Ảnh hưởng của ph và hàm lượng nano silica khi phân tán nano silica trong nước ứng dụng trong sản xuất bê tông

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ MAI ANH ẢNH HƢỞNG CỦA PH VÀ HÀM LƢỢNG NANO SILICA KHI PHÂN TÁN NANO SILICA TRONG NƢỚC ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TƠNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: HĨA LÝ Thanh Hóa,tháng 05 năm 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC XÃ HỘI LÊ THỊ MAI ANH ẢNH HƢỞNG CỦA PH VÀ HÀM LƢỢNG NANO SILICA KHI PHÂN TÁN NANO SILICA TRONG NƢỚC ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TƠNG TĨM TẤT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: HÓA LÝ GIẢNG VIÊN HD: TS HỒNG THỊ THỦY Thanh Hóa,tháng 05 năm 2018 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Khoa Khoa Học Tự Nhiên, giảng viên, cán phòng, ban chức Trƣờng Đại học Hồng Đức suốt quãng thời gian học tập rèn luyện trƣờng Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới giáo TS Hoàng Thị Thủy trực tiếp hƣớng dẫn bảo em hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn bạn bè em học làm việc lớp K17 ĐHSP Hóa Học gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp Thanh Hóa, tháng năm 2018 Sinh viên thực Lê Thị Mai Anh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Hiệu phạm vi sử dụng (kinh tế, xã hội, giáo dục, khoa học, kỹ thuật, ) tính mới, đóng góp đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Cấu trúc silica: 10 1.2 Tính chất vật lí silica 11 1.3 Tính chất hóa học silica 11 1.4 Tính chất đặc biệt silica: 11 1.5 Phƣơng pháp tổng hợp hạt silica nano silica: 12 1.6 Các phƣơng pháp phân tán nano silica: 12 1.6.1.1 Phƣơng pháp phân tán học 13 1.6.1.2 Phƣơng pháp phân tán sóng siêu âm 13 1.6.1.3 Phƣơng pháp phân tán hồ quang điện 14 1.6.1.4 Phƣơng pháp phân tán keo tán 14 1.8 Tình hình nghiên cứu silica nanosilica 20 1.9 Các loại phụ gia yêu cầu đặc điểm phụ gia sản xuất bê tông 27 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 28 2.1 Hoá chất : Nano silica, HNO3 NH3 28 2.2 Phân tán nano silica nƣớc 28 2.3 Các phƣơng pháp, thiết bị nghiên cứu 28 2.3.1 Đánh giá ngoại quan 28 2.3.2 Đo phân bố kích thƣớc hạt 28 2.3.3 Đo zeta 28 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Kết phân tán nano silica nƣớc điều kiện pH khác 30 3.1.1 Đánh giá ngoại quan phân tán nano silica nƣớc 30 3.1.2 Kết đo phân bố kích thƣớc hạt nano silica phân tán điều kiện pH khác 32 Bảng 3.1b Tổng hàm lƣợng phần trăm hạt hệ pH 7,8,9,10 34 3.2 Kết phân tán nano silica nƣớc thay đổi hàm lƣợng nano silica 36 3.2.1 Đánh giá ngoại quan 36 3.2.2 Kết đo phân bố kích thƣớc hạt nano silica thay đổi hàm lƣợng nano silica 38 3.3.Kết đo Zeta hệ phân tán nano silica 41 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 43 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng : Độ tan silica vơ định hình nƣớc pH khác 25 Bảng : Sự phụ thuộc độ ổn định hệ keo vào độ lớn Zeta 29 Bảng 3.1 Thời gian xuất lắng tủa Nano silica pH khác 31 Bảng 3.1a Hàm lƣợng phần trăm hạt với kích thƣớc tƣơng ứng thay đổi pH hệ phân tán 33 Bảng 3.2a: Hàm lƣợng phần trăm hạt hệ pH có hàm lƣợng nS khác 38 Bảng 3.2b Tổng hàm lƣợng phần trăm hạt hệ pH có hàm lƣợng nS khác 39 Bảng Sự phụ thuộc độ ổn định hệ keo vào độ lớn Zeta 42 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1a Mơ cấu trúc silica 10 Hình 1.1b Các dạng liên kết nhóm Si-O bề mặt silica 11 Hình Mối tƣơng quan bề mặt, Stern Zeta với lớp điện tích kép, lớp Stern lớp khuếch tán 29 Hình 3.1a Hệ phân tán nano silica pH 2; 2,5; 3; 4; 30 Hình 3.1b Hệ phân tán nano silica pH 6; 7; 8; 9; 10 31 Hình 3.1c Hàm lƣợng phần trăm hạt ứng với kích thƣớc hạt khác pH 7, 8, 9, 10 34 Hình 3.1d Đồ thị biểu diễn tổng hàm lƣợng phần trăm hạt hệ pH 7,8,9,10 ứng với kích thƣớc hạt khác 35 Hình 3.2a Hệ phân tán nano silica PH = với hàm lƣợng lần lƣợt 2g/l, 3g/l, 4g/l, 5g/l, 6g/l 37 Hình 3.2b Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng phần trăm hạt hệ pH hàm lƣợng nS khác 38 Hình 3.2c Đồ thị biểu diễn tổng hàm lƣợng phần trăm hạt hệ pH hàm lƣợng nS khác 40 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu, chữ viết tắt BET CSTN CTAB EDX GS KH & CN KS MB NCS nS NX PGS RHA SEM TEM XRD Đƣợc hiểu Brunauer – Emmett - Teller Cao su thiên nhiên Cetyltrimethylammonium bromide Energy-dispersive X-ray spectroscopy Giáo sƣ Khoa học công nghệ Kỹ sƣ Metylen xanh Nghiên cứu sinh Nano silica Nhận xét Phó giáo sƣ Rice husk ash ( vỏ trấu ) Scanning Electron Microscope Transmission electron microscopy Quantitative Xray Diffraction methods MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Nano silica chất vô quan trọng làm cơng nghệ cao siêu mịn vơ cơ, kích thƣớc chúng nhỏ bé, diện tích bề mặt rộng, hấp phụ mạnh mẽ, lƣợng bề mặt cao, độ tinh khiết hóa học cao, tính chất phân tán tốt, khả chịu nhiệt khía cạnh khác có tính ổn định cao, đƣợc sử dụng nhiều ngành lĩnh vực với vai trị khơng thể thay Nano silica hay "Silica siêu mịn" đƣợc sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác nhƣ chất phụ gia, chất xúc tác hỗ trợ, hóa dầu, chất tẩy trắng, cao su, phụ nhựa, mực in, chất làm đặc, kim loại mềm, chất đánh bóng, chất độn cách nhiệt, mỹ phẩm cao cấp, phun vật liệu, y học, bảo vệ môi trƣờng Sử dụng bột nano sợi nano làm phụ gia sản xuất bê tông giúp tính siêu việt bê tơng tăng lên, tăng chất lƣợng cơng trình Hiện nay, bê tơng sở chất kết dính xi măng loại vật liệu xây dựng đƣợc sản xuất nhiều giới với khoảng 5,2 tỉ mét khối hàng năm Trong q trình sản xuất xi măng tiêu thụ nhiều lƣợng, với lƣợng sản xuất hàng năm giới khoảng 2,1 tỉ xi măng tƣơng đƣơng phát thải khoảng 5% lƣợng khí tồn cầu Những năm gần đây, nhà nghiên cứu chứng minh việc sử dụng vật liệu nano nhƣ phụ gia vật liệu xây dựng sở chất kết dính xi măng tạo độ bền vùng chuyển tiếp làm cho tính chất chúng đƣợc cải thiện rõ rệt đặc biệt giảm lƣợng xi măng cần dùng Với việc sử dụng bột nano sợi nano nhƣ phụ gia sản xuất bê tông không làm cho cƣờng độ bê tơng tính siêu việt (Ultra High Performance Concrete) tăng lên gấp hàng chục lần, mà cịn nhiều tính chất khác nhƣ độ chảy bám dính (trong bê tơng tự đầm, bê tơng phun, bê tơng trộn sẵn), bền ăn mịn ngăn cản từ trƣờng đạt đƣợc tối ƣu Bê tông công nghệ nano - vật liệu xây dựng tƣơng lai Hiện giới tồn hai phƣơng án công nghệ nhằm đƣa phần tử kích thƣớc nano vào thành phần bê tơng Phƣơng án thứ nghiền xi măng đến cỡ hạt nano, đó, thành phần chất tham gia phản ứng với nƣớc loại xi măng tăng lên đáng kể Nếu xi măng thông thƣờng tỷ diện riêng xấp xỉ 3.000 cm2/gr, có khoảng 1/3 khối lƣợng xi măng phản ứng với nƣớc, chủ yếu phần tử gần sát bề mặt, phần lại thực chức cốt liệu trơ, xi măng nghiền tới cỡ hạt nano có tới 80 - 90% khối lƣợng tham gia phản ứng với nƣớc, dẫn đến thành phẩm thu đƣợc đòi hỏi lƣợng xi măng Xi măng nghiền bảo đảm cấu trúc bền vững Trong trình sản xuất xi măng, phần lƣợng đáng kể bị tiêu hao nghiền nguyên liệu để chế tạo xi măng Một lƣợng nhỏ phụ gia nano biến tính gốc cácbon giúp giảm thời gian nghiền Phƣơng án thứ hai biến tính vật liệu xây dựng Cơng nghệ đƣợc thực thông qua ứng dụng phụ gia biến tính nano Các nhà khoa học thƣờng ứng dụng chất C, Ag, Cu, TiO2, SiO2, Fe2O3, CaCO3, sợi nano, phân tử nano polyme… làm phụ gia biến tính nano Hiện phụ gia đƣợc quan tâm nhiều nano silica Phụ gia biến tính nano với nồng độ cực thấp tăng cƣờng đặc tính lý bê tông: cải thiện cƣờng độ mođun đàn hồi, nâng cao khả chống thấm tính bền băng giá cho bê tông, giảm ngƣỡng biến dạng co ngót Tuy nhiên hiệu sử dụng lại phụ thuộc vào chất lƣợng lớp keo tụ nano silica phân bố nano silica nƣớc môi trƣờng trộn bê tông chủ yếu môi trƣờng nƣớc Bởi vậy, em chọn đề tài: ―Ảnh hƣởng pH hàm lƣợng nano silica phân tán nano silica nƣớc ứng dụng sản xuất bê tông‖ Mục tiêu nghiên cứu Xác định đƣợc ảnh hƣởng pH hàm lƣợng nano silica đến khả phân tán nano silica nƣớc Từ đƣa đƣợc giá trị pH hàm lƣợng nano silica để đạt đƣợc phân tán nano silica tối ƣu phù hợp với ứng dụng sản xuất bê tông Hiệu phạm vi sử dụng (kinh tế , xã hội, giáo dục, khoa học, kỹ thuật, ) tính mới, đóng góp đề tài Từ kết thu đƣợc đƣa giá trị pH hàm lƣợng nano silica để đạt đƣợc phân tán nano silica tối ƣu nƣớc Đặc biệt, định hƣớng sử dụng lƣợng nano silica giá trị pH hợp lí để cải thiện tƣợng vón CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các kết nghiên cứu để lựa chọn điều kiện phù hợp nhƣ sau: - Đƣa nano silica vào phân tán nƣớc với điều kiện pH nƣớc hàm lƣợng nano silica khác Đánh giá ngoại quan lắng tủa, theo dõi thời gian xuất lắng tủa dung dịch - Phân tích dung dịch sau đánh giá ngoại quan, chọn điều kiện pH nƣớc hàm lƣợng nano silica phù hợp tiến hành đo phân bố kích thƣớc hạt độ ổn định (phân bố Zeta) tìm điều kiện phân tán nano silica tốt 3.1 Kết phân tán nano silica nƣớc điều kiện pH khác 3.1.1 Đánh giá ngoại quan phân tán nano silica nước Để bƣớc đầu lựa chọn pH phù hợp cho phân tán nanosilica nƣớc, khảo sát đƣa 2g nano silica vào 400 ml nƣớc có điều chỉnh pH thay đổi từ 2; 2,5; ; ; ; ; ; ; ; 10 kết thu đƣợc: • pH = 1,5 ; 2, ; ; xuất lắng tủa sau siêu âm Hình 3.1a Hệ phân tán nano silica pH 2; 2,5; 3; 4; 30 Hình 3.1b Hệ phân tán nano silica pH 6; 7; 8; 9; 10 Ở pH lại, ban đầu không xuất lắng tủa, sau thời gian theo dõi bắt đầu thấy xuất tủa Thời gian xuất tủa cụ thể thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Thời gian xuất lắng tủa Nano silica pH khác pH hệ phân tán Thời gian lắng tủa (ngày) ngày >10 ngày 10 >10 ngày Khả phân tán nano silica môi trƣờng phân tán giá trị pH định phụ thuộc vào điện tích bề mặt Trong trình phân tán, điện tích bề mặt xuất vị trí có nhóm silanol bề mặt nhóm silanol ngậm nƣớc Độ lớn điện tích bề mặt phụ thuộc vào nồng độ ion H + ion OH- dung dịch Quá trình ion hóa, tùy thuộc vào độ pH: Khi pH tăng,khi phản ứng xảy hệ keo từ không ổn định đến ổn định tốt, độ ổn định đạt đƣợc môi trƣờng kiềm Khi pH tăng, tăng mật độ nhóm (OH-) dẫn đến khuếch tán hệ keo, đến giới hạn định có hình thành ion silicat HSiO331 làm hịa tan phần hạt Nhƣ đánh giá ngoại quan ta xác định đƣợc với pH = 8; 9; 10 nano silica phân tán tƣơng đối tốt Trong đó, với pH = 10, thời gian xuất lắng tủa chậm nhất, lớp keo có độ nhớt vừa phải, không lỏng quá, không đặc sệt 3.1.2 Kết đo phân bố kích thước hạt nano silica phân tán điều kiện pH khác Kích thƣớc hạt có ảnh hƣởng trực tiếp tới độ ổn định dung dịch ảnh hƣởng đến màng thụ động chứa nano silica Kích thƣớc hạt nano silica khơng phụ thuộc vào kích thƣớc hạt ban đầu, mà cịn phụ thuộc điều kiện phân tán, trạng thái bề mặt hạt Đánh giá ngoại quan xác định đƣợc nano silica phân tán tƣơng đối tốt pH 7; 8; 9; 10 Tiến hành đo phân bố kích thƣớc hạt hệ phân tán nano silica pH 7; 8; 9; 10 Hệ sau phân tán nano silica để ổn định điều kiện thƣờng 24 giờ, sau tiến hành siêu âm 15 phút trƣớc đo phân bố kích thƣớc hạt Từ kết phân tán hàm lƣợng 5g/l nano silica nƣớc pH khác cho thấy kích thƣớc hạt nano silica có thay đổi nhiều so với kích thƣớc sản xuất đƣa ban đầu (kích thƣớc nano silica nhà sản xuất 12 nm) Kích thƣớc hạt nhỏ thu đƣợc sau phân tán hệ phân tán 58 nm Ở pH khác hàm lƣợng phần trăm hạt nhỏ thu đƣợc có khác biệt Trong đó, hàm lƣợng đạt đƣợc nhiều pH = 9, chiếm 0,545% pH = chiếm 0,474% Hình 3.1a cho thấy đƣờng biểu diễn hàm lƣợng phần trăm hạt pH = dịch chuyển sang phía trái so với đƣờng lại pH 7, 8, 10 (tiếp tục phân tích đến kích thƣớc hạt) Dựa vào bảng 3.1a phân tích hàm lƣợng % hạt có kích thƣớc dƣới 100nm kích thƣớc hạt đạt 100%) 32 Bảng 3.1a Hàm lượng phần trăm hạt với kích thước tương ứng thay đổi pH hệ phân tán Kích thƣớc hạt Hàm lƣợng % Hàm lƣợng % Hàm lƣợng % Hàm lƣợng % (µm) hạt (%) pH hạt (%) pH hạt (%) pH hạt (%) pH =7 =8 =9 =10 0,058 0,474 0,501 0,545 0,523 0,067 0,969 1,048 1,157 1,093 0,076 2,188 2,473 2,294 0,087 3,850 4,221 4,845 4,436 0,1 6,228 6,747 7,719 7,069 0,115 9,050 9,657 10,948 10,07 0,131 12,158 12,773 14,230 13,257 0,150 14,622 14,954 16,130 15,393 0,172 15,301 15,081 15,469 15,355 0,197 15,640 12,818 12,247 12,882 0,226 10,200 9,041 7,865 8,955 0,259 6,337 5,239 4,049 5,112 0,296 3,246 2,478 1,657 2,382 0,339 1,359 0,949 0,534 0,899 0,389 0,456 0,288 0,132 0,271 33 (µm) Hình 3.1c Hàm lượng phần trăm hạt ứng với kích thước hạt khác pH 7, 8, 9, 10 Nhận Xét: Dựa vào đƣờng cong parabol đồ thị (đồ thị Hình 3.1c) kết hàm lƣợng phần trăm hạt đo đƣợc thực nghiệm bảng 3.1a Rút kết luận sau: Mức phân bố hàm lƣợng phần trăm hạt pH = tốt Bảng 3.1b Tổng hàm lượng phần trăm hạt hệ pH 7,8,9,10 kích thước hạt đạt tới giá trị tương ứng Kích Tổng hàm Tổng hàm Tổng hàm Tổng hàm thƣớc hạt lƣợng % hạt lƣợng % hạt lƣợng % hạt lƣợng % hạt (µm) Tại pH = Tại pH = Tại pH = Tại pH =10 0,058 0,067 0,474 1,443 0,505 1,553 0,545 1,702 0,523 1,616 0,076 0,087 0,1 3,443 7,293 13,520 3,741 7,962 14,709 4,175 9,021 16,739 3,910 8,346 15,415 0,115 22,551 24,367 27,687 25,494 0,131 0,150 34,709 49,331 37,139 52,093 41,917 58,047 38,752 54,144 34 0,172 64,632 67,174 73,517 69,500 0,197 78,272 79,992 85,764 82,382 0,226 88,472 89,032 93,629 91,331 0,259 94,809 94,272 97,677 96,449 0,296 98,055 96,749 99,334 98,831 0,339 99,414 97,698 99,868 99,729 0,389 99,871 97,986 100,000 100,000 (µm) Hình 3.1d Đồ thị biểu diễn tổng hàm lượng phần trăm hạt hệ pH 7,8,9,10 ứng với kích thước hạt khác Nhận xét: Dựa bảng số liệu đồ thị ta nhận thấy PH = tốt Giải thích kết : - Với xúc tác bazơ, phản ứng thủy phân dễ dàng tạo thành dạng Si(OH)4 ion OH- xâm nhập trực tiếp vào nguyên tử Si Do đó, ngƣng tụ nhóm ≡ Si(OH) gel silica tạo thành có cấu trúc phân nhánh ƣu tiên cho phía, kết vật liệu nano silica tạo thành thƣờng có dạng hình cầu - Do tính chất polymer hạt, bề mặt phát triển tốt nhóm chức (silanol), khả phản ứng cao khả thay đổi bề mặt hấp phụ hạt 35 - Sự hòa tan kết tủa silica nƣớc bao gồm phản ứng hydrat hóa nƣớc đƣợc xúc tác ion OH- (SiO2 )x + 2H2O (SiO2)x-1 + Si(OH)4 Tổng hàm lƣợng silica "hòa tan" tăng đạt đƣợc trạng thái cân sau đây: Si(OH)4 + OH– H3SiO4 - + H2O Nhƣ vậy, khả hòa tan silica tăng theo tăng độ pH hình thành ion silicat Si(OH)4 có mặt dung dịch - Tốc độ phản ứng ngƣng tụ phụ thuộc vào nồng độ [OH-], nghĩa với độ pH = tốc độ phản ứng thủy phân lớn nhiều so với pH = – 10, khảo sát vùng pH > tốc độ phản ứng ngƣng tụ lớn lớn pH = Do vậy, với pH = - hạt nano silica đƣợc tạo thành có kích thƣớc lớn so với pH = - 10 kéo theo với phần trăm phân bố hạt nano silica khoảng pH = - nhỏ hơn, phân bố hạt không đồng so với khoảng pH = - 10 - Sản xuất bê tơng có giá trị sử dụng cao cần lớp keo bền, phân bố không đƣợc xốp, không đƣợc đóng tủa q nhanh pH = 10 hòa tan tốt mức yêu cầu, pH cao khả hòa tan hạt tốt khiến kích thƣớc hạt nhỏ, phân bố hạt đồng khoảng cách hạt thƣa dẫn đến keo xốp, lỏng so với pH = nên ta chọn pH = khoảng pH = – 10 So sánh với số liệu thực nghiệm, thật vậy: Ở pH = khả phân bố đạt kết tốt nhất, kích thƣớc hạt trịn đều, tách rời rõ rệt, phù hợp với kết nghiên cứu dự đoán phù hợp với yêu cầu hạt nhỏ, kích thƣớc phân bố hạt đồng làm tối ƣu lớp keo, nâng cao giá trị sử dụng bê tông 3.2 Kết phân tán nano silica nƣớc thay đổi hàm lƣợng nano silica 3.2.1 Đánh giá ngoại quan Để chọ n hàm lượng nano silica tố t nhấ t tiế n hành khả o sát sau: Đưa lầ n lượt hàm lượng nano silica 0,8g; 1,2g; 1,6g; 2g; 36 2,4g vào 400ml nước có nh pH = (Hàm lượng tương ứng với 2g/l; 3g/l; 4g/l; 5g/l; 6g/l) Hình 3.2a Hệ phân tán nano silica PH = với hàm lượng 2g/l, 3g/l, 4g/l, 5g/l, 6g/l Đánh giá ngoại quan: Theo kết đánh giá ngoại quan, phân tán môi trƣờng ( pH = ) thay đổi hàm lƣợng nano silica lần lƣợt 2g/l, 3g/l, 4g/l, 5g/l, 6g/l, theo dõi đến ngày thứ 10 chƣa thấy hệ phân tán có lắng tủa, tiếp tục theo dõi đến ngày thứ 15 15 ngày chƣa thấy hệ phân tán có lắng tủa Bằng đánh giá ngoại quan chƣa thể xác định đƣợc hàm lƣợng nano silica tốt Bởi để xác định đƣợc hàm lƣợng nano silica tốt Tiếp tục lấy mẫu nghiệm đo phân bố kích thƣớc hạt đo Zeta để đƣa đƣợc hàm lƣợng nano silica tối ƣu 37 3.2.2 Kết đo phân bố kích thước hạt nano silica thay đổi hàm lượng nano silica Hình 3.2b Đồ thị biểu diễn hàm lượng phần trăm hạt hệ pH hàm lượng nS khác (µm) Đồ thị đƣợc xây dựng bảng số liệu 3.2a, bảng số liệu nhƣ sau: Bảng 3.2a: Hàm lượng phần trăm hạt hệ pH có hàm lượng nS khác Kích Hàm lƣợng Hàm lƣợng Hàm lƣợng Hàm lƣợng Hàm lƣợng thƣớc hạt % hạt (%) % hạt % hạt (%) % hạt (%) % hạt (%) (µm) 2g/l (%) 3g/l 4g/l 5g/ 6g/l 0,058 0,429 0,454 0,412 0,592 0,545 0,067 0,863 0,907 0,840 1,265 1,157 0,076 1,759 1,827 1,731 2,699 2,473 0,087 3,379 3,459 3,328 5,234 4,845 0,1 5,540 5,611 5,431 8,199 7,719 0,115 8,138 8,187 7,926 11,459 10,948 38 0,131 11,149 11,173 10,730 14,652 14,230 0,150 13,744 13,780 12,975 16,274 16,130 0,172 14,847 14,971 13,639 15,230 15,469 0,197 13,745 14,028 12,192 11,711 12,247 0,226 10,726 11,155 9,120 7,265 7,865 0,259 6,984 7,452 5,653 3,591 4,049 0,296 3,771 4,157 2,889 1,402 1,657 0,339 1,671 1,914 1,207 0,428 0,534 0,389 0,593 0,710 0,403 0,000 0,132 Nhận Xét: Dựa vào đồ thị bảng số liệu ta nhận thấy giá trị pH = mức nƣớc giá trị 5g/l cho kết tối ƣu Bảng 3.2b Tổng hàm lượng phần trăm hạt hệ pH có hàm lượng nS khác Kích thƣớc Tổng hàm Tổng hàm Tổng hàm Tổng hàm Tổng hàm hạt (µm) lƣợng % lƣợng % lƣợng % lƣợng % lƣợng % hạt 2g/l hạt 3g/l hạt 4g/l hạt 5g/l hạt 6g/l 0,058 0,429 0,454 0,412 0,592 0,545 0,067 1,292 1,361 1,252 1,857 1,702 0,076 3,051 3,187 2,983 4,556 4,175 0,087 6,430 6,646 6,310 9,791 9,021 0,1 11,971 12,256 11,742 17,990 16,739 0,115 20,108 20,443 19,668 29,449 27,687 0,131 31,257 31,616 30,398 44,101 41,917 0,150 45,001 45,396 43,373 60,375 58,047 0,172 59,848 60,366 57,013 75,604 73,517 0,197 73,592 74,394 69,205 87,316 85,764 39 0,226 84,319 85,549 78,325 94,580 93,629 0,259 91,302 93,001 83,978 98,171 97,677 0,296 95,07 97,158 86,867 99,572 99,334 0,339 0,389 96,744 97,337 99,072 99,782 88,074 88,477 100,000 100,000 99,868 100,000 Từ bảng số liệu trên, xây dựng đƣợc đồ thị sau: Tổng hàm lƣợng % hạt 2g/l 100 Tổng hàm 80 lƣợng % hạt 3g/l 60 Tổng hàm 40 lƣợng % hạt 4g/l 20 Tổng hàm lƣợng % hạt 5g/l Tổng hàm Kích thƣớc hạt (µm) lƣợng % hạt Hình 3.2c Đồ thị biểu diễn tổng hàm lượng phần trăm hạt6g/l hệ pH 0.06 Tổng hàm lƣợng % 120 hàm lượng nS khác Nhận xét: Dựa vào đồ thị bảng số liệu ta nhận thấy môi trƣờng phân tán (cùng giá trị pH = 9) mức nƣớc giá trị 5g nS/1l nƣớc cho kết tối ƣu Giải thích kết quả: - Sự hòa tan kết tủa silica nƣớc bao gồm phản ứng hydrat hóa nƣớc đƣợc xúc tác ion OH- : (SiO2 )x + 2H2O (SiO2)x-1 + Si(OH)4 Tổng hàm lƣợng silica "hòa tan" tăng đạt đƣợc trạng thái cân sau đây: 40 Si(OH)4 + OH- H3SiO4 - + H2O Khi phản ứng thủy phân xảy xích liên kết Si = O tạo thành, hạt kết tụ thành đám dính chặt vào dẫn đến cấu trúc hạt đồng hơn, hạt phân bố rời rạc - Kích thƣớc phù hợp khả chuyển động brown hạt nano tốt dẫn đến phân bố hạt đồng đạt hiệu cao - Sức căng bề mặt nƣớc lớn, tiền chất Si(OH)4 đƣợc tạo q trình thủy phân phân tán khơng tốt dung dịch, nên hạt có xu hƣớng kết tụ lại trình ngƣng tụ Tuy nhiên nồng độ phù hợp, sức căng bề mặt dung dịch giảm làm tăng khả phân tán tiền chất vào dung dịch, dẫn đến hạt rời rạc - Trong sản xuất bê tông để tăng đƣợc giá trị sử dụng suất bê tông nhƣ giảm thiểu đƣợc hàm lƣợng xi măng bê tông (sản xuất xi măng gây ô nhiễm mơi trƣờng thải lƣợng lớn khí thải) u cầu phụ gia nói chung phụ gia nano silica nói riêng ngồi đảm bảo đạt tiêu chuẩn tính chất nhƣ kị nƣớc, đảm bảo gia tăng độ bền, gia tăng khả chống oxi hóa, đáp ứng đầy đủ u cầu lí hóa cấu kết bê tơng cịn cần tạo lớp trộn với hạt có kích thƣớc nhỏ, phân bố đồng rời rạc Ngồi mơi trƣờng chủ yếu để sản xuất bê tông môi trƣờng nƣớc Vậy để tạo hạt nano silica vừa có kích thƣớc nhỏ, phân bố đồng rời rạc môi phƣờng phân tán tạo lớp keo tụ hồn hảo hơn, sản xuất bê tơng có giá trị sử dụng cao hàm lƣợng nano silica g/l phù hợp Điều chứng tỏ hàm lƣợng nano silica môi trƣờng phân tán nano silica có ảnh hƣởng đến hình thái cấu trúc bê tơng, đề tài nghiên cứu có ứng dụng nâng cao chất lƣợng suất cho trình sản xuất bê tông 3.3.Kết đo Zeta hệ phân tán nano silica Thế Zeta thể mức độ đẩy hạt tích điện dấu gần hệ phân tán Đối với phân tử hạt đủ nhỏ, Zeta cao (âm dƣơng) cho độ ổn định cao, hệ phân tán chống lại keo tụ 41 Bảng Sự phụ thuộc độ ổn định hệ keo vào độ lớn Zeta Thế Zeta, mV Độ ổn định hệ keo ÷ ±5 Kết tụ hay tập hợp lại thành đám nhanh ±10 ÷ ±30 Bắt đầu khơng ổn định ±30 ÷ ±40 Độ ổn định trung bình ±40 ÷ ±60 Độ ổn định tốt ±61 Độ ổn định tốt Thế Zeta chịu ảnh hƣởng nhiều yếu tố khác nhƣ pH, thời gian siêu âm, tần số siêu âm,…Qua kết đo phân bố kích thƣớc hạt thấy đƣợc nano silica phân tán tốt điều kiện pH = với hàm lƣợng nano silica 5g/l Tiến hành đo Zeta để xác định độ ổn định hệ keo phân tán Kết thu đƣợc Zeta hệ -32,6 mV Theo bảng 2, giá trị Zeta hệ có giá trị tuyệt đối lớn 30mV, chứng tỏ hệ phân tán ổn định tƣơng đối tốt Nhƣ vậy, kết đo zeta lần khẳng định với pH = hàm lƣợng nano silica g/l điều kiện tốt để phân tán nano silica 42 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Kết luận đề nghị: - Với mức pH = 9, hàm lƣợng nano silica g/l Hệ phân tán nano silica tốt Có thể sử dụng mức pH để sử dụng cho việc chọn mức pH hàm lƣợng nano silica phù hợp nhằm nâng cao chất lƣợng bê tông chế tạo từ nano silica - Định hƣớng phù hợp cho sản xuất bê tông vật liệu xây dựng nói chung ngành cơng nghiệp sử dụng phụ gia nano silica nói riêng ví dụ nhƣ ngành y học , sinh học, chế tạo cao su, phụ gia công nghiệp sơn,… 43 Tài liệu tham khảo: L Peng, W Qisui, L Xi, Z Chaocan (2009), Investigation of the states of water and OH groups on the surface of silica, Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng Aspects, 334, pp 112-115 Trần Mạnh Lục (2012), Hóa học hệ phân tán keo, NXB Đà Nẵng, tr.5-7 3.Vajihe Jafari, Ali Allahverdi, Mostafa Vafaei (2014), "Ultrasound- assisted synthesis of colloidia nanosilica from silicafume: Effect of sonication time on the properties of product", Advanced Powder Technology, pp.1571-1577 N A Shabanova, V V Popov, P D Sarkisov, The Chemistry and Technology of Nanodisperse Oxit [in Russian], Akadem-kniga, Moscow (2006) R Iler, Hóa học Silica, Wiley, New York (1972) N A Shabanova P D Sarkisov, Fundamentals of the Sol-GtheTechnology of Nanodisperse Silica [in Russian], Akademkniga,Moscow (2004) N F Fedorov, T A Trunin, A V Kurilenko, Silica in Crystalline and Amorphous States [in Russian], SPbGTI (TU), St Petersburg T V Kuznetsova, A P Osokin, M M Sychev, et al., Special Cements [in Russian], Stroyizdat, St Petersburg (1997) V I Korneev V I Danilov, Liquid and Soluble Glass [in Russian], Stroyizdat, St Petersburg (1996) 10 Z Z Vysotskii, An Essay on the History of Chemistry of disperse Silica [in Russian], Naukova Dumka, Kiev (1971) 11 Hoàng Thị Hƣơng Thủy, Nghiên cứu chế tạo đặc trƣng lí hóa màng thụ động Crom (III) chứa nano silica thép mạ kẽm 44