GIA CƯỜNG VÀ CHUẨN BỊ CHO KHẢ NĂNG KỴ NƯỚC CỦA PVA AEROGELS NHẰM HẤP THỤ DẦU HIỆU QUẢ LUẬN VĂN KỸ THUẬT HÓA HỌC, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

  ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH  TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA K Ỹ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN HĨA LÝ -o0o - CHUYÊN ĐỀ LUẬN VĂN  GIA CƯỜ NG NG VÀ CHUẨ CHUẨN BỊ BỊ CHO KHẢ KHẢ NĂNG K Ỵ NƯỚ C CỦ CỦA PVA AEROGELS NHẰ NHẰM HẤ HẤP ẦU HIỆ THỤ D THỤ  DẦ HIỆU QUẢ QUẢ  GVHD : TS NGUY NGUYỄN ỄN TRƯỜNG SƠN  SƠN  SINH VIÊN : TRƯƠNG NỮ  TRÀ  TRÀ MY MSSV : 1512040 TP HỒ HỒ CHÍ MINH 2018   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  LỜ I MỞ  ĐẦU Em chân thành cảm ơn  TS Nguyễn Trường Sơn hướ ng ng dẫn hỗ  tr ợợ   em hoàn thành chuyên đề luận văn Trong thờ i gian làm việc vớ i thầy, em học hỏi đượ c nhiều điều tích lũy kinh nghiệm nghiên cứu tổng hợ  p aerogel Em cũng xin cảm ơn Đại h ọc Bách khoa nói chung Khoa K ỹ  thuật Hóa học nói riêng tạo điều kiện, vật li ệu thiết bị  tốt nh ất để em có thể  học t ậ p nghiên cứu Để có thể đóng góp phần cho đất nướ c nhân loại thật hạnh phúc Và em r ất biết ơn gia đình ln ở  bên  bên cạnh, giúp đỡ  và động viên Cuối cùng, cố g ắng vớ i s ự hi ểu bi ết hạn ch ế nên luận khơng tránh khỏi thiếu sót Em r ất mong nhận đượ c sự  đóng góp ý kiến thầy cô Em xin chân thành cảm ơn.  Thành phố Hồ Chí Minh, 2018 Trương Nữ Trà My   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚ I THIỆ THIỆU  1.  Gi Giớ  ớ i thiệ thiệu  2.  Đối tượ ng ng phạm phạm vi đề tài đề tài  CHƯƠNG 2: TỔNG TỔNG QUAN  1.  Polyvinyl alcohol  1.1.  Cấu tạ tạo  1.2.  Tính chấ chất vậ vật lý  1.3.  Tính chấ chất hóa họ học  1.4.  Một số số ứ ng ng dụ dụng: 2.  AEROGEL VÀ PVA AEROGELS  2.1.  Aerogel  2.2.  PVA aerogel  3.  Sợ i thủ thủy tinh (GF)  10 CHƯƠNG 3: TỔNG TỔNG HỢ  HỢ P AEROGELS  11 1.  QUÁ TRÌNH TẠ TẠO PVA/GLASS FIBERS AEROGELS  11 1.1.  Quá trình sol-gel  11 1.2.  Quá trình liên k ết  12 1.3.  Quá trình ssấấy tạ tạo aerogel  13 14 1.4.  Quy trình tổ tổng hợ  hợ p  2.  Các phương pháp khảo khảo sát PVA/GF aerogel  17 2.1.  2.2.  2.3.  2.4.  2.5.  2.6.  2.7.  Khối lượng riêng độ x Khối độ xốốp  17 Diệ Diện tích bề bề m  mặặt riêng (BET)  18 Kính hiển hiển vi điện điện tử  tử  quét  quét (SEM)  18 Phân tích nhiệ nhiệt trọ trọng  19 Độ d Độ  dẫẫn nhiệ nhiệt  19 Độ b Độ  bền ền cơ   20 Độ  dính ướ t  Độ 20   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  2.8.  Độ Độ h  hấấp thu dầ dầu  20 TÀI LIỆ LIỆU THAM KHẢ KHẢO  22   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  DANH MỤC HÌNH Hình 2: Carbon aerogels Hình 3: Minh họa vật liệu gia cườ ng ng sợ i thủy tinh dài ngắn 11 Hình 4: Phản ứng PVA GA 13 Hình 5: Quá trình sấy đơng khơ  14 DANH MỤC BẢNG  Bảng 1: Tính chất vật lý PVA Bảng 2: Nguyên liệu thí nghiệm tổng hợ  p 15 Bảng 3: Dụng cụ cần cho thí nghiệm 16   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  KÝ HIỆU MTMS Methyltrimethoxysilane PVA Polyvinyl alcohol GF Sợ i thủy tinh (Glass fibers) SEM Scanning electron microscopy TGA  Thermogravimet Thermogravimetrical rical analysis   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  CHƯƠNG 1: GIỚ I THIỆU 1.  Giớ  Gi ớ i thiệ thiệu Trướ c nh ững thách thức về  sự  thay đổi chóng mặt thờ i tiết, sự  khắc nghiệt thiên tai vấn đề  mơi trườ ng, ng, tìm tịi ngườ i lại đượ c thúc Và lẽ  dĩ nhiên, nhà nghiên cứu phả i chuyển để phù hợ  p v ớ i thế  giớ ii Họ  ln mong muốn đem đến giải pháp mang tính tiết kiệm lượ ng ng nhằm hạn chế các phế  thải thân thi ện với mơi trườ ng ng L Làn àn sóng ngành cơng nghiệ p hóa học vật liệu xây dựng đang  phát triển mạnh mẽ  nhằm đem  lại l ựa chọn m ớ i cho thị  trườ ng ng v ật li ệu thế gi ớ i.i Chúng ta, không ngừng tìm kiếm v ật li ệu m ớ i,i, t ối ưu hơn, rẻ  hơn, bền hơn…và cả nh ẹ  M ột thành tựu đáng ý cách mạng việc tìm vật liệu r ắn nhẹ nhất từ trướ c tớ i Đặc biệt vớ i sự xuất Aerogel –  không  không chỉ là vật liệu nhẹ nhất mà nằm top chất cách điện tốt (giữ  13 k ỷ  lục Guiness năm 2011) Đượ c phát triển bở i NASA, Aerogel phục vụ  chủ  yếu cho nhu cầu dân dụng thương mại Đồng thờ i,i, b ở i s ự phát triển nhanh chóng ngành công nghiệ p d ầu m ỏ và sự  cần thiết vận tải biển Từ  phát sinh nên vấn đề   môi trường sự  cố tràn dầu ng xuyên xảy trình khai thác vận chuyển Tràn dầu không chỉ  ảnh thườ ng hưở ng ng xấu đến mơi trườ ng ng biển mà cịn đe dọa đế n hệ sinh thái xung quanh s ức khỏe ngườ i.i Chính vậy, việc tìm kiếm phương án hiệu quả  để gi ải vấn đề  ô nhiễm dầu nhiệm vụ cấ p thiết cho toàn cầu Hiện tại, phương pháp thông thườ ng ng giải vấn đề này chia thành bốn nhóm chính[1]:  Phương pháp thu gom đố tt:: gây nên sự lãng phí tài ngun dầu, nghiễm mơi trườ ng ng   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn   Phương pháp sinh học:  bổ sung vi sinh xử  lý nướ c thải Phương pháp  phức t ạ p, chi phí x ử lý cao phải s ản xu ất ch ủng vi sinh vật phân hủy dầu ở  quy   quy mơ ằng ngồi mơi trườ ng  phịng thí nghiệm khơng r ằng ng chúng có thể  cạnh tranh ng phát triển đượ c vớ i chủng có sẵn mơi trường để  sinh trưở ng  Phương pháp vật lý:  thườ ng ng thu hồi dầu phương phao quay (booms) thiết bị hút dầu (skimmers), chúng đặc biệt không hiệu quả khi tỷ l ệ  dầu/nướ c thấ p  Phương pháp hóa học: phân tán dầu biển chất học (chất phân tán, chất hoạt động bề m ặt, chất keo tụ…), thườ ng ng thực băng phương tiện tr ực ực thăng phạm vi r ộng lớ n phí cao nguy hại đến mơi trườ ng ng  Phương pháp hấ  p thụ: dùng vật liệu có độ xố p cao có th ể hấ p phụ hoặc hấ p thụ  dầu kỵ nướ c dầu đượ c hút vào thân vật liệu Chính thế, lu ận văn tậ p trung vào viêc tổng h ợ  p vật li ệu để kh ắc ph ục v ấn đề ô nhiễm môi trườ ng ng tràn dầu gây nên cứu nướ c  1.1.  Tình hình nghiên cứu Vật liệu mớ i Aerogel ở  nướ c ta đang đượ c biết bắt đầu vào nghiên cứu nhưng  vớ i số  lượ ng ng nhỏ Vớ i nhóm nghiên cứu trườ ng ng đại học, viện,…  đang nghiên cứu ứng dụng đặc tính Aerogel vào đờ i sống Vớ i nhóm nghiên cứu tiến s ỹ Lê Anh Kiên ở  vi  viện k ỹ thuật Nhiệt Đớ i bảo vệ môi trườ ng ng cũng đag  nghiên cứu vật liệu Carbon aerogel cho xử  lý nướ c biển thành nướ c ngọt,… Và chưa có nhóm nghiên cứu tổng hợ  p vật liệu PVA aerogel 1.2.  Tình hình nghiên cứu cứu nướ c  Sự ra đờ i c Aerogel bắt nguồn từ một câu chuyện đượ c k ể l ại vào cuối năm 1920, Samuel Kistler (1900 -1975), giáo sư hóa học ngườ i Mỹ  trở   thành người thay thế đượ c tr ạng thái lỏng gel thành tr ạng thái khí K ỹ thuật điều chế aerogel Kistler hiệu quả  lại nguy hiểm phải thực ở     Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  nhiệt độ và áp suất cao lại r ất tốn về mặt thờ i gian tiền bạc Sau 30 năm đưa vào sản xuất công ty Monsanto, đến cuối thậ p niên 70, trình s ản xuất phải dừng l ại thiếu nhà đầu tư. Gần đây, năm 2017 Zhaoyang Xu với đồ ng nghiệp nghiên cứu việc tổng hợ  p provinyl alcohol-cellulose nanofiber aerogel hấ p thụ d ầu sử d ụng k ỹ  thuật s đông khô tiết ki ệm chi phí an tồn vật liệu về tính chịu học kém.  ất đa dạng khơng ngừng phát  Nói chung tình hình nghiên c ứu thế  giớ i r ất triển Bên cạnh đó, polymer aerogel đượ c nghiên cứu r ất nhiều chưa có nghiên cứu nghiên cứu hẳn về  vật liệu aerogel tổng hợ  p PVA k ết hợ  p s ợ i gia cường giúp chúng có đặc tính ưu việt chị u lực, phân hủy sinh học[2] giúp  bảo vệ  mơi trườ ng ng Từ  giúp vật liệu mớ i ln xứng đáng vị trí vật liệu tương lai nhân loại.i.   2.  Đốii tượ ng Đố ng phạm phạm vi đề tài đề tài Mục đích đề tài tổng h ợ  p PVA aerogels k ỵ  nướ c gia cườ ng ng b ằng s ợ i th ủy tinh Q trình tr ải qua sự phân tán sấy đơng khơ Có th ể  ứng dụng việc hấ p thụ  dầu vật liệu aerogel đóng vai trị mộ t composite cách nhiệt ch ịu lực tốt thân thiện môi trườ ng ng 1.  Polyvinyl alcohol CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN Polyvinyl alcohol đượ c gọi tắt PVA, m ột loại hóa chất ngành cơng nghiệ p ph ổ  biến dùng nhũ tương nướ c thường đượ c g ọi keo PVA cho vật liệu xốp gỗ, giấy, đá,v.v.  Polyvinyl alcohol không độc hại nên an toàn ti ế p xúc tr ực tiế p, bảo quản lưu trữ  nơi khơ ráo, thống mát, tránh ánh nắng mặt tr ời, ời, nơi ẩm ướ t,t, nguồn nhiệt, xa tầm tay tr ẻ em   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  1.1.  Cấu tạ tạ o Polyvinyl alcohol có cơng thức phân tử: [C2H4O]n1 Khơng giống hầu hết polyme khác, PVA không đượ c tổng hợ  p tr ực tiế p từ  monomer polyvinyl alcohol hợ  p chất không tồn mà chuyển sang đồng phân  bền acetaldehyde Thực đượ c tổng hợ  p từ q trình thủy phân polyvinyl acetate [3] [CH2CH(OAc)]n + C2H5OH → [CH2CH(OH)]n + C2H5Oac 1.2.  Tính chấ chất vậ vật lý Ở nhiệt độ thườ ng, ng, PVA chất r ắn ắn vơ định hình, r ất giống với đườ ng ng tr ắng Khi đun nóng bị mềm hóa, có thể kéo dài cao su sẽ k ết tinh PVA có tính chất tạo màng, nhũ hóa kết dính tuyệt vời Độ tan phụ thuộc vào nhiệt độ, độ  trùng hợ  p,v.v.[4] Tan đa số  dầu mỡ   dung môi hữu như: hydrocarbon, ethe, ketone đa chức Ngoài cịn có có khả năng phân tán ổn định, độ bền kéo cao uốn tốt không độc hại tính chống oxi hóa cao[5]  Bảng 1: Tính chấ t vật lý PVA STT Tính chấ chất Giá tr trịị  Màu sắc Tr ắng tớ i ngà Tỷ tr ọng 1,27 –  1,31  1,31 Nhiệt độ nóng chảy (0C) 190 - 230 Khối lượ ng ng riêng (g/cm3) 1,19 –  1,31  1,31 Độ bền kéo (MPa) 24 - 79   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  không độc hại, khả  phân hủy sinh học, phổ  biến đượ c ứng dụng r ộng ộng rãi dung mơi, tạo màng, hóa sinh, vật liệu,.v.v [2],[9] 3.  Sợ i thủ thủy tinh (GF) Cơ sở   cc s ợ i th ủy tinh silica (SiO2) Ở d ạng tinh khiết, tồn t ại dướ i d ạng  polymer (SiO2)n Nó khơng có điể m nóng chảy thực sự nhưng làm mềm tớ i 1200°C Ở  1713°C, hầu hết phân tử có thể di chuyển t ự do Nếu thủy tinh ép đùn làm nguội nhanh ở  nhi  nhiệt độ này, sẽ khơng thể tạo thành cấu trúc có tr ật tự.[10] Sợ i thủy tinh gồm silica nằm mạch vớ i thành phần oxit khác sẽ tạo tính chất khác Trong có ba loạ i phổ biến loại E, S C Sợ i E yêu cầu về tính cách nhiệt độ b ền, loại thơng dụng nhất, đượ c c gia ng nhựa nhiệt dẻo k ỹ thuật, gia cườ ng ng cho nhựa polyester vinyl ester cườ ng ngành ô tô, xây dựng, tàu thuyền,… Sợi S đặc trung độ bền cao hơn sợ i E khoảng 40% trì tính chất ở   nhiệt độ cao Sợi C (kháng ăn mịn) đượ c sử  dụng mơi trường ăn mịn khả  năng ổn định hóa chất thành phần đa vôi silicate.[11] Sợ i thủy tinh vật liệu công nghiệ p thông dụng đượ c biết đến hi ện Chúng thể hi ện đặc tính ưu việt độ cứng, khả  chống chịu tốt, tính ổn định cao, r ất nhẹ  trơ, sợ i với đặc điể m mong muốn cho vật liệu bền chắc, tính linh hoạt, dẻo uốn, thân thiện với môi trườ ng,v.v.[12] ng,v.v.[12] Vật liệu đượ c k ết hợ  p sợi gia cườ ng ng làm tăng tính tồn vẹn c ấu trúc Việc sử dụng sợi để tăng cường độ dẻo độ bền nhựa phương pháp tuyệt vời để  kiểm sốt chi phí v ật liệu Trong đó, sợ i thủy tinh sợ i carbon phổ  biến việc s ử dung sợ i thủy tinh đáp ứng v ề  mặt kinh tế  sợ i carbon  bền hơn.  Hầu h ết loại nhựa gia cườ ng ng b ằng hai dạng sợ i ngắn dài Chiều dài sợ i trung bình v ật liệu sợ i ngắn thườ ng ng nhỏ  milimeter Trong sợ i 10   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  dài, sợ i theo chiều tùy vào cách chế bi ến mà tạo độ dài khác Chẳng hạn, đối vớ i ch ế  biến thông qua ép phun, sợ i có chiều dài khoảng 12mm[13] Thử  nghiệm về  sức căng có ttỷỷ  số  ứng suất R = 0,5 ứng suất cực đại   = 60  max MPa[14] Và luận khảo sát về aerogel gia cườ ng ng sợ i thủy tinh ngắn loại E.   E  Hình 3: Minh họa vật liệu gia cườ ng ng bằ ng ng sợ i thủ y tinh dài ng ắ  ắn  Vật liệu gia cố bằng sợ i ngắn chứa sợ i r ờờ i  r ạc ngắn đượ c phân bố đồng định hướ ng ng ngẫu nhiên Ngồi ra, tính ch ất vật liệu thay đổi vớ i loại vật liệu khác nhau, vật liệu sợ i,i, hình học, phân bố, định hướ ng ng mật độ.  Các hợ  p chất sợ i ngắn có khả  tốt để cung cấp độ  cứng cải thiện s ức mạnh, nói chung polyme dễ uốn tr ở   nên cứng nhắc hơn, chúng trở  nên giòn Trong trườ ng ng ở nên hợp độ va đậ p, sợ i ngắn có khả năng chịu độ bền mỏi ở  c  cục bộ hơn cho khu vực cụ  thể.  CHƯƠNG 3: TỔNG HỢ P AEROGELS 1.  QUÁ TRÌNH TẠ TẠO PVA/GLASS FIBERS AEROGELS 1.1.  Quá trình sol-gel Trong khoa học vật liệu, phương pháp sol-gel phương pháp để  sản xuất vật liệu r ắn từ  phân tử  nhỏ Quá trình liên quan đế n việc chuyển đổi 11   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  monome vào dung dịch keo (sol) đóng vai trị tiền thân cho m ạng tích hợ  p (hoặc gel) hạt r ờ  ời  r ạc polyme mạng Là s ự chuyển đổi c m ột dung dịch keo (chất l ỏng) sang dạng gel (r ắn) Sol huyền phù dạng keo hạt r ắn chất lỏng pha phân tán nhỏ  (11000 nm) Gel hóa q trình mà m ột sol chảy tự  đượ c chuyển đổi thành mạng lướ i r ắn ắn 3D mà môi trườ ng ng dung môi bao quanh[15] Điểm b đầu c gel hóa thường xác định bở i s ự  gia tăng đột ng ột v ề  độ  nhớ t.t Tr ạng ạng thái học c gel thườ ng ng phụ thuộc r ất nhiều vào số lượ ng ng liên k ết mạng 1.2.  Quá trình liên k ết Quá tình hình thành liên k ết chéo (crosslinking) hóa học q trình liên k ết hai hay nhiều phân tử b ằng liên k ết c ộng hóa tr ị Tác nhân liên k ết chéo phân tử có chứa hai hay nhiều nhóm có khả năng liên kết hóa học vớ i nhóm chức (amine, …)  phân tử khác[16] Khi PVA đươc gia nhiệt, lượ ng ng sẽ  thay đổi tr ật tự  cấu trúc chuỗi hình thành liên k ết H chặt chẽ  nhóm OH Mặc khác, q trình liên k ết chéo hóa học sở  ph  phản ứng tác nhân hóa học nhóm OH PVA Có r ất nhiều loại liên k ết chéo cho PVA maleic acid, formaldehyde and glutaraldehyde (GA) Trong năm gần đây, GA tác nhân liên k ết ết điển hình đớ i vớ i PVA bở i chúng không cần đượ c xử lý nhiệt để thúc đẩy phản ứng Thêm vào đó, đượ c biết r ằng GA có thể  liên k ết ết đặc biệt vớ i phân tử  sinh học.[17] Và mục đích luận dùng GA tác nhân liên k ết giúp PVA vớ i GF tạo độ nhớ t thích hợp để GF đượ c phân bổ đồng đều, tránh GF bị lắng 12   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn   Hình 4: Phản ứ ng ng giữ a PVA GA Với phương pháp, chúng liên k ết vớ i tạo sợ  vô   vô nhỏ  đan xen Tạo mạng lướ i dày chắn dung mơi hữu nướ c c 1.3.  Q trình sấ sấy tạ tạo aerogel Quá trình sấy đượ c xem quan tr ọng Điều kiện sấy phải trì đượ c mạng cấu trúc gel loại bỏ pha lỏng Khi nướ c bốc gel sẽ  tạo khum rút lại Điều tạo áp lực mao dẫn khung gel r ắn, sẽ có tượ ng ng co lại  Nếu áp lực mao dẫn ngày lớ n gel sẽ dẫn đến sự phá hủy cấu trúc khối Hiện có ba phương pháp sấ y : sấy siêu tớ i hạn, sấy thườ ng ng sấy đơng khơ.  Thực tế, có thể  tạo aerogel sấy thườ ng ng cách làm khô môi trườ ng ng xung quanh Tuy nhiên, hầu h ết trườ ng ng h ợ  p sẽ cho mảnh gel xerogelsmột vật liệu gi ống aerogel độ x ố p bị gi ảm đáng kể[18] Hai phương pháp đượ c sử dụng phổ bi ến để h ạn chế s ự xuất hi ện c sức căng bề m ặt cách tránh qua vùng biên giớ i pha lỏng khí phương pháp sấy đông khô sấ y siêu tớ i hạn Trong năm gần đây, phương pháp sấy đông lạ nh tr ực ti ế p c polymer hòa tan nướ c tạo aerogel polymer có nhiều nghiên cứu r ất thú vị[19] Và luận văn sử dụng phương pháp sấy đông khô 13   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn   Hình 5: Quá trình sấy đông khô  Phương pháp sấy đông khô phương pháp dự a tượng thăng hoa chất r ắn thành dạng mà không thông qua  bi ến đổi pha thành dạng l ỏng nên sức căng bề  mặt b ị lo ại b ỏ[20] Phương pháp đượ c th ực hi ện b ằng cách làm đông gel thành dạng r ắn ắn sau sử  dụng lực hút chân không để chuyển dung môi ở   dạng lỏng chuyển sang dạng khí kh ỏi c ấu trúc gel Phương pháp sấy đông khô  phương pháp hiệu quả để tạo vật liệu PVA aerogel vớ i chi phí thấ p, tỷ lệ sụp đổ cấu trúc thấ p có tiềm ứng dụng ở  quy  quy mô công nghiệ p Trong nỗ lực nhằm tạo PVA Aerogel dạng nguyên khối, PVA aerogel đượ c làm khô máy sấy đông khô mà không gặ p bất k ỳ vết nứt dẫn đến sản phẩm dạng  bột Ngoài ra, PVA aerogel chỉ yêu cầu s ử d ụng nước ch ất l ỏng làm việc mà không gây ảnh hưở ng ng lớn đến cấu trúc aerogel[7] 1.4.  Quy trình tổ tổng hợ  hợ p 1.4.1.  Quy trình 14   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  1.4.2.  Thuyết minh quy trình 1.4.2.1.   Nguyên liệu  ổ ng ng hợ   p   Bảng 2: Nguyên liệu thí nghiệm t ổ  Tên nguyên liệ liệu Đặc điểm điểm Xuấ Xuất xứ  xứ   Polyvinyl alcohol (PVA)  M= 84000  146000  Singapore  Sợ i thủy tinh (GA)  Loại E, 12mm Singapore  15   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  Sulfuric acid (H2SO4) 1M Trung Quốc Glutaraldehyde (C5H8O2) 25% khối lượ ng ng Trung Quốc  Nướ c cất 1.4.2.2.   Dụng cụ thí nghiệm  Bảng 3: Dụng cụ cần cho thí nghiệm  Tên dụ dụng cụ cụ   Số lượ ng ng Becher 100 ml Becher 200ml Ống đong  Pipette 1ml Pipette 2ml  Nhiệt k ế  Cân số  Bế p khuấy từ gia nhiệt Cá từ  Kéo 1.4.2.3.  Tiế n hành thí nghiệm Chuẩ n bị dung d ịch PVA 5%: Ban đầu nguyên liệu PVA ở   ddạng hạt nhỏ r ắn màu tr ắng, mà sử dụng ở   dạng dung dịch nên ta cần xử  lý trướ c c PVA ở   dạng dung dịch có màu suốt nhớt, độ nhớ t tùy theo nồng độ  mà độ nhớt tăng lên Vì vậ y dung dịch PVA đượ c sử  dụng vớ i nồng độ  thấp để trách sự keo hóa Ban đầu vừa gia nhiệt nước đến 800C ng PVA:H2O = 5:100, sau vừa khuấy vừa cho PVA r ắn vào theo tỷ  lệ  khối lượ ng 16   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  khuấy mạnh mẽ  đến tan hoàn toàn gi ờ  Ở bài luận sử  dụng PVA 5% tổng hợ  p aerogel  Phân tán sợ i thủ y tinh: Sợ i thủy tinh đượ c ép thành dạng nên đượ c lấy theo lượ ng ng c ần khảo sát (0; 0,625% ;1,25% khối lượ ng) ng) Sau đó, chúng đượ c c ng ắn (0.5  1 cm) r ồi cho vào dung dịch PVA 5% khuấy ở  trên   nhằm trình phân tán x ảy cách dễ dàng Đồng thờ i,i, dung dịch đượ c làm nguội đến nhiệt độ phòng khuấy giờ  đến sợ i thủy tinh phân tán cách hồn tồn Lúc sợ i thủy tinh có chiều dài nhỏ (nhỏ hơn 1mm).  T ạo aerogel : Để  tạo PVA aerogel, luận sử  dụng sự  tác động học tr ực tiế p (khuấy mạnh vòng giờ) đồng thờ i dùng tác nhân liên k ết, thông qua tác nhân liên k ết gluataraldehyde đượ c cho vào lúc Dưới tác động làm tác chấ t liên k ết vớ i mạnh mẽ  làm cho khối aerogel đượ c bền bỉ  Cũng nhờ   sự tác động học mà hạt sol đượ c t ạo nhiều hạt  kích cỡ  Sau ết đượ c vớ i tạo nên gel hạt sol liên k ết Gel đóng băng tủ   lạnh ở   nhiệt độ  -50C 24 giờ   trướ c cho vào sấy đông khô nhằm hạn chế cấu trúc bị biến đổi Cuối cùng, mẫu đưa vào q trình sấy đơng khơ Duy trì áp suất ở  200  200 Pa nhi ệt độ đi từ -300C đến 700C theo chu trình sấy vịng 54 giờ  cho đến thu đượ c PVA/Glass fibers aerogel 2.  Các phương pháp khảo khảo sát PVA/GF aerogel 2.1.  Kh Khối ối lượng riêng độ x độ xốốp Khối lượng riêng xác đị nh công thức: 17   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  d= m    D  (g/cm3)  H  Trong đó: m : khối lượ ng ng mẫu (g) D : đườ ng ng kính mẫu (cm) H : chiều cao hay bê ̀ da ̀ y mẫu (cm) Độ xốp đượ c tính theo cơng thức: Đ ộ ố  = ( −   ) 100 (%) Trong đó: khối lượ ng ng riêng PVA dPVA =1.2 g/cm3, dGF = 2,58 g/cm3 2.2.  Diệ Diện tích bề bề m  mặặt riêng (BET) Hấ p phụ khí phương pháp thơng dụng để đo diện tích bề mặt phân bố  kích thướ c xố p vật liệu Hai đặc tính vật lý quan tr ọng ảnh hưở ng ng lớn đến tính chất vật li ệu Diện tích bề m ặt c vật li ệu thường xác định b ằng phân tích BET đườ ng ng h ấ p phụ  đẳng nhiệt khí N2 ở    196°C, đơi có thể  sử d ụng đầu đo vớ i khí hấ p phụ khác 2.3.  Kính hiển hiển vi điện điện tử  tử  quét  quét (SEM) Các hình thái m ẫu airgel đượ c nghiên cứu b ằng cách sử d ụng kính hiển vi điện t ử quét (SEM) vớ i kính hiển vi điện t ử quét Hitachi S4800 hoạt động ở  5kV   5kV Kính hiển vi điện tử quét (SEM) quét chùm electron tậ p trung bề mặt để  tạo hình ảnh Các electron chùm tương tác vớ i mẫu, t ạo tín hiệu khác có thể  đượ c sử  dụng để thu thậ p thơng tin về  địa hình thành phần bề  mặt 18   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn   Nói chung, kính hiển vi điện tử quét (SEM) bao gồm cột quang điện tử, hệ thống chân không, điện tử và phần mềm Cột ngắn đáng kể bở i thấu kính cần thiết thấu kính mẫu đượ c sử  dụng để  tậ p trung electron vào vị trí tốt bề  mặt mẫu Tuy nhiên, buồng mẫu lớ n kỹ  thuật SEM khơng áp đặt bất k ỳ  hạn chế nào về  kích thướ c mẫu khác vớ i kích thướ c buồng Bằng cách quét mẫu thu thập electron đượ c phát máy dị đặc biệt, hình ảnh hiển thị địa hình bề mặt đượ c tạo 2.4.  Phân tích nhiệ nhiệt trọ trọng Tính ổn định mẫu đượ c phân tích k ỹ  thuật phân tích nhiệt tr ọng (TGA) Mẫu đượ c làm nóng từ 250C đến 8000C điều ki ện khơng khí N 2,… làm nguội xuống nhiệt độ phịng Phân tích nhiệt trọng (TGA) đo lường thay đổi trọng lượng vật liệu hàm nhiệt độ (hoặc thời gian) mơi trường có kiểm sốt Sử dụng ngun tắc bao gồm đo lường độ ổn định nhiệt vật liệu, hàm lượng chất độn polyme, độ ẩm dung môi, thành phần phần trăm thành  phần hợp chất.  Phân tích TGA thực cách tăng dần nhiệt độ mẫu lị trọng lượng đo số dư phân tích cịn bên ngồi lị Trong TGA, khối lượng quan sát thấy kiện nhiệt liên quan đến việc thành phần dễ bay hơi. Phản ứng hóa học, chẳng hạn đốt cháy, liên quan đến tổn thất khối lượng, thay đổi vật   lý, chẳng hạn nóng chảy hay   khơng Trọng lượng mẫu vẽ với nhiệt độ thời gian để minh họa chuyển đổi nhiệt vật liệu - chẳng hạn dung môi chất làm dẻo  polyme, nước hydrat hóa vật liệu vơ cơ, cuối phân hủy vật liệu.  2.5.  Độ Độ d  dẫẫn nhiệ nhiệt 19   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  Độ dẫn nhiệt mẫu  đo nhiệt độ phịng máy phân tích độ dẫn nhiệt Trong vật lý, độ dẫn nhiệt đặc tính khả dẫn nhiệt vật liệu Nó xuất chủ yếu Luật Fourier để dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt được đo Watt Kelvin-meter (W/K.m) Độ  dẫn nhiệt dự đoán tốc độ lượng (tính Watt, W) dọc theo mảnh vật liệu, nhân với chênh  lệch nhiệt độ (trong K elvins, elvins, K) dà y (tính mét, m)   diện tích (tính mét vng, m2), chia cho độ dày 2.6.  Độ Độ b  bền ền cơ   Cơ tính (tính chất học) vật li ệu đặc trưng học đặc trưng cho khả  chịu tác dụng tải tr ọng vật liệu Cơ tính bao gồm: độ  bền, độ  cứng, độ giãn dài tương đối, độ dai va chạm ng biểu thị  nội lực vật thể  biến dạng tác ng suất ( , N/m2) đại lượ ng Ứ ng dụng cả  nguyên nhân bên tả i tr ọng, lực kéo,…Bài luận sẽ  kiểm tra độ    bền nén ( n) độ bền kéo ( k ) hai đại lượng đặc trưng ho tính vậ t liệu   Giớ i hạn mà lực tác dụng đạt đến giá tr ị làm cho vật liệu bị phá hủy dượ c gọi giớ i hạn bền [] 2.7.  Độ Độ  dính ướ t Tính thấm nướ c aerogel xác định cách đo góc tiếp xúc nướ c (WCA) mẫu phủ MTMS Thử nghiệm đượ c thực máy đo quang học  biết đượ c khả năng chống thấm nướ c chúng Nước đượ c chuẩn bị, giọt một, sử dụng bộ phận kiểm soát ống tiêm máy Điều đượ c lặp lặ p lại ở  các  các vị trí khác mẫu mức trung bình đượ c lấy 2.8.  Độ Độ h  hấấp thu dầ d ầu Các mẫu aerogel khô trước tiên cân trướ c cho vào hỗn hợ  p dầu nướ c thờ i gian định Sau đó, miếng vải đượ c sử  dụng để  loại bỏ  20   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  dầu thừa cách cẩn thận mẫu ướt sau đượ c cân lại để  xác định tr ọng lượng tăng lên.  Khả năng hấ p phụ dầu mẫu đượ c tính phương trình:  Q = (m2-m1) / m1  Trong đó:  Q (g / g) khả năng hấ p phụ  ọng lượng khô trướ c thử nghiệm hấ p thụ mẫu m1 (g) tr ọng m2 (g) tr ọng ọng lượ ng ng cuối sau thử nghiệm hấ p phụ  21   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Z Xu, X Jiang, H Zhou, and J Li, “Preparation of magnetic hydrophobic  polyvinyl alcohol (PVA) –   – cellulose cellulose nanofiber (CNF) aerogels as effective oil absorbents,” Cellulose, vol 25, no 2, pp 1217 – 1227, 1227, 2018 [2] F Kawai and X Hu, “Biochemistry of microbial polyvinyl alcohol degradation,” no 2009, pp 227 – 237, 237, 2011 [3] V Alcohol, “Polyvinyl Compounds , Others.”   [4]  N Saha, I Kur, and P Sa, “Environmentally Friendly Biocomposites Based on Waste of the Dairy Industry Industr y and Poly ( vinyl alcohol ),” 200 [5]  N Jelinska and M Kalnins, “Poly ( Vinyl Alcohol )/ Poly ( Vinyl Acetate ) Blend Films,” vol 21, pp 55– 61, 61, 2010 [6]  N Tchang and C Christian, “Ultra porous nanocellulose aerogels as separation [7] 410, 2012 medium for mixtures of oil / water wa ter liquids,” pp 401 – 410, A A Michael, L Nicholas, and M M Koebel, Resorcinol-Formaldehyde  Aerogels 2011 [8] G Thesis, “SYNTHESIS OF CELLULOSE,” no January, 2018   [9] A Javadi et al., “Polyvinyl Alcohol-xellulose Nanofibrils-Graphene Oxide Hybrid Organic Aerogels,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 5, no 13, pp 5969 – 5975, 5975, 2013 22   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  [10]  Manufactured Fibre Technology [11] G F Types, “Glass Fibers,” vol 21, no Ref 19, 2001.  [12] M S Tabalvandani, H A Biria, and P K Siaestalkhi, “Glass Fiber Reinf orced orced Concrete Exclusive Assets and Applications in Construction.”  [13] “Boosting Performance without Breaking the Bank _ 2015-07-06 _ Appliance Design Magazine.”   [14] I Journal, M Engineering, and P Doi, “COMPOSITE STRUCTURES : EFFECT OF TEMPERATURE AND WATER,” vol 4, no December, pp 504–  519, 2011 [15] “Sol-Gel methods.”  [16] “Crosslinking Applications _ Thermo Fisher Scientific - VN.”   [17] K C S Figueiredo, T L L M Alves, and C P Borges, “Poly ( vinyl alcohol ) Films Crosslinked by Glutar aldehyde aldehyde Under Mild Conditions,” 2008   [18] K Sinkó, “Influence of Chemical Conditions on the Nanoporous Structure of Silicate Aerogels,” pp 704– 740, 740, 2010 [19] H Zhang, I Hussain, M Brust, M F Butler, S P Rannard, and A I Cooper, “Aligned two- and three-dimensional structures by directional freezing of  polymers and nanoparticles,” vol 4, no October, pp 787– 793, 793, 2005 [20] A Ciurzyńska and A Lenart, “Freeze -drying - application in food processing pr ocessing and biotechnology - a review,” Polish J Food Nutr Sci., vol 61, no 3, pp 165 –  171, 2011 23   Chuyên đề luận văn  GVHD: TS Ngyễn Trường Sơn  24 ... thườ ng ng thu hồi dầu phương phao quay (booms) thiết bị? ?hút dầu (skimmers), chúng đặc biệt không hiệu quả? ?khi tỷ l ệ  dầu/ nướ c thấ p  Phương pháp hóa học:  phân tán dầu biển chất học (chất phân... dịch PVA đượ c sử  dụng vớ i nồng độ  thấp để trách sự keo hóa Ban đầu vừa gia nhiệt nước đến 800C ng PVA: H2O = 5:100, sau vừa khuấy vừa cho PVA r ắn vào theo tỷ  lệ  khối lượ ng 16   Chuyên đề? ?luận. .. em học hỏi đượ c nhiều điều tích lũy kinh nghiệm nghiên cứu tổng hợ  p aerogel Em cũng xin cảm ơn Đại h ọc Bách khoa nói chung Khoa K ỹ  thuật Hóa học nói riêng tạo điều kiện, vật li ệu thiết bị? ?