CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.4. Giới thiệu về vật liệu Silica
Silica là tên thường gọi của silic đioxit (SiO2), có cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều, trong đó mỗi ngun tử oxi nằm ở đỉnh, cịn silic nằm ở tâm của tứ diện đều, nếu các tứ diện này được sắp xếp một cách trật tự và đều đặn ta có silica cấu trúc tinh thể, ngồi ra silica cịn có cấu trúc vơ định hình. Phân tử SiO2 khơng tồn tại ở dạng đơn lẻ mà liên kết lại với nhau thành phân tử rất lớn.
Để mô tả cấu trúc của các dạng SiO2 thì người ta thường dùng phương pháp ghép các tứ diện với nhau qua đỉnh oxi chung.
Hình 1.3. Cách ghép các tứ diện SiO2
Trong điều kiện áp suất thường, silica tinh thể có 3 dạng thù hình chính, đó là thạch anh, tridimit và cristobalit. Mỗi dạng thù hình này lại có hai hoặc ba dạng thứ
cấp: dạng thứ cấp α bền ở nhiệt độ thấp và dạng thứ cấp β nhiệt độ cao. Ba dạng tinh thể của silica có cách sắp xếp khác nhau của các nhóm tứ diện SiO4 ở trong tinh thể. Ở thạch anh α, góc liên kết Si-O-Si bằng 1500, ở tridimit và cristobalit thì góc liên kết Si- O-Si bằng 1800. Trong thạch anh, những nhóm tứ diện SiO4 được sắp xếp sao cho các nguyên tử Si nằm trên một đường xoắn ốc quay phải hoặc quay trái, tương ứng với α- thạch anh và β-thạch anh. Từ thạch anh biến thành cristobalit cần chuyển góc Si-O-Si từ 1500 thành 1800, trong khi đó để chuyển thành α-tridimit thì ngồi việc chuyển góc này cịn phải xoay tứ diện SiO4 quanh trục đối xứng một góc bằng180°.
Vật liệu silica có diện tích bề mặt rất lớn và cấu trúc xốp (porous silica). Vật liệu loại này được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp hố dầu và xúc tác cũng như ứng dụng trong công nghệ môi trường như hấp phụ xử lý kim loại nặng, thuốc kháng sinh, dược phẩm,…
Đối với vật liệu silica khơng xốp có diện tích bề mặt khơng lớn (nonporous silica) cũng như tỉ trọng điện tích nhỏ cần phải được biến tính bề mặt để tăng khả năng hấp phụ xử lý môi trường
Hiện nay, trong nước cũng đã có một vài nghiên nghiên cứu tổng hợp vật liệu silica để hấp phụ các ion vô cơ trong nước dùng xử lý nguồn nước thải. Tác giả Bùi Thị Hà đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu silica từ vỏ trấu để hấp phụ Pb2+ trong nước đạt kết quả khả quan khi dung lượng hấp phụ cực đại đạt 79,38 mg/g [6]. Vật liệu silica còn được dùng để hấp phụ PO43- trong nước đạt dung lượng hấp phụ 34,68 mg/g [5].
Hướng nghiên cứu dùng vật liệu silica chế tạo từ vỏ trấu và được biến tính để hấp phụ chất thải hữu cơ là một hướng mới và đầy triển vọng. Ngồi ra, trên cơ sở các đặc tính hấp phụ khác nhau có thể tìm điều kiện tách loại các hợp chất hữu cơ, ứng dụng trong phân tích.