1. Trang Chủ
  2. Khoa học tự nhiên
  3. Khoá luân tốt nghiệp cử nhân hoá học: Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính hút ẩm của silicagel từ tro trấu

Khoá luân tốt nghiệp cử nhân hoá học: Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính hút ẩm của silicagel từ tro trấu

Khoá luận này hướng tới mục đích nhằm nghiên cứu điều chế silicagel và tìm hiểu ứng dụng của nó sẽ giúp nâng cao giá trị sử dụng của vỏ trấu, giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường và có thể tăng thêm thu nhập cho người dân. Mời các bạn cùng tham khảo! BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ GVHD: Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết MSSV: K36.106.051 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm

Thể loại Tài liệu miễn phí Khoa học tự nhiên

Số trang 54

Ngày tạo 10/20/2021 3:25:11 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.24 M

Tên tệp

Tải Khoá luân tốt nghiệp cử nhân hoá học: Tổng hợp và ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ GVHD: Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết MSSV: K36.106.051 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014
  2. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 1
  3. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Lời cám ơn Lời đầu tiên em xin được gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới cô Nguyễn Thị Trúc Linh – người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt khoảng thời gian thực hiện khóa luận này. Em cũng xin gửi lời cám ơn đến các Thầy, Cô thuộc Bộ môn Hóa Vô Cơ cũng như tất cả các Thầy, Cô trong Khoa đã truyền đạt những kiến thức hữu ích đồng thời tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành khoá luận này. Em xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè cũng như những người bạn vẫn luôn bên cạnh động viên, nhiệt tình giúp đỡ những lúc khó khăn để em có thể hoàn thành tốt bài khóa luận này. Do thời gian, điều kiện cũng như kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên khóa luận này chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của thầy cô và các bạn để bài khóa luận trở nên hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cám ơn tất cả mọi người! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014 Sinh viên thực hiện Đào Thị Ánh Tuyết SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 2
  4. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh MỤC LỤC Danh mục hình vẽ và bảng biểu .......................................................................... 5 1.1 Vỏ trấu ........................................................................................................... 9 1.1.1 Nguồn gốc của vỏ trấu ........................................................................... 9 1.1.2 Hiện trạng chất thải vỏ trấu tại việt nam ............................................. 10 1.1.3 Các ứng dụng của vỏ trấu hiện nay ..................................................... 11 1.1.3.1 Dùng vỏ trấu để lọc nước .............................................................. 11 1.1.3.3 Vỏ trấu làm vật liệu xây dựng nhẹ không nung............................. 13 1.1.3.4 Vỏ trấu còn có thể làm nguyên liệu xây dựng sạch ....................... 13 1.1.3.5 Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ ..................................................... 14 1.1.3.6 Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu................................................ 15 1.1.3.7 Sử dụng làm chất đốt ..................................................................... 15 1.2 Tro trấu ........................................................................................................ 17 1.2.1 Thành phần hóa học ............................................................................. 17 1.2.2 Các ứng dụng của tro trấu ................................................................... 18 1.2.2.1 Aerogel – mặt hàng công nghệ cao ............................................... 18 1.2.2.2 Điều chế silic đioxit ....................................................................... 20 1.2.3 Các ứng dụng khác của vỏ trấu................................................................ 20 1.3 Vật liệu hút ẩm............................................................................................. 20 1.3.1 Các loại vật liệu hút ẩm chính.............................................................. 20 1.3.2 Silicagel ................................................................................................ 21 1.3.2.1 Tình hình nghiên cứu ..................................................................... 22 1.3.2.2 Cấu trúc của silicagel.................................................................... 22 1.3.2.3 Tính chất của silicagel .................................................................. 24 SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 3
  5. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh 1.3.2.4 Cơ chế hoạt động........................................................................... 25 1.3.2.5 Ứng dụng của silicagel .................................................................. 25 1.3.2.6 Các phương pháp điều chế silicagel ............................................. 26 2.1 Dụng cụ, thiết bị .......................................................................................... 28 2.2 Hóa chất ...................................................................................................... 28 2.3 Điều chế silicagel ........................................................................................ 29 2.4 Xác định đặc trưng của vật liệu .................................................................. 32 2.4.1 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) ........................... 32 2.4.2 Phương pháp đo lỗ xốp ........................................................................ 34 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HNO3 trong giai đoạn 2 ...................... 37 3.2 Ảnh hưởng của sự có mặt cacbon hoạt tính trong giai đoạn 1’ .................. 39 3.3 Ảnh hưởng của phương thức rửa mẫu trong giai đoạn 4 ........................... 41 3.4 Ảnh hưởng của chất nhận diện (CoCl2.nH2O) trong giai đoạn 5 ............... 42 3.5 Chi phí và chất lượng của các mẫu điều chế được ..................................... 42 3.6 Khảo sát chất lượng của mẫu silicagel điều chế được với mẫu silicagel trên thị trường ...................................................................................................................... 45 Phụ lục ............................................................................................................... 47 SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 4
  6. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Danh mục hình vẽ và bảng biểu Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sản lượng lúa trong năm gần đây .................................................................... 3 Hình 1.2 Vỏ trấu thải bỏ ra sông ..................................................................................... 4 Hình 1.3 Thiết bị lọc nước bằng vỏ trấu ......................................................................... 5 Hình 1.4 Các sản phẩm làm từ vỏ trấu ........................................................................... 7 Hình 1.5 Máy ép củi trấu, thanh củi trấu ........................................................................ 8 Hình 1.6 Lò đốt sử dụng vỏ trấu dùng trong sinh hoạt ................................................... 9 Hình 1.7 Lò đốt sử dụng vỏ trấu trong luyện gạch ....................................................... 10 Hình 1.8 Aerogel làm từ vỏ trấu .................................................................................... 12 Hình 1.9 Silicagel trên thị trường ................................................................................. 15 Hình 1.10 Silicagel trong tự nhiên ................................................................................ 16 Hình 1.11 Bề mặt silicagel ............................................................................................ 17 Hình 1.12 Quá trình mất nước trên bề mặt .................................................................. 18 Hình 2.1 Hàm lượng silic .............................................................................................. 23 Hình 2.2 Hệ thống soxhlet ............................................................................................. 24 Hình 3.1 Kết quả đo diện tích bề mặt riêng .................................................................. 31 Hình 3.2a Gel tạo bởi dung dịch HNO3 1N ................................................................... 32 Hình 3.2b Gel tạo bởi dung dịch HNO3 3N ................................................................... 32 Hình 3.3 So sánh khả năng hút ẩm của Si1N và Si3N ................................................... 32 Hình 3.4a Gel tạo bởi dung dịch HNO3 3N ................................................................... 33 Hình 3.4b Gel tạo bởi dung dịch HNO3 3N có thêm than hoạt tính.............................. 33 Hình 3.5 Kết quả đo diện tích bề mặt riêng .................................................................. 34 Hình 3.6 Kết quả đo độ hút ẩm...................................................................................... 34 Hình 3.7a Kết quả đo diện tích bề mặt riêng ................................................................ 35 Hình 3.7b Kết quả đo độ hút ẩm.................................................................................... 35 Hình 3.8 Kết quả đo độ hút ẩm của các mẫu ................................................................ 36 Hình 3.9 Kết quả đo độ hút ẩm của các mẫu Si1N, Si3N, Si3NC, Si3NC-R và mẫu thị trường ............................................................................................................................ 39 Hình 3.10 Kết quả đo BET của mẫu Si1N ..................................................................... 47 SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 5
  7. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Hình 3.11 Kết quả đo lỗ xốp của mẫu Si1N .................................................................. 47 Hình 3.12 Kết quả đo BET của mẫu Si3N ..................................................................... 48 Hình 3.13 Kết quả đo lỗ xốp của mẫu Si3N .................................................................. 48 Hình 3.14 Kết quả đo BET của mẫu Si3NC .................................................................. 49 Hình 3.15 Kết quả đo lỗ xốp của mẫu Si3NC................................................................ 49 Hình 3.16 Kết quả đo BET của mẫu Si3NC-R............................................................... 50 Hình 3.17 Kết quả đo lỗ xốp của mẫu Si3NC-R ............................................................ 50 SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 6
  8. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu ....................................................................... 2 Bảng 1.2 Chi phí sử dụng các nguồn nguyên liệu năm 2006 ........................................ 16 Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu ........................................................... 18 Bảng 2.1 Bảng ký hiệu mẫu ........................................................................................... 33 SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 7
  9. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh MỞ ĐẦU Tháng 10 năm 2012, Việt Nam đạt sản lượng gạo trên 8 triệu tấn. Năm 2013, sản lượng gạo cả nước ước tính đạt hơn 44 triệu tấn. Như vậy, hàng năm lượng vỏ trấu tách ra từ quá trình xay xát lúa là vô cùng lớn. Trấu sau khi đốt sẽ tạo thành tro. Tro trấu chứa 80 – 90% khối lượng là SiO2 vô định hình có hoạt tính hóa học rất cao, đây là nguyên liệu để sản xuất, tổng hợp rất nhiều sản phẩm có giá trị và có nhiều tính chất quý giá như các chất phụ gia trong công nghiệp xi măng, một số loại aerogel, zeolit, silicagel,… Silicagel có vai trò rất quan trọng trong công nghệ hóa học từ đơn giản đến phức tạp. Dựa vào khả năng hút ẩm của silicagel nên chúng đươc sử dụng làm chất bảo quản trong ngành thực phẩm, công nghiệp sản xuất thiết bị điện tử, dược phẩm, nông sản, quần áo và các ngành quan trọng khác. Ngoài ra, hạt silicagel cũng được sử dụng làm chất xúc tác trong ngành hóa dầu, thực phẩm, cho rượu bia và các sản phẩm y tế khác. Xuất phát từ nguồn nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam và khả năng ứng dụng thực tiễn của vỏ trấu, chúng tôi chọn “TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH HÚT ẨM CỦA SILICAGEL TỪ TRO TRẤU” làm khóa luận tốt nghiệp.Việc nghiên cứu điều chế silicagel và tìm hiểu ứng dụng của nó sẽ giúp nâng cao giá trị sử dụng của vỏ trấu, giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường và có thể tăng thêm thu nhập cho người dân. SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 8
  10. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vỏ trấu 1.1.1 Nguồn gốc của vỏ trấu [4] Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô, lúa mì, sắn (tên khác khoai mì) và khoai tây. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài của thóc thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu xenlulozơ, lignin, ngoài ra có thêm thành phần khác như là hợp chất nitơ và vô cơ. Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu [1] Thành phần chủ yếu Tỷ lệ theo khối lượng (%) Xenlulozơ 43,30 Lignin 22,00 D – xylozơ 17,52 D – galactozơ 2,37 Axit metyl glucuronic 3,27 Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycacbonhydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, tro trấu chứa trên 80% là silic oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, như là: làm chất tăng cường lực cho các loại cao su (cao su tự nhiên, cao su butadien – stiren và cao su lưu hóa), làm phụ gia hóa dẻo cho một số dung dịch hoặc hệ thống nhiệt nhựa dẻo và chất rắn, làm tăng độ cứng, tăng độ bền cho các vật liệu nhựa dẻo, đóng vai trò như một chất mang của một số phụ gia trong thức ăn gia súc, thuốc bảo vệ thực vật. SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 9
  11. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh 1.1.2 Hiện trạng chất thải vỏ trấu tại việt nam [7] Sản lượng lúa trong khoảng thời gian từ năm 2005 – 2011 được trình bày ở biểu đồ dưới đây. Sản lượng lúa 44000 42000 40000 38000 36000 34000 32000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Hình 1.1 Sản lượng lúa trong những năm gần đây (Nguồn: Theo niên giám thống kê năm 2012) Từ hình trên chúng ta thấy rằng, sản lượng lúa hàng năm tăng lên rất nhiều và đạt đến mức 42,3 nghìn tấn lúa/năm (năm 2011). Do đó lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều. Chúng thường không được sử dụng hết nên phải đem đốt hoặc đổ xuống sông để tiêu hủy. Theo khảo sát, tại đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) khoảng hơn 3 triệu tấn/năm, nhưng chỉ khoảng 10% trong số đó được sử dụng, về sau trấu còn được dùng làm củi trấu (trấu ép lại thành dạng thanh), nhưng cũng chỉ sử dụng được khoảng 12.000 tấn vỏ trấu/năm. Tại ĐBSCL, các nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch. Trấu trôi lềnh bềnh khắp nơi và chìm xuống đáy gây ô nhiễm nguồn nước. Tại đây, trấu được sử dụng để làm chất đốt, nhưng trấu thuộc loại chất đốt cồng kềnh, để sử dụng được trấu một số hộ gia đình phải vận chuyển nhiều lần và phải có nhà rộng để chứa. Trung bình mỗi ngày mỗi nhà máy xay xát ở tỉnh Hậu Giang thải ra 24,5 tấn trấu. Lượng trấu thải ra không được tiêu thụ ngay, ứ đọng lại. Các nhà máy thường un trấu thành phân trấu, đổ thành đống cao. Ở một số huyện vùng sâu thuộc thành phố Cần Thơ và tỉnh An Giang bức xúc trước tình trạng một lượng lớn vỏ trấu trôi khắp mặt sông, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt. Dọc một số bờ sông ở quận Ô Môn, huyện Thới Lai, huyện Cờ Đỏ của thành phố Cần Thơ như SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 10
  12. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh sông Thị Đội, sông Ngang… sẽ thấy rất nhiều vỏ trấu trôi trên mặt sông. Bờ sông ngập một màu vàng của vỏ trấu. Nước sông ở những đoạn này vốn đã ô nhiễm, giờ quyện với mùi vỏ trấu phân hủy tạo nên một mùi rất khó chịu. Những con sông này bị ô nhiễm nặng nề nên không thể dùng nước để sinh hoạt được. Chính vì vậy, một lượng vỏ trấu thải ra sông như thế mà người dân ở đây không có nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến giao thông qua lại của ghe tàu cũng như việc nuôi cá ở đây bị cản trở khi dòng nước bị ô nhiễm quá nặng. Hình 1.2 Vỏ trấu thải bỏ ra sông Lượng vỏ trấu quá nhiều, không còn chỗ chứa thì cách duy nhất là đổ ra sông để nước sông cuốn trôi. Vì thế chúng ta cần biết các công dụng của vỏ trấu để ứng dụng và sử dụng đúng cách nếu không vỏ trấu sẽ trở thành tác nhân gây nên ô nhiễm môi trường làm ảnh hưởng đến đời sống của người dân sống xung quanh khu vực đó. 1.1.3 Các ứng dụng của vỏ trấu hiện nay 1.1.3.1 Dùng vỏ trấu để lọc nước [15] Tại thành phố Hải Dương,ông Nguyễn Trọng Việt đã phát minh ra cách chế tạo thiết bị lọc nước từ vỏ trấu, có khả năng lọc thẳng nước ao, hồ thành nước uống sạch. Cốt lõi của thiết bị là một cụm sứ xốp trắng, hình trụ nằm trong chiếc bình lọc. Ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 1 năm đến 7 năm). SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 11
  13. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Hình 1.3 Thiết bị lọc nước bằng vỏ trấu  Quy trình tạo ra cụm sứ xốp trắng - Vỏ trấu sau khi xử lí sẽ thu được than hoạt tính và oxit silic. Lượng oxit silic này sau khi trộn với phụ gia sẽ được nghiền nước. Hỗn hợp thu được sẽ được ủ từ 48h – 72h. Sau đó tiến hành đổ vào khuôn và nung ở 1200oC. Sản phẩm tạo thành là sứ thành phẩm dùng trong thiết bị lọc nước. Thiết bị còn có khả năng khử được mùi của nguồn nước bị ô nhiễm, khử chất dioxin do có bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính. Để kiểm tra tính hiệu quả, an toàn của thiết bị lọc nước, năm 2003, trung tâm y tế dự phòng tỉnh Hải Dương đã lấy mẫu nước hồ Bạch Đằng, nơi bị ô nhiễm nặng trong thành phố Hải Dương, đem xử lí qua thiết bị lọc bằng vỏ trấu. Kết quả cho thấy: nước hồ sau xử lí đạt tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống về các chỉ tiêu vi sinh. Mặt khác việc bảo dưỡng lõi lọc khá đơn giản, chỉ cần dùng giẻ lau hoặc khăn mặt lau sạch là lõi lọc trắng, tốc độ lọc như ban đầu. 1.1.3.2 Trấu và các phế phẩm khác có thể làm pin sạc [5] SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 12
  14. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Trấu, vỏ đậu phộng (lạc), bã mía và các loại phế phẩm khác từ nông nghiệp, thông qua một quá trình chế biến đặc biệt có thể thu được một loại nguyên liệu cacbon cách điện cao, làm cực dương cho pin ion liti, đạt được kỳ tích sạch, xanh môi trường. Khoa hóa học chuyên về vật liệu trung ương Đài Loan đã nghiên cứu và phát triển công nghệ liti. Nghiên cứu này sử dụng vỏ trấu, vỏ đậu phộng, bã mía và các loại phế phẩm nông sản, thông qua sự xử lý axit và các tác nhân tạo lỗ xốp, sau khi nung ở nhiệt độ cao có thể thu được vật liệu cacbon có công suất điện áp cao, ban đầu có thể đảo ngược điện dung, cao nhất mỗi tiếng có thể đạt đến 1650 mA/gram, cao hơn nhiều so với graphit thương mại dùng để tích trữ điện, điện dung một tiếng 370 mA/gram. Điều đáng tiếc là vật liệu cacbon điện áp cao này lần đầu không thể đảo ngược điện dung quá lớn, sau khi sử dụng lần đầu tiên sẽ bị tổn thất nhiều điện năng. 1.1.3.3 Vỏ trấu làm vật liệu xây dựng nhẹ không nung [5] Vật liệu gồm vỏ trấu nghiền, xơ dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thủy tinh. Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây thông thường khoảng 50% và có tính cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao. Đây là vật liệu thích hợp với các vùng như miền tây, miền trung bị ngập úng, lũ lụt và nền đất yếu. Sau khi sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại. Nhờ trọng lượng nhẹ nên khi sử dụng vật liệu này làm vách và sàn, móng căn nhà sẽ không phải gia cố nhiều như xây bằng gạch. Với các cột nhà cũng không cần làm lớn. Những điều này giúp giảm chi phí đến bằng ½ các công trình. Trong khi thi công do vách và sàn theo giàn lắp ghép nên công thợ sẽ giảm xuống rất nhiều. Ưu điểm của sản phẩm là sau khi xây dựng muốn di chuyển có thể tháo dỡ toàn bộ và lắp ghép ở vị trí mới. Nhà sẽ xây theo nguyên tắc khung xương bằng sắt hoặc thanh bê tông chịu lực, sản phẩm được ghép bằng cách bắt vít. Tường tô trát một lớp vừa đủ do bề mặt vật liệu đã phẳng. Riêng sàn có thể lát gạch. Khi đổ cột có thể dùng tấm vật liệu này thay cho cốp pha ốp bên ngoài và sau đó để luôn sẽ cho bề mặt phẳng. Vật liệu này cũng thích hợp cho việc xây nhà trên nền đất yếu, sửa chửa nhanh như sửa nhà nâng thêm tầng, thay đổi các chức năng phòng trong nhà. 1.1.3.4 Vỏ trấu còn có thể làm nguyên liệu xây dựng sạch Trong trấu có chứa hàm lượng SiO2 rất nhiều, mà đây là thành phần chính trong xi măng, nhưng con người muốn tận dụng tro thu được sau khi đốt vỏ trấu làm nguyên SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 13
  15. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh liệu thay thế xi măng, thì phương pháp này sẽ tạo ra hàm lượng cacbon trong tro vỏ trấu rất cao, không thể thay thế thành phần xi măng. Tập đoàn Torftech của Anh cho biết, sau khi đốt mỗi tấn vỏ trấu sẽ tạo ra 180kg tro, có giá trị là 100 USD, có thể sử dụng làm phụ gia cho xi măng và có thể thay thế trực tiếp SiO2 trong xi măng[18]. Ngoài ra các nhà nghiên cứu thuộc Trường Đại học Bath và Dundee, cùng với các cộng sự ở Ấn Độ cũng đang phát triển loại xi măng thân thiện với môi trường từ việc sử dụng các vật liệu thải như vỏ trấu. Nghiên cứu này là một phần của Dự án xúc tiến giáo dục và nghiên cứu Anh -Ấn (UKIERI), do Trường Đại học Dundee chủ trì, nhằm làm giảm phát thải cacbon trong quá trình sản xuất xi măng, lĩnh vực đóng góp gần 5% trong tổng lượng phát thải CO2 trên toàn cầu[16]. 1.1.3.5 Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ [5] Huyện Gia Viễn, Ninh Bình người ta đã tạo ra các sản phẩm mỹ nghệ nội thất từ vỏ hạt thóc. Vỏ hạt thóc (trấu) được nghiền nhỏ tạo thành bột dưới dạng mịn và bột sợi. Sau khi kết hợp với keo, trấu được cho vào máy ép định hình sản phẩm và sấy khô, hoàn thiện... để trở thành một sản phẩm mỹ nghệ hoàn chỉnh, có khả năng xuất khẩu. Giải pháp nêu trên giúp sản phẩm có giá thành hạ, tận dụng được lao động ở nông thôn, đặc biệt là dây chuyền chế biến tinh bột trấu thấp hơn 10 lần so với dây chuyền sản xuất tinh bột gỗ. Hình 1.4 Các sản phẩm làm từ vỏ trấu SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 14
  16. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh 1.1.3.6 Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu[5] Máy ép củi trấu được sản xuất tại Gò Công (Tiền Giang) có công suất 70-80 kg củi/giờ, tiêu thụ 6-7Kw/h. Cứ 1,05kg trấu thì cho ra 1kg củi trấu. Chỉ cần cho trấu vào bộ phận máy qua bộ phận ép thì máy cho ra những thanh củi trấu. Củi trấu có đường kính 73mm, dài từ 0,5- 1m. Cứ 1kg củi trấu thì nấu được bữa ăn cho 4 người. Hình 1.5 Máy ép củi trấu, thanh củi trấu Củi trấu duy trì sự cháy lâu hơn nấu trực tiếp bằng trấu, than đá. Cũng như các loại chất đốt khác củi trấu có thể sử dụng cho lò truyền thống, bếp than, bếp than đá… rất dễ dàng vì bắt lửa nhanh, không có khói và khi cháy thì có mùi rất dễ chịu. Bên cạnh giá thành hạ so với ga, củi trấu cũng có hạn chế là dùng củi trấu nếu phát triển sẽ chỉ phổ biến ở nông thôn, vì nó cần phải có chỗ để củi, cần có bếp lò, cần nơi thải tro. Vì thế nên khó tiến vào đô thị được mà có thể chỉ phổ biến ở nông thôn, vùng ven các khu dân cư gần đô thị. 1.1.3.7 Sử dụng làm chất đốt[5], [7] Từ lâu vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân đặc biệt là bà con nông dân ở vùng ĐBSCL. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy lúa) nhờ có ưu điểm sau: trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ. SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 15
  17. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Bảng 1.2 Chi phí sử dụng các nguồn nguyên liệu năm 2006 Loại nhiên liệu Nhiệt lượng tỏa ra (kcal/kg) Diesel 10.200 Mùn cưa 3.800 Gỗ vụn 2.800 Vỏ trấu 3.400 Vỏ cây cọ 4.700 Than 5.500 Theo bảng trên thì 1kg trấu khi đốt sinh ra 3.400 Kcal bằng 1/3 năng lượng được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006). Đây là nguồn nguyên liệu sinh học có sẵn và có thể đem lại năng lượng ổn định, giá thành thấp. Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nối bật khi sử dụng làm chất đốt: vỏ trấu sau khi xay xát luôn ở dạng rất khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ dàng. Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử dụng nên việc bảo quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư ít. Chính vì các lí do trên mà trấu được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến. Trong sinh hoạt, người dân đã thiết kế một dạng lò chuyên nấu nướng với chất đốt là trấu. Lò này có ưu điểm là lượng lửa cháy rất nóng và đều, giữ nhiệt tốt và lâu. Lò trấu hiện nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi ở nông thôn. Hình 1.6 Lò đốt sử dụng vỏ trấu dùng trong sinh hoạt SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 16
  18. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu cũng được sử dụng rất thường xuyên. Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch tại khu vực ĐBSCL. Hình 1.7 Lò đốt sử dụng vỏ trấu trong luyện gạch Khi sử dụng vỏ trấu làm chất đốt sẽ thải ra một loại chất thải là tro trấu. Với số lượng lớn vỏ trấu như vậy, lượng tro thải ra cũng rất nhiều. Do đó chúng ta cần tìm hiểu các ứng dụng của tro để có thể tận dụng nguồn phế phẩm sẵn có với số lượng nhiều. 1.2 Tro trấu 1.2.1 Thành phần hóa học Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các thành phần oxit kim loại. Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất trong tro chiếm 80 – 90%. Các thành phần oxit có trong tro được thể hiện qua bảng 1.3, chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây lúa, điều kiện khí hậu, đất đai của từng vùng miền. Hàm lượng SiO2 trong tro trấu rất cao. Trong một số công trình nghiên cứu khác hàm lượng silic trong tro cũng được công bố như: Armesto (2002) đưa ra kết quả là 87,7%; Liou (2004) >90%; Kapur (1995) là >95% và 87 – 97% là kết quả được Houston (1972) đưa ra [6] . Oxit silic được sử dụng trong đời sống sản xuất rất phổ biến. Nếu tận dụng được nguồn SiO2 có ý nghĩa rất lớn với nước ta. Làm SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 17
  19. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh được điều này ta sẽ không cần nhập khẩu SiO2 và vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ trấu cũng được cải thiện. Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu[6] Thành phần oxit Tỷ lệ theo khối lượng (%) SiO2 86,9 – 97,3 MgO 0,1 – 2,0 K2 O 0,6 – 2,5 CaO 0,2 – 1,5 Na2O 0,3 – 1,8 Fe2O3 0,2 – 0,9 1.2.2 Các ứng dụng của tro trấu 1.2.2.1 Aerogel – mặt hàng công nghệ cao[11] Nhu cầu nghiên cứu khai thác tro trấu phế phẩm hiện nay thành nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất các mặt hàng giá trị cao đang được coi trọng nhằm tạo giá trị tăng thêm cho nông dân. Aerogel –là một trong các mặt hàng đó, được sản xuất từ loại tro trấu tinh sạch. Căn bản của kỹ thuật sản xuất ở chỗ cách đốt, để trước hết thu được nguồn năng lượng lớn và ổn định phục vụ nhu cầu chạy máy hay phát điện, sau là để có các loại tro trấu, tro đen hay tro xốp (biochar) thuần chất tiện cho việc sản xuất mặt hàng công nghiệp. Trong cách đốt bếp, đốt lò thông thường chúng ta chỉ tạo ra tro xám, gồm các tỷ lệ khác nhau của tro trắng, tro đen, tro xốp và một tỷ lệ không nhỏ tro cháy bán phần còn nhiều chất than. Việc tách ly mỗi loại tro trong trường hợp này sẽ rất tốn kém vả lại cũng rất ô nhiễm, bụi bặm. Vì vậy các kỹ thuật đốt mới thiên về việc chỉ cho ra một loại tro, cũng nhờ đó mà cho ra một tỷ suất nhiệt lượng nhất định tiện để sử dụng mục tiêu công nghiệp. Trong kỹ thuật sản xuất aerogel, vỏ trấu được rửa sạch, khử tạp bằng axit sunfuric, phơi khô, rồi đem đốt trong buồng gió ở nhiệt độ khống chế 650-700oC. Ở nhiệt độ kiểm soát này tro trấu tạo thành một loại tro trắng 92-97% silic không kết tinh, cấp hạt nano, có hoạt tính rất cao. Hàm lượng tro đen gồm nhóm SiOH và SiO2 kết tinh hình thành trong đó rất thấp. Tro trắng 98% cũng là nguyên liệu thương phẩm SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 18
  20. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh cung cấp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, trong đó có ngành sản xuất tấm pin mặt trời và làm con chip điện tử. Tro đốt sau đó được cho hòa tan trong dung dịch natri hidroxit (xút) và khuấy đều ở 90oC để tạo thành natri silicat. Dùng axit sunfuric để chuyển toàn bộ dung dịch natri silicat sang thể hidrogel. Cũng có nơi dùng giấm chua tức axit axetic thay thế axit sunfuric để hạ giá thành. Để hidrogel ổn định trong khoảng 5 ngày rồi dùng nước rửa mạnh để loại bỏ natri sunfat sinh ra từ quá trình phản ứng. Cuối cùng chuyển hidrogel thành ancolgel bằng cách đưa rượu etanol vào đẩy nước ra ngoài. Sau đó đưa ancolgel vào các nồi áp suất (autoclave), bổ sung vào đó một ít rượu, rồi nâng nhiệt từ từ trong khoảng 7 giờ: 50oC/giờ cho đến 200oC/giờ, 25oC/giờ cho đến 275oC và giữ mức nhiệt này trong khoảng 1 giờ để toàn bộ ancol bay ra thành hơi cho hơi rượu thoát ra từ từ khỏi nồi trong vòng 1 giờ rưỡi để hạ áp suất bên trong đến mức bình thường. Từ đó bắt đầu hạ nhiệt xuống, cũng từ từ, để có mẻ sản phẩm aerogel tốt. Aerogel thương phẩm sản xuất theo quy trình này có dạng hạt rời, cứng, giòn, trong suốt, cực mịn đến cấp hạt nano, được đóng gói để bán hoặc ép thành cấu kiện cung cấp cho các nhà máy. Hình 1.8 Aerogel làm từ vỏ trấu Với kỹ thuật mới này Đại học kỹ thuật Malaysia đã sản xuất thành công và hạ giá bán aerogel thương phẩm từ 2.600 USD xuống còn 250 USD/kg, tạo điều kiện ứng SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 19
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược