Silic dioxide và các dạng của nó full

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA  - Silic dioxide (silica) dạng SILICA Giới thiệu Silic đioxit cịn có tên gọi silica có cơng thức SiO Silica có nhiều ứng dụng rộng đời sống khoa học Bốn dạng silica ta nghiên cứu là: Aerogel, Fumed, Amorphous Crystalline I/ Aerogel Aerogel vật liệu độc đáo với nhiều tính chất lạ thường.Các nghiên cứu khoa học thực từ năm 1930.Aerogel suốt, tính xốp cao, mật độ bọt bong bóng thấp.Nhờ nhiều tính chất bật nên silica aerogel quan tâm nghiên có nhiều ứng dụng thực tế 1/Tính chất 1.1.Tính chất xốp,rắn silica aerogel Tiềm ứng dụng cao silica aerogel nhờ tính chất rắn bất thường nó.Silica aerogel bao gồm chuỗi liên kết ngang dây chuyền với số lượng lớn lỗ chứa đầy khơng khí Những lỗ xốp aerogel nhỏ : aerogel tinh khiết có bán kính lỗ xốp trung bình khoảng 10-100nm, silica aerogel nói chung có kích thước lỗ 5-70nm, phụ thuộc vào độ tinh khiết phương pháp chế tạo(H.1) chiếm 85-99.8% tổng thể tích aerogel Vì kích thước lỗ xốp nhỏ bất thường tính xốp cao, aerogel đạt tính chất lý, nhiệt,quang âm đáng ý, điều dẫn đến sức học thấp Tính xốp cao khiến aerogel vật liệu nhẹ biết đến Nó có khối lượng riêng theo sườn khoảng 2200kg/m nhờ tính xốp cao dẫn đến khối lượng riêng khoảng 3kg/m3 so sánh với khơng khí 1,2kg/m3 Hình : Aerogel nhẹ Silica aerogel chịu áp suất nén cao đến 3bar, sức bền thấp khiến vật liệu mong manh Nếu không giải nước tốt, nước phá hủy cấu trúc aerogel sức căng bề mặt lỗ Trong trường hợp này, aerogel thường sử dụng kết hợp với bình chân khơng, màng bọc ngăn cản nước chân không làm giảm khả dẫn nhiệt Tuy nhiên tính chất bền khắc phục aerogel thương mại cách gắn lên màng sợi Aerogel có diện tích bề mặt riêng BET lớn khoảng 200-1000m2.g-1 1.2.Tính cách nhiệt Aerogel có độ dẫn nhiệt thấp độ đan sườn rắn thấp, độ dẫn khí thấp, truyền xạ hồng ngoại thấp.Tuy nhiên nỗ lực để khắc phục độ dẫn nhiệt cách tổng hòa tất yếu tố khó khăn, bời mode gắn chặt chẽ SILICA với nhai, ví dụ thay đổi vè hấp thụ hồng ngoại dẫn đến thay đổi củ hệ số dẫn sườn mạch Hệ số dẫn nhiệt silica đặc cao, silica aerogel phần nhỏ chất rắn silica Hơn nữa, cấu trúc xương bên có nhiều “deaden” dẫn đến đường dẫn nhiệt dài quanh co hiệu vận chuyển nhiệt (H.3) Giá trị nhỏ đặc thù tồn phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt vào mật độ( khối lượng riêng) aerogel: mức tối đa này,bán kính lỗ xốp tăng cho phép tặng λg, ngược lại khối lượng riêng thấp hình dung với lỗ xốp nhỏ Hệ số dẫn nhiệt không khí thấp λg aerogel nói chung giải thích hiệu ứng Knudse, thể dẫn khí mơi trường xốp hàm áp suất khơng khí kích thước lỗ đặc trưng (h.3) Trong K số Knudsen, tức tỉ số chiều dài trung bình đường tự phân tử khí kích thước lỗ xốp đặc trưng δ, dg đường kính phân tử khí, kB số Boltzman T nhiệt độ, pg áp suất khí β số 1.5 2.0 đặc trưng cho hiệu suất vận chuyển lượng phật tử vấp phải cấu trúc rắn vật liệu số β phụ thuộc vào loại khí, vật liệu rắn nhiệt độ Hình : Các phân tử khí chuyển động nhiệt khối vật liệu SILICA Silica aerogel có kích thước lỗ xốp bên nhỏ tinh xốp cao Do đó, tính dẫn nhiệt chất khí có ảnh hưởng lớn đến tính dẫn nhiệt tổng thể aerogel, đồng thời giảm mạnh áp suất thường nhờ hiệu ứng Knudsen Khả dẫn nhiệt chất khí giảm thiểu bẳng cách lấp đầy aerogel khí có độ dẫn thấp (ví dụ khí hiếm),hoặc làm giảm kích thước lỗ lớn nhất, hay cách áp chân không vào aerogel Bằng cách độ dẫn nhiệt tổng thể đạt 8mW/(mK) silica aerogel nhờ áp áp suất gần 50mbar, không muốn giảm truyền xạ Hình : Hệ số dẫn nhiệt(trái) khối lượng riêng (phải) phụ thuộc vào bán kính lỗ xốp(trái) Nhờ tính cách nhiệt đáng ý này, silica ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt Hình 3: Tính cách nhiệt cao silica aerogel SILICA Silica earogel gần suốt phổ hồng ngoại Sự truyền xạ trở thành nhân tố ưu tính dẫn nhiệt nhiệt độ cao, chẳng hạn 200 oC, khơng có ý nghĩa nhiệt độ thấp Hơn nữa, truyền xạ bị kìm hãm thành phần bổ sung cacbon đen vào aerogel, tức trước sau làm khô siêu tới hạn, có hấp thụ phân tán xạ hồng ngoại cách tính dẫn nhiệt tổng thể áp suất thường giảm 13.5mW(mK) áp suất thường 4mW/(mK) áp suất nhỏ 50mbar 1.3.Tính chất quang học Silica aerogel có tính chất quang học thú vị Trong H.4, người ta nhận thấy truyền cao xạ vùng khả kiến Khối silica aerogel mờ có bề dày 10mm có hệ số truyền T =0.88 Xử lý nhiệt aerogel làm tăng khả nẳng truyền xạ nó, chẳng hạn đến 6% giải hấp thụ nước đốt cháy hợp chất hữu Ngồi ra, tính chất quang bị ảnh hưởng thơng số q trình sol—gel, tức chọn lọc thông số tổng hợp tối ưu SILICA Hình 5: Silica aerogel gần suốt SILICA Ánh sáng bị phản xạ silica aerogel xuất màu xanh ánh sáng truyền xuất đỏ Sự tán sắc ánh sáng giải thích số lượng lớn tán xạ Rayleigh tán xạ bên Tán xạ Rayleigh tương tác với thành phần không đồng chất rắn, lỏng khí ví dụ hạt bụi khí quyển,và có ảnh hưởng khi kích thước hạt tương đương với độ dài bước sóng ánh sáng tới.Sự có mặt số lượng lỗ xốp xác định bên khu vực aerogel hoạt động gọi “ tâm tán xạ” Hệ số tán xạ phụ thuộc vào kích thước tâm tán xạ, bước sóng khác tán xạ với cường độ khác Silica aerogel có độ truyền cao phổ hồng ngoại T=0.85 Độ truyền làm tăng độ dẫn nhiệt tổng thể silics aerogel, đặc biệt nhiệt độ cao Nếu khả dẫn truyền không mong muốn Sự truyền trực tiếp nưa vùng nhìn thấy bị giảm mạnh đến 50% cách thêm vài % isopropanol hoăc chất cản quang khác vào aerogel 1.4 Khả truyền âm Khối vật liệu silica aerogel có vận tốc truyền âm thnah thấp khơng khí Vận tốc âm xuống đến 40m/s, sản phẩm thương mại yêu cầu có vận tốc âm khoảng 100m/s Aerogel dạng hạt phản xạ khác thường với âm thanh, tạo thành vật liệu hàng rào cản âm Bằng cách kết hợp nhiều lớp với kích thước hạt khác nhau, làm giảm mạnh đến 60dB chiều dày khoảng 7cm 2/ Tổng hợp Aerogel gel sấy khơ với tính xốp cao phát lần vào năm 1930 Kislter Silica aerogel tổng hợp giai đoạn đầu SILICA phương pháp sol-gel áp suất thấp, ngược lại phương pháp xerogel gel thường làm khô bay hơi, aerogel thường cần thiết làm khô làm khô siêu tới hạn Kết mẫu làm khô giữ kết cấu xốp trạng thái ướt Nói chung, aerogel có diện tích bề mặt cao, khối lượng riêng biểu kiến thấp số khúc xạ thấp Hơn nữa, tính chất nhiệt aerogel biến đổi cấu trúc tồn trạng thái trung gian lỏng và/ xử lý nhiệt suốt trình tổng hợp Tổng hợp silica aerogel chia thành giai đoạn tổng quát: chuẩn bị gel nhờ trình sol-gel, biến tính gel dung dịch” mẹ” để ngăn cản gel co lại q trình sấy, làm khơ gel điều kiện đặc biệt để ngăn cản cấu trúc gel bị phá hủy Một phản ứng đơn giản cho silica aerogels : • • • Thủy phân ngưng tụ Chất đầu + H2O+dung môi Silica va chạm Silica gel Aerogel Biến tính Làm khơ SILICA 2.1 Chuẩn bị gel Quá trình sol-gel trình hạt nano rắn phân tán chất lỏng mà chúng kết tụ lại với để hình thành mạng ba chiều kéo dãn tồn chất lỏng Q trình mơ tả Brinker Scherer Aerogel khung rắn loại gel cô lập từ môi trường lỏng trung gian Đối với silica aerogel, hạt nano “trồng” trực tiếp chất lỏng Chất đầu cho silica aerogel alkoxide silic Tetramethoxysilane Si(OCH3)4 TMSO, tetraethoxysilane Si(OC 2H5)4 TEOS polyethoxydisiloxane SiOn(OC2H5)4-2n PEDS-Px thường sử dụng nhất, PEDS-Px thu từ phản ứng TEOS với lượng nước nhỏ mơi trường rượu có tính acid sau: Với n bé Độ dẫn hiệt aerogel PEDS TMOS thấp TEOS, ngược lại aerogel có tính suốt cao phát triển dựa TEOS Các dung môi thêm vào ethanol chứa nhiều nước làm cho gel có tính xốp thấp Sự thủy phân alkoxit silic thực nhờ xúc tác, chủ yếu xúc tác acid bazo, xúc tác kép Sol trở thành gel hạt nano phân tán dính với để tạo thành mạng lưới hạt bắc qua chất lỏng Điều yêu cầu hạt nano rắn chất lỏng va chạm với dính lại với Điều dễ số hạt nano chúng chứa nhóm bề mặt phản ứng khiến chúng dính lại với sau va chạm nhờ liên kết nhờ lực tĩnh điện Nhìn chung, thủy phân acid ngưng tụ dẫn đến kéo dài chuỗi bị phân nhánh nhỏ cấu trúc vi lỗ xốp sol silica kết số lần gel hóa lớn nhìn chung mạch dài Ngược lại, hạt đồng dễ dàng hình thành nhờ xúc tác bazo ( chủ yếu bazo NH, OH) dẫn đến phân phối mởi rộng lỗ xốp lớn Các alkoxit mô tả số tài liệu chiết xuất đắt tiền không cho phép sản xuất khôi lượng lớn Một giải pháp giá thành alkoxit sử dụng thủy tinh nước sodium silicat nguyên liệu rẻ cho silica mà sử dụng chất tiền thân chung cho tổng hợp aerogel thương mại SILICA cho ứng dụng kĩ thuật.Ở đây, silica hydrogel tạo nhờ acid hóa dung dịch sodium silicat nước với HCl H2SO4 2.2 Biến tính Ngay lúc sol đạt điểm gel, khung chứa sol trải dài Tuy nhiên, mạch silica gel chứa số lượng nhóm alkoxide đáng kể Thời gian thủy phân ngưng tụ phải đủ cho mạng lưới đủ chắc,điều tăng cường nhờ điều chỉnh pH,thay đổi nồng độ dung dịch phủ Trong suốt biến tính, hai chế khác có lẽ ảnh hưởng đến cấu trúc gel: di chuyển vật liệu đến khu vực khuyết hòa tan hạt nhỏ thành hạt lớn Đa số giai đoạn biến tính đặc thù liên quan đến hỗn hợp ethanol-siloxane, theo thêm monome vào mạng lưới SiO rắn làm tăng mức độ liên kết ngang Kết gel cứng vả Sự biến tính khuếch tán điều khiển: vận chuyển vật liệu không bị ảnh hưởng đối lưu trộn lẫn mạng silica rắn, khuếch tán bị ảnh hưởng chiều dày gel Kết thời gian đòi hỏi cho giai đoạn tăng lên độ dày gel tăng, gây khó khăn cho việc sản xuất aerogel thực tế Sau biến tính gel,tất nước nằm lỗ phải loại bỏ trước làm khơ, điều đạt dễ dàng cách rửa gel với ethanol heptane Bất kỳ lượng nước lại gel bị không bị loại bỏ việc làm khô sieêu tới hạn dẫn đến mờ đục aerogel đặc 2.3 Làm khô Làm khô gel giai đoạn cuối quan trọng q trình sản xuất aerogel Việc làm khơ phải tuân thủ áp suất mao dẫn ( ngoại trừ làm khô siêu tới hạn làm khô đông lạnh) áp suất khiến thu hẹp gãy kích thước lỗ xốp nhỏ sức căng mao dẫn Do đó, hai q trình làm khơ khác thường sử dụng nhiều nhất: làm khô áp suất thường(ADP), sức căng mao dẫn tránh được, làm khơ siêu tới hạn (SCD), lỗ có chất lỏng loại bỏ nhiệt độ tới hạn Tct áp suất tới hạn Pct để tránh sức căng mao dẫn 2.3.1 Làm khô siêu tới hạn(SCD) Làm khô siêu tới hạn phương pháp thường sử dụng cho aerogel “ Rõ ràng, người muốn sản xuất aerogel, phải thay chất lỏng khí số phương tiện mà bề mặt chất lỏng khơng phép tách khỏi gel.Nếu chất lỏng chịu áp suất ln lớn áp suất hóa hơi, nhiệt độ tăng, đạt đến nhiệt độ tới hạn thành khí mà khơng có phân biệt pha thời điểm nào” 10 SILICA Hình : Quá trình tạo fumed silica Một cách tiếp cận có ích để hiểu biết hình thành cụm hạt đưa Meakin, người sử dụng khái niệm chiều lặp lại D, liên quan đến kích cluster với khối lượng M Ở nhiệt độ cao hạt dính chặt để hình thành kết tập lúc va chạm, tức hệ số kết dính gần Do đó, hình thành kết tập fumed silica lửa bị chi phối khuếch tán kết tập nhỏ hạt (DLA), mà cho kích thước lặp lại kết tâp khoảng 2,5 Các giá trị gần với giá trị tán xạ notron góc nhỏ (SANS), D m = 2.6 tán xạ Xray góc nhỏ hấp phụ nitrogen 78K với D = 2.6-2.7 Ở nhiệt độ thấp lắng khối kết tấp cho phép phản ứng bị khống chế kết tập cluster (RLCA), kết tập va chạm, chúng tái xếp vị trí chúng RLCA để tối ưu tương tác bề mặt RLCA cung cấp kích cỡ lặp lại khối lượng kết tập khoảng 2.1, tính đến lượng đa phân tán kích thước kết tập 2/ Tính chất 2.1 Cấu trúc hạt Fumed silica có dạng bột trắng đặc trưng khối lượng riêng cự kỳ thấp khoảng 20-50g/l Ngược lại, silic dioxide có khối lượng riêng thật 2200g/l 15 SILICA Bất thảo luận cấu trúc hạt fumed silica phải tính đến chênh lệch lớn Phương pháp “mass fractal dimension” cung cấp đại thể ước lượng có ích Khối lựơng lặp thực bị giới hạn kích thước cluster giới hạn kích thước hạt giới hạn dưới.Theo đó, khối lượng riêng cluster ρcluster tính tốn từ khối lượng riêng hạt ρparticle, tỉ số kích thước cluster d cluster với kích thước hạt dparticle “ mass fractal dimension” Dm cluster (Eq2): ρcluster = ρparticle.(dcluster/dparticle)Dm-3 Nhờ kính hiển vi điện tử kích thước hạt kết tập ước tính khoảng 10nm Đo kích thước hạt cách xem kích thước kết tập phân tán giếng chứa đầy dung môi khoảng 100nm Nhiễu xạ laze fumed silica phân tán khơng khí cho kích thước kết tập lớn 5pm Dựa vào phương trình D= 2.5 từ DLA ước tính khối lượng riêng biểu kiến 700g/l Khối lượng thực nghiệm xác định, fumed silica dạng bột bị nén sở thành đĩa dẹt rắn D m =2.1 từ RLCA cho kết tập có khối lượng riêng khoảng 20g/l - gần với khối lượng riêng sản phẩm siêu mịn chế tạo cách tinh khiết Từ ảnh SEM TEM (Fig Fig 3) ) cấu trúc hạt chiếm ưu kết tập mà bao gồm hạt kết mối vững đồng phần Các nhân tố đặc trưng kết tập silica tổng hợp Fig4 : 16 SILICA Các kết tập fumed silica cấu trúc hạt phân nhánh kéo dài với kích thước trung bình khoảng 100-200nm Dựa vào ảnh TEM kích thước hạt cho khoảng 10nm Kích thước hạt nhỏ tương quan tốt với diện tích bề mặt fumed silica mà thường lớn 100m 2/g- xác định hấp phụ Nitơ 78K theo BET Kĩ thuật hấp phụ kính hiển vi điện tử cung cấp giá trị gần diện tích bề mặt Điều fumed silica có bề mặt hạt nhẵn khoảng nanomet, dường bề mặt ngồi kích thước micro 17 SILICA Sự vắng mặt vi lỗ xốp chứng minh liệu SAXS hấp thu nitrogen Một lần khái niệm hữu ích tính lặp, trường hợp “surface fractal dimension” DsA, bề mặt không lỗ xốp mơ tả Ds 2.0, tổng tồn phần xốp lên đến 3,0 SAXS đo hấp phụ silica fumed cho kết quả” surface fractal dimension” gần 2.0 Bề mặt nhẵn không lỗ xốp hạt fumed silica tính chất đặc trưng , đơn giản hóa giải thích phản ứng hóa học bề mặt Ngoài ra, bề mặt vi xốp làm giảm rõ rệt hiệu tương tác bề mặt silica 2.2 Hóa học bề mặt Đặc tính hóa học chất rắn mịn với diện tích bề mặt cao ranh giới hóa học phân tử tínch chất vật lý bề mặt rắn Bế mặt mịn amorphous silica hiểu kéo dài hai chiều số ba chiều tứ silic dioxide liên kết với Nhờ điều đặc tính hóa học bề mặt silica chi phối đơn vị Si-Si, đặc biệt liên kết Si-O, mà tạo nhóm silanol ảnh hưởng độ ẩm áp suất thường Mật độ số nhóm silanol phụ thuộc chủ yếu vào trình sản xuất silicondioxide từ trình ướt Chưa có chứng fumed silica có chứa silanol bên Trái lại sản phẩm silica từ trình ướt, fumed silica cho thất bề mặt nhóm silanol thấp Ước tính ngun tử silic thứ hai bề mặt silica tạo nhóm silanol Phần lớn silanol khơng có liên kết hydro mà bị cô lập cho dải phổ hồng ngoại 3750cm -1 Thêm silanol bề mặt fumed silica có hoạt tính cao phản ứng hóa học.Nhờ silanol bề mặt chất oxide, fumed silica có lượng bề mặt cao thấm ướt nước – silica chưa xử lý thỉ thể tính hút nước Các phản ứng acid—bazo số quan tâm phân tích cụ thể Chuẩn độ silica sodium hydroxida khơng phản ứng hóa học lạ Nhưng lợi phản ứng acid-bazo phân biệt cách dễ dàng silanol acid silica với monomer , polymer khác silanol hóa nhựa Chuẩn độ dụng cụ hữu dụng cho phép mức độ phản ứng nhóm silanol khác tác nhân silyl hóa Dưới điều kiện phản ứng thích hợp phản ứng acid-bazo cho biết khả chứa hidroxyl mật độ nhóm silanol fumed silica khoảng SiOH/nm2 2.3 Diện tích bề mặt 18 SILICA Diện tích bề mặt số thông số quan thường gặp để đặc trưng cho oxide phân tán cao Để định lượng để chuẩn hóa liệu phản ứng bề mặt tính chất hóa lý thường bề mặt sử dụng nhiều khối lượng oxide giá trị tham khảo Khi làm việc với mẫu silica silyl hóa kết thu có vấn đề Sự silyl hóa xử lý bề mặt khác fumed silica rõ ràng làm thay đổi tính chất bề mặt nó, số nhóm silanol lượng bề mặt 19 SILICA Hình :Manufactured silica fume at maximum surface area of 380 m2/g Sự giảm diện tích bề mặt lớn đáng kể so với xác định từ ảnh SEM từ trồng hạt dựa lớp sily hóa Rõ ràng, bề mặt bên phân tử chất hấp bị phụ thụ mạnh vào lượng bề mặt chất rắn xác định thử nghiệm làm ướt mở rộng áp suất cân từ hấp phụ khí Có bề mặt lượng cao, fumed silica ưu nước diện tích bề mặt BET từ hấp phụ nito cho giá trị thật Ngược lại, bề mặt lượng thấp mẫu silica silyl hóa, đơn lớp khơng có trật tự nên diện tích bề mặt giảm thấp 3.Ứng dụng Fumed silica có nhiều ứng dụng rộng rãi trong nghiệp quan trọng tăng cường tính đàn hồi chất hoạt tính làm đặc chất lỏng một chất phụ gia lưu biến Các thể tích silica nhỏ sử dung khói thêm vào chất rắn dạng bột mực in cho máy in máy photocopy, chất dập lửa chí thức ăn Nó sử dụng tác nhân chống bọtở dạng khối cáp cách điện, xúc tác, phẫu thuật thẩm mĩ, chất hấp thu, phủ giấy, dược phẩm , đánh bóng…tất ứng dụng dựa tr6n hai đặc tính fumed silica có nguồn gốc sốc nhiệt : Cấu trúc phân tán cao, hạt kết tập lại diện tích bề mặt hoạt tính cao 3.1 Dòng chảy cho mực in Khả fumed silica để giữ dòng chảy bột rắn trực tiếp liên quan đến kích thước hạt nhỏ kết tập Silica bao phủ bề mặt hạt bột ngăn cản hạt vón cục với phụ trợ bóng tao dịng bột Dịng chảy tự dạng khí mực in máy photo máy in phải phun mực xác chất lượng Nếu khơng có silica dịng mực giảm chất lượng sau nhiều lần in Silica kỵ nước giúp ổn định dịng chảy Ngồi chất phụ phải tương thích với điện tích mực in Có thể điều chỉnh bề mặt để hiệu chỉnh khả tích điện fumed silic 20 SILICA 3.2 Làm đặc chất lỏng Nhiều ngành công nghiệp q trình chế tạo bề mặt địi hỏi ứng dụng khắc phục vấn đề dung dịch lỏng, nhựa polymer gắn thẳng đứng bao phủ, vẽ,sơn…Chất lỏng cần mỏng dễ để sơn xịt phim lỏng cần giữ cần có thời gian cứng lại Fumed silica có tính chất chất làm đặc hiệu mà không làm thay đổi chiều dày trơ hóa học Ngồi fumed silica tác nhân tốt cho yêu cầu đàn hồi ứng suất cắt lớn có độ nhớt cao ứng suất cắt thấp 21 SILICA Những hiệu ứng lưu biến mà fumed silica đặt hệ thống chất lỏng tương tác hấp dẫn cấu trúc hạt tương tác bề mặt 3.3 Tăng cường tính đàn hồi 22 SILICA Tính chất học đàn hồi liên quan đến lượng lưu giữ sữ biến dạng Các phép đo động học chất đàn hồi co thêm silicone lượng phục hồi liên quan đến entropy enthapy Phần entropy chủ yếu giới hạn không gian co giãn chuỗi polyner có mặt hạt rắn silica III / Amorphous silica Amorphous silica có mặt đất đá, trầm tích thể sống Ngồi dạng tự nhiên Amorphous silica tổng hợp để phục vụ nhu cầu cơng nghiệp.Silica amorphous tổng hợp (SAS) có hai loại dựa phương pháp tổng hợp : silica trình ướt (CAS#112926-008) bao gồm precipitate silica silicagel, cịn silica q trình nhiệt bao gồm pyrogenic silica(CAS# 112945-52-5) 1.Tính chất 23 SILICA Tổng hợp Amorphous silica chế tạo acid hóa dung dịch sodium silicate Ban đầu hình thành chất kết tủa dạng sệt sau rửa tách nước tạo silica khơng màu Một phương trình hóa học tiêu biểu cho trình là: Na2Si3O7 + H2SO4 → SiO2 + Na2SO4 + H2O 2.1 Phương pháp ướt Sau acid hóa kết tụlọc  rửa  sấy khơ nghiền 2.2 Phương pháp nhiệt Ứng dụng SAS có nhiều ứng dụng sản phẩm khác như: • Chất độn cao su lốp bánh xe • Keo dán • Sơn chất phủ • Các sản phẩm chăm sóc sức khỏe kem đánh mĩ phẩm • Dược phẩm Ngoài ra, Amorphous silica vật liệu thường sử dụng nhiều mạch để lập vùng dẫn Nhờ tính bền cơ, tính điện môi cao chọn lọc cho biến đổi hóa học, amorphous silica trở thành vật liệu chủ yếu mạch điện tử sắc ký Nhờ tính chất độc đáo, silica có ứng dụng rộng rãi : chips, sợi quang học kính thiên văn Hơn nữa, nghiên cứu sinh học phân tử dựa silica nhựa hạt quang học để nghiên cứu đại phân tử sinh học 24 SILICA Hình: Bó sợi quang từ silica có độ tinh khiết cao Những năm gần đây, kết hợp phân tử sinh học kỹ thuật nanođã mở nhiều hội cho nhiều ứng dụng liên quan đến đại phân tử silica chẳng hạn nano điện tử, cấu trúc bán nano, kỹ thuật microarray DNA cảm biến lỗ nano Hình : Sự kết hợp DNA amorphous silica IV/ Crystalline silica 1/ Tính chất Dạng crytalline silica tìm thấy tự nhiên tồn dạng tổng hợp Trong số tìm thấy tự nhiên quart,tridymite cristobalite, loại có nhiều hình thái bền khoảng nhiệt độ khác 25 SILICA Tại nhiệt độ thường dạng bền α-quart, 573oC-867oC β-quarzt Tridymite pha bền đến 1470oC, từ nhiệt độ đến 1713oC cristobalite lại pha bền… Bảng : Khối lượng riêng số hình thái Crystalline silica Cấu trúc hình thái crystalline silica Tên α-quartz Khối lượng riêng g/cm3 2.648 β- quartz 2.533 α- tridymite 2.265 Cấu trúc 26 SILICA β-tridymite α-cristobalite 2.334 β-cristobalite faujasite 1.92 melanophlogite 2.04 keatite 3.011 moganite coesite 2.991 stishovite 4.287 27 SILICA Fibrous W-silica 1.97 seifertite 4.294 2.Tổng hợp Kết cấu silica crystalline có kích thước lỗ khoảng 6Å tạo cách nung silicate alkylonium thủy nhiệt từ hỗn hợp chứa tác nhân thiết yếu nước, amorphous silica hợp chất muối amoni pH 10 Ứng dụng 3.1 Phân tách Đường kính silclite khoảng 6A thể tích riêng lỗ xốp 0.18cc/gam Cấu trúc xốp đồng cho phép silic phân tách pxylene o-xylene, m-xylene ethylbenzen Sự phân tách hợp chất có nguyên tử carbon bậc khỏi chất khác nhờ có liên kết C đến C thấp sử dụng silicalite chấp hấp phụ chọn lọc Crystalline silica silicalite khơng có khả trao đổi điện tích nên chất hấp phụ tốt chất hữu tốt khỏi nước pha pha lỏng 3.2 Trong đời sống ngày Silica có mặt ứng dụng gần gũi : gạch, kính, xe hơi, thủy tinh gốm sứ, làm chất độn cho nhựa silica dùng để lọc nước cho trồng trọt… Được dùng ngành công nghệ cao sợi quang học, đúc xác ngành luyện kim 28 SILICA Tài liệu tham khảo Grose, “Crystalline silica”, 54,1977 R.Baetenn et al, Energy and Building 43 (2011) 761-769 J.Fricke, T.Tillotson, Aerogel: production,characterization, and applications,Elsevier.1997 W.R Grace, Synthetic Amorphous Silica product Stewardship Sumamary,2009 T.Sumiyoshi et al, “Silica aerogel in high energy physic”, Elsevier 29 ... riêng (phải) phụ thuộc vào bán kính lỗ xốp(trái) Nhờ tính cách nhiệt đáng ý này, silica ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt Hình 3: Tính cách nhiệt cao silica aerogel SILICA Silica earogel gần suốt... hợp aerogel 3.Ứng dụng Aerogel silica có tính chất đặc biệt có nhiều ứng dụng 12 SILICA II.Fumed silica Fumed silica sản phẩm tổng hợp từ silic dioxide phân tán cao.Silica mịn phân nhóm theo q trình... đến silica-gel silica kết tụ.Cho đến nay, phương pháp sốc nhiệt quan trọng đốt silane, điều cho ta cách tạo sản phẩm đáng quan tâm-fumed silica 13 SILICA 1/ Chế tạo Fumed silica sản xuất cách