Tính chất và các dạng thù hình của Silica (SiO2 and silica amorphous, silica crystalline, silica fumed, silica aerogel)

1
SILICA
N I DUNGỘ
Gi i thi u ớ ệ
1.Silica Amorphous
3.Silica Fumed
2.Silica Crystalline
4.Silic Aerogel
2
3
Giới thiệu
•
Silica là tên gọi của chất hóa
học silic dioxide SiO2
•
Silica tồn tại trong nhiều khoáng
chất và cũng được tổng hợp
•
Sila có nhiều ứng dụng quen
thuộc trong cuộc sống và ở một
số dạng silica kích thước nano
có những tính chất ưu việt đáng
quan tâm, nghiên cứu
4
1.Silica Amorphous
1.1 Tính chất

Silica amorphous là dạng vô định hình

Có trong đất đá , trầm tích, và cả trong các cơ thể


Silica amorphous cũng được tổng hợp ở hai dạng:
- CAS#112926-008 :
- CAS# 112945-52-5 : quá trình nhiệt
5
1.Silica Amorphous
M t s tính ch t v t lý c a SASộ ố ấ ậ ủ
6
1.Silica Amorphous
1.2 Tổng hợp
Acid hóa kết tụ lọc  rửa  sấy khô nghiềnsản phẩm
Acid hóa các sodium silicate
Na2Si3O7 + H2SO4 → 3 SiO2 + Na2SO4 +
H2O
7
1.3 Ứng dụng

Có nhiều ứng dụng trong đời sống : chất
phụ kem đánh răng, độn trong cao su, keo
dán….
1.Silica Amorphous
8
2.Silica Crystalline
1.1 Tính chất
Crystalline silica có nhiều hình thái (polymorph), mỗi hình
tahí bền trong một khoảng nhiệt độ nhất định
-quartα
T0 th ngườ
-quarztβ
573oC-867oC
Tridymite

867-1470oC
Cristobalite
1713oC
9
2.2 Tổng hợp
2.Silica Crystalline
Amorphous silica
H2O
NH4+
pH> 10
Silicate alkonium
Tinh th hóa ể
(t0)
Crystalline silica
Hỗn hợp gồm amorphous silica, nước và muối amoni và điều
chỉnh pH ít nhất là 10
10
2.Silica Crystalline
2.3 Ứng dụng
11
3.Silica Fumed
3.1 Tổng hợp
12
3.2 Tính chất
3.Silica Fumed

Khối lượng riêng rất thấp chỉ 20g-50g/l << dSiO2 =2200g/l

Diện tích bề mặt riêng lớn và tùy thuộc vào kích thước hạt
thường lớn hơn 100m2.g-1, bề mặt rất mịn

13
3.Silica Fumed
3.2 Tính chất

Cấu trúc là các “ agglomerate “ phân nhánh có kích thước
khoảng 100nm-500nm, còn các hạt cơ bản có kích thước
khoảng 10nm
14
3.Silica Fumed
3.2 Tính chất

Do có mật độ các nhóm silianol Si(OH) cao trên bề mặt
2SiOH/nm2 nên fumed silica có tính thấm nước cao.
Fumed
15
3.Silica Fumed
3.3 Ứng dụng

Chất đàn hồi

Bao phủ, mực in

Chất kết dính, keo dán

Nhựa polyester

Vật liệu cách nhiệt

Bảo quản thực phẩm
16

3.Silica Fumed
3.3 Ứng dụng
Mực in : Silica fumed bao phủ các hạt mực và thút nước nên
luôn đảm bảo chất lượng dòng mực in
17
4.Silic Aerogel
4.1 Tính chất

Bán kính lỗ xốp trung bình khoảng 5-70nm

Tính xốp rất cao nên khối lượng riêng rất nhỏ 3kg/m3 có thể
so sánh với không khí 1,2kg/m3. Vật liệu nhẹ nhất

Diện tích bề mặt riêng rất lớn 200-1000m2.g-1(BET)
18
4.Silic Aerogel
4.1 Tính chất

Khả năng cách nhiệt cao:
+ Cấu trúc rất xốp, phần SiO2 thực nhỏ
+ Mạch phân nhánh và có các “deaden”
19
4.Silic Aerogel
Ứng dụng cho vật liệu cách nhiệt
Aerogel cách nhiệt gấp 39 lần thủy tinh cách nhiệt
20
4.Silic Aerogel
4.1 Tính chất

Ngoài khả năng cách nhiệt rất tốt, aerogel được xem như

hàng rào cản âm thanh
21
4.Silic Aerogel
4.1 Tính chất
Kích thước lỗ xốp ảnh hưởng đến hệ số dẫn nhiệt và khối lượng
riêng của aerogel
22
4.Silic Aerogel
4.1 Tính chất
Tính chất quang học :

Silica earogel thì gần trong suốt trong phổ hồng ngoại.

Trong vùng khả kiến cho hệ số truyền ánh sáng tốt: khối
dày 1cm có hệ số truyền T=0,88
23
4.Silic Aerogel
4.2 Tổng hợp
•
Thủy phân và ngưng tụ
Chất đầu + H2O+dung
môi
Silica va chạm nhau

Silica gel
Aerogel
•
Già hóa
•
Làm khô

Quá trình tổng hợp gồm ba
giai đoạn:
I. Chuẩn bị gel
II. Già hóa
III. Làm khô
24
4.Silic Aerogel
4.2 Tổng hợp
4.2.1. Chuẩn bị gel
Các alkoxide silic như Si(OCH3)4 [ TMSO] , Si(OC2H5)4
[TEOS] hoặc SiOn(OC2H5)4-2n [PEDS-Px ] thủy phân
trong dung dịch rượu nước nhờ một xúc tác acid hoặc bazo
25
4.Silic Aerogel
4.2 Tổng hợp
4.2.2. Biến tính

Điều chỉnh lượng dung môi, pH sol để đạt được điểm gel
( dung dịch cô đặc lại)
+ Các hạt di chuyển đến những chỗ trống
+ Các hạt “tan” dính vào nhau tạo thành hạt lớn hơn
4.2.3. Làm khô

Là giai đoạn cuối cùng và quan trọng nhất trong quá trình
sản xuất aerogel

Hai quá trình làm khô khác nhau thường được sử
dụng nhiều nhất:
+Làm khô ở áp suất thường (ADP)
+Làm khô siêu tới hạn (SCD)