Quy trình tổng hợp Silica Aerogel từ nguồn nguyên liệu thủy tinh lỏng

★★★★★ ( 0 đánh giá ) 1710 lượt xem
Giá tham khảo : Liên hệ

Nhà cung ứng:

Cơ quan chủ trì: Phân viện Vật liệu xây dựng miền Nam

Cơ quan chủ quản:

Loại đề tài: Đề tài cấp Tỉnh

  • Trong đề tài nghiên cứu của chúng tôi sử dụng dung dịch thủy tinh lỏng được cung cấp từ Nhà máy hóa chất Biên Hòa có hàm lượng SiO2 28.8% và module SiO2/Na2O 2.4. Dung dịch thủy tinh lỏng được pha loãng với nồng độ SiO2 ~12%, tiếp đó tiến hành loại ion Na+ ra khỏi dung dịch thủy tinh lỏng loãng bằng phương pháp sắc kí trao đổi ion, theo đó dung dịch thủy tinh lỏng sẽ được cho chảy qua cột lọc chứa hạt nhựa trao đổi cation có gắn các gốc trao đổi HSO3- trên bề mặt để giữ lại ion Na+, dung dịch sau khi qua khỏi cột sắc kí thu được là acid silicic có pH từ 2.5-3.5. Việc loại ion Na+ sẽ giúp tăng tính chất silica aerogel như tăng cường độ chịu nén và tăng độ truyền suốt của silica aerogel. Dung dịch acid silicic thu được có cấu tạo phân tử Si(OH)4, dung dịch acid silicic sẽ được hiệu chuẩn pH về 5-7 bằng dung dịch amonium để phản ứng ngưng tụ nước có thể xảy ra.
     
    Phản ứng ngưng tụ xảy ra ở pH từ 4-7 sẽ giúp hình thành hệ gel theo thời gian. Gel sau khi được hình thành trên bề mặt là những nhóm ưa nước –OH, do đó sức căng bề mặt của gel với dung môi nước bên trong gel là rất lớn, điều này sẽ khiến cấu trúc của gel bị sụp đổ tạo xerogel nếu dung môi nước trong các lỗ xốp của gel bay hơi trong điều kiện thường. Chính vì vậy để loại dung môi khỏi hệ gel ướt, phải tiến hành biến tính bề mặt gel nhằm thay thế các nhóm ưa nước -OH, thành các nhóm kỵ nước như nhóm alkyl (-CH3), như vậy sức căng bề mặt giữa gel và dung môi trong gel sẽ giảm đi, để quá trình làm bay hơi dung môi khỏi hệ gel có thể được tiến hành ở điều kiện áp suất khí quyển mà không cần dùng đến phương pháp trích ly dung môi siêu lỏng tới hạn. Tác nhân được sử dụng để biến tính bề mặt của silica gel đó là trimethylchlorosilane (TMCS), quá trình biến tính xảy ra theo cơ chế phản ứng sau:
     
    ≡ Si–OH + (CH3)3–Si–Cl→ ≡ Si–O–Si–(CH3)3+ HCl 
     
    Trong phản ứng trên, phân tử H+ được thay thế bởi nhóm -Si–(CH3)3, đây là một nhóm chất không phân cực và giúp giảm sức căng bề mặt của silica gel, phản ứng này được diễn ra dễ dàng ở nhiệt độ thường và áp suất khí quyển. Quá trình biến tính sẽ được thực hiện với sự có mặt của dung môi n-hexan và isopropanol (IPA), dung môi n-hexan giúp thay thế dung môi nước trong hệ gel, dung môi IPA giúp điều khiển vận tốc phản ứng của quá trình biến tính giúp giảm xảy ra phá hủy cấu trúc gel . Do dó, sau quá trình biến tính sẽ thu được silica gel với bề mặt kị nước nhờ các nhóm -Si–(CH3)3 cùng với dung môi trong hệ gel là n-hexan với nhiệt độ bay hơi thấp (68oC). Chính vì vậy, quá trình làm bay hơi dung môi n-hexan được diễn ra dễ dàng theo nhiều bước bằng phương pháp sấy mà không cần nung để thu được silica aerogel kị nước.
















  • Scroll