Tổng quan về vật liệu Geopolymer

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GEOPOLYMER GVHD:TS NGUYỄN HỌC THẮNG SVTH: LÊ NGUYỄN HOÀI BĂNG MSSV: 3004140065 LỚP: 14CDHH2 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12/2016 GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Lê Nguyễn Hoài Băng MSSV: 3004140065 Nhận xét: Điểm đánh giá: Ngày ……….tháng ………….năm 2016 ( ký tên, ghi rõ họ tên) GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Lê Nguyễn Hoài Băng MSSV: 3004140065 Nhận xét: Điểm đánh giá: Ngày ……….tháng ………….năm 2016 ( ký tên, ghi rõ họ tên) GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 1.2 1.3 3.1 3.2 Nội dung loại Olygomer Sơ đồ hoạt hóa Aluminosilicate Quá trình Hydroxyl hóa Sialate – siloxo Cơ chế đóng rắn Xi măng Portland Xi măng Gepolymer Cơ chế phản ứng giữ aluminosilicate với polisilicate kiềm GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trang 10 11 12 17 17 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học LỜI CẢM ƠN Trong sống thành công không gắn liền với hỗ trợ ,giúp đỡ dù hay nhiều , dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt trình học tập trường em nhận nhiều quan tâm , giúp đỡ thầy cô bạn bè Với lòng biết ơn, em xin gửi đến thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa Học –Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm dùng tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em thời gian học trường Trong học kì này, khoa tổ chức cho chúng em tiếp cận tìm hiểu chuyên ngành theo học với đồ án chuyên ngành hóa học hữu ích dành cho sinh viên khoa Công nghệ Hóa học chúng em Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy NGUYỄN HỌC THẮNG giáo viên hướng dẫn em tạo điều kiện để em học hỏi tìm hiểu đề tài: Tổng quan vật liệu Geopolymer Trong trình thực đồ án kiến thức em nhiều hạn chế bỡ ngỡ Do đó, không tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận bảo Thầy để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Tp.Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2016 Sinh viên thực LÊ NGUYỄN HOÀI BĂNG GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học LỜI MỞ ĐẦU Cuộc cách mạng khoa học vật liệu tạo tính đa dạng sản phẩm cho xã hội mà tạo đa dạng chất vật liệu Đặc biệt lĩnh vực vật liệu xây, từ sản phẩm truyền thống gạch bê tông xi măng – cát; gạch đất sét nung, đến gạch bê tông polymer vô từ đất sét gạch polymer khoáng, gạch polymer khoáng tổng hợp Sản phẩm ngày có nhiều đặc tính thân thiện với môi trường, dễ sản xuất dễ sử dụng Gạch polymer khoáng vô từ đất sét loại vật liệu xây không nung từ nguyên liệu đất sét tạp, đất đồi kết hợp với vôi- xi măng phụ gia hoạt tính Loại có ưu điểm nguồn nguyên liệu phong phú, quy trình sản xuất đơn giản, kích thước sản phẩm đồng nên dễ sử dụng Nhưng lại có nhược điểm lớn tính đa dạng loại khoáng sét làm tính ổn định chất lượng sản phẩm nguồn nguyên liệu ổn định Vì loại gạch chưa phát triển thị trường nước Một loại cao cấp geopolymer, chất polymer vô cơ, từ nguyên liệu khoáng silicate cao nhôm có tự nhiên nhân tạo mê ta kaolanh, tro bay, tro xỉ ( tro đáy), polymer hóa môi trường sol-gel kiềm Sản phẩm polymer có khung xương chủ yếu nguyên tố silic thật cứng Loại có tính ưu việt chịu nhiệt, khán hóa chất môi trường mặn Có thể dùng để sản xuất gạch siêu nhẹ bê tông mác cao Hiện giá thành cao nên chưa hấp dẫn người sử dụng Đây sản phẩm chiến lược tương lai Hiện Việt Nam theo thống kê Tổng cục Năng lượng (Bộ Công Thương) năm 2015, có 19 nhà máy nhiệt điện than (công suất đạt 14.300 MW) vận hành tiêu thụ khoảng 42 triệu than/năm Ước tính lượng tro xỉ thải hàng năm 14,4 triệu với tổng số diện tích làm bãi thải khoảng 700 Ngoài ra, có 12 nhà máy (11.700 MW) xây dựng 12 nhà máy phê duyệt đầu tư (12.900 MW) với tổng số than tiêu thụ 63 triệu tấn/năm lượng tro xỉ thải khoảng 14,7 triệu tấn/năm với diện tích bãi thải xỉ khoảng 1.100 Tính đến năm 2022-2023, Việt Nam có 43 nhà máy, tiêu thụ khoảng 110 triệu than thải khoảng 29 triệu tro xỉ/năm Đại diện nhà máy GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học nhiệt điện than cho biết, hầu hết lượng tro xỉ than chôn lấp kéo dài khoảng đến năm, nhiều năm Một số nhà máy bán tro xỉ bên ngoài, phục vụ sản xuất gạch không nung, làm phụ gia xi măng, bê tông số lượng hạn chế, không thường xuyên [1] Như khai thác tro bay, tro xỉ để tạo vật liệu geopolymer thân thiện với môi trường mà giải vấn đề tro bay, tro đáy tạo sau đốt than nhiên liệu nhà máy nhiệt điện GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ GEOPOLYMER 1.1.Khái niệm geopolymer Geopolymer hay gọi polymer vô cơ, có chất hợp chất hóa học hỗn hợp hợp chất gồm đơn vị lặp lặp lại Ví dụ Siloxo (-Si-O-Si-O-),Sialate (-Si-O-Al-O-), Ferro-sialate (-Fe-O-Si-O-Al-O-Si-O-), Alumino-phospho (-Al-O-P-O-), tạo thông qua trình geopolymer hóa [2] Việc tổng hợp vật liệu (geosynthesis) lần trình bày hội nghị chuyên đề IUPAC tính chất Polymer Vật liệu polymer Stockholm vào năm 1976 [3] Vật liệu Geopolymer loại vật liệu rắn, tổng hợp từ nguyên liệu chứa aluminosilicate dung dịch kiềm có nồng độ pH cao Như vậy, để tổng hợp nên vật liệu Geopolymer nguyên liệu ban đầu thường dạng aluminosilicate nhằm cung cấp nguồn Si Al cho trình geopolymer hóa Chất hoạt hóa kiềm phổ biến dung dịch NaOH, KOH thủy tinh lỏng natri silicat nhằm tạo môi trường kiềm thực phản ứng geopolymer hóa Vật liệu Geopolymer trước đưa vào khai thác sử dụng rộng rãi nghiên cứu, kiểm tra đặc tính thấy Geopolymer có tính chất hóa học đặc tính vật lý tuyệt vời, chẳng hạn tính chịu lửa tính kháng acid Nhờ đặc tính mà vật liệu Geopolymer ngày khai thác sử dụng nhiều ngành xây dựng, loại vật liệu “ xanh” hầu giới quan tâm nghiên cứu 1.2 Phân loại Geopolymer Theo T.F Yen [4] Geopolymers phân loại thành hai nhóm chính: geopolymers vô tinh khiết geopolymers chứa hữu cơ, chất tương tự tổng hợp từ đại phân tử có tự nhiên.Cũng phân loại Geopolymer theo cách tổng hợp , theo Geopolymer chia làm loại 1.2.1.Geopolymer tổng hợp dựa liên kết cộng hóa trị GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Các đơn vị cấu trúc geopolymer phức tứ diện gồm Si Al liên kết với thông qua liên kết cộng hóa trị với bốn oxy Các geopolymer hình thành từ liên kết ngang tứ diện, tạo nên mạng aluminosilicat chiều nơi mà điện tích âm kết hợp với nhôm tứ diện cân cation, phổ biến cation kim loại kiềm Các cation kim loại kiềm thường trao đổi ion chúng tạo liên kết, tạo liên kết không bền với mạng cộng hóa trị chính, tương tự cation mạng tinh thể Zeolit 1.2.2 Geopolymer tổng hợp từ phân tử oligomer Geopolymer hóa trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ gọi oligomer thành mạng lưới đồng hóa trị Việc tổng hợp Geopolymer thực thông qua oligomer (dimer, trimer, tetramer, pentamer) Các oligomer hình thành nên cấu trúc thực tế khung phân tử ba chiều Vào năm 2000, T.W Swaddle nhóm ông chứng minh tồn phân tử Alumino-silicat cô lập hòa tan dung dịch có nồng độ độ pH cao , nhiệt độ thấp, đến -9°C [5] Hình 1.1 loại Olygomer Ví dụ trình geopolymer hóa (-Si-O-Al-O-) với metakaolin MK750 môi trường kiềm [6] GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 10 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Quá trình gồm bốn giai đoạn chính: Giai đoạn 1: Khử trùng hợp kiềm với kaolin có cấu trúc lớp nung Giai đoạn 2: Hình thành monomer oligomer, có phân tử "ortho-sialate" (OH) -Si-O-Al- (OH) (vd #1 hình 1); Giai đoạn 3: Với có mặt thủy tinh lỏng tuần hoàn cấu hình Al-Si (ví dụ # hình 1), theo hydroxit giải phóng phản ứng trùng ngưng phản ứng lại; Giai đoạn 4: Tổng hợp Geopolymer (đa trùng ngưng) tạo oligomer cao polyme có cấu trúc mạng chiều Khi tổng hợp Geopolymer hoạt động hóa học Na-poly (sialatesiloxo) K-poly (sialate-siloxo) khác Điều kích thước khác cation Na+ cation K+, K+ lớn so với Na+ Hình 1.2 Sơ đồ hoạt hóa Aluminosilicate Ví dụ zeolitic (Si-O-Al-O) geopolymerization với tro bay môi trường kiềm [7] Nó bao gồm giai đoạn • Giai đoạn mầm alumin từ tro bay hạt hòa tan môi trường kiềm (Na + ), tạo thành aluminat silicat, có lẽ monome GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 11 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM • • • • Khoa Công Nghệ Hóa Học Gia đoạn 2: Các monomer phản ứng với để tạo thành dimer , dimer phản ứng với monome khác để tạo thành trimer, tetramers Giai đoạn 3: Khi dung dịch đạt tới độ bão hòa, tạo thành kết tủa nhôm (có gốc Gel 1) Giai đoạn 4: Khi phản ứng xảy ra,nhóm Si-O từ nguồn rắn ban đầu hòa tan, tăng nồng độ silic tỷ trọng Silicon gel tiền thân Zeolit (gel 2) Giai đoạn 5:các kết tủa dạng gel băt đầu đóng rắn thành mang 3D khung Zeolit 1.2.3.Geopolymer có cấu trúc mạng không gian chiều Năm 1994, Davidovits trình bày cấu trúc lý thuyết cho K-poly (sialatesiloxo) (K) - (Si-O-Al-O-Si-O) phù hợp với quang phổ NMR [8] Trong cấu trúc diện nước ông tập trung vào mối liên kết Si, Al, Na, K, nguyên tử khác Nước tồn dạng lỏng nhiệt độ 150 oC200oC, nhiều Geopolymer ứng dụng công nghiệp thương mại làm việc nhiệt độ 200 oC có lên tới 1400oC, tức nhiệt độ hydroxyl hóa Tuy nhiên, nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng nhiệt độ thấp, chẳng hạn xi măng quản lý chất thải, cố gắng để xác định cation hydrat hóa với phân tử nước[9][10] Một số Geopolymer có cấu trúc Khung 3D mô tả sách “geopolymer Hóa học ứng dụng" [11] Sau hydroxyl hóa (và nước), nhiệt độ 250°C, geopolymers trở nên tinh 500-1000°C (tùy thuộc vào tính chất cation kiềm) kết tinh có mô hình nhiễu xạ X-quang cấu trúc khung giống tương tự địa chất GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 12 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Hình 1.3 Quá trình Hydroxyl hóa Sialate - siloxo GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 13 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU GEOPOLYMER 2.1.Tình hình nghiên cứu nước Geopolymer tổng hợp Pháp J Davidovits vào năm 1979 Được công nhận trao phát minh ngày 14 tháng năm 1982 với tiêu đề “Polyme khoáng sản phương pháp chế tạo” (Mineral Polymers and methods of making them) Nhưng từ năm 1979, loạt loại nhựa, chất kết dính loại xi- măng phát triển ngành công nghiệp hóa chất, toàn giới Geopolymer tổng hợp từ silicat hoà tan kiềm [thủy tinh lỏng (Na, K) -polysiloxonate] với đất sét nung kaolinitic (sau đặt metakaolin MK-750 để làm bật tầm quan trọng nhiệt độ nung, cụ thể 750 ° C trường hợp này) Năm 1985, Kenneth MacKenzie nhóm ông từ New-Zealand, phát phối trí Al(V) kaolinite nung (MK-750) [12] Điều giúp cho nhà nghiên cứu hiểu biết tốt phản ứng geopolymeric Vào năm 1983, Phòng thí nghiệm trung tâm công ty Lone Star (Mỹ) nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu loại xi-măng geopolymer, họ nghiên cứu tạo xi-măng geopolymer môi trường kiềm Vài tháng sau, họ phát việc bổ sung xỉ lò làm tăng thủy lực sản phẩm xi măng, đến loại poly (sialate) geopolymer, tăng tốc thời gian đóng rắn cải thiện đáng kể độ bền nén uốn [13] Tháng 9/1983 xi măng Geopolymer kháng acid với tổ chức zeolitic phát triển cho việc ngăn chặn chất thải nguy hại Mỹ Bởi xi măng Geopolymer không giống với xi măng Portland thông thường, xi măng geopolymeric không dựa vào vôi tính axit Nó cứng nhanh chóng nhiệt độ phòng có độ bền nén khoảng 20 MPa, sau có 20°C, độ bền nén sau 28 ngày phạm vi 7-10 MPa [14] Hơn sản xuất xi măng Portland lượng lớn khí CO2 vào khí quyển, theo ước tính sản xuất xi măng Portland đồng nghĩa với việc thải khí CO2 từ đá vôi than đốt GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 14 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Năm 1990, Davidovits Cộng thành công việc cố định 90% ion kim loại nặng có chất thải mạng 3D Vào năm 1990, Van Jaarsveld Van Deventer bắt đầu nghiên cứu hiệu cố định geopolymer sản xuất từ tro bay 2.2 Tình hình nghiên cứu nước Ngày 12 tháng năm 2010, Viện Vật liệu xây dựng tổ chức hội nghị chuyên đề vật liệu geopolymer ứng dụng geopolymer lĩnh vực vật liệu xây dựng Vật liệu geopolymer nghiên cứu với mục tiêu tạo trình sản xuất thân thiện với môi trường, giảm khí thải CO , tận dụng chất thải công nghiệp tro bay, tro đáy, tro xỉ, bùn đỏ… thành sản phẩm có tính sử dụng cao Vào năm 2012, Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu khoa học lần thứ Đại học Đà Nẵng trình bày kết Đề tài nghiên cứu tổng hợp vật liệu geopolymer từ hỗn hợp bùn đỏ tro bay Theo đó, thủy tinh lỏng cho vào để tiến hành trình đa ngưng tụ Vật liệu geopolymer chế tạo đem xác định cường độ nén Thêm nữa, thành phần, đặc trưng liên kết hình thái bề mặt nghiên cứu nhờ nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ kế hồng ngoại (FT-IR) kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kết cho thấy vật liệu nghiên cứu phù hợp để sản xuất gạch xây dựng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1451-1988 Vào năm 2016 số báo năm 2016 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng công bố công trình nghiên cứu TS Phan Đức Hùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh TS Lê Anh Tuấn Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đề tài “Tính chất học bê tông geopolymer sử dụng tro bay gia cường sợi Poly-propylene” Tháng 4/2016 Nguyễn Phan Anh sinh viên Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tận dụng lượng tro bay từ nhà máy nhiệt điện, tạo loại vật liệu Geopolymer dầm bê tông cốt thép có khả chịu lực lên đến 100 kN (kilônewton), cao dầm bê tông cốt thép thường 10% Chuyên đề ứng dụng gạch bê tông đất ép Geopolymer nghiên cứu viên quan tâm Nhóm báo cáo đưa số kết khảo sát thí GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 15 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học nghiệm gạch bê tông đất ép so với gạch bê tông gạch đất sét nung Loại sản phẩm phù hợp cho xây dựng nhà xưởng, trường học, tường rào, bể chứa nước… cách sử dụng nguồn nguyên liệu rộng rãi tải chỗ đất sét, đất sét pha cát, sỏi, đất laterit, loại đất đồi… Tuy có nhiều nghiên cứu vật liệu Geopolymer loại vật liệu hạn chế thị trường Việt Nam GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 16 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU GEOPOLYMER 3.1.Chất kết dính vật liệu chịu lửa Các loại vật liệu polime nghiên cứu Davidovits bao gồm [15]: • Chất kết dính Geopolymer Metakaolin MK-750, công thức hóa học: (Na, K) - (Si-O-Al-O-Si-O), tỷ lệ Si: Al = (khoảng 1,5-2,5) • Chất kết dính Geopolymer Silica, công thức hóa học: (Na, K) -n (Si-O -) - (Si-O-Al-), tỷ lệ Si: Al> 20 (khoảng 15-40) • Chất kết dính Geopolymer Sol-gel (tổng hợp MK-750),công thức hóa học (Na, K) - (Si-O-Al-O-Si-O), tỷ lệ Si: Al = Các ứng dụng vật liệu chịu lửa ví dụ như: Cục Hàng không Liên bang Mỹ FAA chọn carbon compositeGeopolymer vật liệu tốt cho chương trình cabin chịu lửa (1994-1997) [16] Carbon-Geopolymer tổng hợp áp dụng xe đua quanh phần ống xả Công nghệ chuyển giao áp dụng cho sản xuất hàng loạt phận ô tô (ống xả chống ăn mòn loại tương tự) chắn nhiệt nhà sản xuất xe tiếng phát triển hệ thống ống xả Geopolymer-composite 3.2.Công nghệ Xi măng Geopolymer Xi măng Geopolymer phát triển sử dụng thay cho xi măng Portland thông thường để sử dụng giao thông vận tải, sở hạ tầng, xây dựng Nó tổng hợp dựa vật liệu tự nhiên phụ phẩm công nghiệp để giảm đáng kể lượng khí thải carbon Đi từ nguyên liệu thô đất sét phế thải công nghiệp tro bay, xỉ lò cao, rác thải xây dựng… qua xử lý phối trộn với phụ gia hoạt tính tỉ lệ thích hợp, tạo thành sản phẩm kết dính thay hoàn toàn cho vai trò xi măng Portland truyền thống Cơ chế đóng rắn xi măng geopolymer tương tự chế tổng hợp khoáng felspat zeolite nhân tạo Thực chất trình phản ứng trùng ngưng khoáng aluminosilicate khoáng sét, xảy điều kiện GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 17 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học thủy nhiệt nhiệt độ từ 20 – 150oC, môi trường có độ pH cao, áp suất khí Hình 3.1 Cơ chế đóng rắn Xi măng Portland Xi măng Gepolymer Ở nhiệt độ thấp 100oC, trình Geopolymer hóa khoáng sét phản ứng hóa học oxit aluminosilicate với polisilicate kiềm tạo thành khung xương -Si-O-Al- trạng thái vô định hình đến nửa kết tinh Tạo nên cấu trúc silixo-aluminate theo mạng không gian chiều thật bền Cơ chế phản ứng minh họa theo phương trình sau: Hình 3.2 Cơ chế phản ứng giữ aluminosilicate với polisilicate kiềm GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 18 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Khác với chế đóng rắn xi măng portland trình kết tinh nước silicate canxi với kích thước phân tử CaO.SiO2, xi măng Geopolymer với chế đóng rắn trình polymer hóa với kích thước phân tử dài 10.000 lần phân tử CaO.SiO2 xi măng portland Khả ứng dụng Xi măng Geopolymer Lĩnh vực xây dựng: Xi măng Geopolymer từ khoáng sét làm chất kết dính thay hoàn toàn xi măng portland truyền thống, áp dụng cho vùng phèn, mặn Bê tông làm từ xi măng Geopolymer có tính bền hóa học, chịu nhiệt, chịu khắc nghiệt thời tiết Lĩnh vực gốm không nung: Xi măng Geopolymer từ đất sét làm nguyên liệu để sản xuất sản phẩm gốm dân dụng không nung, gốm mỹ thuật không nung, men gốm không nung Lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng: Xi măng pôlime không kén cốt liệu Vì thế, chúng dùng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung gạch xây không nung, gạch lát không nung, ngói không nung, gạch gốm trang trí không nung nhiều loại vật liệu không nung khác Lĩnh vực giao thông: Xi măng Geopolymer ứng dụng để làm đường với độ bền độ chịu tải cao nguyên liệu đất chỗ Ngoài lĩnh vực thông dụng kể trên, khả ứng dụng xi măng Geopolymer áp dụng vào lĩnh vực khác như: Khuôn đúc chịu nhiệt, gạch chịu lửa, xử lý môi trường bê tông hóa loại rác ô nhiễm, rác phóng xạ, composite chịu lực, chịu nhiệt kết hợp với sợi cacbon, sợi thủy tinh 3.3.Ứng dụng Geopolymer khảo cổ học 3.3.1.Đá Kim tự tháp Ai Cập Vào năm 1980, Joseph Davidovits trình bày kết phân tích ông thực đá Kim tự tháp Ông tuyên bố người Ai Cập cổ đại biết làm để tạo phản ứng geopolymeric việc tạo khối đá vôi lại đóng thành khối Và nghiên cứu gần cho thấy đá Kim tự tháp có chất nhân tạo vấn đề trình bày số 65 tạp chí Materials Letters (2011) Các nhà nghiên cứu nói họ thực so sánh trạng thái rắn 29Si, 27Al 43Ca MAS NMR đá vỏ từ Kim tự tháp Bent Snefru Dahshour, Ai Cập với hai mỏ đá vôi từ khu vực GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 19 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Kết NMR cho thấy vỏ đá bao gồm hạt đá vôi từ mỏ đá Tura, gắn với gel canxi silicat vô định hình tạo thành can thiệp người, việc bổ sung thêm silica, diatomit từ khu vực Fayium [17] 3.3 2.Xi măng La Mã Từ việc đào di tích La Mã cổ đại, người ta biết khoảng 95% bê tông vữa xây dựng cấu thành tòa nhà La Mã bao gồm xi măng vôi đơn giản, đóng rắn chậm chất kết tủa carbon dioxide CO từ khí hình thành hydrat canxi silicat (CSH).Vật liệu bền môi trường sử dụng chủ yếu xây dựng sở tòa nhà cho dân Nhưng việc xây dựng "ouvrages d'art" họ, đặc biệt công trình có liên quan để lưu trữ nước (bể nước, cống dẫn nước), kiến trúc sư La Mã không ngần ngại sử dụng thành phần phức tạp tốn Những loại xi măng La Mã bật dựa vào hoạt thuộc vôi cốt liệu gốm (trong tiếng Latin testa , tương tự metakaolin đại (MK-750) kiềm tuffs từ núi lửa (cretoni, zeolitic pozzolan), tương tự với vôi Khi đo quang phổ MAS-NMR chứng minh loại xi măng La Mã tạo môt vật liệu công nghệ cao có niên đại từ kỷ thứ II Chứng tỏ từ kỷ thứ II người La Mã cổ đại thực phản ứng geopolymeric để tạo vật liệu Geopolymer GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 20 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học KẾT LUẬN Vật liệu Geopolymer loại vật liệu thân thiện với môi trường Có xương nguyên tố Si – O – Al, cấu trúc vô định hình đến nửa kết tinh Được tổng hợp từ nguyên liệu có sẵn tự nhiên đất sét, bùn đỏ… sản phẩm phụ ngành công nghiệp tro bay, tro đáy, xỉ tran hoạt hóa môi trường kiềm để tạo Geopolymer Việc đem ứng dụng vật liệu Geopolymer vào ngành xây dựng, giao thông vận tải, gốm sứ giúp hạn chế nhiều lượng khí thải Carbon vào môi trường trình sản xuất loại xi măng truyền thống thải lượng lớn khí CO2 trình sản xuất Và Việt Nam giải vấn đề tro bay, tro đáy tạo sau đốt than nhiên liệu nhà máy nhiệt điện Trên giới ứng dụng vật liệu sử dụng sản xuất xi măng đặc biệt xi măng đóng rắn nhanh, xi măng bền axit, sản xuất gạch gốm không nung, ứng dụng vật liệu công nghệ cao vật liệu composite chống cháy, xử lý phế thải độc hại chất thải phóng xạ, ứng dụng vật liệu composite chịu nhiệt, ứng dụng khảo cổ học mỹ thuật GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 21 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://vinacomin.vn/can-co-che-uu-dai-xu-ly-tro-xi-nhiet-dien-than/can-co-cheuu-dai-xu-ly-tro-xi-nhiet-dien-than-10783.htm [2] http://www.geopolymer.org/science/introduction [3] #20 Milestone paper IUPAC 76 at http://www.geopolymer.org/category/library/technical-papers [4] Kim, D.; Lai, H.T.; Chilingar, G.V.; Yen T.F (2006), Geopolymer formation and its unique properties, Environ Geol [5] North, M.R and Swaddle, T.W (2000) Kinetics of Silicate Exchange in Alkaline Aluminosilicate Solutions, Inorg Chem [6] http://www.geopolymer.org/science/about-geopolymerization [7] Duxson, P.; Fernández-Jiménez, A.; Provis, J.l.; Lukey, G.C; Palomo, A and Van Deventer, J.S.J., (2007), Geopolymer technology: the current state of the art, J Mat Sci [8] Joseph Davidovits, J., (1994), Geopolymers: Man-Made Rock Geosynthesis and the Resulting Development of Very Early High Strength Cement, J Materials Education [9] Rowles, M.R (2004), The Structural Nature of Aluminosilicate Inorganic Polymers: a Macro to Nanoscale Study, PhD Thesis, Curtin University of Technology, Perth, Australia [10] Barbosa, V.F.F; MacKenzie, K.J.D and Thaumaturgo, C., (2000), Synthesis and characterization of materials based on inorganic polymers of alumina and silica: sodium polysialate polymers, Intern Journal of Inorganic Materials [11] Davidovits, “Geopolymer Chemistry and Applications”, Sections 8.6-8.7 [12] MacKenzie, K.J.D.; Brown, I.W.M; Meinhold, R.H and Bowden, M.E (1985), Outstanding Problems in the Kaolinite-Mullite Reaction; Sequence GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 22 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Investigated by 29Si and 27Al Solid-State Nuclear Magnetic Resonance: I, Metakaolinite, J Am Ceram Soc [13] Joseph Davidovits, “30 Years of Successes And Failures in Geopolymer Applications Market Trends and Potential Breakthroughs’’, Geopolymer 2002 conference, October 28 – 29, 2002, Melbourne, Australia, – 16, 2002 [14] Joseph Davidovits, “30 Years of Successes And Failures in Geopolymer Applications Market Trends and Potential Breakthroughs’’, Geopolymer 2002 conference, October 28 – 29, 2002, Melbourne, Australia, – 16, 2002 [15] Joseph Davidovits, “Geopolymer Chemistry and Applications”, Chapters 8, 11, 20 [16] Lyon, R.E.; Foden, A.J.; Balaguru, P.N.; Davidovits, J and Davidovics, M (1997), Properties of Geopolymer Matrix-Carbon Fiber Composites, Fire and Materials [17] https://www.geopolymer.org/archaeology/pyramids/ GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 23 [...]... rất nhiều nghiên cứu về vật liệu Geopolymer nhưng hiện nay loại vật liệu này vẫn còn rất mới và hạn chế trên thị trường Việt Nam GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 16 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU GEOPOLYMER 3.1.Chất kết dính và vật liệu chịu lửa Các loại vật liệu polime được nghiên cứu bởi Davidovits bao gồm [15]: • Chất kết dính Geopolymer trên nền... những năm 1990, Van Jaarsveld và Van Deventer bắt đầu nghiên cứu hiệu quả cố định của geopolymer sản xuất từ tro bay 2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Ngày 12 tháng 5 năm 2010, Viện Vật liệu xây dựng đã tổ chức hội nghị chuyên đề về vật liệu geopolymer và ứng dụng của geopolymer trong lĩnh vực vật liệu xây dựng Vật liệu geopolymer được nghiên cứu với mục tiêu tạo ra quá trình sản xuất thân thiện với môi... vôi Khi đo quang phổ MAS-NMR đã chứng minh các loại xi măng La Mã được tạo ra như môt vật liệu công nghệ cao có niên đại từ thế kỷ thứ II Chứng tỏ rằng từ thế kỷ thứ II người La Mã cổ đại đã có thể thực hiện các phản ứng geopolymeric để tạo ra vật liệu Geopolymer GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 20 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học KẾT LUẬN Vật liệu Geopolymer là một loại vật liệu thân... cứu tổng hợp vật liệu geopolymer từ hỗn hợp bùn đỏ và tro bay Theo đó, thủy tinh lỏng được cho vào để tiến hành quá trình đa ngưng tụ Vật liệu geopolymer chế tạo được đem đi xác định cường độ nén Thêm nữa, thành phần, các đặc trưng liên kết và hình thái bề mặt cũng được nghiên cứu nhờ nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ kế hồng ngoại (FT-IR) và kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kết quả cho thấy vật liệu. .. Xi măng Geopolymer từ đất sét làm nguyên liệu để sản xuất những sản phẩm gốm dân dụng không nung, gốm mỹ thuật không nung, men gốm không nung Lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng: Xi măng pôlime không kén cốt liệu Vì thế, chúng được dùng để sản xuất các vật liệu xây dựng không nung như gạch xây không nung, gạch lát nền không nung, ngói không nung, gạch gốm trang trí không nung và nhiều loại vật liệu không... 1,5-2,5) • Chất kết dính Geopolymer trên nền Silica, công thức hóa học: (Na, K) -n (Si-O -) - (Si-O-Al-), tỷ lệ Si: Al> 20 (khoảng 15-40) • Chất kết dính Geopolymer trên nền Sol-gel (tổng hợp MK-750),công thức hóa học (Na, K) - (Si-O-Al-O-Si-O), tỷ lệ Si: Al = 2 Các ứng dụng về vật liệu chịu lửa ví dụ như: Cục Hàng không Liên bang Mỹ FAA đã chọn carbon compositeGeopolymer là vật liệu tốt nhất cho chương... đáy tạo ra sau khi đốt than nhiên liệu ở các nhà máy nhiệt điện Trên thế giới các ứng dụng của vật liệu đã được sử dụng trong sản xuất xi măng đặc biệt như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng bền axit, sản xuất gạch và gốm không nung, ứng dụng trong vật liệu công nghệ cao như vật liệu composite chống cháy, xử lý phế thải độc hại và chất thải phóng xạ, ứng dụng trong vật liệu composite chịu nhiệt, ứng dụng... Giai đoạn 4: Tổng hợp Geopolymer (đa trùng ngưng) tạo ra oligomer cao hơn và polyme có cấu trúc mạng 3 chiều Khi tổng hợp Geopolymer thì sự hoạt động hóa học của các Na-poly (sialatesiloxo) và K-poly (sialate-siloxo) khác nhau Điều này là do các kích thước khác nhau của cation Na+ và cation K+, K+ là lớn hơn so với Na+ Hình 1.2 Sơ đồ hoạt hóa Aluminosilicate Ví dụ về zeolitic (Si-O-Al-O) geopolymerization... (1994-1997) [16] Carbon -Geopolymer tổng hợp được áp dụng trên những chiếc xe đua quanh phần ống xả Công nghệ này có thể được chuyển giao và áp dụng cho sản xuất hàng loạt các bộ phận ô tô (ống xả chống ăn mòn và các loại tương tự) cũng như tấm chắn nhiệt một nhà sản xuất xe hơi nổi tiếng đã phát triển một hệ thống ống xả Geopolymer- composite 3.2.Công nghệ Xi măng Geopolymer Xi măng Geopolymer đang được... trình Hydroxyl hóa của Sialate - siloxo GVHD: TS Nguyễn Học Thắng Trang 13 Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM Khoa Công Nghệ Hóa Học CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU GEOPOLYMER 2.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Geopolymer đầu tiên được tổng hợp tại Pháp bởi J Davidovits vào năm 1979 Được công nhận và trao bằng phát minh ngày 14 tháng 9 năm 1982 với tiêu đề “Polyme khoáng sản và phương pháp chế ... trình geopolymer hóa [2] Việc tổng hợp vật liệu (geosynthesis) lần trình bày hội nghị chuyên đề IUPAC tính chất Polymer Vật liệu polymer Stockholm vào năm 1976 [3] Vật liệu Geopolymer loại vật liệu. .. định geopolymer sản xuất từ tro bay 2.2 Tình hình nghiên cứu nước Ngày 12 tháng năm 2010, Viện Vật liệu xây dựng tổ chức hội nghị chuyên đề vật liệu geopolymer ứng dụng geopolymer lĩnh vực vật liệu. .. Hóa Học CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU GEOPOLYMER 3.1.Chất kết dính vật liệu chịu lửa Các loại vật liệu polime nghiên cứu Davidovits bao gồm [15]: • Chất kết dính Geopolymer Metakaolin MK-750,