Đặc trưng nhiệt động học, động học quá trình tổng hợp nano silic từ trấu

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG HỌC, ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH<br /> TỔNG HỢP NANO SILIC TỪ TRẤU<br /> Nguyễn Văn Thắng 1, Nguyễn Mạnh Tường1, Nguyễn Trần Hùng 1*<br /> Tóm tắt: Các thông số nhiệt động học, động học của quá trình nung trấu được<br /> nghiên cứu xác định bằng kỹ thuật nhiệt lượng vi sai quét DSC ở các tốc độ gia<br /> nhiệt khác nhau (3, 6, 9, 12, 15oC/phút). Các thông số động học như năng lượng<br /> hoạt hoá Ea, hằng số A trong phương trình Arenius được xác định bằng các mô hình<br /> Flynn - Wall- Ozawa và Kissinger. Ngoài ra, chúng tôi cũng xác định các điều kiện<br /> điều chế hạt nano silic từ trấu. Hạt nano silic thu được từ quá trình nung trấu được<br /> xác định cấu trúc hình thái học bằng các thiết bị phân tích cấu trúc như kính hiển vi<br /> điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD)<br /> Từ khóa: Hóa lý thuyết và hóa lý, Nhiệt động học và động học quá trình nung trấu, Nano silic.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Việt Nam là nước sản xuất lúa gạo lớn thứ năm thế giới với sản lượng lúa năm 2017<br /> đạt gần 39 triệu tấn [1]. Do đó, lượng trấu được tạo ra hàng năm ở Việt Nam là rất lớn,<br /> khoảng 7 – 8 triệu tấn/năm, như một loại vật liệu thải của ngành nông nghiệp mà chưa<br /> được khai thác hợp lý nên rất lãng phí.<br /> Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trong<br /> trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25%<br /> còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu là cellulose, lignin và hemi – cellulose<br /> (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ. Ligin chiếm khoảng<br /> 25 – 30% và cellulose chiếm khoảng 35 – 40% [2].<br /> Hiện nay, trấu đã được tận dụng làm nhiên liệu trong các lò đốt (nhà máy nhiệt điện, lò<br /> sản xuất gạch,…) trong sản xuất giấy,… Tuy nhiên, một vấn đề gặp phải trong các nhà<br /> máy nhiệt điện sử dụng trấu làm chất đốt là lượng phế phẩm tro trấu thải ra sau quá trình<br /> đốt, nung là rất lớn. Phế phẩm này rất khó xử lý, do chứa một lượng lớn SiO2, nên hầu hết<br /> được thải ra môi trường. Điều đặc biệt của Si, SiO2 thu hồi từ tro trấu là khả năng phục hồi<br /> và tái sinh cao, giá thành rẻ. Với nhiều ứng dụng như thế nên việc nghiên cứu thu hồi Si,<br /> SiO2 có nhiều ý nghĩa thực tế [2].<br /> Tuy nhiên, vấn đề nghiên cứu đặc trưng nhiệt động học, động học của quá trình tổng<br /> hợp nano silic từ trấu vẫn chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu. Đây là những yếu tố quan<br /> trọng, ảnh hướng lớn đến quá trình tổng hợp nano silic từ trấu. Dựa vào các thông số nhiệt<br /> động học, động học từ quá trình nung trấu, ta có thể lựa chọn điều kiện tổng hợp phù hợp<br /> để tối ưu hóa quá trình tổng hợp vật liệu nano silic từ trấu.<br /> Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng công nghệ nhiệt phân trấu đã được xử lý<br /> trong lò nung, thu được nano silica (SiO2), sau đó được khử bằng magie để thu nano silic.<br /> Cấu trúc hạt nano silica và nano silic được xác định bằng các phương pháp SEM và XRD.<br /> 2. THỰC NGHIỆM<br /> 2.1. Thiết bị và hóa chất dùng cho nghiên cứu<br /> 2.1.1. Hoá chất<br /> - HCl, HF, NaOH, Mg độ tinh khiết PA;<br /> 2.1.2. Thiết bị<br /> - Thiết bị phân tích nhiệt DSC: Labsys DSC131;<br /> - Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Nova nanoSem 450;<br /> - Thiết bị phân tích XRD Siemens Bruker D5005;<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 107<br />  Hóa học & Môi trường<br /> - Máy ly tâm, máy khuấy từ gia nhiệt, tủ sấy, ...<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.2.1. Phương pháp tổng hợp nano silic từ trấu<br /> Khái quát quá trình điều chế hạt nano silic từ trấu:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ điều chế hạt nano silic từ trấu [3].<br /> - Tổng hợp nano silica từ trấu: trấu được rửa nhiều lần với nước máy để loại bỏ cặn, tạp<br /> chất và được sấy khô trong tủ sấy ở 100oC. Sau đó, trấu được xử lý với dung dịch axit HCl<br /> 10% với tỉ lệ 40g trấu/600ml ở 90oC. Sau 2 giờ xử lý, trấu được rửa nhiều lần bằng nước<br /> đến môi trường trung tính. Mẫu trấu sau khi xử lý axit được nung trong không khí ở 650oC<br /> trong 3 giờ với tốc độ gia nhiệt 5oC/phút. Sản phẩm thu được là nano silica. Ảnh hưởng<br /> của các yếu tố như thời gian xử lý axit, nhiệt độ xử lý axit, tỉ lệ trấu/axit, nhiệt độ nung,<br /> thời gian nung, tốc độ gia nhiệt đã được tiến hành nghiên cứu [4].<br /> - Tổng hợp nano silic từ nano silica: trộn hỗn hợp SiO2 và Mg (theo tỉ lệ mol tương ứng<br /> 1,0 : 2,5), cho vào lò nung tĩnh trong môi trường khí argon, nung hỗn hợp trong 2 giờ ở<br /> nhiệt độ 650oC, để nguội hỗn hợp trong khi vẫn tiếp tục duy trì dòng khí argon. Khi nhiệt<br /> độ trong lò nung xuống dưới 50oC, hỗn hợp sản phẩm được rửa lần lượt bằng dung dịch<br /> gồm HCl và HF, tiếp theo bằng nước (3 lần), ly tâm và tách phần chất rắn. Phần chất rắn<br /> được sấy trong điều kiện chân không, 60oC, 12 giờ thu được bột nano silic [4].<br /> - Phương pháp phân tích hàm lượng SiO2: phân giải mẫu bằng axit HCl, cô cạn để tách<br /> nước của axit silixic (H2SiO3). Nung kết tủa ở nhiệt độ 1000oC, xử lý kết tủa bằng dung<br /> dịch bằng axit HF để tách silic ở dạng silic tetraflorua (SiF4). Qua đó, xác định được lượng<br /> SiO2 có trong mẫu [4].<br /> 2.2.2. Mô hình động học của quá trình nhiệt phân trấu [5-8]<br /> Các đường DSC của quá trình nung trấu với các tốc độ gia nhiệt khác nhau được sử<br /> dụng để xác định năng lượng hoạt hoá của quá trình nhiệt phân trấu. Có nhiều mô hình lý<br /> thuyết động học khác nhau, tùy thuộc vào cách xử lý toán học phương trình Arenius cũng<br /> như cách chọn điều kiện biên. Hai trong số các mô hình được áp dụng nhiều trong phân<br /> tích nhiệt để nghiên cứu các quá trình biến đổi pha, quá trình kết tinh và các quá trình biến<br /> đổi hóa học khác là mô hình Flynn-Wall-Ozawa (F-W-O) và mô hình Kissinger.<br /> Phương trình Arenius:<br /> <br /> (1)<br /> Trong đó: k: Hằng số tốc độ phản ứng; E*: Năng lượng hoạt hóa (J/mol); T: Nhiệt độ<br /> (K); R: Hằng số khí (R = 8,314 J/mol.K); A: Thừa số trước hàm mũ.<br /> - Mô hình Kissinger: phương trình động học của mô hình Kissinger được biểu diễn như<br /> sau [3-5]:<br /> <br /> (2)<br /> <br /> <br /> <br /> 108 N. V. Thắng, N. M. Tường, N. T. Hùng, “Đặc trưng nhiệt động học, … nano silic từ trấu.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Trong đó, Tpi là các giá trị nhiệt độ tại đỉnh píc của đường cong DSC ứng với tốc độ gia<br /> nhiệt i. Lập sự phụ thuộc của ln(i/T2pi) vào 1/Tpi ở dạng đường thẳng tuyến tính, từ đó,<br /> xác định được giá trị năng lượng hoạt hoá E* và thừa số A trong phương trình Arenius.<br /> - Mô hình Flynn – Wall – Ozawa (F-W-O): Mô hình F-W-O có thể dùng để tính toán<br /> năng lượng hoạt hoá E*. Phương trình động học của mô hình F-W-O như sau:<br /> (3)<br /> <br /> Từ phương trình, lập sự phụ thuộc của lgi vào giá trị 1/Tpi ở dạng đường thẳng tuyến<br /> tính, từ đó, xác định giá trị năng lượng hoạt hoá E*.<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano silica từ trấu<br /> 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của công đoạn xử lý axit<br /> - Ảnh hưởng của thời gian xử lý mẫu<br /> Quá trình xử lý trấu với dung dịch axit có mục đích loại bỏ hàm lượng kim loại tồn tại<br /> dưới dạng khoáng chất trong vỏ trấu. Các kim loại này bao gồm chủ yếu là K, Ca, Mn,<br /> Mg, Al,…<br /> Trấu được xử lý với dung dịch axit HCl 10% với tỉ lệ 40g trấu/600ml ở 100oC. Quá<br /> trình được tiến hành bằng cách khuấy hỗn hợp trên trong các khoảng thời gian lần lượt là<br /> 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 và 3,0 giờ. Sau khi xử lý axit, trấu được rửa sạch nhiều lần bằng nước cất<br /> để đưa về môi trường trung tính. Trấu sau khi rửa được sấy khô và nung trong không khí ở<br /> 600oC, thời gian 3 giờ, tốc độ gia nhiệt 5oC/phút.<br /> Chất rắn sau khi nung được phân tích hàm lượng SiO2, kết quả được đưa ra trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Sự phụ thuộc hàm lượng SiO2 vào thời gian xử lý.<br /> Thời gian, giờ Hàm lượng<br /> SiO2,%<br /> 0,5 91,32<br /> 1,0 92,64<br /> 1,5 93,82<br /> 2,0 96,76<br /> 3,0 96,93<br /> <br /> Kết quả cho thấy hàm lượng SiO2 tăng khi tăng thời gian rửa trấu bằng dung dịch axit<br /> HCl, cho thấy hiệu quả loại tạp chất kim loại của quá trình rửa. Hàm lượng SiO2 không<br /> thay đổi nhiều đối với mẫu rửa axit trong thời gian 2 và 3 giờ. Do tạp chất kim loại kết hợp<br /> các các thành phần hữu cơ, vô cơ trong trấu, nên quá trình xử lý bằng axit HCl, axit không<br /> thể thẩm thấu và hòa tan hoàn toàn các kim loại tạp chất. Có thể đây là giới hạn của quá<br /> trình hòa tan tạp chất kim loại, nên chúng tôi chọn thời gian xử lý axit là 2 giờ.<br /> - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý<br /> Trấu được xử lý với dung dịch axit HCl 10% với tỉ lệ 40g trấu/600ml ở các nhiệt độ<br /> 70 C, 80oC, 90oC, 100oC trong thời gian 2 giờ. Sau khi xử lý axit, trấu được rửa sạch nhiều<br /> o<br /> <br /> lần bằng nước để đưa về môi trường trung tính. Sấy và nung trong không khí ở 600oC, thời<br /> gian 3 giờ, tốc độ gia nhiệt 5oC/phút.<br /> Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình xử lý axit đến hàm lượng SiO2 trong tro trấu<br /> thể hiện trong bảng 2.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 109<br />  Hóa học & Môi trường<br /> Bảng 2. Sự phụ thuộc hàm lượng SiO2 vào nhiệt độ xử lý.<br /> o<br /> Nhiệt độ, C Hàm lượng SiO2,%<br /> 70 91,81<br /> 80 93,25<br /> 90 95,45<br /> 100 96,76<br /> Kết quả số liệu ở bảng 1 và bảng 2 cho thấy, với cùng một thời gian xử lý 2 giờ, hàm<br /> lượng SiO2 tăng lên khi nhiệt độ xử lý tăng lên. Điều này được giải thích là do nhiệt độ<br /> tăng làm tốc độ hòa tan các tạp chất kim loại có trong trấu tăng, dẫn tới quá trình xử lý tạp<br /> chất kim loại nhanh đạt cân bằng hơn. Tuy nhiên, ở 100oC hơi nước bay hơi mạnh kéo<br /> theo hơi mạnh HCl. Do đó, chúng tôi chọn nhiệt độ xử lý axit là ở 90oC.<br /> 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của chế độ nung<br /> - Ảnh hưởng của nhiệt độ nung<br /> Trấu sau khi xử lí axit được cho vào cốc nung và tiến hành nung trong lò nung ở các<br /> nhiệt độ nung khác nhau trong thời gian 3 giờ, tốc độ gia nhiệt 5oC/phút. Ảnh hưởng của<br /> nhiệt độ nung trấu sau khi xử lý axit được trình bày trong bảng 3.<br /> Bảng 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hàm lượng SiO2.<br /> Nhiệt độ nung, oC Hàm lượng SiO2, %<br /> 550 94,28<br /> 600 96,76<br /> 650 97,08<br /> 700 97,12<br /> 750 97,15<br /> Từ số liệu bảng 3, ta thấy khi nhiệt độ nung dưới 600oC, hàm lượng SiO2 trong tro<br /> thấp, các chất khác vẫn chưa cháy hết hoàn toàn nên tro có màu hơi xám đen. Ở nhiệt độ<br /> từ 600oC trở lên, các chất khác đã gần như cháy hết, tro đã chuyển sang màu trắng, hàm<br /> lượng SiO2 cũng tăng lên. Khi nhiệt độ đạt 650oC, hàm lượng SiO2 trong tro đạt trên 97%.<br /> Khi tăng nhiệt độ nung lên 700oC, hàm lượng SiO2 tăng lên không đáng kể. Vì vậy, chúng<br /> tôi chọn nhiệt độ nung trấu là 650oC.<br /> - Ảnh hưởng của thời gian nung<br /> Ảnh hưởng của thời gian nung trấu sau khi xử lý axit được trình bày trong bảng 4. Nếu<br /> thời gian nung ngắn, quá trình nung xảy ra không hoàn toàn, thời gian nung quá lâu lại<br /> không cần thiết, gây lãng phí năng lượng và thời gian.<br /> Bảng 4. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hàm lượng SiO2.<br /> Thời gian nung, giờ Hàm lượng SiO2, %<br /> 2,0 96,72<br /> 2,5 97,85<br /> 3,0 98,78<br /> 4,0 98,86<br /> <br /> Nhìn vào số liệu bảng 4, ta thấy khi thời gian nung trấu từ 2,0 đến 3,0 giờ thì hàm<br /> lượng SiO2 tăng lên và đối với mẫu nung 2,0 giờ và 2,5 giờ, bề mặt trên của tro thu được<br /> đã có màu trắng, tuy nhiên, các lớp tro bên dưới vẫn còn màu nâu sẫm do cacbon vẫn chưa<br /> cháy hoàn toàn. Nhưng khi tăng thời gian nung lên 4,0 giờ, hàm lượng SiO2 trong tro trấu<br /> tăng lên không đáng kể so với mẫu nung 3,0 giờ. Vì vậy, thời gian nung 3 giờ là thích hợp.<br /> <br /> <br /> 110 N. V. Thắng, N. M. Tường, N. T. Hùng, “Đặc trưng nhiệt động học, … nano silic từ trấu.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> - Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt tới quá trình nung trấu<br /> Trấu sau khi được xử lý axit cho vào cốc nung, sau đó tiến hành nung ở nhiệt độ 650oC<br /> với các tốc độ gia nhiệt khác nhau (3; 6; 9; 12; 15oC/phút). Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt<br /> trong quá trình nung trấu được thể hiện qua các ảnh SEM sau đây:<br /> A B C<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> D E<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Ảnh SEM các mẫu tro trấu sau khi nung ở nhiệt độ 650oC với các tốc độ gia nhiệt<br /> tương ứng 3 (A), 6 (B), 9 (C), 12 (D), 15 (E) (oC/phút).<br /> Kết quả thu được từ hình 2, cho thấy ở nhiệt độ nung 650oC, tốc độ gia nhiệt 3oC/phút<br /> cho thấy kích thước của hạt nanosilica nhỏ đều, có cấu trúc xốp hơn các tốc độ gia nhiệt<br /> khác. Lý do khi tốc độ gia nhiệt lớn, trấu cháy nhanh hơn nên kích thước hạt to hơn. Khi<br /> tốc độ gia nhiệt nhỏ, trấu cháy hoàn toàn, các chất hữu cơ có trong trấu được loại bỏ một<br /> cách triệt để nên trấu có màu trắng và kích thước hạt nhỏ hơn.<br /> Như vậy, điều kiện thích hợp được lựa chọn cho quá trình chế tạo tro trấu từ trấu là<br /> nồng độ axit xử lý là axit HCl 10%, xử lý axit ở nhiệt độ 90oC, thời gian xử lý 2 giờ, tỉ lệ<br /> trấu/axit 40g/600ml. Sau đó, trấu được nung ở 650oC trong 3 giờ với tốc độ gia nhiệt là<br /> 3oC/phút.<br /> 3.1.3. Nhiệt động học của quá trình tổng hợp nano silica từ trấu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Các đường cong DSC của trấu tương<br /> ứng với các tốc độ gia nhiệt 3, 6, 9, 12, 15 oC/phút.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 111<br />  Hóa học & Môi trường<br /> Trấu được xử lý với dung dịch axit HCl 10% ở 90oC. Sau 2 giờ xử lý, trấu được rửa<br /> nhiều lần bằng nước đến môi trường trung tính. Mẫu trấu sau khi xử lý axit được nung<br /> trong không khí ở 650oC trong 3 giờ với các tốc độ gia nhiệt khác nhau. Sản phẩm thu<br /> được là nano silica. Giản đồ phân tích nhiệt DSC của quá trình nung trấu được thể hiện<br /> trong hình 3.<br /> Từ giản đồ phân tích nhiệt DSC, ta xác định được các thông số động học cơ bản theo mô<br /> hình F-W-O và mô hình Kissinger trong quá trình nung trấu, được trình bày trong bảng 5:<br /> Bảng 5. Các thông số động học theo mô hình FWO và mô hình Kissinger<br /> trong quá trình nung trấu.<br /> β ∆H (J) F-W-O, Kissinger,<br /> Tp (K) 1/Tp10-3 (K-1)<br /> (K/phút) lgβ ln (β/Tp2)<br /> 3 -368,6 586,5 1,71 0,48 -11,65<br /> 6 -341,4 604,6 1,65 0,79 -11,02<br /> 9 -229,5 611,1 1,64 0,95 -10,63<br /> 12 -233,3 620,2 1,61 1,10 -10,38<br /> 15 -201,1 622,7 1,60 1,18 -10,16<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Sự phụ thuộc lg(βi) theo 1/Tpi trong Hình 5. Sự phụ thuộc ln(β/Tp2) theo 1/Tp<br /> quá trình nung trấu theo mô hình FWO. trong quá trình nung trấu<br /> theo mô hình Kissinger.<br /> Theo mô hình FWO, lập sự phụ thuộc lg(β) theo 1/Tp theo hình 4, chúng ta sẽ được một<br /> đường thẳng. Từ hệ số góc α, theo phương trình (3) cho phép xác định năng lượng hoạt<br /> hóa E của quá trình nung trấu là, E* = 126,14 (kJ/mol).<br /> Mặt khác, theo mô hình Kissinger, lập sự phụ thuộc ln(β/Tpi2) theo 1/Tp theo hình 5,<br /> chúng ta sẽ được một đường thẳng. Từ đồ thị, dựa vào phương trình (2) xác định năng<br /> lượng hoạt hóa E* = 122,6 (kJ/mol) và thừa số trước hàm mũ trong phương trình Arenius<br /> là A = 23,06.<br /> 3.2. Tổng hợp nano silic từ nano silica<br /> Trộn hỗn hợp SiO2 và Mg (theo tỉ lệ mol tương ứng 1,0 : 2,5), cho vào lò nung tĩnh có<br /> thổi khí argon, nung hỗn hợp trong 2 giờ ở nhiệt độ 650oC, để nguội hỗn hợp, vẫn tiếp tục<br /> thổi khí argon. Khi nhiệt độ trong lò nung tương đương nhiệt độ phòng, lấy hỗn hợp sản<br /> phẩm ra khỏi lò nung và lần lượt rửa bằng dung dịch gồm HCl 5% và HF 3% để loại bỏ<br /> các tạp chất, sau đó rửa hỗn hợp bằng nước cất về môi trường trung tính, li tâm và gạn lấy<br /> phần chất rắn. Phần chất rắn thu được sấy chân không và thu được bột nano silic.<br /> Cấu trúc hạt nano silic được xác định bằng phương pháp SEM và XRD.<br /> <br /> <br /> <br /> 112 N. V. Thắng, N. M. Tường, N. T. Hùng, “Đặc trưng nhiệt động học, … nano silic từ trấu.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> 1500<br /> <br /> <br /> 1400<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d=3.133<br /> 1300<br /> <br /> <br /> 1200<br /> <br /> <br /> 1100<br /> <br /> <br /> 1000<br /> <br /> <br /> 900<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d=1.9180<br /> Lin (Cps)<br /> 800<br /> <br /> <br /> 700<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d=1.6358<br /> 600<br /> <br /> <br /> 500<br /> <br /> <br /> 400<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d =1.3563<br /> 300<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d=2.0864<br /> 200<br /> <br /> <br /> 100<br /> <br /> <br /> 0<br /> <br /> 10 20 30 40 50 60 70<br /> <br /> 2-Theta - Scale<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Ảnh SEM của hạt nano silic. Hình 7. Phổ XRD của hạt nano silic.<br /> Từ ảnh SEM, ta thấy bề mặt hạt silic phân bố đồng đều, kích thước hạt nano silic từ<br /> khoảng 30 – 50 nm. Từ kết quả đo XRD trên, ta đã thu được silic tồn tại dưới dạng tinh<br /> thể, xuất hiện ở 3 peak đặc trưng 28,5o (111); 47,3o (220) và 56,2o (311).<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Nghiên cứu đã xác định điều kiện thích hợp cho quá trình chế tạo tro trấu từ vỏ trấu: sử<br /> dụng dung dịch axit HCl 10%, nhiệt độ xử lý 90oC, thời gian xử lý 2 giờ, tỉ lệ trấu /axit<br /> 40g/600ml. Sau đó, trấu được nung ở 650oC trong 3 giờ với tốc độ gia nhiệt là 3oC/phút.<br /> Theo mô hình F-W-O, năng lượng hoạt hóa của quá trình nung trấu là E* = 126,14<br /> (kJ/mol). Theo mô hình Kissinger, E* = 122,6 (kJ/mol) và thừa số trước hàm mũ trong<br /> phương trình Arenius là A = 23,06. Các giá trị này cho thấy quá trình phân tích DSC đã<br /> đánh giá được đặc trưng nhiệt động của quá trình nhiệt phân vỏ trấu. Mô hình này có thể<br /> được áp dụng cho quá trình nhiệt phân các loại vật liệu khác.<br /> Thêm vào đó, nghiên cứu đã tổng hợp hạt nano silic có cấu trúc tinh thể với kích thước<br /> từ 30 – 50 nm từ quá trình phản ứng với bột Mg. Sản phẩm này cho thấy có tổng hợp bột<br /> nano Si cho các ứng dụng khác từ vật liệu vỏ trấu rẻ tiền.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Dung Nguyễn, “Việt Nam lọt top 10 quốc gia sản xuất lúa gạo lớn nhất thế giới”, Tạp<br /> chí Doanh nghiệp Việt Nam (2018). http://doanhnghiepvn.vn<br /> [2]. Huỳnh Quyền, Trương Hoài Chính, “Nghiên cứu quy trình thu hồi silica từ tro trấu,<br /> ứng dụng tổng hợp phụ gia cho xi măng mác cao”, Phần 1, Tạp chí khoa học và công<br /> nghệ - Đại học Đà Nẵng, Vol. 8 (57) (2012), tr. 8 -14.<br /> [3]. Nian Liu, Kaifu Huo, Matthew T. McDowell, Jie Zhao & Yi Cui, “Rice husks as a<br /> sustainable source of nanostructured silicon for high performance Li-ion battery<br /> anodes”, (2013). www.nature.com/scientificreports<br /> [4]. Bao, Z. et al, “Chemical reduction of three-dimensional silica micro-assemblies into<br /> microporous silicon replicas”, Nature 446 (2007), p.p 172–175.<br /> [5]. Rogers R. N., Smith L. C., “Application of scanning calorimetry to the study of<br /> chemical kinetics”, Thermochimica Acta, Vol. 1 (1970), pp. 1-9.<br /> [6]. Kaiserberger E., Opfermann J., “Model-free methods of kinetic analysis and<br /> simulations”, NETZSCH-Geratebau GmbH, Germany (2003).<br /> [7]. H. E. Kissinger, Journal of Research of the National Bureau of Standards, Vol. 57,<br /> No. 4 (1956), pp. 217-22.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 113<br />  Hóa học & Môi trường<br /> [8]. F. X. Chen, C. R. Zhou and G. P. Li, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,<br /> Vol. 109, No. 3 (2012), pp. 1457-1462.<br /> ABSTRACT<br /> CHARACTERISTIC OF THERMODYNAMICS, KINETICS OF THE PROCESS<br /> SILICON NANOPARTICLE SYNTHESIS FROM RICE HUSK<br /> The study was conducted to determine the thermodynamic and kinetic<br /> parameters of rice husk burning by using DSC at different heating rates (3, 6, 9, 12,<br /> 15oC/min). Kinetic parameters such as activation energy E*, constant A in the<br /> Arenius equation are determined by Flynn-Wall-Ozawa and Kissinger models. In<br /> addition, we also determined the conditions for preparing silica nanoparticles from<br /> rice husk. Silicon nanoparticles obtained from the rice husk process are<br /> morphologically determined by structural analyzers such as scanning electron<br /> microscopy (SEM), XRD (XRD)<br /> Keywords: Theoretical and physical chemistry; Thermodynamics and kinetics; Silicon nanoparticle.<br /> <br /> Nhận bài ngày 23 tháng 02 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 19 tháng 03 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 02 tháng 04 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: 1Viện Hóa học – Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.<br /> *<br /> Email: nguyentranhung28@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 114 N. V. Thắng, N. M. Tường, N. T. Hùng, “Đặc trưng nhiệt động học, … nano silic từ trấu.”<br />