Nghiên cứu tổng hợp khoáng wollastonite từ tro trấu Việt Nam bằng phương pháp thủy nhiệt (Full toàn văn)

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN NGỌC CƯỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP KHOÁNG WOLLASTONITE TỪ TRO TRẤU VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mã số: 60.52.75 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM CẨM NAM Đà Nẵng – Năm 2011 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN NGỌC CƯỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP KHOÁNG WOLLASTONITE TỪ TRO TRẤU VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS. TS. Phạm Cẩm Nam. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trần Ngọc Cường 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn ñề tài 1 2. Mục ñích nghiên cứu 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 3.1. Đối tượng nghiên cứu 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu 2 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của ñề tài 3 6. Cấu trúc của luận văn 4 Chương 1 − TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 1.1. Tro trấu (RHA) 5 1.1.1. Thành phần của trấu 6 1.1.2. Ứng dụng của vỏ trấu 7 1.2. Calcium silicate 10 1.2.1. Truscottite 11 1.2.2. Xonotlite 11 1.2.3. Tobermorite 12 1.2.4. Wollastonite 14 1.2.4.1. Hệ thống tinh thể wollastonite 15 1.2.4.2. Tổng hợp các wollastonite 17 5 1.3. Phương pháp thủy nhiệt 20 1.4. Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về tổng hợp wollastonite 22 1.4.1. Những nghiên cứu trên thế giới 22 1.4.2. Tình hình nghiên cứu tổng hợp wollastonite tại Việt Nam 24 Chương 2 − ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1. Đối tượng nghiên cứu 25 2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất 25 2.1.1.1. Tro trấu (RHA) 25 2.1.1.2. Ca(OH) 2 25 2.1.2. Dụng cụ nghiên cứu 25 2.2. Phương pháp nghiên cứu 26 2.2.1. Cơ sở lý thuyết 26 2.2.2. Các phương pháp phân tích thực nghiệm 28 2.2.2.1. Phân tích phổ huỳnh quang tia X (XRF) 28 2.2.2.2. Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 28 2.2.2.3. Phân tích hồng ngoại biến ñổi Fourier (FT-IR) 29 2.2.2.4. Phân tích kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) 29 2.3. Các bước tiến hành 31 2.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu 31 2.3.2. Cách tiến hành 31 Chương 3 − KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 3.1. Tro trấu (RHA) 34 3.1.1. Phân tích XRF 34 3.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại FT-IR 35 3.1.3. Phân tích XRD 35 3.1.4. Phân tích hình thái học SEM 36 3.1.5. Nhận xét 37 6 3.2. Tổng hợp wollastonite 38 3.2.1. Phản ứng tại 170 0 C trong 12 giờ 38 3.2.2. Phản ứng tại 180 0 C trong 12 giờ 41 3.2.3. Phản ứng tại 190 0 C trong 12 giờ 44 3.2.4. Phản ứng tại 200 0 C trong 12 giờ 47 3.2.5. Phản ứng tại 210 0 C trong 12 giờ 50 3.2.6. Nhận xét 52 3.2.7. Đánh giá hình thái học của các mẫu sản phẩm sau nung 54 3.2.8. Thành phần hóa học của mẫu 56 3.3. Đánh giá thực tế 56 3.3.1. Thử ñộ kết khối 57 3.3.2. Đưa vào bài engobe 57 3.3.3. Đưa vào bài phiếu liệu men trắng 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) PHỤ LỤC 67 7 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CS : Wollastonite (CaSiO 3 ) C-S-H : CaO-SiO 2 -H 2 O FT-IR : Phân tích hồng ngoại biến ñổi Fourier (Fourier Transformation Infrared) RHA : Tro trấu (Rice Husk Ash) SEM : Hiển vi ñiện tử quét (Scanning Electronic Microscope) XRD : Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) XRF : Huỳnh quang tia X (X-ray fluorescence) 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu 7 1.2 So sánh các nhiên liệu 8 1.3 Tính chất vật lý và hóa học của truscottite 11 1.4 Tính chất vật lý và hóa học của xonotlite 11 1.5 Tính chất vật lý và hóa học của tobermorite 12 1.6 Tính chất vật lý và hóa học của wollastonite 15 1.7 Tinh thể học của wollastonite 16 2.1 Thành phần hóa của Ca(OH) 2 , (% khối lượng) 25 2.2 Các thông số tổng hợp cho các mẫu R1 ñến R5 31 3.1 Thành phần hóa của tro trấu, (% khối lượng) 34 3.2 Thành phần hóa các mẫu tổng hợp sau nung, (% khối lượng) 56 9 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Sự liên kết của các chuỗi silicate bát diện [CaO 6 ] 10- trong tinh thể xonotlite 12 1.2 Sự liên kết của các chuỗi silicate bát diện [CaO 6 ] 10- trong tinh thể tobermorite 13 1.3 Khu vực hình thành khoáng trong hệ CaO-SiO 2 -H 2 O (% mol) 13 1.4 Hình phối trí của Si và Ca trong wollastonite 16 1.5 Đơn vị ô mạng của wollastonite theo hướng [010] 17 1.6 Liên kết của các chuỗi bát diện [CaO 6 ] 10- theo hướng [100] và [001] trong wollastonite 17 1.7 Biểu ñồ pha hệ CaO-SiO 2 19 1.8 Sự phụ thuộc áp suất hơi vào nhiệt ñộ trong ñiều kiện ñẳng tích 21 1.9 Bình thép dùng tổng hợp thủy nhiệt (nồi hấp) ñể nuôi tinh thể 21 2.1 Một số dụng cụ thí nghiệm cơ bản 26 2.2 Quan hệ pha của các khoáng trong hệ C-S-H 27 3.1 Phổ FT-IR của RHA sau khi nung ở 800 0 C lưu 3 giờ 35 3.2 Phổ XRD của RHA sau khi nung ở nhiệt ñộ 800 0 C lưu 3 giờ 36 3.3 Ảnh SEM của tro trấu sau khi nung ở 800 0 C lưu 3 giờ 37 3.4 Phổ FT-IR của mẫu R1 ở nhiệt ñộ 170 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 39 3.5 Phổ XRD của mẫu R1 ở nhiệt ñộ 170 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 40 3.6 Phổ FT-IR của mẫu R2 ở nhiệt ñộ 180 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 42 10 Số hiệu hình Tên hình Trang 3.7 Phổ XRD của mẫu R2 ở nhiệt ñộ 180 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 43 3.8 Phổ FT-IR của mẫu R3 nhiệt ñộ 190 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 45 3.9 Phổ XRD của mẫu R3 ở nhiệt ñộ 190 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 46 3.10 Phổ FT-IR của mẫu R4 ở nhiệt ñộ 200 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 48 3.11 Phổ XRD của mẫu R4 ở nhiệt ñộ 200 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 49 3.12 Phổ FT-IR của mẫu R5 ở nhiệt ñộ 210 0 C (a) trư ớc nung, (b) sau nung 50 3.13 Phổ XRD của mẫu R5 ở nhiệt ñộ 210 0 C (a) trước nung, (b) sau nung 51 3.14 Phổ FT-IR của mẫu R4 sau khi nung ở nhiệt ñộ 950 0 C lưu 3 giờ so sánh với phổ của wollastonite trong thư viện máy 52 3.15 Ảnh SEM của mẫu nung 950 0 C lưu 3 giờ sau khi phản ứng thủy nhiệt ở (a) 170 0 C, (b) 180 0 C, (c) 190 0 C, (d) 200 0 C, (e) 210 0 C, và (f) wollastonite thực tế 55 3.16 Mẫu ñánh giá thực tế 59 [...]... nhu c u ng d ng th c ti n chúng tôi th c hi n ñ tài: Nghiên c u t ng h p khoáng wollastonite t tro tr u Vi t Nam b ng phương pháp th y nhi t” 2 2 M c ñích nghiên c u Trong ñ tài này, hư ng nghiên c u t ng h p wollastonite ñư c th c hi n thông qua vi c t ng h p xonotlite-Ca6Si6O17(OH)2 và các khoáng calcium silicate hydrate [14], [48] hình thành trong h CaO−SiO2−H2O v i t l mol CaO/SiO2 h p lý ñi u... ngư i ta có th cho vào các ch t khoáng hóa B2O3 và K2CO3 19 Hình 1.7 Bi u ñ pha h CaO-SiO2 Trong hai phương pháp, phương pháp ph n ng pha r n th c hi n nhi t ñ cao nên tiêu hao năng lư ng cao hơn và quá trình s n xu t t o ra các ch t gây ô nhi m môi trư ng Bên c nh nh ng phương pháp nói trên, phương pháp hóa h c g n ñây ñư c s d ng ñ t ng h p wollastonite là phương pháp th y nhi t Huang và các c ng... khoáng wollastonite t tro tr u 25 Chương 2 − Đ I TƯ NG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 2.1 Đ i tư ng nghiên c u Nghiên c u t ng h p khoáng wollastonite CaO.SiO2 t ngu n nguyên li u ch a SiO2 (tro tr u nung) và Ca(OH)2 b ng phương pháp th y nhi t thông qua vi c t ng h p các khoáng calcium silicat hydrate 2.1.1 Nguyên li u và hóa ch t 2.1.1.1 Tro tr u (RHA) Tro tr u ñư c cung c p b i Công ty TNHH Đi n hơi Công... t trong tinh th wollastonite trong h tam tà (T), cũng có th ñư c g i là wollastonite 1A ho c β-CaSiO3 Hình th c th hai trong t nhiên là wollastonite 2M (2 có nghĩa là “t ñ u tiên trong công th c”, M vi t t t t monocline hay ñơn tà), xu t hi n hi m hơn wollastonite 1T T ñ ng nghĩa c a wollastonite 2M là parawollastonite ho c cũng có th là β-CaSiO3 Tên βCaSiO3 ñư c s d ng cho c wollastonite 1T và wollastonite. .. Nizami M.S nghiên c u t ng h p wollastonite t tro tr u và ñá vôi theo hai con ñư ng Theo cách th nh t, wollastonite t ng h p b ng phương pháp th y nhi t, trong ñó CaO t ñá vôi và SiO2 t tro tr u ñư c ph n ng trong thi t b autoclave áp su t 30÷80 bar, trong 1 gi Theo cách th hai, t ng h p b ng ph n ng pha r n theo t l mol c a CaO/SiO2 = 1 nung nhi t ñ 1200÷13000C [37] Năm 1997, Yu Q và các c ng s nghiên. .. = 90o Hình 1.4 Hình ph i trí c a Si và Ca trong wollastonite 8 17 Hình 1.5 Ô m ng c a wollastonite theo hư ng [010] Hình 1.6 Liên k t c a các chu i bát di n [CaO6]-10 theo hư ng [100] và [001] trong wollastonite 1.2.4.2 T ng h p các wollastonite Wollastonite có th ñư c hình thành trong t nhiên v i nhi u cách khác nhau, tuy nhiên nói chung thì có hai phương pháp hình thành C hai liên quan ñ n s bi n... t o thành tro ch a hàm lư ng SiO2 r t cao và có th là m t nguyên li u hi u qu kinh t Vì v y, chúng tôi ch n tro tr u là ngu n cung c p SiO2 cho nguyên li u t ng h p wollastonite Trong ñ nh hư ng nghiên c u, chúng tôi ch n t ng h p b ng phương pháp th y nhi t, v i lý do phương pháp này có th gi m nhi t ñ ph n ng và t o ra s n ph m v i ñ tinh khi t cao hơn V m t khoa h c và th c ti n, vi c nghiên c u... 51.7% SiO2 Trong thành ph n c a khoáng wollastonite còn có ch a m t lư ng nh Fe, Mg, Mn, Al, K, Na thay th cho calcium trong c u trúc khoáng Wollastonite tinh khi t có màu tr ng, khi có l n m t s lo i t p ch t thì s n ph m có th màu xám, màu kem, màu xanh lá cây, ho c màu ñ [41] Trong th p k 60, wollastonite ñã ng d ng ph bi n r ng rãi như là m t khoáng ch t công nghi p và nhi u ti m năng s d ng Wollastonite. .. [6] 1.4.2 Tình hình nghiên c u t ng h p wollastonite t i Vi t Nam Theo hi u bi t c a chúng tôi, hi n nay nư c ta chưa có công trình nghiên c u nào v t ng h p khoáng wollastonite ñư c công b M t s tài li u trong nư c m i ch ñ c p ñ n nguyên lý c a các ph n ng th y nhi t và ph n ng pha r n, tuy nhiên chưa có công trình c th nào liên quan ñ n quá trình t ng h p khoáng wollastonite t tro tr u 25 Chương... ngu n nguyên li u, ph li u trong nư c, góp ph n làm gi m ô nhi m môi trư ng 3 Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u 3.1 Đ i tư ng nghiên c u Nghiên c u t ng h p khoáng wollastonite (CaO.SiO2 hay vi t t t là CS) t ngu n nguyên li u có ch a SiO2 và CaO 3.2 Ph m vi nghiên c u Ngu n tro tr u nung ch a hàm lư ng SiO2 d ng vô ñ nh hình là nguyên li u lý tư ng ñ cung c p SiO2 Trong ph m vi nghiên c u c a ñ tài này, . hiện ñề tài: Nghiên cứu tổng hợp khoáng wollastonite từ tro trấu Việt Nam bằng phương pháp thủy nhiệt . 2 2. Mục ñích nghiên cứu Trong ñề tài này, hướng nghiên cứu tổng hợp wollastonite. NAM Đà Nẵng – Năm 2011 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN NGỌC CƯỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP KHOÁNG WOLLASTONITE TỪ TRO TRẤU VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT. ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN NGỌC CƯỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP KHOÁNG WOLLASTONITE TỪ TRO TRẤU VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mã số: 60.52.75