Tổng Quan Về Vật Liệu Geopolymer - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (23 trang)

Trang chủ

Khoa học tự nhiên

Hóa học

Tổng quan về vật liệu Geopolymer

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (632.81 KB, 23 trang )

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌCĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNHĐỀ TÀITỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GEOPOLYMERGVHD:TS. NGUYỄN HỌCTHẮNGSVTH: LÊ NGUYỄN HOÀI BĂNGMSSV: 3004140065LỚP: 14CDHH2Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcTp.Hồ Chí Minh, tháng 12/2016GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 2Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNSVTH: Lê Nguyễn Hoài BăngMSSV: 3004140065Nhận xét:............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Điểm đánh giá:......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Ngày . ……….tháng ………….năm 2016( ký tên, ghi rõ họ và tên)GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 3Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNSVTH: Lê Nguyễn Hoài BăngMSSV: 3004140065Nhận xét:............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Điểm đánh giá:......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Ngày . ……….tháng ………….năm 2016( ký tên, ghi rõ họ và tên)GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 4Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcMỤC LỤCDANH MỤC CÁC HÌNHHình1.11.21.33.13.2Nội dung5 loại OlygomerSơ đồ hoạt hóa AluminosilicateQuá trình Hydroxyl hóa của Sialate – siloxoCơ chế đóng rắn của Xi măng Portland và Xi măng GepolymerCơ chế phản ứng giữ aluminosilicate với polisilicate kiềmGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 5Trang1011121717Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcLỜI CẢM ƠNTrong cuộc sống không có sự thành công nào không gắn liền với sự hỗ trợ ,giúpđỡ dù ít hay nhiều , dù trực tiếp hay gián tiếp. Trong suốt quá trình học tập tại trường emđã nhận được rất nhiều sự quan tâm , giúp đỡ của thầy cô và bạn bè. Với lòng biết ơn, emxin gửi đến thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa Học –Trường Đại Học Công Nghiệp ThựcPhẩm đã dùng tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu chochúng em trong thời gian học tại trường .Trong học kì này, khoa đã tổ chức cho chúng emđược tiếp cận và tìm hiểu về chuyên ngành mình đang theo học với đồ án chuyên ngànhhóa học rất là hữu ích dành cho sinh viên khoa Công nghệ Hóa học chúng em. Bên cạnhđó, em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy NGUYỄN HỌC THẮNG giáo viên hướng dẫn củaem đã tạo điều kiện để em được học hỏi và tìm hiểu về đề tài: Tổng quan về vật liệuGeopolymer.Trong quá trình thực hiện đồ án kiến thức của em còn nhiều hạn chế và bỡ ngỡ.Do đó, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận đượcnhững chỉ bảo của Thầy để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.Tp.Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2016Sinh viên thực hiệnLÊ NGUYỄN HOÀI BĂNGGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 6Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcLỜI MỞ ĐẦUCuộc cách mạng khoa học vật liệu không những đã tạo ra tính đa dạng sảnphẩm cho xã hội mà còn tạo ra sự đa dạng về bản chất của vật liệu. Đặc biệt tronglĩnh vực vật liệu xây, đi từ những sản phẩm truyền thống như gạch bê tông xi măng– cát; gạch đất sét nung, đến gạch bê tông polymer vô cơ từ đất sét và gạchpolymer khoáng, rồi gạch polymer khoáng tổng hợp. Sản phẩm ngày càng có nhiềuđặc tính thân thiện với môi trường, dễ sản xuất và dễ sử dụng hơn.Gạch polymer khoáng vô cơ từ đất sét là một loại vật liệu xây không nung đitừ nguyên liệu cơ bản là đất sét tạp, đất đồi kết hợp với vôi- xi măng và phụ giahoạt tính. Loại này có ưu điểm là nguồn nguyên liệu phong phú, quy trình sản xuấtđơn giản, kích thước sản phẩm đồng nhất nên rất dễ sử dụng. Nhưng lại có nhượcđiểm rất lớn là tính đa dạng của các loại khoáng sét sẽ làm mất tính ổn định về chấtlượng của sản phẩm nếu không có một nguồn nguyên liệu thuần và ổn định. Vì vậyhiện tại loại gạch này chưa phát triển ở thị trường trong nước.Một loại cao cấp hơn đó là geopolymer, bản chất là một polymer vô cơ, đi từnguyên liệu cơ bản là các khoáng silicate cao nhôm có trong tự nhiên hoặc nhântạo như mê ta kaolanh, tro bay, tro xỉ ( tro đáy),.. được polymer hóa trong môitrường sol-gel kiềm. Sản phẩm là những polymer có khung xương chủ yếu là cácnguyên tố silic thật cứng chắc. Loại này có những tính năng ưu việt như chịu nhiệt,khán hóa chất và môi trường mặn. Có thể dùng để sản xuất gạch siêu nhẹ hoặc bêtông mác cao. Hiện tại giá thành còn cao nên chưa hấp dẫn người sử dụng. Đây cóthể là sản phẩm chiến lược trong tương lai.Hiện nay ở Việt Nam theo thống kê của Tổng cục Năng lượng (Bộ CôngThương) năm 2015, hiện có 19 nhà máy nhiệt điện than (công suất đạt 14.300MW) đang vận hành và tiêu thụ khoảng 42 triệu tấn than/năm. Ước tính lượng troxỉ thải ra hàng năm hơn 14,4 triệu tấn với tổng số diện tích làm bãi thải khoảng 700ha. Ngoài ra, còn có 12 nhà máy (11.700 MW) đang xây dựng và 12 nhà máy đã vàđang phê duyệt đầu tư (12.900 MW) với tổng số than tiêu thụ 63 triệu tấn/năm vàlượng tro xỉ thải ra khoảng 14,7 triệu tấn/năm với diện tích bãi thải xỉ khoảng hơn1.100 ha. Tính đến năm 2022-2023, Việt Nam sẽ có 43 nhà máy, tiêu thụ khoảng110 triệu tấn than và thải ra khoảng 29 triệu tấn tro xỉ/năm. Đại diện các nhà máyGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 7Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa Họcnhiệt điện than cho biết, hầu hết lượng tro xỉ than đều được chôn lấp nhưng cũngchỉ kéo dài được khoảng 2 đến 3 năm, nhiều nhất là 5 năm. Một số ít nhà máy bánđược tro xỉ ra bên ngoài, phục vụ sản xuất gạch không nung, làm phụ gia xi măng,bê tông nhưng số lượng hạn chế, không thường xuyên [1]. Như vậy khi khai tháctro bay, tro xỉ để tạo ra vật liệu geopolymer không những thân thiện với môi trườngmà còn giải quyết được vấn đề tro bay, tro đáy tạo ra sau khi đốt than nhiên liệu ởcác nhà máy nhiệt điện.GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 8Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ GEOPOLYMER1.1.Khái niệm về geopolymer.Geopolymer hay còn gọi là polymer vô cơ, có bản chất là một hợp chất hóahọc hoặc hỗn hợp của các hợp chất gồm các đơn vị lặp đi lặp lại. Ví dụ như 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 ra thông qua quá trình geopolymer hóa [2].Việc tổng hợp vật liệu này (geosynthesis) lần đầu tiên được trình bày tại hội nghịchuyên đề IUPAC về các tính chất của Polymer và Vật liệu polymer tại Stockholmvào năm 1976 [3].Vật liệu Geopolymer là một loại vật liệu rắn, được tổng hợp từ nguyên liệuchứa aluminosilicate và một dung dịch kiềm có nồng độ pH cao.Như vậy, để tổng hợp nên vật liệu Geopolymer thì nguyên liệu ban đầuthường ở dạng aluminosilicate nhằm cung cấp nguồn Si và Al cho quá trìnhgeopolymer hóa. Chất hoạt hóa kiềm phổ biến nhất là các dung dịch NaOH, KOHvà thủy tinh lỏng natri silicat nhằm tạo môi trường kiềm và thực hiện phản ứnggeopolymer hóa.Vật liệu Geopolymer trước khi đưa vào khai thác và sử dụng rộng rãi đãđược nghiên cứu, kiểm tra các đặc tính và thấy rằng Geopolymer có tính chất hóahọc và đặc tính vật lý tuyệt vời, chẳng hạn như tính chịu lửa và tính kháng acid.Nhờ các đặc tính đó mà vật liệu Geopolymer được ngày càng được khai thác và sửdụng nhiều trong ngành xây dựng, là loại vật liệu “ xanh” đang được hầu hết cácnước trên thế giới quan tâm và nghiên cứu.1.2. Phân loại Geopolymer.Theo T.F. Yen [4] Geopolymers có thể được phân loại thành hai nhóm chính:geopolymers vô cơ tinh khiết và geopolymers chứa hữu cơ, các chất tương tự tổnghợp từ những đại phân tử có trong tự nhiên.Cũng có thể phân loại Geopolymertheo cách tổng hợp , theo đó Geopolymer chia làm 3 loại.1.2.1.Geopolymer được tổng hợp dựa trên liên kết cộng hóa trị.GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 9Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcCác đơn vị cơ bản trong cấu trúc geopolymer là một phức tứ diện gồm Sihoặc Al liên kết với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị với bốnoxy. Các geopolymer hình thành từ liên kết ngang giữa các tứ diện, tạo nên mạngaluminosilicat 3 chiều nơi mà các điện tích âm kết hợp với nhôm tứ diện được cânbằng bởi cation, phổ biến nhất là cation kim loại kiềm. Các cation kim loại kiềmthường trao đổi ion khi chúng tạo liên kết, nhưng chỉ tạo liên kết không bền vớimạng cộng hóa trị chính, tương tự như các cation trong mạng tinh thể Zeolit.1.2.2. Geopolymer tổng hợp từ các phân tử oligomer.Geopolymer hóa là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ được gọi làoligomer thành một mạng lưới đồng hóa trị. Việc tổng hợp Geopolymer được thựchiện thông qua các oligomer (dimer, trimer, tetramer, pentamer). Các oligomerhình thành nên cấu trúc thực tế của khung phân tử ba chiều.Vào năm 2000, T.W. Swaddle và nhóm của ông đã chứng minh sự tồn tạicủa các phân tử Alumino-silicat cô lập hòa tan trong dung dịch có nồng độ và độpH cao , ở nhiệt độ rất thấp, có thể đến -9°C [5].Hình 1.1 5 loại OlygomerVí dụ về quá trình geopolymer hóa của (-Si-O-Al-O-) với metakaolin MK750 trong môi trường kiềm [6].GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 10Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcQuá trình gồm bốn giai đoạn chính:Giai đoạn 1: Khử trùng hợp kiềm với kaolin có cấu trúc lớp đã được nungGiai đoạn 2: Hình thành monomer và oligomer, trong đó có phân tử "ortho-sialate"(OH) 3 -Si-O-Al- (OH) 3 (vd #1 hình 1);Giai đoạn 3: Với sự có mặt của thủy tinh lỏng tuần hoàn cấu hình Al-Si (ví dụ # 5hình 1), theo đó các hydroxit được giải phóng bởi các phản ứng trùng ngưng và cóthể phản ứng lại;Giai đoạn 4: Tổng hợp Geopolymer (đa trùng ngưng) tạo ra oligomer cao hơn vàpolyme có cấu trúc mạng 3 chiềuKhi 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 khácnhau của cation Na+ và cation K+, K+ là lớn hơn so với Na+.Hình 1.2 Sơ đồ hoạt hóa AluminosilicateVí dụ về zeolitic (Si-O-Al-O) geopolymerization với tro bay trong môitrường kiềm [7].Nó bao gồm 5 giai đoạn chính•Giai đoạn mầm trong đó alumin từ tro bay hạt hòa tan trong môi trườngkiềm (Na + ), tạo thành aluminat và silicat, có lẽ là monome .GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 11Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCM••••Khoa Công Nghệ Hóa HọcGia đoạn 2: Các monomer phản ứng với nhau để tạo thành dimer , dimerlần lượt phản ứng với monome khác để tạo thành trimer, tetramers...Giai đoạn 3: Khi các dung dịch đạt tới độ bão hòa, tạo thành một kết tủanhôm (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 và tỷ trọng của Silicon trong gel tiền thân của Zeolit (gel2).Giai đoạn 5:các kết tủa dạng gel băt đầu đóng rắn thành một mang 3Dkhung như Zeolit.1.2.3.Geopolymer có cấu trúc mạng không gian 3 chiều.Năm 1994, Davidovits trình bày một cấu trúc lý thuyết cho K-poly (sialatesiloxo) (K) - (Si-O-Al-O-Si-O) phù hợp với quang phổ NMR [8] . Trong cấu trúckhông có sự hiện diện của nước vì ông chỉ tập trung vào các mối liên kết giữa Si,Al, Na, K, các nguyên tử khác. Nước tồn tại dạng lỏng ở nhiệt độ dưới 150 oC200oC, trong khi nhiều Geopolymer ứng dụng trong công nghiệp và thương mạilàm việc ở nhiệt độ trên 200 oC có khi lên tới 1400oC, tức là trên nhiệt độ hydroxylhóa. Tuy nhiên, các nhà khoa học nghiên cứu trên các ứng dụng nhiệt độ thấp,chẳng hạn như xi măng và quản lý chất thải, đã cố gắng để xác định cation hydrathóa với các phân tử nước[9][10]. Một số Geopolymer có cấu trúc Khung 3D đượcmô tả trong cuốn sách “geopolymer Hóa học và ứng dụng" [11]. Sau khi hydroxylhóa (và mất nước), nhiệt độ trên 250°C, geopolymers càng trở nên tinh và trên500-1000°C (tùy thuộc vào tính chất của các cation kiềm) sẽ kết tinh và có môhình nhiễu xạ X-quang và cấu trúc khung giống tương tự địa chất.GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 12Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcHình 1.3 Quá trình Hydroxyl hóa của Sialate - siloxoGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 13Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcCHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU GEOPOLYMER2.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.Geopolymer đầu tiên được tổng hợp tại Pháp bởi J. Davidovits vào năm1979. Được công nhận và trao bằng phát minh ngày 14 tháng 9 năm 1982 với tiêuđề “Polyme khoáng sản và phương pháp chế tạo” (Mineral Polymers and methodsof making them). Nhưng từ năm 1979, một loạt các loại nhựa, chất kết dính và cácloại xi- măng được phát triển bởi các ngành công nghiệp hóa chất, trên toàn thếgiới. Geopolymer về cơ bản được tổng hợp từ silicat hoà tan trong kiềm [thủy tinhlỏng hoặc (Na, K) -polysiloxonate] với đất sét nung kaolinitic (sau này đặt rametakaolin MK-750 để làm nổi bật tầm quan trọng của nhiệt độ nung, cụ thể là 750° C trong trường hợp này). Năm 1985, Kenneth MacKenzie và nhóm của ông từNew-Zealand, đã phát hiện ra phối trí Al(V) của kaolinite nung (MK-750) [12].Điều này giúp cho các nhà nghiên cứu sự hiểu biết tốt hơn về các phản ứng củageopolymeric.Vào năm 1983, tại Phòng thí nghiệm trung tâm của công ty Lone Star(Mỹ) các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu về các loại xi-măng geopolymer, họnghiên cứu và tạo ra xi-măng geopolymer trong môi trường kiềm. Vài thángsau, họ phát hiện ra rằng việc bổ sung các xỉ lò làm tăng thủy lực sản phẩm ximăng, đến các loại poly (sialate) của geopolymer, tăng tốc thời gian đóng rắnvà cải thiện đáng kể độ bền nén và uốn [13].Tháng 9/1983 xi măng Geopolymer kháng acid với tổ chức zeolitic đượcphát triển cho việc ngăn chặn chất thải nguy hại ở Mỹ. Bởi vì xi măngGeopolymer không giống với xi măng Portland thông thường, xi mănggeopolymeric không dựa vào vôi và không có tính axit. Nó cứng nhanh chóngở nhiệt độ phòng và có độ bền nén trong khoảng 20 MPa, sau chỉ có 4 giờ ở20°C, độ bền nén sau 28 ngày là trong phạm vi 7-10 MPa [14]. Hơn nữa khisản xuất xi măng Portland một lượng lớn khí CO2 vào khí quyển, theo ước tínhkhi sản xuất một tấn xi măng Portland đồng nghĩa với việc thải ra một tấn khí CO2từ đá vôi và than đốt.GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 14Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcNăm 1990, Davidovits và các Cộng sự thành công trong việc cố định hơn90% các ion kim loại nặng có trong chất thải bằng mạng 3D. Vào giữa nhữngnăm 1990, Van Jaarsveld và Van Deventer bắt đầu nghiên cứu hiệu quả cố địnhcủa 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 nghịchuyên đề về vật liệu geopolymer và ứng dụng của geopolymer trong lĩnh vực vậtliệu xây dựng. Vật liệu geopolymer được nghiên cứu với mục tiêu tạo ra quá trìnhsản xuất thân thiện với môi trường, giảm khí thải CO 2 , tận dụng các chất thải côngnghiệp như tro bay, tro đáy, tro xỉ, bùn đỏ… thành các sản phẩm có tính năng sửdụng cao.Vào năm 2012, tại Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu khoa học lần thứ 8 Đạihọc Đà Nẵng đã trình bày kết quả Đề tài nghiên cứu tổng hợp vật liệu geopolymertừ hỗn hợp bùn đỏ và tro bay. Theo đó, thủy tinh lỏng được cho vào để tiến hànhquá trình đa ngưng tụ. Vật liệu geopolymer chế tạo được đem đi xác định cường độnén. Thêm nữa, thành phần, các đặc trưng liên kết và hình thái bề mặt cũng đượcnghiên cứu nhờ nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ kế hồng ngoại (FT-IR) và kínhhiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả cho thấy vật liệu nghiên cứu phù hợp để sảnxuất gạch xây dựng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1451-1988.Vào năm 2016 trên số báo đầu tiên năm 2016 của Tạp chí Khoa học Côngnghệ Xây dựng đã công bố công trình nghiên cứu của TS. Phan Đức Hùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và TS. Lê Anh Tuấn Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh về đề tài “Tính chất cơ họccủa bê tông geopolymer sử dụng tro bay gia cường sợi Poly-propylene”. Tháng4/2016 Nguyễn Phan Anh một sinh viên Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ ChíMinh đã tận dụng lượng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện, tạo ra loại vật liệuGeopolymer trên dầm bê tông cốt thép có khả năng chịu lực lên đến 100 kN(kilônewton), cao hơn dầm bê tông cốt thép thường 10%.Chuyên đề về ứng dụng gạch bê tông đất ép Geopolymer cũng được cácnghiên cứu viên rất quan tâm. Nhóm báo cáo đã đưa ra một số kết quả khảo sát thíGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 15Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa Họcnghiệm gạch bê tông đất ép so với gạch bê tông và gạch đất sét nung. Loại sảnphẩm này phù hợp cho xây dựng nhà xưởng, trường học, tường rào, bể chứanước… bằng cách sử dụng các nguồn nguyên liệu rộng rãi tải chỗ như đất sét, đấtsét pha cát, sỏi, đất laterit, các loại đất đồi…Tuy có rất nhiều nghiên cứu về vật liệu Geopolymer nhưng hiện nay loại vậtliệu này vẫn còn rất mới và hạn chế trên thị trường Việt Nam.GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 16Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcCHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU GEOPOLYMER3.1.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 Metakaolin MK-750, công thức hóa học:(Na, K) - (Si-O-Al-O-Si-O), tỷ lệ Si: Al = 2 (khoảng 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 thứchóa học(Na, K) - (Si-O-Al-O-Si-O), tỷ lệ Si: Al = 2Các 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 trình cabin chịu lửa (1994-1997) [16].Carbon-Geopolymer tổng hợp được áp dụng trên những chiếc xe đua quanhphần ống xả. Công nghệ này có thể được chuyển giao và áp dụng cho sản xuấthàng loạt các bộ phận ô tô (ống xả chống ăn mòn và các loại tương tự) cũng nhưtấm chắn nhiệt. một nhà sản xuất xe hơi nổi tiếng đã phát triển một hệ thống ốngxả Geopolymer-composite.3.2.Công nghệ Xi măng Geopolymer.Xi măng Geopolymer đang được phát triển và sử dụng như là một thay thếcho xi măng Portland thông thường để sử dụng trong giao thông vận tải, cơ sở hạtầng, xây dựng. Nó được tổng hợp dựa trên các vật liệu tự nhiên hoặc phụ phẩmcông nghiệp để giảm đáng kể của lượng khí thải carbon.Đi từ nguyên liệu thô là đất sét và những phế thải trong công nghiệp như trobay, xỉ lò cao, rác thải trong xây dựng… qua xử lý và phối trộn với phụ gia hoạttính ở tỉ lệ thích hợp, tạo thành một sản phẩm kết dính có thể thay thế hoàn toàncho vai trò của xi măng Portland truyền thống.Cơ chế đóng rắn của xi măng geopolymer tương tự như cơ chế tổng hợpnhững khoáng felspat và zeolite nhân tạo. Thực chất của quá trình là những phảnứng trùng ngưng của các khoáng aluminosilicate khoáng sét, xảy ra ở điều kiệnGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 17Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa Họcthủy nhiệt ở nhiệt độ từ 20 – 150oC, trong môi trường có độ pH cao, áp suất khíquyển.Hình 3.1 Cơ chế đóng rắn của Xi măng Portland và Xi măng GepolymerỞ nhiệt độ thấp hơn 100oC, quá trình Geopolymer hóa các khoáng sét là phản ứnghóa học giữa các oxit aluminosilicate với polisilicate kiềm tạo thành một khungxương -Si-O-Al- ở trạng thái vô định hình đến nửa kết tinh. Tạo nên cấu trúcsilixo-aluminate theo mạng không gian 3 chiều thật bền chắc.Cơ chế phản ứng được minh họa theo phương trình sau:Hình 3.2 Cơ chế phản ứng giữ aluminosilicate với polisilicate kiềmGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 18Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcKhác với cơ chế đóng rắn của xi măng portland là quá trình kết tinh trongnước của các silicate canxi với kích thước phân tử CaO.SiO2, xi măng Geopolymervới cơ chế đóng rắn là quá trình polymer hóa với kích thước phân tử dài bằng10.000 lần phân tử CaO.SiO2 của xi măng portland.Khả năng ứng dụng của Xi măng GeopolymerLĩnh vực xây dựng: Xi măng Geopolymer từ khoáng sét làm chất kết dínhthay thế hoàn toàn xi măng portland truyền thống, có thể áp dụng cho những vùngphèn, mặn. Bê tông làm từ xi măng Geopolymer có tính năng bền hóa học, chịunhiệt, chịu được sự khắc nghiệt của thời tiết.Lĩnh vực gốm không nung: Xi măng Geopolymer từ đất sét làm nguyên liệuđể sản xuất những sản phẩm gốm dân dụng không nung, gốm mỹ thuật khôngnung, men gốm không nung.Lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng: Xi măng pôlime không kén cốt liệu. Vìthế, chúng được dùng để sản xuất các vật liệu xây dựng không nung như gạch xâykhông nung, gạch lát nền không nung, ngói không nung, gạch gốm trang trí khôngnung và nhiều loại vật liệu không nung khác.Lĩnh vực giao thông: Xi măng Geopolymer được ứng dụng để làm đườngvới độ bền và độ chịu tải cao bằng nguyên liệu đất tại chỗ.Ngoài những lĩnh vực thông dụng kể trên, khả năng ứng dụng của xi măngGeopolymer có thể áp dụng vào những lĩnh vực khác như: Khuôn đúc chịu nhiệt,gạch chịu lửa, xử lý môi trường bê tông hóa những loại rác ô nhiễm, rác phóng xạ,composite chịu lực, chịu nhiệt khi kết hợp với các sợi cacbon, sợi thủy tinh.3.3.Ứng dụng Geopolymer trong khảo cổ học.3.3.1.Đá Kim tự tháp ở Ai Cập.Vào giữa những năm 1980, Joseph Davidovits trình bày kết quả phân tíchđầu tiên của ông được thực hiện trên đá của Kim tự tháp. Ông tuyên bố rằng ngườiAi Cập cổ đại đã biết làm thế nào để tạo ra một phản ứng geopolymeric trong việctạo ra một khối đá vôi lại đóng thành khối. Và một nghiên cứu gần đây nhất chothấy đá ở Kim tự tháp có bản chất nhân tạo vấn đề này được trình bày trong số 65của tạp chí Materials Letters (2011). Các nhà nghiên cứu nói rằng họ đã thực hiệnso sánh trạng thái rắn của 29Si, 27Al và 43Ca MAS NMR của đá vỏ ngoài từKim tự tháp Bent Snefru trong Dahshour, Ai Cập với hai mỏ đá vôi từ khu vựcGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 19Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa Họcnày. Kết quả NMR cho thấy vỏ đá bao gồm các hạt đá vôi từ mỏ đá Tura, gắnvới gel canxi silicat vô định hình được tạo thành bởi sự can thiệp của conngười, bởi 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 rằng khoảng 95% của bê tông vàvữa xây dựng cấu thành các tòa nhà La Mã bao gồm xi măng vôi rất đơn giản, đólà sự đóng rắn chậm bản chất là sự kết tủa của carbon dioxide CO 2 từ khí quyển vàsự hình thành của hydrat canxi silicat (CSH).Vật liệu bền môi trường đã được sửdụng chủ yếu trong xây dựng cơ sở và các tòa nhà cho dân.Nhưng đối với việc xây dựng "ouvrages d'art" của họ, đặc biệt là các công trình cóliên quan để lưu trữ nước (bể nước, cống dẫn nước), các kiến trúc sư La Mã đãkhông ngần ngại sử dụng các thành phần phức tạp và tốn kém hơn. Những loại ximăng La Mã nổi bật dựa vào sự hoạt thuộc về vôi cốt liệu gốm (trong tiếng Latinlà testa , tương tự như metakaolin hiện đại (MK-750) và kiềm tuffs từ núi lửa(cretoni, zeolitic pozzolan), tương tự với vôi. Khi đo quang phổ MAS-NMR đãchứng minh các loại xi măng La Mã được tạo ra như môt vật liệu công nghệ cao cóniên đại từ thế kỷ thứ II. Chứng tỏ rằng từ thế kỷ thứ II người La Mã cổ đại đã cóthể thực hiện các phản ứng geopolymeric để tạo ra vật liệu Geopolymer.GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 20Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcKẾT LUẬNVật liệu Geopolymer là một loại vật liệu thân thiện với môi trường. Cóxương là các nguyên tố Si – O – Al, cấu trúc vô định hình đến nửa kết tinh. Đượctổng hợp từ các nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên như đất sét, bùn đỏ… hoặc cácsản phẩm phụ của các ngành công nghiệp như tro bay, tro đáy, xỉ tran được hoạthóa trong môi trường kiềm để tạo ra Geopolymer.Việc đem các ứng dụng của vật liệu Geopolymer vào các ngành như xâydựng, giao thông vận tải, gốm sứ..giúp hạn chế rất nhiều lượng khí thải Carbon vàomôi trường do quá trình sản xuất các loại xi măng truyền thống thải lượng rất lớnkhí CO2 trong quá trình sản xuất. Và tại Việt Nam giải quyết được vấn đề tro bay,tro 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 ximăng đặc biệt như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng bền axit, sản xuất gạch vàgốm không nung, ứng dụng trong vật liệu công nghệ cao như vật liệu compositechống cháy, xử lý phế thải độc hại và chất thải phóng xạ, ứng dụng trong vật liệucomposite chịu nhiệt, ứng dụng trong khảo cổ học và mỹ thuật.GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 21Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcTÀI LIỆU THAM KHẢO[1] />[2] />[3] #20 Milestone paper IUPAC76 at />[4] Kim, D.; Lai, H.T.; Chilingar, G.V.; Yen T.F. (2006), Geopolymer formationand its unique properties, Environ. Geol[5] North, M.R. and Swaddle, T.W. (2000). Kinetics of Silicate Exchange inAlkaline Aluminosilicate Solutions, Inorg. Chem.[6] />[7] Duxson, P.; Fernández-Jiménez, A.; Provis, J.l.; Lukey, G.C; Palomo, A. andVan Deventer, J.S.J., (2007), Geopolymer technology: the current state of theart, J. Mat. Sci.[8] Joseph Davidovits, J., (1994), Geopolymers: Man-Made Rock Geosynthesisand the Resulting Development of Very Early High Strength Cement, J. MaterialsEducation[9] Rowles, M.R. (2004), The Structural Nature of Aluminosilicate InorganicPolymers: a Macro to Nanoscale Study, PhD Thesis, Curtin University ofTechnology, Perth, Australia[10] Barbosa, V.F.F; MacKenzie, K.J.D. and Thaumaturgo, C., (2000), Synthesisand characterization of materials based on inorganic polymers of alumina andsilica: 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; SequenceGVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 22Trường ĐHCN Thực Phẩm TPHCMKhoa Công Nghệ Hóa HọcInvestigated 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 GeopolymerApplications. Market Trends and Potential Breakthroughs’’, Geopolymer 2002conference, October 28 – 29, 2002, Melbourne, Australia, 1 – 16, 2002.[14] Joseph Davidovits, “30 Years of Successes And Failures in GeopolymerApplications. Market Trends and Potential Breakthroughs’’, Geopolymer 2002conference, October 28 – 29, 2002, Melbourne, Australia, 1 – 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 andMaterials[17] />GVHD: TS. Nguyễn Học ThắngTrang 23

Tài liệu liên quan

Tổng quan về vật liệu khung cơ kim
- 18
- 1
- 39
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU DỨA
- 52
- 2
- 4
TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU CÁ
- 96
- 1
- 8
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH HÓA HỌC VẢI DỆT KIM
- 80
- 820
- 0
TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- 2
- 1
- 4
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
- 2
- 472
- 0
Chương 1: Tổng quan về Vật liệu kĩ thuật
- 18
- 2
- 35
TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU
- 11
- 913
- 4
Tài liệu TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CHANH DÂY pdf
- 10
- 562
- 0
Tài liệu TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ VÀ HỆ ĐO LƯỜNG pptx
- 8
- 2
- 6