nghiên cứu tinh luyện sio2 từ tro trấu để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM










ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP





NGHIÊN CỨU TINH LUYỆN SIO
2
TỪ TRO TRẤU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ĐỂ SẢN XUẤT
VẬT LIỆU XÂY DỰNG CHẤT LƯỢNG CAO




Ngành: MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn :Th.S. Vũ Hải Yến
Sinh viên thực hiện : Vương Mỹ Ngọc
MSSV: 0951080056 Lớp: 09DMT2



TP. Hồ Chí Minh, 2013


BM05/QT04/ĐT
Khoa: MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP



1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài:
Tê n: Vương Mỹ Ngọc MSSV: 0951080056 Lớp: 09DMT2
Ngành : Môi Trường
Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi Trường
2. Tên đề tài: Nghiên cứu tinh luyện SiO
2
từ tro trấu bằng phương pháp sinh học
để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao
3. Các dữ liệu ban đầu:
− Tổng quan phế phẩm nông nghiệp, tro trấu, vật liệu xây dựng, Compost.
− Tình hình nghiên cứu tinh luyện SiO

2
từ tro trấu để sản xuất vật liệu xây
dựng.
4. Các yêu cầu chủ yếu :
− Tổng quan tài liệu.
− Tình hình nghiên cứu các phương pháp tinh luyện SiO
2
trong và ngoài nước.
− Xây dựng và chạy mô hình trên quy mô phòng thí nghiệm.
− Kết quả và thảo luận.
5. Kết quả tối thiểu phải có:
− Xây dựng mô hình thực tế, chạy mô hình trong quá trình ủ và ghi nhận kết
quả theo dõi các chỉ tiêu đến khi kết thúc.
− Tính toán sau khi kết thúc. So sánh các phương pháp nghiên cứu trước.
− Báo cáo thuyết minh đề tài.

Ngày giao đề tài: 01/04/2013 Ngày nộp báo cáo: 17/07/2013



Chủ nhiệm ngành
(Ký và ghi rõ họ tên)

TP. HCM, ngày 01 tháng 04 năm 2013.

Giảng viên hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình tính toán của tôi, có sự hỗ trợ của giáo viên
hướng dẫn là Thạc sĩ Vũ Hải Yế n. Các nội dung tính toán và kết quả trong đề tài này
là trung thực. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét,
tính toán được chính tôi thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu
tham khảo. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu
của các tác giả, cơ quan tổ chức khác và cũng như được thể hiện trong phần tài liệu
tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội
đồng cũng như kết quả luận văn của mình.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2013







Vương Mỹ Ngọc

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Môi trường
và Công nghệ sinh học Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố
Hồ Chí Minh đã tận tình dạy bảo tôi suốt thời gian học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đếnThạc sĩ Vũ Hải Yến người đã giao

đề tài và giành nhiều thời gian hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiệnđề
tài này.
Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy và các anh chị em
trong phòng thí nghiệm khoa Môi trường và công nghệ sinh học trường
Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và
giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Xin gửi lòng biết ơn với gia đình tạo điều kiện cho tôi có thể học tập,
luôn động viên tôi trong suốt quá trình học và thực hiện đề tài.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2013
Người thực hiện đề tài




Vương Mỹ Ngọc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
i
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH ẢNH vii
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2
5. Phương pháp nghiên cứu 2
6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
7. Các kết quả đạt được của đề tài 3

8. Kết cấu đồ án tốt nghiệp 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1.1. Tổng quan tro trấu 5
1.1.1. Nguồn gốc tro trấu 5
1.1.2. Tình hình phát sinh tro trấu 6
1.1.3. Thành phần hóa học của tro trấu 8
1.1.4. Các ứng dụng của tro trấu 9
1.2. Tổng quan vật liệu xây dựng 10
1.2.1. Xi măng 10
1.2.2. Phụ gia trong ngành vật liệu xây dựng 12
1.3. Tổng quan về Compost 17
1.3.1. Định nghĩa 17
1.3.2. Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ hiếu khí 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
ii
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ hiếu khí 19
1.3.4. Tăng cường sinh học trong quá trình ủ hiếu khí 24
CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 27
2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 27
2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. 28
2.2.1. Đề tài Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu
xây dựng (Vũ Thị Bách, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ
Chí Minh,2010). 28

2.2.2. Đề tài “Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình
Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng” (Nguyễn Thị
Chiều Dương, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh,
2011) 30

2.2.3. Nhận xét về hai phương pháp 33

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34
3.1. Mô hình nghiên cứu 34
3.2. Vật liệu nghiên cứu 34
3.2.1. Tro trấu 34
3.2.2. Phân urê 36
3.2.3. Chế phẩm vi sinh 37
3.3. Phương pháp nghiên cứu 38
3.3.1. Phương pháp nhiệt 38
3.3.2. Phương pháp sinh học 38
3.4. Phương pháp phân tích 41
3.5. Xử lí số liệu 42
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 43
4.1. Phương pháp nhiệt 43
4.1.1. Kết quả 43
4.1.2. Nhận xét 44
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
iii
4.2. Phương pháp sinh học 44
4.2.1. Nhiệt độ 44
4.2.2. pH 46
4.2.3. Độ ẩm 47
4.2.4. Độ sụt giảm thể tích 49
4.2.5. Hàm lượng Nitơ 50
4.2.6. Hàm lượng chất hữu cơ 52
4.2.7. Hàm lượng Cacbon 53
4.2.8. Nhận xét chung 54
4.3. Nhận xét các phương pháp 55
4.3.1. Phương pháp nhiệt 55
4.3.2. Phương pháp hóa học 56
4.3.3. Phương pháp sinh học 56

4.3.4. Bàn luận 57
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 60
Kết luận 60
Kiến nghị 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CHC:
HT:
KCN:
PHKHT:
TCVN:
VNĐ:
VĐH
VSV:
Chất hữu cơ
Hoạt tính
Khu công nghiệp
Phụ gia khoáng hoạt tính
Tiêu chuẩn Việt Nam
Việt Nam đồng
Vô định hình
Vi sinh vật

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu

[11]
5
Bảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu
[12]
6
Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu
[12]
9
Bảng 1.4 Hàm lượng các oxit trong clinke Portland
[10]
12
Bảng 1.5 Khoảng nhiệt độ của các nhóm VSV 20
Bảng 1.6 Tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế biến compost 24
Bảng 2.1 Kết quả kiểm tra hoạt tính vật liệu 29
Bảng 2.2 Kết quả đo độ bền nén trung bình của mẫu vữa 29
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu tro trấu đầu vào 36
Bảng 3.2 Hàm lượng Nitơ và Cacbon trong mẫu phân urê 37
Bảng 3.3 Các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu 37
Bảng 3.4 Tỉ lệ phối trộn 39
Bảng 3.5 Thông số đầu vào quá trình ủ hiếu khí 40
Bảng 3.6 Chỉ tiêu và tần suất theo dõi quá trình ủ 41
Bảng 3.7 Các phương pháp phân tích 41
Bảng 4.1 Hiệu suất xử lí tro trấu bằng phương pháp nhiệt 43
Bảng 4.2 Nhiệt độ trong 31 ngày ủ 44
Bảng 4.3 Giá trị pH trong 31 ngày ủ 46
Bảng 4.4 Độ ẩm trong 31 ngày ủ 48
Bảng 4.5 Độ sụt giảm thể tích trong 31 ngày ủ 49
Bảng 4.6 Hàm lượng Nitơ trong 31 ngày ủ 51
Bảng 4.7 Giá trị hàm lượng chất hữu cơ trong 31 ngày ủ 52
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN

vi
Bảng 4.8 Hàm lượng cacbon trong 31 ngày ủ 53
Bảng 4.9 Kết quả các thông số chỉ tiêu sau 31 ngày ủ 54
Bảng 4.1 Hiệu suất quá trình xử lí tro trấu bằng nhiệt 55
Bảng 4.10 Hiệu suất xử lí tro trấu bằng phương pháp hóa học 56
Bảng 4.11 Hiệu suất xử lí tro trấu bằng phương pháp sinh học 56
Bảng 4.12 Tính toán chi phí sử dụng cho mô hình ủ 57
Bảng 4.13 So sánh các phương pháp 57

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cây lúa 6
Hình 1.2 Vỏ trấu 6
Hình 1.3 Bếp nấu dùng trấu để đốt 7
Hình 1.4 Dùng trấu đốt lò gạch 7
Hình 1.5 Bãi chứa trấu làm nguyên liệu đốt cho nhà máy nhiệt điện An Giang
8

Hình 1.6 Xây dựng nhà máy điện trấu Đình Hải (Cần Thơ) 8
Hình 1.7 Xi măng 10
Hình 2.1 Trấu sau khi nung 28
Hình 2.2 Mẫu vữa tro trấu 10% sau khi đúc 30
Hình 2.3 Quá trình loại bỏ Cacbon trong mẫu 31
Hình 2.4 Quá trình thu SiO
2
trong mẫu 32
Hình 2.5 Mẫu tro sau khi nghiền 32
Hình 2.6 Mẫu SiO
2

được tách triết từ mẫu tro trấu 32
Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm 34
Hình 3.2 Mẫu tro trấu ban đầu 35
Hình 3.3 Mẫu tro sau tiền xử lí 35
Hình 3.4 Mẫu phân urê 36
Hình 3.5 Chế phẩm vi sinh 37
Hình 3.6 Tủ sấy và được điều chỉnh nhiệt độ là 950°C 38
Hình 3.7 và 3.8 Mẫu phân ure sử dạng rắn và sau khi hòa tan vào nước để
trộn 40

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
viii
Hình 3.9 và 3.10 Mẫu chế phẩm vi sinh dạng bột và sau khi hòa tan vào nước
để trộn 40

Hình 3.11 Trộn đều vật liệu 40
Hình 3.12 Mô hình ủ hiếu khí 40
Hình 4.1 Mẫu tro trắng sau xử lí bằng nhiệt 43
Hình 4.2 Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ 45
Hình 4.3 Biến thiên pH trong quá trình ủ 47
Hình 4.4 Biến thiên độ ẩm trong quá trình ủ 48
Hình 4.5 Biến thiên độ sụt giảm thể tích trong quá trình ủ 50
Hình 4.6 Biến thiên hàm lượng Nitơ 51
Hình 4.7 Biến thiên hàm lượng chất hữu cơ trong quá trình ủ 52
Hình 4.8 Biến thiên hàm lượng Cacbon trong quá trình ủ 53

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 1 MSSV: 0951080056
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh nguồn tài nguyên thiên nhiên, ngày càng cạn kiệt thì việc tận
thu, tái chế sử dụng lại các nguyên vật liệu nói chung và các phụ, phế phẩm trong
quá trình sản xuất, chế biến nói riêng là một biện pháp tiết kiệm hết sức cần thiết,
nhất là khi tình hình kinh tế đang có nhiều khó khăn như hiện nay. Quan trọng hơn
khi các phụ, phế phẩm được tận dụng, tái chế sử dụng lại sẽ góp phần giảm lượng
chất thải ra môi trường, làm trong lành bầu không khí vốn đang bị đe dọa bởi quá
dư thừa các chất thải độc hại.
Ứng dụng trấu làm nguyên liệu đốt tại các nhà máy nhiệt điện vừa giải quyết
tình hình khủng hoảng nhiên liệu hóa thạch, cũng đồng thời giải quyết vấn đề thải
bỏ trấu gây ô nhiễm môi trường – hiện trạng thực tế tại một nước sản xuất nông
nghiệp như Việt Nam.
Hiện nay, nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang quan
tâm nghiên cứu việc sử dụng tro trấu làm phụ gia khoáng hoạt tính để làm tăng chất
lượng cho xi măng, bê tông mà giá thành giảm. Đặc biệt, tính ưu việt của tro trấu
làm tăng tính chống thấm, nâng cao tuổi thọ bê tông bởi tro trấu mịn, chứa nhiều
oxyt silic ở trạng thái vô định hình, có hoạt tính puzolan rất cao tương đương với
muội silic. Trong tro trấu, oxit Silic (SiO
2
) là thành phần có giá trị nhất. Vì vậy, nếu
tro trấu được điều chế đúng kỹ thuật, đồng thời được gia công thích hợp, có thể thay
thế muội silic trong bê tông chất lượng cao và dùng cho bê tông thủy công yêu cầu
độ chống thấm nước cao và chịu được ăn mòn của môi trường xâm thực. Giải pháp
sử dụng tro trấu nhằm
tăng chất lượng bê tông sẽ có hiệu quả cao hơn ở các nước
như ở Việt Nam là một nước nông nghiệp có sản lượng thóc nhiều cùng với phát
triển nhiệt điện từ nguyên liệu trấu đồng thời tạo ra một nguồn tro trấu tương đối
lớn.
Qua các nghiên cứu gần đây trong việc tinh luyện thu được nguồn SiO
2
tinh

khiết, phương pháp hóa lý cho thấy những hạn chế về mặt kinh tế cũng như tác
động đến môi trường từ việc thải bỏ hóa chất dùng tách chiết; chính vì thế nghiên
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 2 MSSV: 0951080056
cứu thực hiện nhằm tìm ra một giải pháp thân thiện môi trường hơn bằng phương
pháp sinh học. Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu tinh luyện SiO
2
từ tro trấu bằng
phương pháp sinh học để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao” được thực hiện
với mục tiêu cung cấp một giải pháp an toàn, thân thiện môi trường để tinh luyện
SiO
2
tinh khiết, phục vụ sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao đồng thời bảo vệ
môi trường và hướng đến phát triển bền vững.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tinh luyện SiO
2
từ tro trấu bằng phương pháp sinh học để sản
xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tổng quan về tro trấu, tình hình phát sinh tro trấu tại Việt Nam.
- Tìm hiểu về vật liệu xây dựng, phụ gia trong ngành vật liệu xây dựng.
- Tổng quan phương pháp sinh học để xử lý chất thải rắn, các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình xử lý sinh học.
- Tổng hợp tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
- Lập mô hình nghiên cứu tinh luyện tro trấu bằng phương pháp nhiệt và
phương pháp sinh học.
- Theo dõi các chỉ tiêu của mô hình.
- So sánh hiệu quả với các phương pháp khác (phương pháp hóa hoc).
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học
Cung cấp thêm giải pháp hợp lý, an toàn để tinh luyện SiO
2
trong tro trấu mà
thân thiện môi trường, không tạo ra sản phẩm phụ độc hại.
 Ý nghĩa thực tiễn
Cung cấp giải pháp giá thành thấp, dễ thực hiện, góp phần tạo ra sản phẩm
Silic có giá trị.
5. Phương pháp nghiên cứu
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 3 MSSV: 0951080056
- Phương pháp thu thập dữ liệu: tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin, tài
liệu, số liệu, có liên quan đến nội dung nghiên cứu từ các tạp chí, sách báo, giáo
trình, internet,…
- Phương pháp thực nghiệm: sơ chế, phối trộn, theo dõi các chỉ tiêu trong quá
trình ủ hiếu khí (Nhiệt độ, pH, độ ẩm, hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng Cacbon,
hàm lượng Nito ).
- Phương pháp phân tích: lựa chọn và tổng hợp lại các số liệu làm cơ sở cho
quá trình thực hiện đề tài.
- Phương pháp tính toán: tính toán những số liệu thu thập, kết quả làm thực
nghiệm.
- Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả từ những số liệu thu thập
và kết quả làm thực nghiệm.
- Phương pháp so sánh: so sánh ưu thế và nhược điểm so với các phương pháp
nghiên cứu trước.
6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm và ứng dụng trên tro trấu đốt đồng.
- Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các lĩnh vực sau: nguồn tro trấu
được phối trộn và tiến hành ủ hiếu khí.
7. Các kết quả đạt được của đề tài

- Sau quá trình ủ hiếu khí 31 ngày, hàm lượng Cacbon trong tro trấu giảm còn
7,63%.
- Tính toán chi phí thực hiện.
- So sánh ưu – nhược điểm với các phương pháp khác
8. Kết c ấu đồ án tốt nghiệp
Đồ án ngoài phần Mở Đầu và Kết luận – Kiến nghị, bao gồm 4 chương với
nội dung như sau:
 Chương 1: Tổng quan
 Chương 2: Tình hình nghiên cứu
 Chương 3: Mô hình và phương pháp nghiên cứu
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 4 MSSV: 0951080056
 Chương 4: Kết quả - Thảo luận

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 5 MSSV: 0951080056
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan tro trấu
1.1.1. Nguồn gốctro trấu
Lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới,
cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con người. Nó là các loài thực vật
sống một năm, có thể cao tới 1 – 1,8 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản
(2 – 2,5 cm) và dài 50 – 100 cm. Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm
hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30 – 50 cm. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ,
cứng của các loại cây ngũ cốc) khi non có màu xanh, chín có màu vàng, dài 5 – 12
mm và dày 2 – 3 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể
gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua
giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một
khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính. Sản phẩm thu được từ
cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các

phụ phẩm là cám và trấu. (Nguồn
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát.
Vỏ trấu chiếm 20% hạt thóc, có màu vàng, nhẹ xốp và có kích thước trung bình
khoảng 8 – 10mm dài, 2 – 3mm rộng và 0,2mm dày. Khối lượng thể tích của vỏ
trấu khi nén khoảng 122 kg/m
3
. Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi
– cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ.
Lignin chiếm khoảng 25 – 30% và cellulose chiếm khoảng 35 – 40%.
Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu
[11]

Thành phần hữu cơ
Tỷ lệ theo khối lượng (%)
∝-cellulose
35-40
Lignin
25-30
Hemi - cellulose
20-30
Nito và vô cơ
10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 6 MSSV: 0951080056
Bảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu
[12]

Thành phần hóa học

Tỷ lệ theo khối lượng (%)
Carbon
41,44
Hydro
4,94
Oxy
37,32
Nitơ
0,57
Tro
15,73



Hình 1.1 Cây lúa
Hình 1.2 Vỏ trấu
Tro trấu thu được sau quá trình đốt vỏ trấu. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75%
chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển
thành tro. Khi đốt 1kg trấu sinh ra nhiệt lượng khoảng 3000Kcal và 0,2kg tro.
1.1.2. Tình hình phát sinh tro trấu
Theo Báo cáo kế hoạch thực hiện 12 tháng năm 2012 của Ngành Nông
nghiệp và phát triển nông thôn do Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn thực
hiện, sản lượng lúa năm 2012 đạt 43,7 triệu tấn. Ước tính trung bình sẽ phát sinh ra
8,74 triệu tấn vỏ trấu.
Từ lâu, vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân,
đặc biệt là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất
nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy
lúa). Do có các ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt: Vỏ trấu sau khi xay xát ở
luôn ở rất dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ dàng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN

SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 7 MSSV: 0951080056
Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử dụng nên việc bảo
quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư thấp.Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp
và chăn nuôi, trấu cũng đưọc sử dụng rất thường xuyên. Thông thường trấu là chất
đốt dùng cho việc nấu thức ăn nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu
được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch tại khu vực đồng bằng sông Cửu
Long.


Hình 1.3 Bếp nấu dùng trấu để đốt
Hình 1.4 Dùng trấu đốt lò gạch
Tình trạng thiếu hụt năng lượng điện hằng năm, sản xuất điện bằng thủy điện
chưa đủ cung cấp thì việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện được đề ra. Tuy nhiên
trong bối cảnh ngày càng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu thế giới tăng
cao và sự phụ thuộc ngày càng nhiều hơn vào giá năng lượng thế giới, khả năng đáp
ứng năng lượng đủ cho nhu cầu trong nước ngày càng khó khăn và trở thành một
thách thức lớn. Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng trấu để sản xuất điện thành
công. Ứng dụng trấu làm nguyên liệu đốt tại các nhà máy nhiệt điện vừa giải quyết
tình hình khủng hoảng nhiên liệu hóa thạch, cũng đồng thời giải quyết vấn đề thải
bỏ trấu gây ô nhiễm môi trường. Nhiều nhà máy điện trấu dự kiến xây dựng như:
− An Giang có 2 dự án nhà máy nhiệt điện đốt trấu. Một xây dựng tại khu
công nghiệp Hòa An – huyện Chợ Mới và một tại Vọng Đông, huyện
Thoại Sơn; công suất 10MW.
− Tiền Giang dự án xây dựng nhà máy niệt điện công suất 10MW đã đươc
chính quyền duyệt.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 8 MSSV: 0951080056
− Tại Đồng Tháp, Cty Cổ phần điện Duy Phát cũng đang rục rịch khởi công
xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt trấu tại ấp Bình Hiệp B, huyện Lấp Vò,
công suất 10MW.

− Tại Cần Thơ, Cty Đình Hải sẽ tiếp tục phối hợp với Công ty J-Power của
Nhật Bản để nghiên cứu phát triển nhà máy điện trấu 20MW đặt tại
huyện Thốt Nốt (Cần Thơ).


Hình 1.5 Bãi chứa trấu làm nguyên liệu
đốt cho nhà máy nhiệt điện An
Giang
Hình 1.6 Xây dựng nhà máy điện trấu
Đình Hải (Cần Thơ)
Phát triển nhiệt điện từ nguyên liệu trấu đồng thời tạo ra một nguồn tro trấu
tương đối lớn, ứng dụng thành tựu nghiên cứu tinh luyện tro trấu thành vật liệu xây
dựng trước để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao.
1.1.3. Thành phần hóa học của tro trấu
Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa
các thành phần oxit kim loại. Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao
nhất trong tro chiếm khoảng 80 – 90%. Các thành phần oxit có trong tro được thể
hiện qua bảng 1.3. Chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây lúa, điều kiện khí
hậu, đất đai của từng vùng miền. Hàm lượng SiO
2
trong tro trấu rất cao. Oxit silic
được sử dụng trong đời sống sản xuất rất phổ biến. Nếu tận thu được nguồn SiO
2
có
ý nghĩa rất lớn đối với nước ta. Làm được điều này ta sẽ không cần nhập khẩu SiO
2

và vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ trấu cũng được cải thiện.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 9 MSSV: 0951080056

Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu
[12]

Thành phần oxit
Tỷ lệ theo khối lượng (%)
SiO
2
80 – 90
Al
2
O
3
1 – 2,5
K
2
O
0,2
CaO
1 – 2
Na
2
O
0,2 – 0,5
1.1.4. Các ứng dụng của tro trấu
Người nông dân Việt Nam hay có thói quen đốt rơm rạ, vỏ trấu sau khi thu
hoạch xong mùa lúa hay dùng trấu nấu bếp và lấy tro bón lại cho đất. Mặt khác
trong việc sản xuất cây hoa kiểng thường trộn tro trấu, mùn dừa phối trộn với phân
chuồng để tạo ra giá thể trồng cây. Chủ yếu nguồn tro trấu chỉ dùng trong sản xuất
nông nghiệp.
Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm bê tông và vữa tính năng cao trong

xây dựng ngày càng tăng, vì vậy việc sử dụng tro trấu mang lại hiệu quả rất lớn cả
về kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường.
Tiế n sĩ Trần Bình đã thành công trong việc chế tạo vật liệu mới Vinasilic và
đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam 2007. Loại vật liệu này sản xuất
từ nguồn trấu. Kết quả thực nghiệm cho thấy: mẫu bê tông đựơc trộn phụ gia
vinasilic có cường độ chịu nén tối thiểu là 1200kG/cm
2
. Chỉ cần pha trộn một lượng
vinasilic bằng khoảng 10% hàm lượng xi măng.
Viện khoa học - công nghệ xây dựng đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng
thành công hai loại vữa chảy và vữa bơm không co cường độ cao là GM – F và GM
– P, có sử dụng phụ gia tro trấu trên cơ sở sử dụng silicafume của Tây úc.
Thạc sĩ Nguyễn Tiến Trung – Viện Thủy công – đã nghiên cứu thành công
bê tông giảm độ thấm ion Clo với phụ gia thay thế xi măng về khối lượng là tro trấu
5% và tro bay (Silicafume) 10%. Không những giảm được độ thấm ion Clo (tác
nhân gây ăn mòn cốt thép bê tông) xuống hai cấp so với mẫu đối chứng mà cường
độ nén cũng cao hơn so với mẫu đối chứng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 10 MSSV: 0951080056
Tiến sĩ Trần Bá Việt, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu
dùng tro trấu làm phụ gia tăng cường độ cho bê tông chất lượng cao, lượng phụ gia
khoảng 10% được xem là tối ưu. Kết quả nghiên cứu cho thấy tro trấu hoàn toàn có
thể thay thế silicafume (SF) dạng nén, bê tông đạt cường độ nén sau 28 ngày là 600
daN/cm
2
.
Tro trấu không những được ứng dụng trong công trình xây dựng, còn được
sử dụng làm chất phụ gia trong ngành sản xuất thép.
Hiện tại, việc ứng dụng phụ gia tro trấu trong xây dựng ở nước ta chưa được
phổ biến, đa phần chỉ được áp dụng trên qui mô thử nghiệm. Việt Nam vẫn chưa

sản xuất được phụ gia tro trấu, còn phải nhập khẩu từ các nước Trung Quốc, Ấn
Độ…
1.2. Tổng quan vật liệu xây dựng
1.2.1. Xi măng

Hình 1.7 Xi măng
1.2.1.1. Định nghĩa
Xi măng (từ tiếng Pháp: ciment) là một loại khoáng chất được nghiền mịn và
là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao
thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và
tạo thành một dạng hồ gọi là Hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản
phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 11 MSSV: 0951080056
cứngđể cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất
định.Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất
kết dính thủy lực.
Xi măng Portland là loại xi măng thông dụng, có thể gọi là xi măng thường
để phân biệt với các loại xi măng đặc biệt khác như xi măng aluminat, xi măng
pouzzolan, xi măng xỉ lò cao v.v Loại xi măng này có thành phần chủ yếu là
clinke Portland (chiếm trên 90% khối lượng) ngoài ra còn có thạch cao (3 – 5%) và
các chất phụ gia khoáng khác (xỉ lò, tro than, pouzzolan tự nhiên, v.v…) có khả
năng đóng rắn và bền vững trong nước.
1.2.1.2. Nguồn gốc
Xi măng Portland chính thức đi vào lịch sử ngày 21 tháng 10 năm 1824 khi
Joseph Aspdin được cấp bằng sáng chế cho quá trình thực hiện một xi măng mà ông
gọi là xi măng Portland. Cái tên được đặt như vậy là do loại đá ở đảo Portland miền
Nam nước Anh có màu xám giống màu loại xi măng của ông.
1.2.1.3. Thành phần
Thành phần khoáng vật của clinke Portland (phần trăm theo khối lượng)

− Alit: 3CaO.SiO
3
chiếm 60 – 65%
− Belit CaO.SiO
3
chiếm 20 – 25 %
− Celit 3CaO.Al
2
O
3
chiếm 4 – 12%
− Alumino – Ferit: 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
chiếm 1 – 5% (7 – 14%)
Thành phần hóa học của clinke Portland còn biểu thị bằng hàm lượng các
oxit.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 12 MSSV: 0951080056
Bảng 1.4Hàm lượng các oxit trong clinke Portland
[10]
STT
Oxit
Hàm lượng (%)

01
SiO
2

19 – 25
02
Al
2
O
3

2 – 9
03
CaO
62 – 67
04
Fe
2
O
3

1 – 5
05
MgO
0 – 3
06
SO
3

1 – 3

07
K
2
O
0,6
08
Na
2
O
0,2
1.2.1.4. Ứng dụng
Vật liệu xi măng được ứng dụng rất rộng rãi do ưu điểm thi công đơn giản,
nguyên liệu ban đầu sẵn có, có tính chất cơ học tốt và t uổi thọ cao. Trong lĩnh vực
xây dựng dân dụng (lĩnh vực áp dụng chủ yếu), đây là vật liệu chính để xây cầu,
nhà, kênh, cống,v.v Trong xử lý rác thải hạt nhân, việc xi măng hóa cho phép cố
định các chất phóng xạ một cách sâu sắc trong vi cấu trúc của vật liệu xi măng.
1.2.2. Phụ gia trong ngành vật liệu xây dựng
1.2.1.1. Định nghĩa
Trong công nghệ sản xuất xi măng, việc sử dụng nguyên liệu hay hoá chất để
pha vào phối liệu hay cho vào nghiền chung với clinker là rất cần thiết, nhằm mục
đích cải thiện công nghệ nghiền, nung hay tính chất của sản phẩm. Ngoài ra còn góp
phần hạ giá thành sản phẩm và tăng sản lượng.
1.2.1.2. Tình hình sử dụng
Ngày nay trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì nhu cầu
về chỉnh trang xây dựng cơ sở hạ tầng tạo ra một diện mạo mới cho đất nước, thu
hút vốn đầu tư nước ngoài đang diễn ra mạnh mẽ như các khu công nghiêp, khu vui
chơi giải trí, trung tâm thương mại, các cao ốc…đang được xây dựng khắp nơi.
Tr ước tình hình này thì nhu cầu về vật liệu xây dựng cũng tăng theo trong đó xi
măng là không thể thiếu. Sử dụng xi măng portland thông thường là phương thức
sản xuất quen thuộc trong ngành xây dựng không chỉ có ở Việt Nam mà còn ở hầu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VŨ HẢI YẾN
SVTH: VƯƠNG MỸ NGỌC 13 MSSV: 0951080056
hết các nước trên thế giới. Sự tăng trưởng không ngừng của các nền kinh tế then
chốt trên thế giới khiến nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng tăng.Điều này ảnh
hưởng sâu sắc đến tổng lượng phát thải khí nhà kính trên toàn cầu vì cứ mỗi tấn xi
măng được sản xuất ra thì khoảng 1,89 tấn CO
2
phát thải. Để hướng tới một ngành
công nghiệp xi măng "xanh", các chuyên gia nhấn mạnh sự thay đổi cần phải diễn
ra đồng thời trên cả hai mặt: sản xuất và tiêu dùng.Tuy nhiên, những vật liệu thay
thế tiên tiến và truyền thống cho xi măng portland có thể giảm khí CO
2
từ 20 đến
80% tùy từng trường hợp. Cho đến nay, việc sử dụng các chất phụ gia và vật liệu
thay thế cho lò nung xi măng portland là một trong những phương pháp thành công
nhất trong việc giảm lượng phát thải CO
2
của ngành xi măng. Mục tiêu này vẫn còn
là thách thức do nguồn cung các chất phụ gia sẽ không tăng cùng nhịp với nhu cầu
xi măng. Tiến trình này cần phải được bắt đầu càng sớm càng tốt, nhất là ở những
quốc gia vẫn còn đang ở giai đoạn đầu phát triển. Xi măng sản xuất ra phải đảm bảo
được sản lượng cũng như chất lượng và giá thành sản phẩmdo đó việc sử dụng phụ
gia là quan trọng và cần thiết.
1.2.1.3. Phân loại phụ gia
a. Phụ gia khoáng hóa
 Phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT)
− Là những phụ gia khi sử dụng với xi măng portland làm tăng một số tính
chất của quá trình đóng rắn xi măng hoặc có hoạt tính puzolan, hoặc có
cả hai tính chất trên.
− Phân loại:

+ PGKHT Puzolan: Là những vật liệu chứa SiO
2
vô định hình (VĐH)
hoặc Al
2
O
3
hoạt tính (HT) khi có mặt ẩm. Bản thân phụ gia puzolan không có khả
năng rắn chắc trong nước nhưng trong môi trường có nồng độ vôi nhất định thì nó
sẽ tương tác với vôi tạo thành hợp chất mới có khả năng rắn chắc được trong nước.
Ca(OH)
2
+ SiO
2
(VĐH) (0,8 ÷ 1,5) CaO.SiO
2
.nH
2
O
Ca(OH)
2
+ Al
2
O
3
(HT) CaO.Al
2
O
3
.nH

2
O