zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Công nghệ - Môi trường

Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp Nanosilica từ vỏ trấu và chế tạo vật liệu Composite trên nền nhựa Polylactide Acid/Silica

Chia sẻ: Phát Phát | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:68

Báo xấu

247
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp Nanosilica từ vỏ trấu và chế tạo vật liệu Composite trên nền nhựa Polylactide Acid/Silica với mục tiêu điều chế vật liệu composite sinh học trên cơ sở nhựa polylactide acid và pha gia cường là hạt silica được tổng hợp từ vỏ trấu vốn là nguồn phế thải dồi dào ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, miền Nam - Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp Nanosilica từ vỏ trấu và chế tạo vật liệu Composite trên nền nhựa Polylactide Acid/Silica

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU POLYMER VÀ COMPOSITE  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP NANOSILICA TỪ VỎ TRẤU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYLACTIDE ACID/SILICA SVTH: Tống Trần Vinh MSSV: 0919220 GVPB: ThS. Phùng Hải Thiên Ân GVHD: ThS. Lê Văn Hải TS. Hà Thúc Chí Nhân Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2013 1
2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU POLYMER VÀ COMPOSITE  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP NANOSILICA TỪ VỎ TRẤU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYLACTIDE ACID/SILICA SVTH: Tống Trần Vinh MSSV: 0919220 GVPB: ThS. Phùng Hải Thiên Ân GVHD: ThS. Lê Văn Hải TS.Hà Thúc Chí Nhân
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2013
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Khoa Học Vật Liệu – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Khóa luận tốt nghiệp được làm trong vòng bốn tháng, là khoảng thời gian mà em được nhiều cảm xúc trông cùng một chuyện. Thành công nào mà không trãi qua khó khăn và thử thách, nhưng một mình em không thể vượt qua những khó khăn của khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nhân, thầy Hải đã tận tình giúp đở và chỉ bảo em trong lúc làm đề tài, chị Thy người làm chung đề tài với em cùng với các anh chị cán bộ trẻ đã giúp đở em trong lúc làm đề tài. Cuối cùng lời cảm ơn chân thành và sâu sắc, xin gửi đến gia đình và các bạn đã luôn sát cánh giúp đỡ và động viên tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất. 5
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh LỜI MỞ ĐẦU Polymer phân hủy sinh học là một loại polymer mới nhưng có nhiều lĩnh vực ứng dụng. Có hai lĩnh vực ứng dụng nhiều nhất đó là bao bì phân hủy sinh học và vật liệu y sinh. Các loại polymer phổ biến của họ này là: polylactide acid, polyvinyl alcohol, polycaprolactone..... Để giải quyết vấn đề rác thải polymer khó phân hủy thì họ polymer này được dùng thay thế các loại nhựa truyền thống làm tăng khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường nhằm cải thiện môi trường sống và giải quyết vấn đề rác thải đang là vấn đề lớn. Dựa vào khả năng tương thích sinh học và phân hủy sinh học trên nhựa nền polylactide acid được gia cường bằng các hạt nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu nhằm tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong mục đích cấy ghép xương..... Vỏ trấu là một phế phẩm nông nghiệp rất nhiều ở miền nam nước ta. Vậy có thể tận dụng nguồn phế phẩm để làm tăng giá trị của chúng. 6
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh MỤC LỤC 7
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh PHỤ LỤC HÌNH 8
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh PHỤ LỤC BẢNG 9
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮC FTIR: Fourier Transform infrared spectroscopy (phổ hấp thu hồng ngoại biến đổi Fourier) TGA: Thermogravimetric analyzer ( phân tích nhiệt mất trọng lượng) SEM: Scanning Electron Microscope (kính hiển vi điện tử quét) BET: Brunauer–Emmett–Teller (xác định diện tích bề mặt riêng) PLA: Polylactide acid GPTMS: γGlycidoxypropyltrimethoxysilane TEOS: Tetraethyloxysilane PEG: Polyethylene glycol (Mw=400) 10
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh TỔNG QUAN 11
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh 1.1 Tổng quan về Silica. 1.1.1. Vỏ trấu Vỏ trấu một phụ phẩm trong ngành nông nghiệp lúa nước, chúng được thải ra rất nhiều ở những nước nông nghiệp như nước ta. Hằng năm, một lượng vỏ trấu rất lớn được thải ra môi trường, nhất là ở Đồng Bằng Sông Cửu Long. Một phần của chúng được trộn với đất để làm tăng độ xốp của đất, làm phân hữu cơ và làm nhiên liệu còn hầu hết được bỏ đi do số lượng quá nhiều. Hai thành phần quan trọng của tro trấu là than hoạt tính và silica vô định hình. Chúng là những vật liệu cấu trúc lỗ trống có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có nhiều tiềm năng cho các ứng dụng mới. Như vậy, quy trình chính của việc nghiên cứu này là sử dụng vỏ trấu để tổng hợp silica vô định hình có diện tích bề mặt riêng cao và đạt kích thước nano. Việc nghiên cứu này nhằm mở ra các hướng ứng dụng mới cho vỏ trấu, tận dụng được nguồn vỏ trấu rất lớn ở nước ta, giảm giá thành sản phẩm khi sử dụng vỏ trấu như làm chất độn, vật liệu betong nhẹ, vật liệu polymer giả gỗ... nhưng không làm giảm nhiều tính chất của sản phẩm và phát triển các loại vật liệu mới từ vỏ trấu [1]. Thành phần chính của vỏ trấu chủ yếu gồm các hợp chất hữu cơ như xenlulose, lignin và các hợp chất vô cơ (bảng 1). Bảng . Phần trăm khối lượng các thành phần trong vỏ trấu Thành phần Phần trăm (%) Xenlulo 2635 Hemi – Xenlulo 1822 Lignin 2530 SiO2 20 12
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Vỏ trấu sau khi đốt thu được tro trấu (RHA), thành phần xem ở bảng 2. Bảng . Phần trăm khối lượng các chất trong tro trấu. Thành phần hóa học của tro trấu, % SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MKN 90.75 0.52 0.48 1.04 0.56 1.34 0,67 3,10 1.1.2 Sơ lược về Silica Điôxít silic là một hợp chất hóa học còn có tên gọi khác là silica (từ tiếng Latin silex), là một ôxít của silic có công thức hóa học là SiO2 có độ cứng cao được biết đến từ thời cổ đại. Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và vô định hình . Trong tự nhiên silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể (thạch anh, triđimit, cristobalit, cancedoan, đá mã não), đa số silica tổng hợp nhân tạo đều được tạo ra ở dạng bột hoặc dạng keo và có cấu trúc vô định hình (silica colloidal). Một số dạng silica có cấu trúc tinh thể có thể được tạo ra ở áp suất và nhiệt độ cao như coesit và stishovit. Silica được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên ở dạng cát hay thạch anh, cũng như trong cấu tạo thành tế bào của tảo cát. Nó là thành phần chủ yếu của một số loại thủy tinh và chất chính trong bê tông. Silica là một khoáng vật phổ biến trong vỏ Trái Đất. Trong điều kiện áp suất thường, silica tinh thể có 3 dạng thù hình chính, đó là thạch anh, triđimit 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 bềnh ở 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 13
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh thạch anh α, góc liên kết SiOSi bằng 150°, ở tridimit và cristobalit thì góc liên kết SiOSi bằng 180°. 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 αthạch anh và βthạch anh. Từ thạch anh biến thành cristobalit cần chuyển góc SiOSi từ 150° thành 180°, trong khi đó để chuyển thành αtridimit thì ngoài việc chuyển góc này còn phải xoay tứ diện SiO4 quanh trục đối xứng một góc bằng 180°. Silica có thể được tổng hợp ở nhiều dạng khác nhau như silica gel, silica khói (fumed silica), aerogel, xerogel, silica keo (colloidal silica)... Ngoài ra, silica Nanosprings được sản xuất bởi phương pháp hơi lỏngrắn ở nhiệt độ thấp bằng với nhiệt độ phòng. Silica thường được dùng để sản xuất kính cửa sổ, lọ thủy tinh. Phần lớn sợi quang học dùng trong viễn thông cũng được làm từ silica. Nó là vật liệu thô trong gốm sứ trắng như đất nung,gôm sa thach và ́ ̣ đồ sứ, cũng như xi măng [2]. Dù silica phổ biến trong tự nhiên nhưng người ta cũng có thể tổng hợp được theo nhiều cách khác nhau: Bằng cách cho silic phản ứng với oxi ở nhiệt độ cao: Si (r) + O2 (k) → SiO2 (r) Phương pháp phun khói (thủy phân silic halogel ở nhiệt độ cao với oxy và hyđro) 2H2 + O2 + SiCl4 → SiO2 + 4HCl Phương pháp kết tủa (Cho thủy tinh lỏng phản ứng với 1 axit (vô cơ)). Na2SiO3 + 2H+ → 2Na+ + SiO2 + H2O Phương pháp solgel (Thủy phân một alkoxysilan với xúc tác bazơ hoặc axit) 14
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Si(OR)4 + 2H2O → SiO2 + 4ROH 1.2. PLA Giới thiệu về PLA Cấu trúc mạch hóa học của PLA, bao gồm cấu trúc mạch, hình thể, tacticity.., PLA chứa một carbon bất đối xứng với hai loại cấu trúc là hai đồng phân quang học, L và Dlactic acid. Trong thương mại PLA là hỗn hợp PLLA và PDLA hay copolymer PDLLA, được polymer hóa từ LLA va DLA. Trong đó PLLA là thành phần chính, nếu PLLA chiếm hơn 90% thì PLA có cấu trúc tinh thể, ngược lại có cấu trúc bán tinh thể, nhiệt độ thủy tinh hóa và độ tinh thể của PLA giảm nếu lượng PLLA giảm, PLLA được điều chế từ nguồn nguyên liệu tái tạo[3]. Tính chất cơ lý của PLA PLA là một loại nhựa cứng và bóng, nhiệt độ thủy tinh hóa của PLA là từ 5070oC, giòn ở nhiệt độ phòng, có modulus cao, độ bền nhiệt kháng va đập thấp, độ dãn dài kéo tương đối thấp 210%, modulus kéo 3000 4000Mpa và độ bền kéo 50 70 Mpa (bảng 3). PLA ở thể vô định hình thường gia công ép phun vì nó có khả năng kết tinh chậm 15
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Bảng . Tính chất cơ lí của PLA [3] Phân tử khối (Mv,Da) 47 5000 75 000 114 000 Kết quả đo kéo: Yeild strength (MPa) 49 53 53 Độ bền kéo (MPa) 40 44 44 Yeild elongation (%) 1.7 1.4 1.5 Độ dãn dài lúc đứt (%) 7.5 4.8 5.4 Modul đàn hồi (MPa) 3650 4050 3900 Kết quả đo uốn: Độ bền uốn (MPa) 84 86 88 Ứng suất đỉnh (%) 4.8 4.1 4.2 Modul đàn hồi (MPa) 3500 3550 3600 Độ bềnh va đập: Izod, notched (kJ/m2) 1.8 1.7 1.8 Izod, unnotched (kJ/m2) 13.5 14.0 15.0 Độ bềnh nhiệt: HDT (0C) 51 50 50 Vicat penetration (0C) 52 53 52 16
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Độ cứng: Độ cứng Rockwell (scale 78 72 76 H) 1.3. Cac h ́ ương nghiên c ́ ứu vê vât liêu d ̀ ̣ ̣ ựa trên hỗn hợp PLA/ Silica. 1.3.1 Hinh thai cua vât liêu composite PLA/ Silica. ̀ ́ ̉ ̣ ̣ 1.3.1.1. Sự phân tan cua SiO ́ ̉ 2 trong PLA Hương nghiên c ́ ưu cua Xin Wen va cac ́ ̉ ̣ ̀ ́ đông nghiêp [4], s ̀ ử dung PLA ̣ (4032D) cuả Natureworks Co., Ltd. (USA), nanosilica (Aerosil 200) cuả Degussa AG (Hanau, Germany). Băng ph ̀ ương phap trôn nong chay (Haake ́ ̣ ́ ̉ Rheomix 600) vơi cac ti lê 1, 3, 5, 7 va 10 wt % SiO ́ ́ ̉ ̣ ̀ 2. 17
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Hình . Anh SEM cua vât liêu v ̉ ̉ ̣ ̣ ơi cac ti lê phân trăm silica PLA (a), PLASN1 ́ ́ ̉ ̣ ̀ (b), PLASN3 (c), PLASN5 (d), PLASN7 (e), PLASN10 (f). Các hạt SiO2 đã được phát hiện như là chấm màu trắng theo kết quả SEM (hình 1). Cac hat ́ ̣ SiO2 hình cầu và đường kính phụ thuộc vào số lượng SiO2. Khi ham l ̀ ượng SiO2 ít hơn 5% trọng lượng [hình 1(bd)], các các hạt nano được phân bố đồng đều trong ma trận PLA. SiO2 thê hiên ̉ ̣ nhiều hạt phân tan d ́ ưới dang đ ̣ ơn hat ̣ và chỉ có một sô it tu lai ́ ́ ̣ ̣ tư ba đên ̀ ́ năm hạt. ̣ ̣ đường kính không vượt quá 100 nm. Tuy nhiên sự kết tụ lớn hơn Các hat tu đã được tìm thấy, và kích thước của hat tu ̣ ̣ tăng lên đáng kể trong những ảnh hiển vi với ham l ̀ ượng SiO2 cao hơn [hình 1(e, f)]. Ở ham l ̀ ượng cao nhất SiO2 (10%), hạt kích thước khác nhau, 120750 nm đã được phát hiện. Những kết quả này là rất phù hợp với những phát hiện của Wu và các cộng sự [15], Bikiaris và các cộng sự [16] đã báo cáo rằng tăng hàm lượng SiO2 dẫn đến kêt tu ́ ̣ lớn. Thật khó để phá vỡ sự kêt tu ́ ̣ thanh ̀ các hạt đơn lẻ trong ̣ ̣ khi ham l vât liêu ̀ ượng các hạt nano là quá cao vì vẫn tồn tại tương tác mạnh mẽ giữa các hạt nano. Hướng nghiên cứu của Shifeng Yan và các đồng nghiệp [5], cách tạo vật liệu: PLA/PEG /nano silica với khối lượng silica khác nhau theo hàm lượng của silica (hoặc PLA/PEG pha trộn) là 0%, 3%, 5%, 8%, và 12% tổng hợp bằng phương pháp solgel. PLA/PEG/Teos/GPTMS hỗn hợp các thành phần khác nhau được hòa tan trong THF (20 wt %) và thủy phân trong môi trường nước với sự hiện diện của nhóm chức alkoxit. Tỷ lệ khối lượng của PLA/PEG 400 đã được cố định tại 8:2. HCl được sử dụng như một chất xúc tác, trong khi GPTMS một chất gắn kết trong tỷ lệ 0.02/1/0.125 HCl/TEOS/GPTMS . Một hỗn hợp với tỷ lệ cụ thể như sau: 1,75 ml TEOS và 0,22 ml GPTMS đã được thêm vào PLA/PEG 400 (8 g/2 g) trong dung dịch THF (50 ml) và trộn đều cho đến khi tạo thành một dung dịch đồng nhất. 18
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Sau đó nước khử ion (0,28 ml), EtOH (3.64ml) và HCl (0.015ml) đã được thêm vào và khuấy nhanh ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ để thủy phân TEOS và GPTMS hoàn toàn và kết quả thu được dung dịch nhớt trong suốt. Hỗn hợp đồng nhất được cho vào đĩa thủy tinh để ổn định trong bốn ngày để tạo thành sản phẩm ban đầu. Sản phẩm ban đầu được sấy trong tủ chân chân ở 600C trong 24h để loại bỏ nước và dung môi THF. Vật liệu composite được đúc ép nóng ở 1500C dưới áp lực 15MPa để tạo thành các tấm mỏng với bề dày 0.5mm. \ 19
Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Hình . Ảnh SEM PLLA/PEG (A) và silica/PLLA/PEG vật liệu tổng hợp với 3 wt % (B) và 12 wt % (C) silica Với kết quả SEM (hình 2) tác giả nhận định với bề mặt tương đối bằng phẳng của hình A chứng tỏ vật liệu được phối trộn tương đối tốt. Các hạt nano phân tán đều trên bề mặt vật liệu với kích thước khoảng 2030nm với dạng hình cầu hình B. Và với hàm lượng SiO2 lên đến 12 wt %, lúc này các hạt nano bắt đầu tụ lại thành các đám lớn kích thước vài trăm đến vài ngàn nano. Nhiễu xạ tia X (XRD) của PLA/PEG/nanosilica với hàm lượng silica khác nhau (hình 3) và (bảng 4). Kết quả cho thấy PLA/PEG polymer không thể hiện bất kỳ pha tinh thể của PEG vì trọng lượng phân tử thấp của PEG400. Tất cả các đỉnh nhiễu xạ với cùng một vị trí đặt tại 2θ = 16.7, 19.0, và 22.3, có thể được gán cho các tinh thể cấu trúc của PLA. PLA có hai cấu trúc tinh thể: một pseudoorthorhombic cấu trúc α và cấu trúc β hình thoi. Nhiễu xạ PLA được trình bày trong tài liệu này phù hợp gần nhất với cấu trúc tinh thể α. Điều này cho thấy các phân tử PLA kém kết tinh hoặc tinh thể silica nhỏ và bền được cố định trong mạng lưới. 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng

172 tài liệu

841 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.