlorosulfonated
Polyethylene)
7 CSTN Cao su thiên nhiên (Natural rubber)
8 CTAB Cetyl trimetylamôni brômua
9 DSC
Nhiệt lượng quét vi sai ( Differential scanning
calorimetry)
10 ENR Cao su thiên nhiên epoxy hóa (Epoxidized natural rubber)
11 EPDM
Cao su etylen–propylen–dien đồng trùng hợp (Ethylene
propylene diene monomer rubber)
12 FESEM
Kính hiển vi điện tử quét trường phát x (Field emission
scanning electron microscope)
13 FT–IR Phổ hồng ngo i (Fourrier transformation infrared)
14 LDPE Polyetylen tỷ trọng thấp (Low density polyethylene)
15 MPS
Mecaptopropyl trimetoxysilan
(Mercaptopropyltrimethoxysilane)
16 MPTMS
Metacryloxypropyl trimetoxysilan (Mertacryloxypropyl
trimethoxysilane)
17 NBR Cao su nitril butadien (Nitrile butadiene rubber)
18 NR/SiO 2 Cao su thiên nhiên với nano silica (Natural rubber/SiO 2 )
19 ODC Tâm khuyết oxi (Oxygen–deficient centers)
20 phr phần trăm của nhựa (Part per hundred resin)
21 PP Nhựa Polypropylen (Polypropylene)
22 PS Polystyren (Polystyrene)
23 SBR Cao su stiren butadien (Styrene butadiene rubber)
24 SEM
Phương pháp ính hiển vi điện tử quét (Scanning electron
microscope)
25 STE Bẫy kích thích (Self trapped exciton) VI

26 TEM
Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron
microscope)
27 TEOS Tetraetoxysilan (Tetraethoxysilane)
28 TESPT
Trietoxysilylpropyltetrasunfua
(Triethoxysilylpropyltetrasulfur)
29 TG/DSC
Nhiệt trọng lượng và nhiệt lượng quét vi sai
(Thermogravimetry /Differential scanning calorimetry)
30 TGA
Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermal gravimetric
analysis)
31 TMOS Tetrametyl octosilicat (Tetramethyl octhorsilicate)
32 TPVs Blend của polypropylen và cao su EPDM lưu h a động
33 XRD Phương pháp nhiễu x tia X (X–ray diffraction)
34 XRF Phân tích tán x huỳnh quang tia X (X–ray fluorescence)
















VII

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Thành phần hóa học của dung dịch H 2 SiF 6 t i Nhà máy D P Đình
Vũ (Hải Phòng) 37
Bảng 2.2. Thành phần hóa học của dung dịch axit H 2 SiF 6 t i Nhà máy Supe
phốt phát và hóa chất Lâm Thao . 38
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của môi trường phản ứng đến quá trình và tính chất
kết tủa SiO 2 .xH 2 O 45
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch H 2 SiF 6 đến quá trình kết tủa
SiO 2 .xH 2 O và tính chất của sản phẩm SiO 2 48
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NH 3 đến quá trình kết tủa
SiO 2 .xH 2 O và tính chất sản phẩm SiO 2 . 51
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ n p liệu đến quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O. 53
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O và tính
chất sản phẩm SiO 2 56
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O
và tính chất sản phẩm SiO 2 58
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của pH khi kết thúc phản ứng đến tính chất kết tủa
SiO 2 .xH 2 O và sản phẩm SiO 2 61
Bảng 3.8. Các thông số kỹ thuật của quá trình kết tủa SiO 2 .xH 2 O . 63
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian già h a đến tính chất của ết tủa
SiO 2 .xH 2 O và sản phẩm SiO 2 67
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ già h a đến tính chất của ết tủa
SiO 2 .xH 2 O và sản phẩm SiO 2 69
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của pH trong quá trình già h a đến tính chất ết tủa
SiO 2 .xH 2 O và sản phẩm SiO 2 71
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của chất liệu vải lọc đến hiệu suất lọc kết tủa
SiO 2 .xH 2 O . 75
Bảng 3.13. Hiệu suất thu hồi kết tủa SiO 2 .xH 2 O trước và sau khi xử lý vải
lọc 77 VIII

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến độ ẩm của sản phẩm SiO 2 khi
sấy kết tủa ẩm trong thiết bị sấy tĩnh . 79
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến độ ẩm của sản phẩm SiO 2 khi
sấy kết tủa ẩm trong thiết bị sấy chân hông dưới áp suất hoảng 200 mmHg
. 80
Bảng 3.16. Thành phần hóa học của dung dịch nước lọc sau khi tách kết tủa
SiO 2 .xH 2 O . 83
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của nhiệt độ và hệ số cô đ c đến hiệu suất thu hồi
NH 4 F và NH 4 HF 2 ở pha rắn 86
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của thời gian cô đ c đến nồng độ dung dịch NH
4
F 87
Bảng 3.19. Thành phần hóa học của sản phẩm SiO 2 88
Bảng 3.20. Chất lượng sản phẩm nano SiO 2 sản xuất thử dùng cho cao su . 91
Bảng 3.21. Ảnh hưởng của hàm lượng nano SiO 2 tới tính chất cơ học của vật
liệu CSTN/nano silica . 93
Bảng3.22. Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu CSTN/nano silica 94
Bảng 3.23. Ảnh hưởng của hàm lượng dầu trẩu tới tính chất cơ học của vật
liệu CSTN/nanosilica chế t o theo phương pháp cán trộn qua chất dẫn . 96
Bảng 3.24. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của
vật liệu cao su tr n cơ sở SBR và các phụ gia . 97
Bảng 3.25.Hệ số già hoá của vật liệu trong môi trường hông hí và nước
muối 10% NaCl . 100
Bảng 3.26. Ảnh hưởng của hàm lượng nano silica tới tính chất cơ học của
vật liệu blend tr n cơ sở CSTN/SBR và các phụ gia 101
Bảng 3.27. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới hệ số già hoá của vật liệu
trong hông hí và nước muối 103


IX

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Mô hình cấu tr c tứ diện của silica (SiO 4 ) . 3
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của silica 4
Hình 1.3. Nồng độ và số lượng nhóm silanol phụ thuộc vào ích thước h t
silica [99] . 7
Hình 1.4. Sự thay đổi diện tích bề m t h t silica phụ thuộc vào ích thước
[99] 8
Hình 1.5. Các phổ quang phát quang (photoluminescence spectra) của h t
nano silica với các ích thước khác nhau [99] 10
Hình 1.6. Sơ đồ điều chế nano silica bằng phương pháp sol – gel [100] . 13
Hình 1.7. Phản ứng c thể xảy ra của tetraal oxysilan [71 . 14
Hình 1.8. Xúc tác axit [95] . 15
Hình 1.9. X c tác bazơ [95 16
Hình 2.1. Thiết bị kết tủa SiO 2 .xH 2 O . 38
Hình 2.2. Thiết bị lọc chân không 40
Hình 3.1. Ảnh hưởng của trình tự n p liệu đến thể tích khối huyền phù . 44
Hình 3.2. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 điều chế với trình tự n p liệu khác
nhau . 45
Hình 3.3. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 khi bổ sung dung dịch NH 3 vào H 2 SiF 6
(M2) . 46
Hình 3.4. Giản đồ phân bố ích thước h t theo hàm Gauss của mẫu SiO 2 khi
bổ sung dung dịch NH 3 vào dung dịch H 2 SiF 6 (M2) 46
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ H 2 SiF 6 đến thể tích khối huyền phù 48
Hình 3.6. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 với các nồng độ dung dịch H 2 SiF 6
khảo sát khác nhau . 49
Hình 3.7. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 với nồng độ dung dịch H 2 SiF 6 ở 12% 49
Hình 3.8. Giản đồ phân bố ích thước h t của mẫu SiO 2 khi nồng độ dung
dịch H 2 SiF 6 bằng 12% (M5) 49 X

Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NH 3 đến thể tích huyền phù
của các mẫu ở các nồng độ NH 3 khác nhau 51
Hình 3.10. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 t i các nồng độ dung dịch NH 3 khảo
sát khác nhau . 52
Hình 3.11. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 khi nồng độ NH 3 bằng 20% 52
Hình 3.12. Phân bố ích thước của mẫu SiO 2 khi nồng độ NH 3 bằng 20% . 52
Hình 3.13. Thể tích khối huyền phù ở các điều kiện tốc độ n p liệu khác
nhau . 53
Hình 3.14. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 t i các tốc độ n p liệu khác nhau
khảo sát khác nhau . 54
Hình 3.15. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 khi tốc độ n p liệu bằng 5 ml/phút . 54
Hình 3.16. Giản đồ phân bố ích thước của mẫu SiO 2 khi tốc độ n p liệu
bằng 5 ml/phút . 55
H nh Thể tích hối huyền ph của các mẫu ở nh ng điều iện nhiệt độ
khác nhau . 55
Hình 3.18. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 thu được khi thực hiện quá trình kết
tủa t i các nhiệt độ khác nhau . 57
Hình 3.19. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 thu được ở nhiệt độ 30
o
C . 57
Hình 3.20. Giản đồ phân bố ích thước h t của mẫu SiO 2 thu được ở
30
o
C 58
H nh Thể tích hối huyền ph của các mẫu ở chế độ huấy trộn hác
nhau . 58
Hình 3.22. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 với các tốc độ khuấy trộn khác
nhau 60
Hình 3.23. Giản đồ phân bố ích thước h t của mẫu SiO 2 thu được khi tốc
độ khuấy bằng 180 vòng/phút . 60
Hình 3.24. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 thu được khi tốc độ khuấy trộn bằng
180 vòng/phút 60
H nh Thể tích hối huyền ph ở các giá trị pH t i điểm ết th c phản
ứng . 61 XI

Hình 3.26. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 khi kết thúc kết tủa SiO 2 .xH 2 O t i
các giá trị pH dung dịch khác nhau . 62
Hình 3.27. Giản đồ phân bố ích thước h t của mẫu SiO 2 thu được khi pH
kết thúc phản ứng bằng 8,5 62
Hình 3.28. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 thu được khi pH kết thúc phản ứng bằng
8,5 62
Hình 3.29. Thế zeta của kết tủa SiO 2 .xH 2 O t i điều kiện tối ưu 64
Hình 3.30. Sự phân bố ích thước của kết tủa SiO 2 .xH 2 O t i điều kiện tối
ưu .65
Hình 3.31. Ảnh SEM của sản phẩm SiO 2 . 66
Hình 3.32. Ảnh TEM của sản phẩm SiO 2 . 66
H nh Thể tích huyền ph của các mẫu ở các thời gian già h a hác
nhau . 67
Hình 3.34. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 thu được từ kết tủa SiO 2 .xH 2 O đã được
già hoá trong các khoảng thời gian khác nhau 68
H nh Thể tích hối huyền ph của các mẫu ở các nhiệt độ già h a hác
nhau . 69
Hình 3.36. Hình thái cấu trúc của mẫu SiO 2 thu được từ kết tủa SiO 2 .xH 2 O
đã được già hoá t i các nhiệt độ khác nhau 69
Hình 3.37. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 thu được khi già hóa ở nhiệt độ 30
o
C 70
Hình 3.38. Giản đồ phân bố ích thước h t của mẫu SiO 2 thu được khi già
hóa kết tủa ở nhiệt độ 30
o
C 70
H nh Thể tích hối huyền ph của các mẫu ở các giá trị pH già h a
hác nhau . 71
Hình 3.40. Ảnh SEM của các mẫu SiO 2 thu được hi làm già ết tủa
SiO 2 .xH 2 O t i các giá trị pH dung dịch khác nhau . 72
Hình 3.41. Giản đồ phân bố ích thước h t của mẫu SiO 2 thu được khi làm
già kết tủa ở pH bằng 8,0 72
Hình 3.42. Ảnh TEM của mẫu SiO 2 thu được khi làm già kết tủa SiO 2 .xH 2 O
ở pH bằng 8,0 72 XII

Hình 3.43. Thiết bị lọc khung bản và sơ đồ kết nối thiết bị lọc khung bản
d ng để lọc, rửa kết tủa huyền phù SiO 2 .xH 2 O . 74
Hình 3.44. Ảnh SEM (trái) và TEM (phải) của mẫu nano SiO 2 thu được sau
khi lọc rửa với vải lọc chứa 100% sợi cotton và sấy ở nhiệt độ 170
o
C 76
Hình 3.45. Giản đồ nhiệt TG/DSC của mẫu kết tủa SiO 2 .xH 2 O ẩm sau khi
lọc rửa trên thiết bị lọc khung bản . 79
Hình 3.46. Mô hình hệ thống thiết bị sấy phun công nghiệp . 82
Hình 3.47. Giản đồ tan của muối NH 4 F và NH 4 HF 2 trong dung dịch nước . 83
Hình 3.48. Phổ XRD của h n hợp muối thu được sau khi cô kết tinh nước
lọc 85
Hình 3.49. Sơ đồ công nghệ sản xuất nano SiO 2 từ dung dịch H 2 SiF 6 87
Hình 3.50. Giản đồ nhiễu x tia X của sản phẩm SiO 2 [3] 89
Hình 3.51. Giản đồ nhiễu x tia X của sản phẩm SiO 2 . 89
Hình 3.52. Phổ hồng ngo i biến đổi (IR–FT) của sản phẩm SiO 2 . 89
Hình 3.53. Đường hấp phụ và nhả hấp phụ đẳng nhiệt nitơ [3 . 90
Hình 3.54. Đường hấp phụ và nhả hấp phụ đẳng nhiệt nitơ của sản phẩm
nano silica 91
Hình 3.55. Ảnh FESEM bề m t gãy mẫu vật liệu cao su CSTN/3% nano–
SiO 2 (trái) và CSTN/7% nano–SiO 2 (phải) . 94
Hình 3.56. Giản đồ TGA mẫu vật liệu CSTN (trái) và CSTN/3% nano SiO 2
(phải) 95
Hình 3.57. Ảnh hưởng của hàm lượng dầu trẩu tới độ mài mòn (a), độ bền
éo đứt (b), độ cứng (c), độ dãn dài hi đứt (d) của vật liệu CSTN/nanosilica
chế t o theo phương pháp cán trộn qua chất dẫn 96
Hình 3.58. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền éo đứt (trên
b n trái), độ dãn dài hi đứt (trên bên phải), độ mài mòn (dưới b n trái), độ
cứng (dưới bên phải) của vật liệu cao su SBR/nano silica 98
Hình 3.59. Ảnh SEM m t cắt mẫu vật liệu từ SBR gia cường bằng 7 % nano
silica (trái) và 15 % nano silica (phải) . 99
Hình 3.60. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền éo đứt (trên
b n trái), độ dãn dài hi đứt (trên bên phải), độ mài mòn (dưới b n trái), độ XIII

cứng (dưới bên phải) của vật liệu blend tr n cơ sở CSTN/SBR và các phụ gia
. 101
Hình 3.61. Ảnh FESEM bề m t cắt mẫu vật liệu compozit tr n cơ sở blend
CSTN/SBR và 12% nano-SiO 2 (trái) và 7% nano-SiO 2

(phải) . 102

1

MỞ ĐẦU
Axit flosilixic (H 2 SiF 6 ) là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phân bón từ
qu ng floapatit c tính độc h i và tính ăn mòn cao. Với lượng phát sinh khoảng
25.000 tấn/năm như hiện nay ở nước ta, đây là vấn đề thách thức không nhỏ đối với
các cơ sở sản xuất trong vấn đề xử l môi trường [20, 23]. Các phương pháp đã và
đang được áp dụng t i các cơ sở sản xuất hiện nay chưa thực sự triệt để và hiệu quả;
sản phẩm thu hồi được là Na 2 SiF 6 có tính ứng dụng thấp, nhiều khi phải lưu tr
trong kho thời gian dài.
Để xử lý và sử dụng có hiệu quả nguồn chất thải axit flosilixic này đã có
nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đi theo hướng t o ra các sản phẩm
chứa silic và flo riêng biệt. Nhóm tác giả của Viện Hóa học Việt Nam đã nghi n
cứu trung hòa axit flosilixic bằng dung dịch amoniac để t o ra nano silica, thử
nghiệm sử dụng nano silica thu được làm chất độn gia cường cho cao su [3]. Tuy
nhiên với kết quả nghiên cứu mang tính thăm dò và định hướng công trình mới
khảo sát sơ bộ một số yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình điều chế và chất
lượng sản phẩm nano silica như môi trường phản ứng, nhiệt độ phản ứng, chất biến
tính. Điều quan trọng là quy trình công nghệ mà công trình công bố mới chỉ dừng
l i ở quy mô phòng thí nghiệm với các mẻ phản ứng có khối lượng nhỏ; quá trình
lọc rửa huyền phù silica phải được thực hiện trên giấy lọc với chất đệm tăng cường
là (NH 4 ) 2 CO 3 , sản phẩm muốn có tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp phải có thêm công
đo n biến tính kết tủa nano silica bằng n-hexan và xử lý nhiệt ở nhiệt độ 750
o
C.
Luận án “Nghi n cứu điều chế SiO 2 ích thước nanomet từ chất thải H 2 SiF 6
phát sinh trong quá trình chế biến qu ng apatit Việt Nam” là công trình kế tục
hướng nghiên cứu nói trên. Với mục tiêu xây dựng được quy trình công nghệ điều
chế nano silica từ chất thải H 2 SiF 6 đồng bộ, không nh ng t o ra các sản phẩm nano
silica và NH 4 F có tính ứng dụng và hiệu quả cao mà còn góp phần giải quyết triệt
để vấn đề xử l môi trường t i các cơ sở sản xuất. Sản phẩm nano silica t o ra đ t
yêu cầu làm chất độn cho cao su với các đ c tính kỹ thuật như: hàm lượng SiO 2 cao
(≥ 99,9%), ích thước h t cơ bản nhỏ (10 ư 20 nm), bề m t riêng theo BET lớn (120
ư 220 m
2
/g). Sản phẩm phụ NH 4 F được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
như: chế biến qu ng titan theo phương pháp amoni florua, phân giải cát trắng để
điều chế nano silica, điều chế criolit dùng trong công nghiệp điện phân nhôm.
Kết quả nghiên cứu của luận án là bước phát triển hoàn thiện cơ bản về cơ
sở lý thuyết, thực tiễn của quá trình điều chế nano silica từ H 2 SiF 6 so với các kết
quả nghiên cứu mà tác giả luận án đã tham gia trước đây tr n c ng một đối tượng
nghiên cứu.


2

Nội dung nghiên cứu của luận án:
- Khảo sát thực tr ng khả năng phát sinh chất thải axit flosilixic và các
phương pháp xử lý t i các công ty sản xuất phân bón từ qu ng apatit Việt
Nam;
- Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình kết tủa
SiO 2 .xH 2 O từ dung dịch H 2 SiF 6 và dung dịch NH 3 ;
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng quá trình đến già hóa kết tủa
SiO 2 .xH 2 O;
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc, rửa kết tủa
SiO 2 .xH 2 O;
- Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp sấy, xử lý nhiệt kết tủa SiO 2 .xH 2 O;
- Nghiên cứu thử nghiệm sản phẩm nano silica làm chất độn trong cao su.