Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit vô cơ chịu axit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Đức Mai NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT VÔ CƠ CHỊU AXIT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cơng nghệ hóa học Hà Nội, 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Đức Mai NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT VƠ CƠ CHỊU AXIT Chun ngành: Cơng nghệ hóa học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: La Văn Bình Hà Nội, 2008 LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn tới Thầy GS.TSKH-NGND La Văn Bình - người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Bộ môn Công nghệ chất vô - Khoa Cơng nghệ Hóa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Hóa học, Viện Khoa học Vật liệu (Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam) Trường Cao đẳng Công nghiệp Dệt may Thời trang Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ sống trình học tập vừa qua Nguyễn Đức Mai -1- LỜI CAM ĐOAN Luận văn tơi thực thời gian học tập làm việc môn Công nghệ chất vô cơ, khoa Công nghệ Hố học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tơi xin cam đoan kết nghiên cứu thu nêu luận văn không trùng lặp với kết công bố báo tạp chí nước ngồi nước tính tới thời điểm Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật kết nêu luận văn -2- CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ XMCA: Ximăng chịu axit PNS: Polyme vô Natri Silicat Na O - SiO - H O PNA: Polyme vô Natri Aluminat Na O - Al O - H O P PNAS: Polyme vô Na O - Al O - SiO - H O Q: Quartz S: Bã thải secpentin B: Bã thải sản xuất phèn nhôm từ caolanh (gọi tắt bã thải caolanh) SSA: Diện tích bề mặt riêng 10 F: Chất đóng rắn Na SiF 11 DSC: Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 12 IR, FT-IR: Phương pháp phổ hồng ngoại, hồng ngoại biến đổi Fourier 13 R bd : Độ bám dính 14 R n : Cường độ chịu nén 15 TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam 16 TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng 17 TGA: Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng 18 W: Độ hút nước 19 XRD: Phổ nhiễu xạ tia X 20 SEM: Hiển vi điện tử quét 21 TEM: Hiển vi điện tử truyền qua 22 ГOCT: Tiêu chuẩn Liên Xơ cũ 23 ∆: Hiệu quang trình 24 Φ: Đường kính 25 Compozit vơ chịu axit: Vật liệu compozit vô chịu axit với polyme vô cơ, cốt quartz, bã thải secpentin bã thải caolanh (cỡ hạt 0,04÷0,08), chất đóng rắn Na SiF -3- MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 14 1.1 Tổng quan vật liệu compozit 14 1.1.1 Khái niệm chung 14 1.1.2 Cơ sở hóa lý chế tạo vật liệu compozit 16 1.1.2.1 Các dạng tương tác cốt 16 1.1.2.2 Các dạng liên kết cốt 17 1.1.2.3 Sự khuếch tán vật liệu compozit 19 1.2 Các loại vật liệu chịu axit công nghệ hóa học 23 1.2.1 Kim loại hợp kim 23 1.2.2 Các vật liệu vô 24 1.2.3 Các vật liệu hữu 25 1.3 Công nghệ sản xuất vật liệu chịu axit giới Việt Nam 25 1.3.1 Các vật liệu compozit chịu axit 25 1.3.2 Công nghệ sản xuất vật liệu Diabase chịu axit giới 26 1.3.2.1 Công nghệ sản xuất đá đúc 27 1.3.2.2 Công nghệ nung kết tinh 28 1.3.3 Công nghệ sản xuất vật liệu Diabase chịu axit Việt Nam 30 1.3.4 Công nghệ sản xuất gốm chịu axit giới 31 1.3.5 Công nghệ sản xuất gốm chịu axit Việt Nam 33 -4- 1.3.6 Công nghệ sản xuất vật liệu chịu axit sở chất kết dính (hoặc chất nền) polyme vô 35 1.3.6.1 Chất kết dính (hoặc chất nền) polyme vơ 35 1.3.6.2 Chất kích thích đóng rắn 43 1.3.6.3 Phụ gia (hoặc cốt) chịu axit 43 1.3.6.3.1 Secpentin bã thải secpentin 43 1.3.6.3.2 Caolanh bã thải caolanh 54 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 64 2.1 Phương pháp nghiên cứu 64 2.1.1 Các phương pháp phân tích 64 2.1.1.1 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng Na O 64 2.1.1.2 Phương pháp phân tích khối lượng xác định hàm lượng SiO 64 2.1.1.3 Phương pháp xác định tỷ trọng Polyme vô 64 2.1.1.4 Phương pháp đo độ nhớt polyme nhớt kế Ostwald 65 2.1.1.5 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 66 2.1.1.6 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DSC) 67 2.1.1.7 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR, FT-IR) 67 2.1.2 Phương pháp thử tiêu lý compozit vô chịu axit 68 2.1.2.1 Xác định độ chịu axit vữa compozit vơ chịu axit đóng rắn 68 2.1.2.2 Xác định thời gian công tác vữa compozit vô chịu axit 68 2.1.2.3 Xác định độ bám dính vữa compozit vơ chịu axit đóng rắn 68 2.1.2.4 Xác định độ hút nước vữa compozit vô chịu axit đóng rắn 70 2.1.2.5 Xác định cường độ chịu nén vữa compozit vô chịu axit đóng rắn 71 2.1.2.6 Xác định độ giảm khối lượng compozit vô chịu axit ngâm axit 71 2.2 Phương pháp tổng hợp polyme Na O-Al O -SiO -H O (PNAS) 71 2.2.1 Tổng hợp Polyme Natri Silicat Na O-SiO -H O (PNS) 71 2.2.2 Tổng hợp Polyme Natri Aluminat Na O-Al O -H O (PNA) 72 -5- 2.2.3 Tổng hợp Polyme vô Na O-Al O -SiO -H O (PNAS) 72 2.3 Chế tạo cốt chịu axit từ quartz, bã thải secpentin bã thải caolanh 73 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 74 3.1 Sơ đồ khối sản xuất vật liệu compozit vô chịu axit 74 3.2 Thành phần tính chất polyme vơ với tư cách chất compozit vô chịu axit 75 3.2.1 Thành phần tính chất polyme natri silicat Na O-SiO -H O 75 3.2.2.Thành phần tính chất polyme natri aluminatNa O-Al O -H O 75 3.2.3.Thành phần tính chất polyme Na O-Al O -SiO -H O (PNAS) 75 3.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit vô chịu axit sở chất polyme vô hệ Na O-Al O -SiO -H O, cốt chịu axit quartz, bã thải secpentin bã thải caolanh 76 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng polyme đến độ ăn mòn axit 76 3.3.1.1 Khảo sát độ bền nén polyme hỗn hợp PNAS 76 3.3.1.2 Độ giảm khối lượng compozit PNASQ H SO 80% 77 3.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng polyme PNAS đến độ ăn mòn axit mẫu compozit PNAS Q ngâm H SO 80% 78 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn Na SiF đến tốc độ đóng rắn mẫu compozit PNAS QF 79 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Quartz đến độ ăn mịn axit vật liệu compozit vơ chịu axit ngâm H SO 80% 81 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng cỡ hạt Quartz đến độ ăn mòn axit vật liệu compozit vô chịu axit ngâm H SO 80% 81 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng bã thải secpentin đến độ ăn mòn axit vật liệu compozit vô chịu axit ngâm H SO 80% 84 3.3.6 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng bã thải caolanh đến độ ăn mịn axit vật liệu compozit vơ chịu axit ngâm H SO 80% 86 3.4 Kết thử tiêu lý hóa vật liệu compozit vơ chịu axit 88 3.5 Quang phổ FT-IR vật liệu compozit vô chịu axit 89 -6- 3.6 Ảnh SEM vật liệu compozit vô chịu axit 90 3.7 Phổ XRD vật liệu compozit vô chịu axit 92 KẾT LUẬN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC 98 -7- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Chức Thành phần hóa mẫu Bazan kết tinh Bảng Tính kỹ thuật vật liệu chịu axit, chịu nhiệt 30 Bảng Thành phần tính chất phối liệu theo phương pháp bán khô 31 Bảng Thành phần tính chất Đất sét Liên Xơ cũ 31 Bảng Thành phần hóa học fối liệu sản xuất gốm chịu axit TQ LX(cũ) 31 Bảng Thành phần cỡ hạt nguyên liệu theo phương pháp bán khơ 32 Bảng Thành phần hóa học nguyên liệu (% khối lượng) 33 Bảng Thành phần hóa học gốm chịu axit Viện Vật liệu Xây dựng 34 Bảng Tính gốm chịu axit (Viện Vật liệu xây dựng) 34 Tên Trang 29 Bảng 10 Tỷ lệ thành phần số mẫu polyme photphat nhôm 40 Bảng 11 Thành phần hóa học secpentin (% khối lượng) 45 Bảng 12 Thành phần hóa học chủ yếu bã thải secpentin sau chiết tách 53 dung dịch H SO 5M nhiệt độ khác Bảng 13 Phân tích thành phần hóa học caolanh gốc caolanh sử lý axit 55 Bảng 14 Các dải IR quan trọng caolinit 57 Bảng 15 Các dải quang phổ IR caolinit 59 Bảng 16 Độ nhớt nước cất nhiệt độ khác 66 Bảng 17 Thành phần hóa học nguyên liệu đầu 73 Bảng 18 Thành phần tính chất polyme natri silicat (PNS) 75 Bảng 19 Thành phần tính chất polyme natri aluminat (PNA) 75 Bảng 20 Thành phần, tính chất polyme Na O-Al O -SiO -H O (PNAS) 76 Bảng 21 Độ bền nén mẫu compozit PNASQ theo thời gian 77 Bảng 22 Độ giảm khối lượng mẫu compozit PNASQ H SO 80% 78 Bảng 23 Ảnh hưởng hàm lượng polyme PNAS đến độ ăn mòn axit 78 -8- Bảng 28 Ảnh hưởng hàm lượng bã thải secpentin bã thải caolanh thay phần quartz bã thải secpentin bã thải caolanh đến độ ăn mịn axit mẫu compozit vơ chịu axit ngâm H2SO4 80% Thành phần Ký hiệu PNAS8 ml Độ giảm khối lượng % Bã thải Bã thải Quartz Na2SiF6 Sau Secpentin caolanh g g ngày g g Sau 14 Sau 28 P2Q2S0B6F2 25 80 0,0 17,5 2,5 3,75 4,64 4,73 P2Q2S1B5F2 25 80 5,0 12,5 2,5 3,70 4,60 4,69 P2Q2S2B4F2 25 80 8,0 9,5 2,5 3,65 4,55 4,56 P2Q2S3B3F2 25 80 9,5 8,0 2,5 3,67 4,58 4,68 P2Q2S4B2F2 25 80 12,5 5,0 2,5 3,72 4,61 4,70 P2Q2S5B1F2 25 80 15,0 2,5 2,5 3,77 4,65 4,75 P2Q2S6B0F2 25 80 17,5 0,0 2,5 3,88 4,68 4,79 Từ bảng 28 thấy, hàm lượng loại bã thải gần độ bền axit Tuy nhiên nhận thấy, hàm lượng bã thải caolanh cao chút so với hàm lượng bã thải secpentin độ bền axit tốt Với lượng bã thải secpentin 8g, bã thải caolanh 9,5g, quarzt 80g chất đóng rắn 2,5g, mẫu compozit vơ chịu axit có độ ăn mịn axit thấp Vì đây, cần tiếp tục khảo sát ảnh hưởng đến độ ăn mòn axit mẫu compozit vô chịu axit ngâm H2SO4 80% trường hợp: - Giữ nguyên thành phần P 25ml, Q 80g , B 9,5g F 2,5g, thay đổi lượng bã thải secpentin quanh giá trị 8,0g để xác định hàm lượng bã thải secpentin cho độ bền axit vật liệu compozit tốt - Giữ nguyên thành phần P 25ml, Q 80g , S 8,0g F 2,5g, thay đổi lượng bã thải caolanh quanh giá trị 9,5g để xác định hàm lượng bã thải caolanh cho độ bền axit vật liệu compozit tốt 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng bã thải secpentin đến độ ăn mịn axit vật liệu compozit vơ chịu axit ngâm H2SO4 80% - 85 - Kết khảo sát ảnh hưởng đến độ ăn mịn axit mẫu compozit vơ chịu axit ngâm H2SO4 80% giữ nguyên thành phần P 25ml, Q 80g , B 9,5g F 2,5g, thay đổi lượng bã thải secpentin quanh giá trị 8g để xác định hàm lượng bã thải secpentin cho độ bền axit vật liệucompozit tốt trình bày bảng 29 Bảng 29 Ảnh hưởng bã thải secpentin đến độ ăn mịn axit vật liệu compozit vơ chịu axit ngâm H2SO4 80% Ký hiệu PNAS8 ml Thành phần mẫu Bã thải Bã thải Quartz Na2SiF6 Secpentin caolanh, g g g g 80 0,0 9,5 2,5 Độ giảm khối lượng; % Sau ngày Sau 14 ngày Sau 28 ngày 4,56 5,50 5,63 P2Q2S0B4F2 25,0 P2Q2S1B4F2 25,0 80 5,0 9,5 2,5 3,92 4,83 4,85 P2Q2S2B4F2 25,0 80 7,5 9,5 2,5 3,80 4,62 4,65 P2Q2S3B4F2 25,0 80 8,0 9,5 2,5 3,65 4,55 4,56 P2Q2S4B4F2 25,0 80 8,5 9,5 2,5 3,70 4,60 4,64 P2Q2S5B4F2 25,0 80 10,0 9,5 2,5 4,09 5,10 5,15 Từ số liệu thực nghiệm bảng 29 dựng đồ thị hình 34, miêu tả ảnh hưởng hàm lượng bã thải secpentin đến độ ăn mịn axit vật liệu compozit vơ Độ giảm khối lượng, % chịu axit ngâm H2SO4 80% 6.0 P2Q2S0B4F2 P2Q2S5B4F2 5.0 P2Q2S1B4F2 P2Q2S4B4F2 P2Q2S2B4F2 P2Q2S3B4F2 4.0 3.0 14 ngày 28 Hình 34 Ảnh hưởng hàm lượng bã thải secpentin đến độ ăn mòn axit compozit vô chịu axit ngâm H2SO4 80% - 86 - Từ bảng 29 hình 34 nhận thấy: cố định lượng bã thải caolanh 9,5g, quartz 80g, chất đóng rắn 2,5g, polyme 25ml thay đổi lượng bã thải secpentin từ 0g đến 10g thấy mẫu có 8g secpentin cho độ giảm khối lượng thấp 4,56% ngâm tối đa H2SO4 80% Từ cho thấy, lượng bã thải secpentin làm thay đổi độ giảm khối lượng mẫu compozit không theo quy luật định Lúc đầu tăng lượng bã thải secpentin, độ giảm khối lượng mẫu compozit giảm sau tăng tiếp lượng bã thải lên 8g độ giảm khối lượng mẫu compozit lại tăng Điều giải thích bã thải secpentin có lượng MgO định liên kết với SiO2 để tạo khoáng MgO.2SiO2 kết tinh làm kết cấu vật liệu compozit đặc Khi nhiều bã thải secpentin lượng MgO dư khơng tạo khống làm cho vật liệu compozit dễ bị hòa tan nên làm tăng độ giảm khối lượng mẫu compozit Khi khơng có bã thải secpentin vật liệu bị ăn mịn axit mạnh 3.3.6 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng bã thải caolanh đến độ ăn mòn axit vật liệu compozit vô chịu axit ngâm H2SO4 80% Khi có mặt bã thải caolanh tồn SiO2 Al2O3 làm thay đổi độ giảm khối lượng ngâm mẫu axit H2SO4 80% Để khảo sát vai trò bã thải caolanh bổ sung vào thay phần pha cốt quartz, ta cố định lượng bã thải secpentin 8g, lượng quartz 80g, lượng chất đóng rắn 2,5g, lượng polyme 25ml thay đổi lượng bã thải caolanh quanh 9,5g để tìm hàm lượng bã thải caolanh cho độ bền axit vật liệu compozit tốt Kết trình bày bảng 30 Từ số liệu thực nghiệm bảng 30 dựng đồ thị hình 35, miêu tả ảnh hưởng bã thải caolanh đến độ ăn mịn axit vật liệu compozit vơ chịu axit ngâm H2SO4 80% - 87 - Bảng 30 Ảnh hưởng bã thải caolanh đến độ axit vật liệu compozit vô chịu axit ngâm H2SO4 80% Ký hiệu P2Q2S2B0F2 Thành phần mẫu Bã thải Bã thải PNAS8, Quartz, Na2SiF6, Secpentin, caolanh, ml g g g g 25,0 80 8,0 0,0 2,5 Độ giảm khối lượng; % Sau ngày Sau 14 Sau 28 5,56 6,24 6,42 P2Q2S2B1F2 25,0 80 8,0 5,0 2,5 4,12 5,23 5,30 P2Q2S2B2F2 25,0 80 8,0 9,0 2,5 3,70 4,61 4,65 P2Q2S2B3F2 25,0 80 8,0 9,5 2,5 3,65 4,55 4,56 P2Q2S2B4F2 25,0 80 8,0 10,0 2,5 3,73 4,65 4,68 Độ giảm khối lượng, % 7.0 P2Q2S2B0F2 P2Q2S2B1F2 6.0 P2Q2S2B4F2 P2Q2S2B2F2 5.0 P2Q2S2B3F2 4.0 3.0 14 28 Ngày Hình 35 Ảnh hưởng bã thải caolanh đến độ ăn mịn axit compozit vơ chịu axit ngâm H2SO4 80% Từ bảng 30 hình 35 nhận thấy: cố định lượng bã thải secpentin 8g, lượng quartz 80g, lượng chất đóng rắn 2,5g, lượng polyme 25ml thay đổi lượng bã thải caolanh độ giảm khối lượng mẫu compozit giảm dần từ 6,42% xuống 4,56% tăng dần lượng bã thải caolanh thay quartz từ 0g đến 9,5g Nhưng tăng tiếp lượng bã thải caolanh độ giảm khối lượng mẫu compozit lại tăng Khi khơng có bã thải caolanh độ ăn mịn axit vật liệu compozit vô chịu axit tăng lên đáng kể Như vậy, kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu cốt gồm loại: quartz, bã thải secpentin, bã thải caolanh cố định lượng chất polyme chất đóng rắn Na2SiF6 cho thấy: thay đổi đồng thời thành phần cốt có ảnh - 88 - hưởng đến độ giảm khối lượng vật liệu compozit ngâm axit H2SO4 80% với mức độ khác tìm mẫu compozit vơ chịu axit có thành phần 25ml polyme PNAS8(P2)/100g cốt khô (gồm 80g quartz (80%), 8g bã thải secpentin (8%), 9,5g bã thải caolanh (9,5%), 2,5g chất đóng rắn Na2SiF6(2,5%) với cỡ hạt cốt thích hợp 0,04÷0,08mm) ngâm axit H2SO4 80% nhiệt độ phịng có độ giảm khối lượng nhỏ 4,56% mẫu có khả chịu axit tốt Nhìn chung, có mặt bã thải secpentin bã thải caolanh có bổ sung thêm lượng SiO2 lượng định MgO, Al2O3 dạng hoạt hố nên giúp cho việc hình thành pha kết tinh vật liệu compozit tốt đó, làm tăng độ chịu axit cải thiện lý tính vật liệu compozit chịu axit 3.4 Kết thử tiêu lý hóa vật liệu compozit vô chịu axit Sau nghiên cứu số yếu tố thành phần khối lượng chất pha pha cốt tìm mẫu compozit chịu axit P2Q2S2B3F2 (bảng 30) làm vật liệu bền axit cho nghiên cứu Kết thử tiêu lý hóa compozit vơ chịu axit P2Q2S2B3F2 cho bảng 31 Theo kết khảo sát số tính chất vật liệu compozit chịu axit thu so với tiêu chuẩn ASTM C466-97 tiêu chuẩn TCVN 337-2005 cho thấy đáp ứng tiêu chuẩn đề vật liệu chịu axit cố định hàm lượng polyme Na2SiF6, thay lượng quartz cách bổ sung bã thải caolanh bã thải secpentin Bảng 31 Kết thử tiêu lý hóa vật liệu compozit chịu axit P2Q3S2B3F2 TT Tên tiêu Độ chịu axit, ≥ Thời gian công tác, ≥ Đơn vị tính Mức cho phép ASTM TCVN ΓOCT C466-97 5050-69 337-2005 Kết % 95 93 92 92,5 Phút 15 - 15 15 Độ bám dính, ≥ N/mm2 0,5 0,2 0,2 0,2 Độ hút nước, ≤ % 18 17 13 13 Cường độ chịu nén, ≥ N/mm2 9,6 10 15 15 - 89 - 3.5 Quang phổ FT-IR mẫu vật liệu compozit vô chịu axit Quang phổ FT-IR mẫu compozit vô chịu axit trước ngâm sau ngâm dung dịch axit H2SO4 80% 28 ngày nhiệt độ phòng tiến hành ghi máy IMPACT410-Nicolet Viện Hoá học (Viện KH & CN Việt Nam) Hệ số truyền % đưa hình 36 37 Số sóng (cm-1) Hệ số truyền % Hình 36 Quang phổ FT-IR mẫu compozit vô chịu axit trước ngâm dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phịng Số sóng (cm-1) Hình 37 Quang phổ FT-IR mẫu compozit vô chịu axit sau ngâm 28 ngày dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng - 90 - Từ hình 36 37 nhận thấy, bản, phổ FT-IR mẫu trước sau ngâm dung dịch axit H2SO4 80% 28 ngày nhiệt độ phòng với pik đặc trưng nhóm liên kết bản, thay đổi Điều có nghĩa mẫu bền dung dịch axit H2SO4 80% Tuy nhiên, số pik khoảng từ 500÷650cm-1 liên kết Na-O-Si muscovite tạo thành tổng hợp vật liệu compozit suy giảm cường độ, chứng tỏ loại khống bị axit ăn mịn phá huỷ mức độ đáng kể Các phổ FT-IR mẫu compozit vô chịu axit trước sau ngâm dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phịng phóng to xem phần phụ lục 3.6 Ảnh SEM vật liệu compozit vô chịu axit Các ảnh SEM mẫu compozit vô chịu axit trước sau ngâm 28 ngày dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng đưa hình 38 39 Các ảnh SEM chụp thiết bị Hitachi S4800 Viện Khoa học vật liệu (Viện KH & CN Việt Nam) a) b) c) Hình 38 Các ảnh SEM mẫu compozit vơ chịu axit trước ngâm dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng với độ phân giải khác - 91 - Hình 38a 38b ảnh SEM mẫu compozit vô chịu axit độ phân giải khác trước ngâm dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng.Từ ảnh SEM ta thấy, liên kết bao bọc polyme quanh hạt cốt Ở đây, việc trộn thủ công nên chưa đạt đồng cần thiết cịn số chỗ vật liệu có cấu trúc xốp, rỗng Hình 38c cho ảnh cắt ngang tiết diện mẫu Các hạt cốt phân bố tương đối đồng polyme tạo cấu trúc đặc vật liệu compozit đảm bảo độ bền axit chúng a) b) c) Hình 39 Các ảnh SEM mẫu compozit vô chịu axit sau ngâm 28 ngày dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng với độ phân giải khác Hình 39a, 39b 39c cho thấy ảnh chụp mẫu compozit vô chịu axit sau ngâm 28 ngày dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng với độ phân giải khác Từ ảnh SEM thấy, bản, liên kết bao bọc polyme quanh hạt cốt đảm bảo đó, đảm bảo độ bền axit vật - 92 - liệu Tuy nhiên, trộn thủ công chưa đạt độ đồng cần thiết nên số vị trí xốp, rỗng vật liệu compozit, axit dễ ngấm vào ăn mòn vật liệu 3.7 Phổ XRD vật liệu compozit vô chịu axit Phổ XRD vật liệu compozit vô chịu axit trước sau ngâm dung dịch H2SO4 80% 28 ngày nhiệt độ phòng đưa hình 40a 40b a b Hình 40 Các phổ XRD mẫu compozit vô chịu axit trước ngâm (a) sau ngâm (b) dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng - 93 - Từ hình 40a 40b thấy, bản, phổ XRD mẫu compozit trước sau ngâm dung dịch H2SO4 80% 28 ngày nhiệt độ phịng thay đổi ít, chứng tỏ vật liệu compozit tổng hợp bền axit Các pik nhiễu xạ rõ nét ứng với góc 2θ khoảng 21º , 26,5º, 50º, 60º mô tả tinh thể chủ yếu vật liệu compozit vô chịu axit quartz polyme vô không thay đổi Tuy nhiên, pik góc 2θ khoảng 22º 29º tương ứng với tinh thể muscovite tạo trình tổng hợp vật liệu compozit vô chịu axit, sau ngâm dung dịch H2SO4 80% 28 ngày nhiệt độ phòng bị biến tồn Do tỷ lệ khống không lớn nên chúng không ảnh hưởng nhiều tới độ bền axit vật liệu Để tìm hiểu chế tạo khống muscovite q trình tổng hợp vật liệu compozit vô chịu axit cần phải có thời gian nghiên cứu tiếp mà khn khổ luận văn chưa thể thực Các ảnh phổ XRD phóng to xem phần phụ lục - 94 - KẾT LUẬN Đã tổng hợp polyme Natri Silicat hệ Na2O-SiO2-H2O có modun Si cao, polyme Natri Aluminat hệ Na2O-Al2O3-H2O, từ tổng hợp hệ polyme vô hệ Na2O-Al2O3-SiO2-H2O Đã khảo sát độ bền nén độ tan mẫu tổng hợp sở liên kết hệ polyme vơ Na2O-Al2O3-SiO2-H2O H2SO4 80% Từ chọn polyme tốt PNAS8 (1,77%Al2O3; 11,27% Na2O; 17,13%SiO2; 69,83%H2O) Độ bền nén mẫu dùng Polyme PNAS8 sau 28 ngày 185,99kG/cm2 Độ giảm khối lượng mẫu dùng Polyme PNAS8 sau ngày 3,98% Để nâng cao độ chịu axit vật liệu compozit vơ chịu axit, cần phải hoạt hố bã thải secpentin bã thải caolanh sau nghiền chúng nhiệt độ thích hợp (trong khoảng 950 ÷1000oC) Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến độ ăn mịn axit vật liệu compozit vơ chịu axit với polyme vô hệ Na2O-Al2O3-SiO2-H2O (PNAS), cốt từ quartz, bã thải secpentin, bã thải caolanh chất đóng rắn Na2SiF6 ngâm H2SO4 80%: + Cỡ hạt cốt thích hợp 0,04÷0,08mm + Tốc độ đóng rắn compozit tỷ lệ thuận với hàm lượng Na2SiF6 + Khi khơng có bã thải secpentin bã thải caolanh độ ăn mịn axit compozit tăng lên Khi thay đổi lượng bã thải secpentin bã thải caolanh độ ăn mịn axit vật liệu compozit thay đổi không theo quy luật định mà biến đổi theo có mặt pha cốt khác với lượng khác Với quartz, hàm lượng tốt 80g/100g phối liệu cốt khô; với bã thải caolanh, hàm lượng tốt 9,5g/100g phối liệu cốt khô với bã thải secpentin, hàm lượng tốt 8g/100g phối liệu cốt khơ Từ chọn phối liệu có thành phần pha cốt bã thải caolanh, bã thải secpentin quartz tốt cho vật liệu compozit vơ chịu axit P2Q2S2B3F2 có độ giảm khối lượng sau 28 ngày ngâm dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng giảm 4,56% - 95 - Kết thử tiêu lý hóa mẫu P2Q2S2B3F2 sau: + Độ chịu axit: 92,5% + Độ hút nước: 13% + Thời gian cơng tác: 15 phút + Độ bám dính: 0,2N/mm2 + Cường độ chịu nén: 15N/mm2 - 96 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt La Văn Bình (2000), Khoa học Công nghệ vật liệu Trường đại học BKHN Đỗ Bình (2000), Cơng nghệ axit sunfuric Trường đại học BKHN Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng (2002), Hướng dẫn thí nghiệm hố phân tích Trường đại học BKHN Công ty Lê&Vũ, 95 Trần Quốc Toản Chesterton ARC 988V - Vật liệu compozit chịu axit lý tưởng Lê Công Dưỡng (2000), Vật liệu học NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Khoa Silicat-Xây dựng (1994), Bài giảng chuyên môn silicat tập I, II La Thế Vinh, La Văn Bình (2006), Quan hệ cấu trúc khả bền nhiệt vật liệu polyme photphat nhôm, Báo cáo khoa học hội nghị khoa học lần thứ 20- trường Đại học Bách khoa Hà Nội La Thế Vinh, Nguyễn Thế Dương, Polyme photphat nhơm cấu trúc Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phương Kỳ Cơng -Viện Hóa học Công nghiệp (2003), Một vài suy nghĩ hướng phát triển chống ăn mịn thiết bị cơng nghiệp hóa chất nước ta, Tạp chí cơng nghiệp hố chất (số 12) 10 Tạp chí vật liệu (số 6) 1996 11 Tiêu chuẩn ngành 64 TCN 54-91 Đá secpentin 12 Trần Văn Phú (1983), Nghiên cứu Silicat trang trí cơng trình xây dựng sơn Silicat chịu nhiệt, NXB Xây dựng, Hà Nội 13 IU.V.Kariakin, I.I.Angelov(1990), Hóa chất tinh khiết, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 14 Viện vật liệu xây dựng (1995), Báo cáo kết đề tài: Nghiên cứu sản xuất ximăng diabaz chịu axit, bền nhiệt dùng cho xây dựng cơng trình cơng nghiệp hố chất Tiếng Anh 15 Aidong Tang, Linna Su, Chuanchang Li, Wei Wei (2010), “Effect of mechanical activation on acid-leaching of kaolin residue”, Applied Clay Science (48) pp 296299 16 Achyut K.Panda, B.G.Mishra, D.K.Mishra, R.K Singh (2010),“Effect of sulfuric acid treatment on the physico-chemical characteristics of kaolin clay”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (363) pp 98-104 17 D N Hunter Inorganic polymer (1961) The Chemical society Burlington House London 18 D.N.Hunter (1963) Inorganic polymers Plack scientific publications Oxford 19 E.F Aglietti, J.m Porto Lopez and E Pereira (1988), “Structural Alterations in Kaolinite by Acid treatment”, Aplied Clay Science (3) pp 155-163 20 F.G.A.Stone (1962) Inorganicpolymer - 97 - 21 Geeta Parashar, Deepak Srivastava, Pramod Kumar (2001) Ethyl silicate binders for high performance coating: Progress inorganic coating 22 Gimblett F.G.R (1963) Inorganic polymer chemistry London 23 J.A.Brydson (1989) Plastics materials London Butter Worths 24 J.S Anderson, B Burg, Erich Thilo and K A Andrianov (1961) Inorganic polymer London 25 M.F Lappert (1962) Developments in Inorganic polymer chemistry Amsterdam London New York 26 M.F.Lapperrt and G.J.Leigh (1962) Developments in inorganic polymer chemistry Elsevier-Publishing company 27 Mainak Mookherjee, Lars Stixrude (2009), “Structure and elacticity of serpentine at high-pressure”, Earth and Planetary Science Letters (279) pp 11-19 28 N H Ray (1978) Inorganic polymer London- New York –San Francisco 29 Patty Wisan - Neilson, Harry R Alcool, Knneth J Wynne (1993) Inorganic and Organometallic polymer II Denvercoloraclo 30 Prof Stephen A Nelson (2008), “Phyllosilicates (Mica, talc & Serpentine)”, Mineralogy pp 1-7 31 QiWu Zhang, Kazumasa Sugiyama, Fumio Saito (1997), “ Enhancement of acid extraction of magnesium and silicon from serpentine by mechanochemical treatment”, Hydrometallurgy (45) pp 323-331 32 T.W Cheng, C.W.Hsu (2006), “A study of silicon carbide synthesis from waste serpentine”, Chemosphere (64) pp 510-514 33 Valeria, F.F.Barbosa, Kenneth J.D.Mackenzie(2003) Thermal behaviour of inorganic geopolymers and composites derived from sodium polysialate: Materials Research Bulletin 34 Valeria F.F.Barbosa, Kenneth J.D.Mackenzie, Clelio Thaumaturgo (2000) Synthesis and characterization of material based on inorganic polymers of alumino and silica:Sodium polysialate polymers, International journal of inorganic materials - 98 - PHỤ LỤC - 99 - ... hóa vật liệu compozit vơ chịu axit 88 3.5 Quang phổ FT-IR vật liệu compozit vô chịu axit 89 -6- 3.6 Ảnh SEM vật liệu compozit vô chịu axit 90 3.7 Phổ XRD vật liệu compozit vô chịu axit. .. khí) khắc phục nhược điểm Đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit vơ chịu axit? ?? nhằm mục đích nghiên cứu sản xuất vật liệu compozit vô chịu axit sở hệ polyme vô Na O-Al O -SiO -H O, cốt quartz,... mẫu compozit vô chịu axit trước ngâm (a) sau ngâm (b) dung dịch H2SO4 80% nhiệt độ phòng MỞ ĐẦU Vật liệu compozit vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác tạo nên vật liệu có tính hẳn vật