Khảo sát sự ảnh hƣởng của tiền chất đến quá trình hình thành nano silica từ tro bay nhiệt điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC LÝ HOÀNG LIÊN KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA TIỀN CHẤT ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NANO SILICA TỪ TRO BAY NHIỆT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Lê Thị Giang TS Chu Tiến Dũng THANH HĨA, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn trực tiếp Thầy, Cô hướng dẫn Các liệu sử dụng kết tính tốn, đo đạc luận án thực thời gian thực luận văn chưa cơng bố cơng trình, luận văn, luận án khác Tác giả luận văn Lý Hồng Liên i LỜI CẢM ƠN Tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô PGS TS Lê Thị Giang TS Chu Tiến Dũng người thầy, cô trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình giúp đỡ tơi thời gian nghiên cứu thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô không giúp cho tơi có thêm kiến thức bổ ích chuyên môn sâu chuyên ngành Vật lý Chất rắn, Khoa học vật liệu mà tạo niềm đam mê nghiên cứu khoa học Qua đây, chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Công nghệ Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Công nghệ tạo điều kiện, giúp đỡ thời gian suốt năm học tập thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy, Cô môn Vật lý, khoa Khoa học Cơ bản, trường Đại học Giao thơng vận tải tạo điều kiện tốt cho sở vật chất thực nghiệm có góp ý chân thành thời gian thực luận văn Qua đây, xin cảm ơn Bộ Giáo dục đào tạo hỗ trợ để tơi hồn thiện đề tài luận văn thơng qua đề tài dự án có mã số B2020-GHA-04 Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, người thân bạn bè sát cánh ủng hộ, động viên giúp đỡ cơng việc để giành thời gian hoàn thành luận văn thạc sĩ Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Lý Hoàng Liên ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu luận văn Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn: Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan vật liệu nano silica 1.1.1 Cấu trúc, hình thái tính chất nano silica 1.1.2 Phương pháp chế tạo vật liệu micro nano silica 1.1.3 Tro bay nhiệt điện 1.2 Ứng dụng vật liệu silica 10 1.2.1 Ứng dụng vật liệu micro, nano silica vật liệu xây dựng 10 1.2.2 Ứng dụng vật liệu micro, nano silica số lĩnh vực khác 16 Chương 2: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT VÀ TÁCH CHIẾT VẬT LIỆU 20 2.1 Thực nghiệm chế tạo vật liệu nano 20 2.1.1 Các thiết bị tiền chất hóa học sử dụng tách chiết mẫu vật liệu 21 2.1.2 Qui trình tách chiết nano silica từ tro bay nhiệt điện sử dụng phương pháp hóa học với hỗ trợ khuấy sóng siêu âm 21 2.1.3 Qui trình tách chiết mẫu vật liệu nano silica SiO2 từ tro bay nhiệt điện pH khác 23 2.2 Các phương pháp khảo sát vật liệu 23 iii 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) 24 2.1.2 Phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 25 2.2.3 Khảo sát hình thái bề mặt vật liệu phương pháp hiển vi điện tử quét 27 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Nano silica tách chiết phương pháp hóa học từ tro bay nhiệt điện 30 3.1.1 Cấu trúc, thành phần pha vật liệu 30 3.1.2 Hình thái, cấu trúc bề mặt vật liệu 33 3.1.3 Thành phần nguyên tố liên kết vật liệu 35 3.2 Nano silica tách chiết từ tro bay nhiệt điện pH khác 38 3.2.1 Cấu trúc nano silica chế tạo từ tro bay pH khác 38 3.2.2 Hình thái thành phần nguyên tố nano silica chế tạo từ tro bay pH khác 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ASR : Alkali-Silica Reaction (Phản ứng kiềm-silica) CFA : Coal Fly Ash (Tro bay nhiệt điện) EDS : Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán sắc lượng tia X) SEM : Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét bề mặt) TEOS : Tetraethyl orthosilicate UHPC : Ultra-High Performance Concrete (Bê tông cường độ siêu cao) VLXD : Vật liệu xây dựng XRD X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X : v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Danh sách thiết bị sử dụng thực nghiệm 21 Bảng 2.2 Danh sách loại hóa chất sử dụng phân tách SiO2 21 Bảng 3.1 Thành phần hoá học tỉ lệ phần trăm hợp chất tro bay 36 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố hoá học mẫu nano SiO2 42 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phương pháp vật lý hóa học để sản xuất vật liệu nano silica Hình 1.2 Biểu đồ dịng chảy q trình sol-gel điển hình Hình 1.3 Sơ đồ hình thành silica trình sol-gel Hình 1.4 Minh họa khả cách nhiệt vật liệu aerogel 12 Hình 1.5 Cầu bắc qua sông Fulda Kassel - Đức sử dụng bê tơng tính siêu cao 14 Hình 2.1 Qui trình tách chiết nano SiO2 sản phẩm phụ (chất rắn C) từ tro bay nhiệt điện 22 Hình 2.2 Qui trình tách chiết nano silica từ tro bay nhiệt điện pH từ đến Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Máy nhiễu xạ tia X D2 Phaser (trái) Đại học Hồng Đức SIEMENS D5005 (phải) Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐH GQHN 24 Hình 2.4 Nguyên lý tương tác chùm điện tử với vật liệu 26 Hình 2.5 Ảnh SEM mẫu vật liệu nano silica 27 Hình 2.6 Thiết bị kính hiển vi điện tử quét EVO 28 (trái) trường ĐH Hồng Đức JEOL 5410 LV (phải) Khoa Vật lý, ĐH KHTN, ĐHQGHN 28 Hình 2.7 Thiết bị khảo sát phổ hấp thụ biến đổi Fourier hồng ngoại khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 28 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu tro bay (a), sản phẩm phụ sau phân tách silica (b) nano SiO2 chế tạo từ tro bay (c) 32 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu vật liệu tro bay (a), sản phẩm phụ (b) nano SiO2 (c) 33 Hình 3.3 Thành phần hóa học mẫu tro bay (a), sản phẩm phụ sau phân tách silica (b) nano SiO2 chế tạo từ tro bay (c) xác định phổ tán sắc lượng tia X 35 Hình 3.4 Phổ hấp thụ biến đổi Fourier hồng ngoại mẫu vật liệu nano SiO2 chế tạo từ tro bay nhiệt điện 37 vii Hình 3.5 Giản đồ XRD vật liệu nano SiO2 chế tạo từ chế tạo từ tro bay dung dịch có giá trị pH = (a); pH = 6,5 (b); pH = (c); pH = 5,5 (d); pH = (e) 39 Hình 3.6 Ảnh SEM vật liệu nano SiO2 tách chiết từ tro bay dung dịch có giá trị pH = 6,5 (a); pH = (b); pH = (c); pH = 5,5 (d) 40 Hình 3.7 Thành phần nguyên tố vật liệu nano SiO2 chế tạo từ tro bay dung dịch có giá trị pH = 6,5 (a); pH = (b); pH = (c); pH = 5,5 (d) 41 viii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong cơng trình xây dựng, điều cần quan tâm vấn đề an toàn, độ bền vững kết cấu cơng trình Việc sửa chữa cơng trình vấn đề đáng lo ngại, đầy thách thức khơng Việt Nam mà cịn giới Vì vậy, cần phải chế tạo loại vật liệu xây dựng, phụ gia vừa tăng tính bền vững cho kết cấu vừa mang lại hiệu cao với chi phí thấp [1 - 7], [10] Những năm gần đây, khoa học công nghệ nano dự án nghiên cứu vật liệu, y học,…đã quan tâm phát triển vũ báo Vật liệu nano vật liệu có kích thước giới hạn (theo chiều đó) xung quanh giá trị khoảng 100 nm, gần nhìn thấy hay cảm thấy tồn vật liệu kích thước mắt thường Tuy nhiên, vật liệu nano góp phần lớn giúp thay đổi hồn tồn mặt khoa học cơng nghệ nay, chúng có ứng dụng nhiều lĩnh vực khác như: mỹ phẩm, thực phẩm, dược phẩm, hàng tiêu dùng, y học, điện tử đại đặc biệt gần ứng dụng phát triển vật liệu cơng trình xây dựng [6 - 18] Công nghệ nano vật liệu nano đem đến nhiều hội công nghiệp xây dựng kiến trúc thông qua việc phát triển vật liệu xây dựng có độ bền cao, tuổi thọ dài đặc biệt nhẹ Các vật liệu cách nhiệt với trị số cách nhiệt tốt, bước đầu thử nghiệm thương mại hóa dùng để sửa chữa tồ nhà sử dụng vật liệu cách nhiệt truyền thống, đem lại lợi ích việc cải thiện hiệu lượng Trong đó, silica (SiO2) số vật liệu biết đến loại vật liệu nhẹ với cấu trúc xốp, có lực liên kết phân tử mạnh kích thước nano giúp gắn kết phân tử vật chất với độ bền vững cao [12 - 27] Nhờ tính chất vật lý, hóa học đặc biệt vật liệu nano làm cho vật liệu có khả ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, đặc biệt lĩnh vực vật liệu xây dựng công nghệ cao có bước phát triển bước đầu [23 - 32] Bảng 3.1 Thành phần hoá học tỉ lệ phần trăm hợp chất tro Các hợp chất Tỉ lệ phần trăm khối lượng (%) bay SiO2 54,3 Al2O3 23,1 Fe2O3 7,5 CaO (Vôi) 8,5 MgO 1,9 TiO2 2,9 CO2 1,8 Kết tính tốn từ Bảng 3.1 cho thấy thành phần phần trăm khối lượng SiO2, Al2O3 Fe2O3 có giá trị phần trăm tương ứng 54,3%; 23,1% 7,5% Bên cạnh đó, phần trăm khối lượng CaO mẫu tro bay 8,5% (nhỏ 10%), so sánh với nghiên cứu công bố thành phần hợp chất có tro bay chứng tỏ tro bay thuộc loại F [34], [35] Kết phân tích thành phần nguyên tố tro bay phù hợp với kết XRD phân tích Thành phần ngun tố hóa học mẫu sản phẩm phụ thu sau tách chiết SiO2 mơ tả Hình 3.3 (b) Sự xuất đỉnh tán sắc lượng vị trí 0,52 keV; 1,75 keV; 1,48 keV 6,42 keV tương ứng với nguyên tố OK, SiK, AlK FeK Cường độ đỉnh tán sắc lượng nguyên tố OK, SiK lớn nhiều so với AlK FeK chứng tỏ mẫu sản phẩm phụ chứa thành phần Si O, phù hợp với kết phân tích nhiễu xạ tia X minh chứng Với thành phần phần trăm khối lượng nguyên tố OK, SiK, AlK FeK tương ứng mẫu 52,0%; 41,3%; 4,4% 2,3%, phần trăm khối lượng hợp chất mẫu SiO2 dạng tinh thể chiếm tới 88,5%; Al2O3 có khoảng 8,3% Fe2O3 khoảng 3,2% Kết cho thấy thành phần mẫu sản phẩm phụ sau tách chiết silica tinh thể dạng thạch anh SiO2 có cấu trúc bền vững, ảnh SEM cho thấy hạt tinh thể SiO2 biến tính bề mặt tạo xù xì, thơ giáp bề mặt nên giúp cho vật liệu có khả tăng cường liên kết, tăng độ đặc thêm vào cấu trúc bê tông cường độ cao [35], [43] 36 Trên Hình 3.3 (c) cho thấy mẫu vật liệu nano SiO2 sau tách chiết bao gồm thành phần nguyên tố SiK OK đỉnh tán sắc lượng 1,75 keV 0,52 keV với phần trăm khối lượng tương ứng 54,2% 45,8% Chứng tỏ mẫu nano SiO2 chế tạo không lẫn tạp chất khác, cho thấy trình tách chiết silica đảm bảo độ Kết phù hợp với kết phân tích phổ XRD Nano SiO2 kích thước 100 nm ứng dụng nhiều lĩnh vực khác hứa hẹn phát triển trình tách chiết silica từ tro bay lên qui mơ sản xuất cơng nghiệp để tạo sản phẩm nano SiO2 thị trường tương lai gần Hình 3.4 Phổ hấp thụ biến đổi Fourier hồng ngoại mẫu vật liệu nano SiO2 chế tạo từ tro bay nhiệt điện Ngoài ra, liên kết mẫu vật liệu nano SiO2 khảo sát chi tiết phương pháp phân tích quang phổ biến đổi Fourier hồng ngoại (FTIR) thu kết Hình 3.4 Kết cho thấy xuất đỉnh truyền qua cường độ lớn vị trí có số sóng 1102 cm-1 gán cho mode dao động uốn - kéo dãn liên kết Si-O-Si, số sóng 943 cm-1 đặc trưng cho mode dao động kéo dãn liên kết Si-O, số sóng khoảng 830 37 cm-1 cho mode dao động liên kết Si-H Kết chứng tỏ mẫu vật liệu nano silica tách chiết tinh khiết, gồm thành phần Si O Sự xuất liên kết Si-H cho thấy bề mặt nano SiO2 biến tính nhóm chức hydroxyl (-OH) [27] Kết FTIR thu hoàn tồn phù hợp với kết phân tích từ phép đo XRD EDS trình bày phần 3.2 Nano silica tách chiết từ tro bay nhiệt điện pH khác Trên giới nước nay, ngày nhiều nhà máy nhiệt điện thải hàng trăm đến hàng nghìn tro bay Mặc dù tro bay nghiên cứu sử dụng việc thi công cơng trình xây dựng san lấp mặt bằng, làm phụ gia cho vật liệu Tuy nhiên, sản lượng tro bay lớn nên lượng tro bay tồn đọng nhiều, khơng có bãi trống để trơn lấp gây vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Tro bay chất phế thải nhà máy nhiệt điện nguồn tài nguyên lớn để tạo silica mà đến chưa quan tâm Hướng nghiên cứu tách chiết SiO2 từ tro bay nhiệt điện hướng nghiên cứu mẻ nước hứa hẹn tạo sản phẩm nano silica thương phẩm cạnh tranh thị trường vật liệu phụ gia xây dựng tương lai Trong mục tác giả trình bày ảnh hưởng pH dung dịch đến hình thành lượng nano SiO2 tách chiết từ tro bay nhiệt điện 3.2.1 Cấu trúc nano silica chế tạo từ tro bay pH khác Các mẫu vật liệu nano SiO2 tách chiết từ tro bay nhiệt điện pH = 7; 6,5; 6; 5,5 tinh sạch, sấy khô nhiệt độ 100oC trước thực phép phân tích khảo sát nhiễu xạ tia X (XRD) hệ máy nhiễu xạ D2 Phaser trường Đại học Hồng Đức Giản đồ XRD mẫu vật liệu nano SiO2 mơ tả chi tiết Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu vật liệu SiO2 xuất vùng phổ trải rộng khoảng góc nhiễu xạ 2θ từ 22o - 32o Các mẫu thu dạng phổ giống thể trình tách chiết nano SiO2 có tính lặp lại cao Trong đó, giản đồ XRD mẫu chế tạo pH = 5,5 có đỉnh phổ rõ ràng vị trí góc nhiễu xạ 2θ = 28,3o Các mẫu nano SiO2 thể 38 tính chất vơ định hình, cấu trúc xốp phù hợp với nghiên cứu công bố giới [12 - 19], [23 - 35] Theo nghiên cứu nhóm tác giả Gun’ko [14] nano SiO2 dạng vơ định hình, cấu trúc xốp nhẹ với khối lượng riêng nhỏ nước từ 2,5 đến 22 lần (tùy thuộc vào kích thước) Hình 3.5 Giản đồ XRD vật liệu nano SiO2 chế tạo từ chế tạo từ tro bay dung dịch có giá trị pH = (a); pH = 6,5 (b); pH = (c); pH = 5,5 (d); pH = (e) Các mẫu vật liệu nano SiO2 tách chiết từ tro bay nhiệt điện pH = 7; 6,5; 6; 5,5 tinh sạch, sấy khô nhiệt độ 100oC trước thực phép phân tích khảo sát nhiễu xạ tia X (XRD) hệ máy nhiễu xạ D2 Phaser trường Đại học Hồng Đức Giản đồ XRD mẫu vật liệu nano SiO2 mơ tả chi tiết Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu vật liệu SiO2 xuất vùng phổ trải rộng khoảng góc nhiễu xạ 2θ từ 22o 32o Các mẫu thu dạng phổ giống thể trình tách chiết nano SiO2 có tính lặp lại cao Trong đó, giản đồ XRD mẫu chế tạo pH = 5,5 có đỉnh phổ rõ ràng vị trí góc nhiễu xạ 2θ = 28,3o Các mẫu nano SiO2 thể tính chất vơ định hình, cấu trúc xốp phù hợp với nghiên cứu công bố giới [12 - 19], [23 - 35] Theo nghiên cứu nhóm 39 tác giả Gun’ko [14] nano SiO2 dạng vơ định hình, cấu trúc xốp nhẹ với khối lượng riêng nhỏ nước từ 2,5 đến 22 lần (tùy thuộc vào kích thước khác vật liệu) Khi kích thước nano SiO2 thể bật tính chất vượt trội khả tăng cường độ, tăng độ bền, giảm vết nứt bê tông cường độ siêu cao với tỉ lệ tham gia làm phụ gia từ 1% đến 3% cốt liệu xây dựng [31 – 35], [44], [45] Do đó, nano SiO2 hứa hẹn trở thành vật liệu phụ gia giúp cải thiện chất lượng cao cơng trình xây dựng đặc biệt giảm chi phí giá thành tách chiết từ nguồn nguyên liệu rẻ, sẵn có chất thải tro bay nhiệt điện 3.2.2 Hình thái thành phần nguyên tố nano silica chế tạo từ tro bay pH khác Hình 3.6 Ảnh SEM vật liệu nano SiO2 tách chiết từ tro bay dung dịch có giá trị pH = 6,5 (a); pH = (b); pH = (c); pH = 5,5 (d) 40 Ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt (SEM) mẫu vật liệu nano silica chế tạo từ tro bay nhiệt điện phương pháp học đơn giản pH = 6,5; 6; 5,5 ghi nhận hệ thiết bị D2 Phaser thể rõ Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu nano SiO2 cho thấy mẫu dạng hình cầu, có kích thước nhỏ 100 nm Hình 3.7 Thành phần nguyên tố vật liệu nano SiO2 chế tạo từ tro bay dung dịch có giá trị pH = 6,5 (a); pH = (b); pH = (c); pH = 5,5 (d) Phép đo khảo sát thành phần nguyên tố hệ thiết bị điện tử quét JSM 5410 LV cho kết Hình 3.7 Kết phổ thu nhận Hình 3.7 cho thấy mẫu vật liệu nano SiO2 bao gồm hai thành phần hóa học silic oxi trạng thái K bền vững với xuất đỉnh tán sắc lượng vị trí tương ứng 1,75 keV 0,52 keV Thành phần % khối lượng nguyên tố Si O thu từ kết đo tán sắc lượng tia X mẫu thể Bảng 3.2 sau đây: 41 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố hoá học mẫu nano SiO2 Nano SiO2 pH Tỉ lệ phần trăm khối lượng (%) Si O pH = 6,5 58,7 41,3 pH = 56,4 43,6 pH = 57,5 42,5 pH = 5,5 54,2 45,8 Kết bảng thành phần nguyên tố mẫu nano SiO2 cho thấy rõ mẫu nano SiO2 tạo thành có độ sạch, tinh khiết cao Tỉ phần khối lượng Si so với O thể mẫu nano silica có cấu hình phân tử dạng SiO2 khơng có dạng cấu trúc khác, phù hợp với kết nhiễu xạ tia X phân tích Theo kết nghiên cứu cơng bố nhóm tác giả Pawel [35], kích thước xung quanh 200 nm đến 300 nm hạt nano silica vơ định hình phụ gia làm tăng cường phản ứng pozzolanic, tạo thành liên kết C-S-H khối vật liệu bê tơng giúp cải thiện đáng kể tính chất vữa xi măng polime chất lượng cao siêu cao Các nghiên cứu, đánh giá khả ứng dụng nano silica vật liệu cường độ cao siêu cao công bố gần số nhóm tác Green [12] Ji [20] cho thấy hạt nano SiO2 có kích thước nhỏ 100 nm đến 500 nm (nano SiO2 nghiên cứu cơng bố thu nhỏ kích thước xi măng khoảng vài chục đến hàng trăm lần) nên lấp đầy lỗ trống bê tơng xi măng, làm bê tơng xi măng có cấu trúc liên kết đặc hơn, cường độ chịu nén, dãn tốt Vai trò nano SiO2 vật liệu bê tông không tham gia vào phản ứng puzolan tạo CS-H với độ rắn cao mà cịn đóng vai trị tâm nhân tạo cho phép hình thành cụm liên kết C-S-H, giúp thúc đẩy q trình hydrat hóa diễn mạnh mẽ hơn, nhanh Như vật liệu phụ gia nano SiO2 lấp đầy 42 lỗ trống bê tông xi măng, giúp cho bê tông xi măng liên kết chặt hơn, đồng thời tạo thành siêu liên kết C-S-H bền vững với độ rắn, cứng cao gấp nhiều lần, chịu cường độ nén tốt làm cho khối bê tông đặc Các khối bê tông cường độ siêu cao tạo thành từ vật liệu phụ gia nano silica giúp làm giảm khuyếch tán ion clo, flo,… làm giảm khả xâm thực ion này, giúp tăng khả chống thấm ion clo vào bê tơng nên cơng trình có tuổi thọ kéo dài, bền vững nhiều Bên cạnh đó, vật liệu phụ gia SiO2 ứng dụng bê tông lấp đầy lỗ trống bê tông xi măng cường độ cao, làm diện tích tiếp xúc bề mặt phân tử xi măng với lên gấp nhiều lần mà phân tử có kích thước cỡ vài chục micro Chính lực hút phân tử phần tử (lực van der Waals) bên kết cấu bê tông tăng lên đáng kể giúp hình thành khối bê tông cường độ cao siêu cao với tính chất lý vượt trội so với bê tơng cường độ cao thơng thường Với tính ưu việt, nano SiO2 tách chiết từ tro bay nhiệt điện với chi phí thấp hứa hẹn trở thành vật liệu phụ gia tốt có nhiều ứng dụng thực tiễn tương lai gần 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian gần năm thực luận văn, hướng dẫn khoa học Thầy, Cô hướng dẫn nghiên cứu tách chiết thành công nano silica (SiO2) từ tro bay nhiệt điện khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến lượng nano SiO2 tách chiết cụ thể sau: Tách chiết thành công nano SiO2 từ tro bay nhiệt điện Nano SiO2 tạo thành có kích thước khoảng 100 nm, với cấu trúc vơ định hình, hình dạng cầu hứa hẹn khả thương mại hóa ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt vật liệu cường độ siêu cao (UHPC) Khảo sát ảnh hưởng pH đến hình thành nano SiO2 tách chiết từ tro bay nhiệt điện Tại pH = cho kết lượng nano SiO2 tạo thành có cấu trúc ổn định, hình thái đồng đều, hàm lượng SiO2 tạo thành cao 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Aly Said, Achraf Ayad and Mohamed Zeidan (2018), “Beneficial Use of Nano-Silica in Concrete: A Review”, Trends in Civil Engineering and Material Science 2(1), 43-45 [2] Autumn K., Sitti M., Liang Y.A., Peattie A.M., Hansen W.R., Sponberg S., Kenny T.W., Fearing R., Israelachvili J.N and Full R.J (2002), “Evidence for Van der Waals adhesion in gecko setae”, PNAS 99, 1225212256 [3] Bang J.H., and Suslick K.S (2010), “Applications of ultrasound to the synthesis of nanostructured materials”, Advanced Materials 22(10), 10391059 [4] Bobaru F (2007), “Influence of van der Waals force on increasing the strength and toughness in dynamic fracture of nanofibre networks: a peridynamic approach”, Modelling Simul Mater Sci Eng 15, 397-417 [5] Bogush G.H., Tracy M.A., Zukoski C.F (1988), “Preparation of monodisperse silica particles: control of size and mass fraction”, Journal of Non-Crystalline Solids 104(1), 95-106Hench L.L., West J K (1990), “The Sol-Gel process”, Chemical Reviews 90(1), 33-72 [6] Butterworth M.D., Bell S.A., Armes S.P., Simpson A.W (1996), “Synthesis and characterization of Poplypyrole-magnetite-silica paraticles”, Journal of colloid and Interface Science 183(1), 91-99 [7] Choon W.L., Kigook S., Sung H.K (2012), “Synthesis of PPy/silica nanocomposites with cratered surfaces and their application in heavy metal extraction”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 18, 24-28 [8] Deka B.K., Maji T.K (2012), “Effect of SiO2 and nano clay on the properties of wood polymer nanocomposite”, Polymer Bulletin 70(2), 403-417 45 [9] Demyanenko O., Kopanitsa N., Sarkisov Y and Kopanitsa G (2017), “Peculiarities of silica additives application in building mixes production”, AIP Conference Proceedings 1800, 020010 [10] Dung Tien Chu, Doanh Cong Sai, Quynh Manh Luu, Hong Thi Tran, Truong Duy Quach, Dong Hyun Kim, and Nam Hoang Nguyen (2017), “Synthesis of bifunctional Fe3O4@SiO2-Ag magnetic-plasmonic nanoparticles by an ultrasound assisted chemical method”, Journal of Electronic Materials 46(6), pp 3646-3653 [11] Elkady H., Elfeky M.S (2013), “Effect of Nano Silica De-agglomeration, and Methods of Adding Super-plasticizer on the Compressive Strength, and Workability of Nano Silica Concrete”, Civil and Environmental Research 3(2), 21-34 [12] Green B.H (2006), “Development of a high-density cementitious rockmaching grout using nanoparticles”, Proceedings of ACI Session on Nanotechnology of Concrete: Recent Developments and Future Perspectives, November 7, Denver, USA, 119-130 [13] Guan K.S., Lu B.J., Yin Y.S (2003), “Surface Coating”, Technology 173, 219-223 [14] Gun’ko V.M., Voronin E.F., Nosach L.V., Turov V.V., Wang Z., Vasilenko A.P., Leboda R., Skubiszewska-Zięba J., Janusz W., Mikhalovsky S.V (2011), “Structural, textural and adsorption characteristics of nanosilica mechanochemically activated in different media”, Journal of Colloid and Interface Science 355(2), 300-311 [15] Hamedreza J., Mehdi T (2014), “Application of novel Polypyrrole/thiolfunctionalized zeolite Beta/MCM-41 type mesoporous silica nanocomposite for adsorption of Hg2+ from aqueous solution and industrial wastewater: Kinetic, isotherm and thermodynamic studies”, Applied Surface Science 289, 487-494 [16] Hench L.L., West J K (1990), “The Sol-Gel process”, Chemical Reviews 90(1), 33-72 46 [17] Horbach J (2008), “Molecular dynamics computer simulation of amorphous silica under high pressure”, Journal of Physics: Condenses Matter 20, 244118- 244125 [18] Ismaeilimoghadam S., Shamsian M., Kashkouli B.A., Kord B (2015), “Evaluation of effect of nano SiO2 on the physical, mechanical and morphological properties of hybrid nanocomposite from polypropylenewood flour”, Iranian Journal of Wood and Paper Science Research 30(2), 266-277 [19] Janani P., Ganeshkumar S., Harihananth M (2016), ''Mechanical Properties of Nano Silica Concrete'', International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology 5(3), 3496-3502 [20] Ji T (2005), “Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO2”, Cement and Concrete Research 35, 1943-1947 [21] Kiaei M., Kord B., Vaysi R (2014), “Influence of residual lignin content on physical and mechanical properties of kraft pulp/pp composites”, Maderas Ciencia y tecnología 16(4), 495-503 [22] Kim H.Y., Sofo J.O., Velegol D., Cole M.W and Lucas A.A (2007), “Van der Waals dispersion Forces between Dielectric Nanoclusters”, Langmuir 23(4), 1735-1740 [23] Kirfel, A., Krane H.G.; Blaha P.K., Lippmann T (2001), “Electrondensity distribution in stishovite, SiO2: a new high-energy synchrotronradiation study”, Acta Crystallographica Section A 57(6), 663 [24] Klabunde K.J., Stark J., Koper O., et al (1996), “Nanocrystals as stoichiometric reagents with unique surface chemistry”, The Journal of Physical Chemistry 100(30), 12142-12153 [25] Li G (2004), “Properties of high-volume fly ash concrete incorporating nano-SiO2”, Cement and Concrete Research 64, 1043-1049 47 [26] Li H., Hui G.X., Jie Y., Jing O (2004), “Microstructure of cement mortar with nano particles”, Composites Part B Engineering 35(2), 185-189 [27] Lin C.F., Tseng W.T., Feng M.S (2000), “Formation and characteristics of silicon nanocrystals in plasma-enhanced chemical-vapor-deposited silicon-rich oxide” Journal of Applied Physics 87(6), 2808-2815 [28] Liu W., Tan H.L., Ni C.L., Chen Z.B., Luo T.Z., Yu L (2017), “Effect of Silica Fume and Fly Ash on Compressive Strength and Weight Loss of High Strength Concrete Material in Sulfuric and Acetic Acid Attack” Key Engineering Materials, 748, 301-310 [29] Lomboy G., Sundararajan S., Wang K and Subramaniam S (2011), “A test method for determining adhesion forces and Hamaker constants of cementitious materials using atomic force microscopy”, Cement and Concrete Research 41, 1157-1166 [30] Lone S.S., Gupta M and Mehta G (2016), “Comparative Study of NanoSilica Induced Mortar, Concrete and Self-Compacting Concrete - A Review”, Indian Journal of Science and Technology 9(44), 1-7 [31] Mathibela E Aphane, Frédéric J Doucet, Richard A Kruger, Leslie Petrik, Elizabet M van der Merwe (2019), “Preparation of Sodium Silicate Solutions and Silica Nanoparticles from South African Coal Fly Ash”, Waste and Biomass Valorization, pp.1-15 [32] Matsoukas T and Gulari E (1988), “Dynamics of growth of silica particles from ammonia-catalyzed hydrolysis of tetra-ethyl-orthosilicate”, Journal of Colloid And Interface Science 124(1), 252–261 [33] Mohd Ibrahim M.Y., Ramadhansyah P.J., Rosli H.M., Wan Ibrahim M.H and Fadzli M.N (2015), “Utilization of Nano Silica as Cement Paste in Mortar and Porous Concrete Pavement”, Advanced Materials Research 1113, 135-139 48 [34] Osterle W., Dmitriev A.I., Wetzel B., Zhang G., Hausler I., Jim B.C (2016), “The role of carbon fibers and silica nanoparaticles friction and wear reduction of an advanced polymer matrix composite”, Materials & Design 175, 45-52 [35] Pawel L., Krzysztof C., Elżbieta H and Ewa M (2015), “The effect of nanosilica on the mechanical properties of polymercement composites (PCC)”, Procedia Engineering 108, 139-145 [36] Said A.M., Zeidan M.S (2009), “Enhancing the reactivity of normal and fly ash concrete using colloidal nano silica”, Special Publication 267, 75-86 [37] Said A.M., Zeidan M.S., Bassuoni M.T., Tian Y (2012), '”Properties of concrete incorporating nano silica”, Construction and Building Materials 36, 838-844 [38] Shah S.P., Pengkun H., Xin C (2015), “Durability of Cement-Based Materials and Nano-particles”, Nanotechnology in Construction 26, 15-24 [39] Shriver and Atkins (2010), Inorganic Chemistry (5th Edition), W.H.Freeman and Company, New York [40] Singh Lok P., Goel A., Bhattacharyya S.K., Sharma U., Mishra G (2015), “Hydration studies of cementitious material using silica nanoparticles”, Journal of Advanced Concrete Technology 13(7), 345-354 [41] Sobolev K., Ferrada Gutierrez M (2005), “How nanotechnology can change the concrete world: part 2”, Am Ceram Soc Bull 84(11), 16-19 [42] Stanislav V.V and Rosa M (2005), “Phase-mineral and chemicalcomposition of coal fly ashes as a basis for their multicomponent utilization Characterization of heavy concentrates and improved fly ash residues”, Fuel 84 (7-8), 973-991 [43] Stӧber W., Fink A., and Bohn E (1968), “Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range”, Journal of Colloid And Interface Science 26(1), 62-69 49 [44] Supit M., Steve W.M., Faiz U.A.S (2015), “Durability properties of high volume fly ash concrete containing nano silica”, Materials and structures 48, 2431-2445 [45] Zeidan M and Said A M (2017), “Effect of colloidal nano silica on alkali silica mitigation”, Journal of Sustainable Cement Based Materials 6(2), 126-138 50