LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu thực dƣới hƣớng dẫn TS Võ Thị Tiến Thiều Các kết kết luận nghiên cứu trình bày đồ án chƣa đƣợc công bố nghiên cứu khác Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nghiên cứu Sinh viên thực Nguyễn Thị Ngọc Thơ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Vũng Tàu, ngày…tháng…năm 2016 Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Vũng Tàu, ngày…tháng…năm 2016 Xác nhận giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin chân thành cảm ơn Trƣ ng i học Rịa-V ng Tàu, hoa a ọc Công nghệ Thực Ph m đ t o điều kiện đ tơi tham gia hồn thành tốt đồ án ồng th i, c ng đ c biệt cảm ơn cô Thiều, ngƣ i đồng hành giúp đỡ tơi suốt q trình làm đồ án, th y cô b môn khoa đ tận tình hƣớng dẫn đ tơi hồn thành tốt nhiệm vụ Trong trình làm đồ án, dƣới hƣớng dẫn th y cô đ cố gắng tìm hi u, tiếp thu kiến thức, học h i kinh nghiệm, r n luyện tác phong làm việc đ trƣởng thành nhiều c d đ cố gắng nhiều trình làm việc nhƣng không tránh kh i thiếu s t định Vì vậy, tơi mong nhận đƣợc đánh giá, đ ng g p kiến qu th y cô h i đồng bảo vệ đ đồ án đƣợc hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG .v DANH MỤC HÌNH .vi Tính cấp thiết đề tài 2.Tình hình nghiên cứu 2.1.Trong nƣớc 2.2 Ngoài nƣớc Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc đồ án C ƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân lo i vật liệu nano .4 1.1.3 Phƣơng pháp đ tổng hợp vật liệu nano 1.1.3.1 Phƣơng pháp từ xuống (top-down) 1.1.3.2 Phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom-up) 1.1.4 M t số ứng dụng vật liệu nano 1.2 Silica .10 DH12HD Page i Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2.1 Khái niệm 10 1.2.2 Các d ng thù hình 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 nƣớc 12 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 13 1.4 Các phƣơng pháp tổng hợp nano silica 14 1.4.1 Phƣơng pháp sol - gel 14 1.4.2 Phƣơng pháp kết tủa .16 1.4.3 Phƣơng pháp lắng đọng h a học 16 1.5 Nguyên liệu tro trấu tổng hợp nano silica 17 1.6 M t số phƣơng 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 ƢƠNG T ỰC NGHIỆM .26 2.1 Nguyên liệu, hóa chất 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 DH12HD Page ii Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.3 Dụng cụ thí nghiệm .26 2.2 Quy trình tổng hợp 27 C ƢƠNG 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 th i gian phản ứng khác 31 3.2.1 Phân tích nhiễu x tia X 31 3.2.2 Phƣơng 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 DH12HD Page iii Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 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) DH12HD Page iv Ồ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG ảng 1.1: Thành ph n oxit tro trấu .18 ảng 3.1: Bảng hiệu suất thu nano silica ứng với mẫu A1 A2 A3 35 DH12HD Page v Ồ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH ình 1.1: H t nano ình 1.2: Ống nano ình 1.3: Màng m ng ình 1.4: Nanocomposite ình 1.5: Phƣơng pháp từ xuống ình 1.6: Phƣơng pháp từ dƣới lên 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 phƣơng pháp CVC 17 ình 1.12: Hình ảnh tro trấu sau nung 18 ình 1.13: Giảnđồ nhiễu x tia X nano silica đƣợc tổng hợp từ v trấu nung nhiệt đ 500-700oC, 4h 20 ình 1.14: Ảnh FESEM h t nano silica theo phƣơng pháp kết tủa .21 ình 1.15: Ảnh SEM nano silica theo phƣơng pháp sol-gel 22 ình 1.16: Ảnh TEM nano silica 23 ình 1.17: Phổ IR nano silica 24 ình 3.1: Giản đồ nhiễu x tia X tro trấu nung 700oC 4h 30 ình 3.2: Giản đồ nhiễu x tia X nano silica mẫu A1 31 ình 3.3: Giản đồ nhiễu x tia X nano silica mẫu A2 32 ình 3.4: Giản đồ nhiễu x tia X nano silica mẫu A3 32 ình 3.5: Giản đồ nhiễu x tia X ba mẫu A1, A2, A3 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 DH12HD Page vi Ồ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chu n bị nguyên liệu SiO2 từ tro trấu Tro trấu sau nung nhiệt đ 700 0C th i gian gi , đƣợc nghiền mịn sau đ đƣợc đem phân tích XRD đ xác định peak đ c trƣng SiO tro trấu (mẫu A0) Kết thu đƣợc nhƣ hình 3.1 ình 3.1: Giản đồ nhiễu x tia X tro trấu mẫu A0 Dựa vào kết hình 3.1 cho thấy có xuất peakđ c trƣng SiO2 với cƣ ng đ tƣơng đối thấp, t i vị trí 2θ khoảng 21.7 o Kết hồn tồn phù hợp với vị trí peak đ c trƣng SiO 2tham khảo tài liệu mẫu chu n SiO2 [25] Việc nung tro trấu nhiệt đ cao nhằm mục đích đốt cháy hồn tồn t p chất hữu cơ, từ đ t o nguồn nguyên liệu cung cấp SiO2 chất lƣợng DH12HD Page 30 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2 Tổng hợp nano silica t i th i gian phản ứng khác khảo sát yếu tố th i gian gia nhiệt phản ứng có ảnh hƣởng nhƣ đến t o thành nano silica đƣợc tổng hợp từ tro trấu ối với đề tài này, chọn th i gian gia nhiệt phản ứng tro trấu NaOHtừ 0.5h đến 1.5h tƣơng ứng với mẫu A1 (0.5h), A2 (1h), A3 (1.5h) Saukhi tổng hợp xong, mẫu đƣợc đem phân tích nhiễu x tia X, TEM kết phân tích thu đƣợc nhƣ sau: 3.2.1 Phân tích nhiễu x tia X Kết phân tích nhiễu x tia X mẫu b t nano SiO2tổng hợp đƣợc ứng với th i gian gia nhiệt khác nhƣ hình 3.2, hình 3.3 vàhình 3.4 bên dƣới ình 3.2: Giản đồ nhiễu x tia X nano silica mẫu A1 DH12HD Page 31 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP ình 3.3: Giản đồ nhiễu x tia X nano silica mẫu A2 ình 3.4: Giản đồ nhiễu x tia X nano silica mẫu A3 Các giản đồ nhiễu x tia X mẫu A1 hình 3.2, mẫu A2 hình3.3, mẫu A3 hình 3.4chothấycó m t peak đ c trƣngvới đ r ng bán phổ lớn nằm ởvị trí khoảng 23.3o (2θ) vớicƣ ng đ peak yếuchứng t h t silica thu đƣợc c kích thƣớc nh h u hết d ng vơ định hình.Kết quảnày phù hợp với kết nghiên cứu DH12HD Page 32 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP tổng hợp nano silica nhiều tác giả nhƣ: Nguyễn Trí Tuấn c ng sự, Trƣ ng i học C n Thơ; Majid Monshizadeh, Department of Material Engineering and Metallurgy Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran Hình 3.5 cho thấy đ r ng peak ba mẫu A1, A2, A3 tăng so với mẫu tro trấu A0 Theo phƣơng trình scherrer, đ r ng peak tỉ lệ nghịch với kích thƣớc tinh th [1] nhƣ có th khẳng định có giảm rõ rệt kích thƣớc h t SiO tổng hợp đƣợc so với SiO2 tro trấu đ c biệt đ r ng peak mẫu A1, A2, A3 c ng tăng d n tăng th i gian gia nhiệt phản ứng điều cho thấy kích thƣớc h t SiO2 tổng hợp đƣợc giảm tăng th i gian gia nhiệt phản ứng Tuy nhiên, peak mẫu A1, A2 A3 thay đổi không nhiều nên có th khẳng định th i gian phản ứng không ảnh hƣởng nhiều đến t o thành nano silica kích thƣớc h t ình 3.5: Giản đồ nhiễu x tia X ba mẫu A1, A2, A3 tro trấu A0 DH12HD Page 33 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2.2 Phƣơng pháp kính hi n vi điện tử truyền qua TEM xem xét hình d ng kích thƣớc tinh th silica ba mẫu thí nghiệm A1, A2, A3 thay đổi nhƣ tăng th i gian gia nhiệt phản ứng, mẫu đƣợc tiếp tụcphân tích phƣơng pháp TE ết thu đƣợc nhƣ sau: ình 3.6: Ảnh TEM mẫu A1 ình 3.7: Ảnh TEM mẫu A2 ình 3.8: Ảnh TEM mẫu A3 DH12HD Page 34 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP Nhận xét: Quan sát thấy đƣợc mẫu A1 c kích thƣớc h t khoảng 13-15nm, mẫu A2 c kích thƣớc h t khoảng 10nm, mẫu A3 h t có kích thƣớc khoảng 8nm, cho thấy có giảm kích thƣớc h t nano silica tăng th i gian gia nhiệt phản ứng SiO2 NaOH Các h t c kích thƣớc có d ng hình c u.Kết phù hợp với kết nhiễu x tia X (mẫu A3 c đ r ng peak lớn nhất) Nhƣ vậy,th i gian phản ứng tối ƣu 1.5h, cho ta kích thƣớc h t nano silica nh 3.2.3 Hiệu suất thu sản ph m nano silica xem xét hiệu suất thu sản ph m nano silica th i gian gia nhiệt phản ứng khác ta đem sản ph m silica thu đƣợc sau sấy cân tính hiệu suất.Kết thu đƣợc nhƣ bảng 3.1nhƣ sau: ảng 3.1: Bảng hiệu suất thu nano silica Mẫu A1 A2 A3 Bảng 3.1 cho thấy hiệu suất sản ph m tăng th i gian phản ứng tăng, phản ứng xảy SiO2 dung dịch NaOH diễn triệt đ tăng th i gian phản ứng, nên ta thu hồi đƣợc nhiều silica 3.2.4 Kết luận Từ kết phân tích XRD, TEM kết tính hiệu suất sản ph m cho thấy đ tổng hợp thành cơng nano silica, đ mẫu A3 có kích thƣớc h t nano silica nh hiệu suất thu sản ph m lớn Nhƣ vậy,sản ph m nano silica mẫu A3 tốt khoảng khảo sát th DH12HD Ồ ÁN TỐT NGHIỆP h Kết thu đƣợc nano silica c kích thƣớc nh so với sản ph m nano silica tác giả nhƣ: Nguyễn Trí Tuấn Trƣ ng i học C n Thơ, tác giả đ tổng hợp thành cơng nano silica c kích thƣớc h t 10-15nm; Majid Monshizadeh, Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran, nano silica tác giả c kích thƣớc h t từ 10-30nm.Sản ph m nano silica tổng hợp đƣợc có kích thƣớc h t nh hơn,phù hợp làm nguyên liệu phối tr n cho g ch bê tông siêu nhẹ ơn nữa, hiệu suất thu sản ph m đ t 70-80%, thuận lợi cho tiến hành sản xuất quy mô lớn DH12HD Page 36 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận Nano silica đƣợc tổng hợp thành công phƣơng pháp kết tủa từ tro trấu Các kết phân tích nhiễu x tia X kính hi n vi điện tử truyền qua TEM cho thấy th i gian phản ứng ảnh hƣởng không nhiều đến kích thƣớc h t, nhƣng có suy giảm kích thƣớc h t nano silica th i gian phản ứng tăng d n hiệu suất thu đƣợc nano silica tăng tăng th i gian gia nhiệt phản ứng Sản ph m nano silica tổng hợp có th đƣợc sử dụng lĩnh vực xây dựng cụ th g ch bê tông siêu nhẹ, vừa tận dụng đƣợc nguồn phế thải dồi dào, vừa bảo vệ môi trƣ ng s ch đẹp Nếu xét đến yếu tố kinh tế có nhiều thuận lợi đ tiến hành tổng hợp nano silica quy mô công nghiệp Thứ nhất, tro trấu nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm Thứ hai phƣơng pháp kết tủa đơn giản, hóa chất quen thu c, khơng đòi h i chun mơn cao Thứ ba, sản ph m nano silica tổng hợp đƣợc đảm bảo m t chất lƣợng nhƣ kích thƣớc h t nh (10-15nm), hiệu suất thu sản ph m tƣơng đối cao Do vậy, việc tiến hành tổng hợp nano silica quy mơ lớn hồn tồn khả thi, mang đến m t nguồn nguyên liệu phục vụ cho ngành xây dựng 2.Kiến nghị Trong th i gian thực đồ án, kiến thức h n chế, kinh phí eo hẹp, trang thiết bị phải d ng cho công tác đào t o đồ án diễn song song mẫu phải đem phân tích cơng ty bên ngoài, nên nhiều th i gian, ảnh hƣởng đến tiến đ đồ án Vì vậy, khảo sát đƣợc yếu tố th i gian phản ứng nhƣ trình bày trên, bên c nh đ tơi xin trình bày m t số kiến nghị đ tối ƣu hóa nghiên cứu tổng hợp nano silica, cụ th nhƣ sau: Th i gian phản ứng ảnh hƣởng không nhiều đến t o thành nano silica kích thƣớc h t nó,nhƣng l i làm tăng hiệu suất t o nano silica, nên tăng DH12HD Page 37 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP th i gian phản ứng m c dù dẫn đến hao tốn nhiệt cung cấp cho phản ứng, nhƣng ta có th xét đến hiệu suất sản ph m đ bù l i cho tổn thất lƣợng Có th tiến hành thay đổi nhiệt đ phản ứng SiO2 NaO đ xác định nhiệt đ tối ƣu t o h t nano silica chất lƣợng ứng với kích thƣớc h t nh hiệu suất cao nhết Ngồi có th tiến hành thay đổi th i gian nung tro trấu, rút ngắn th i gian nung đ tối đa h a lợi nhuận sản xuất quy mô thƣơng m i DH12HD Page 38 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu tiếng Việt 1.Nguyen Tri Tuan et al., 2014 Tổng hợp nano SiO2 từ tro vỏ trấu phương pháp kết tủa T p chí khoa học trƣ ng i học C n Thơ 32:120-124 Báo cáo đề tài Nghiên cứu công nghệ thu nhận SiC từ tro trấu, Viện khoa học Việt Nam, Viện nghiên cứu vật liệu Tr n Ngọc Cƣ ng (2011) Nghiên cứu tổng hợp khoáng wollastonite từ tro trấu Việt Nam phương pháp thủy nhiệt, Luận văn Th c sĩ kỹ thuật, Trƣ ng i học Nẵng, Nẵng Thái oàng, Nguyễn Thúy Chinh, Nguyễn Thị Thu Trang, V Quốc nh (2012) Tổng hợp nanosilica vật liệu nanocompozit EVA/silica có sử dụng chất trợ tương hợp EVAgMA Viện ỹ thuật nhiệt đới, Viện hoa học Công nghệ Việt Nam T p Chí ố ọc - Tài liệu tiếng Anh Chandra S: Waste Material Used in Concrete Manufactoring Westwood: Noyes; 2007 Jal PK, Sudarshan M, Saha A: Synthesis and characterization of nano silica prepared by precipitation method Colloids Surf Physicochem Eng Aspect 2004, 240:173-178 Publisher Full Text Le Van Hai et al., 2013 Synthesis of silica nanoparticles from Vietnamese rice husk by sol–gel method Nanoscale Research Letters 8:58 Nittaya Thuadaij* and Apinon Nuntiya, 2008 Preparation of Nanosilica Powder from Rice Husk Ash by Precipitation Method Chiang Mai J.Sci.35: 206-211 DH12HD Page 39 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP Sun, Y., Zhang, Z And Wong, C.P (2005) Study on mono-dispersed nanosize silica by surface modification for underfill application J Colloid Inter Sci.292:436 10.Klabunde, K.J (2001) Nanoscale material in chemistry Wiley-Interscience, New York 11 Vansant, E.F., Voort, P.V.D and Vrancken, K.C (1995) Characterization and chemical modification of the silica surface, Elsevier Science, New York 12.R Yuvakkumar, V Elango, V Rajendran and N Kannan (2014) High purity nano silica powder from rice husk using a simple chemical method Centre for Nanoscience and Technology, K.S Rangasamy College of Technology, Tiruchengode 637215, Tamil Nadu, India; Department of Biotechnology, K.S Rangasamy College of Technology, Tiruchengode 637215, Tamil Nadu, India Journal of Experimental Nanoscience 13.Majid Monshizadeh, Masound Rajabi, Mohammad Hossein Ahmadi, Vahid Mohammadi Synthesis and characterization of nano SiO2 from rice husk ash by precipitation method Department of Material Engineering and Metallurgy Imam Khomeini International University, Ghazvin, Iran rd National Conference on Modern Researches in Chemistry and Chemical Engineering 14.K J Klabunde, J Stark, O Koper et al., Nanocrystals as stoichiometric reagents with unique surface chemistry The Journal of Physical Chemistry, vol 100, no 30, pp 12142– 12153, 1996 15.L L Hench and J K West The Sol-Gel process Chemical Reviews, vol 90, no 1, pp 33–72, 1990 DH12HD Page 40 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 16.W Stober, A Fink, and E Bohn, Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range Journal of Colloid And Interface Science, vol 26, no 1, pp 62–69, 1968 17.G H Bogush, M A Tracy, and C F Zukoski, Preparation of monodisperse silica particles: control of size and mass fraction Journal of Non-Crystalline Solids, vol 104, no 1, pp 95– 106, 1988 18.C J Brinker and G W Scherer, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing Academic Press, San Diego, Calif, USA, 1990 19.T Matsoukas and E Gulari Dynamics of growth of silica particles from ammonia-catalyzed hydrolysis of tetra-ethylorthosilicate Journal of Colloid And Interface Science, vol 124, no 1, pp 252–261, 1988 20.T Matsoukas and E Gulari Monomer-addition growth with a slow initiation step: a growth model for silica particles from alkoxides Journal of Colloid And Interface Science, vol 132, no 1, pp 13–21, 1989 21.K.J.Klabunde Nanoscale Materialsin Chemistry Wiley-Interscience New York, NY, USA, 2001 22 E F Vansant, P V D Voort, and K C Vrancken Characterization and Chemical Modification of the Silica Surface Elsevier Science, New York, NY, USA, 1995 23.G A Silva Introduction to nanotechnology and its applications to medicine Surgical Neurology, vol 61, no 3, pp 216– 220, 2004 24.Vejayakumaran A/L Padaviettan (2008) Synthesis and characterization of silica nanoparticles and their application as fillers in silica-bismaleimide nanocomposite University Sains Malaysia DH12HD Page 41 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 25.SILICA, CRYSTALLINE, by XRD: METHOD 7500, Issue 4, dated 15 March 2003 - Page of - Trang web 26.Công nghệ nano https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB%87_nano 27.Silica, https://vi.wikipedia.org/wiki/Silic_%C4%91i%C3%B4x%C3%ADt 28.Nanosilica, http://vi.swewe.net/word_show.htm/?1469305_1&Nano_silica 29.Vật liệu nano https://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u_nano 30 Tổng hợp nano silica từ tro trấu http://www.khoahocphothong.com.vn/news/detail/7229/tong-hop-nanosilica-tu-vo-trau.html 31.Kính hi n vi điện tử truyền qua https://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_%C4%91 i%E1%BB%87n_t%E1%BB%AD_truy%E1%BB%81n_qua 32.Phổ hồng ngo i, https://vi.scribd.com/doc/68601990/Ph%E1%BB%95-h%E1%BB%93ngngo%E1%BA%A1i DH12HD Page 42 ... nghiên cứu 2.1.Trong nƣớc M t số tác giả nƣớc đ nghiên cứu tổng hợp nano silica nhƣ Lê Văn ải c ng đ nghiên cứu tổng hợp nano silica từ v trấu [7] Thái Hoàng c ng đ tổng hợp nanosilica vật liệu nanocompozit... nanocompozit EVA /silica c sử dụng chất trợ tƣơng hợp EVAg A [4] Nguyễn Trí Tuấn c ng đ tổng hợp thành công nano silica từ tro v trấu phƣơng pháp kết tủa [1] 2.2 Ngoài nƣớc Nghiên cứu tổng hợp nano silica. .. characterization of nano SiO2 from rice husk ash by precipitation method (Tổng hợp biến tính nano silica từ tro trấu phƣơng pháp kết tủa) B t nano silica tổng hợp từ tro trấu đƣợc tách chiết