Nghiên cứu tác dụng của sóng siêu âm chống kết tập các hạt vô cơ nhỏ trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG DẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
TÊN ĐẺ TÀI
NGHIÊN CỬU TÁC DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM CHÓNG KÉT TẬP
CÁC HẠT VÔ CO NHO TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
MÃ SỐ: Q r - 0 6 - 14
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: GVC. PHẠM QUANG NIỆM
\JU MQC QuOC G'a ~a
ỈRUNG tã*'* r^ Ớ N G Tin ĩ h u va£i\
1 Ị ) T / í ĩ 9 1
IIÀ NỘI 2007
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
TÊN ĐẺ TÀI
NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM CHÓNG KÉT TẬP
CÁC HẠT VÔ CO NHỎ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
MÃ SỐ: Q T -0 6 - 14
CHU TRÌ ĐỀ TÀI: GVC. PHẠM QUANG NIỆM
CÁC CÁN Bộ THAM GIA:
THẠC SỶ: VƯƠNG VĂN HIỆP
THẠC SỸ : HOÀNG ĐỨC ANH
HỌC VIÊN CAO HỌC: DƯƠNG THỊ HỒNG GÁM
1ỈÀ NỘI - 2007
PHẢN BẢO CẢO TÓM TẮT
np Ạ -t A , > •
a. Tcn đẽ tài
Nghiên cứu tác dụng cùa sóne, siêu âm chốna kết tập các hạt vô cơ
nhỏ trong môi trường nước
Mã số: ỌT - 06 - 14
t>. Chú trì đê tài: GVC. Phạm Quang Niệm
c. Các cán bỏ tham gia

Thạc sỹ: Vương Văn Hiộp
Thạc sỹ: Hoàng Đức Anh
Học viên cao học: Dương Thị Hồrm Gấm
Trung tâm Khoa học Vật liệu. Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
d. Mục tiêu và nội dung nghiên cửu
Muc tiêu:
Tạo ra các hạt CaC03 có kích thước nhở, lâu láng trong môi trường
H?0, dùng làm dun£ môi cho một sô loại son trong kỹ thuật xây dựng
Nôi dung nghiên cửu:
Nehiên cứu sự khác biệt về kích thước hạt CaC03. hình thành trong
quá trình phan ứne hoá học, khi có và không có tác dụne của sóne siêu âm
e. Các kết quá đat đươc
- Chế tạo một máy phát siêu âm tần số 40 kHz có công suất nguồn là 20W*2
- Nhờ tác dụng cua sóns siêu âm đã tạo ra được các hạt CaC03 có kích thước
nhò hon hàng trăm lần so với các hạt CaC03 tạo được nhờ các phan ứng hoá
học, néu không có tác dụng cua sóng siêu âm.
f. Tình hình kinh phí cua đề tài
Đề tài đã hoàn tất phàn thanh toán tài chính với phòne tài vụ cùa
TrườnR Đại học Khoa học I ự nhiên Hà nội.
Khoa Quản lý
(Khoa Vật lý)
n b t í f
PGS.TS. Nguyễn Thế Bình GVC. Phạm Quang Niệm
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
^ Hiệu TRƯỚNO
PHẦN CHÍNH BÁO CÁO
1. Lời mở đầu
a. Sư hình thành đề tài
Đê tài này được hình thành do đề nghị cùa một công tv thuộc

Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. Cụ thể công ty này đề nghị
chúng tôi chế tạo các máy phát siêu âm có tần số và công suất hợp lý,
đê tạo các hạt nho CaCƠ3 dùng cho các loại sơn sử dụng dung môi là
H2O, nhăm nâng cao chât lượng sư dụng của các loại sơn này trong
công nghiệp xây dựng.
Thông thường, họ mua vật liệu CaCƠ3 dạng cục nhò, rồi nghiền
bằng các máy nghiền bi trong nhiều giờ Nhược điểm của phương pháp
cổ điển này là:
- Tiêu tốn nhiều điện năng
- Các hạt C aC 03 có kích thước lớn (hàng trăm micromet)
Do đó, khả năng mang màu và bám dính thấp, ảnh hướng không tốt đến
chất lượng cúa sơn.
Đe tài hy vọng rằng dưới tác dụng cua sóng siêu âm có tần số và
công suất họp lý, có thể tạo ra các hạt CaCOi có kích thước nhỏ hơn,
trong thời gian ngắn hơn nhiều (từ 5 dến ] 0 phút), do đó công nghệ sơn
phủ sẽ có chất lượng cao hơn.
Một tính toán sơ bộ cho thấy, nếu dường kính của các hạt CaC03
nhỏ đi 102 lần, thì diện tích bề mặt của các hạt sẽ tăng lên 104 lần, đó
quả là một triển vọng tốt, làm cho các hạt CaCO} mang màu và bám
dính tốt hơn.
b. Cách đăt vấn đồ của đồ tài
Ban đầu, khi thuyết minh đề tài, chúng tôi cho ràng để giài quyết
môt côns nghệ có tính thực tiền này, thì cần phải nghiên cứu ảnh hường
c C/
cùa cả tần số và công suất của các sóng siêu âm trong phan ứng hoá
học, để tạo thành các hạt CaCƠỊ không kết tập. Trên cơ sờ đó có được
PHẦN CHÍNH BÁO CÁO
1. Lời mở đầu
a. Sư hình thành đề tài
Đe tài này được hình thành do đề nghị của một công ty thuộc

Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. Cụ thể công ty này đề nghị
chúng tôi chế tạo các máy phát siêu âm có tần số và công suất hợp lý,
để tạo các hạt nhò CaCƠ3 dùng cho các loại sơn sư dụng dung môi là
H2O, nhàm nâng cao chất lượng sử dụng của các loại sơn này trong
công nghiệp xây dựna.
Thông thườna, họ mua vật liệu CaCƠ3 dạng cục nhò, rồi nghiền
bàng các máy nghiền bi trong nhiều giờ Nhược điểm cùa phương pháp
cổ điển này là:
- Tiêu tốn nhiều điện năng
- Các hạt CaCƠ3 có kích thước lớn (hàng trăm micromet)
Do đó, khả năng mang màu và bám dính thấp, ảnh hướng không tốt đến
chất lượng của sơn.
Đe tài hy vọng răng dưới tác dụng cua sóng siêu âm có tân sô và
công suất họp lý, có thể tạo ra các hạt C aC03 có kích thước nhò hơn,
trong thời gian ngắn hơn nhiều (từ 5 dến 10 phút), do đó công nghệ sơn
phủ sẽ có chất lượng cao hơn.
Một tính toán sơ bộ cho thấy, nếu đường kính của các hạt CaCO:,
nhỏ đi 102 lần, thì diện tích bề mặt cùa các hạt sẽ tăng lên 104 lần, đó
quả là một triển vọng tốt, làm cho các hạt CaCƠ3 mang màu và bám
dính tốt hơn.
b. Cách đăt vấn đồ của đồ tài
Ban đầu, khi thuyết minh đề tài, chúng tôi cho ràng để giải quyết
một cône nghệ có tính thực tiền này, thì cần phải nghiên cứu ảnh hương
của cả tần số và công suất cua các sóng siêu âm trong phan ứng hoá
học, để tạo thành các hạt CaCO, không kết tập. Trên cơ sờ đó có được
lựa chọn thích hợp nhất về công suất và tần số cùa các sóng siêu âm,
tính trên đơn vị dung tích bình phản ứng, tức là một lựa chọn có tính
chất quy chuẩn công nghiệp.
Tuy nhiên, do hạn chế về kinh phí, chúng tôi chi có thề xem xét
ánh hưởng cua sóng siêu âm ờ tần số 40 kHZ và công suất danh định

của máy phát là 40W (công suất nguồn).
2. Những nôi dung chính
Đe tài đã tiến hành một số công việc chính như đã đăng ký:
a. Chế tao mỏt máy nhát siêu ầm (Hình 1)
Hình 1. Máv phát siêu âm tân sô 40 kHz, công suât 40 w
Máy phát có tần sổ 40 kHz, có công suất 20Wx2 có thể sử dụng ờ
hai chế độ công suất, hoặc 20W, hoặc 40W. Công suất của máy phát là
danh định trên công suất nguồn điện vào 220V.
Hệ số truyền K của các biến đôi điện âm là vào khoang 30%, tùy
thuộc vào các đặc trưng của vật liệu dùng làm biến tử. Ờ đây các biến
tử được dùng là các bản gốm áp điện PZT.
b. Các nghiên cừu về ảnh hưỏ'ng của sóng siêu âm
Đê tạo các hạt CaCƠ3, chúng tôi dùng phàn ứng sau:
Ca(OI-I)2 + C0 2 -> CaC03
Các phản ứng được tiến hành trong các bình có dung tích 01 lít,
hoặc có hoặc không có tác dụng của sóng siêu âm với tần sổ 40 kHz.
Kích thước các hạt CaCƠ3, dược tạo thành sau phản ứng được xác định
bằng kính hiển vi điện tứ quét SEM tại Trung tâm Khoa học vật liệu.
Khi không có tác dụng của sóng siêu âm, các hạt được tạo thành
sau phản ứng có kích thước trung bình cỡ 10 um (Hình 2). Các hạt này
sẽ lắng xuống đáy bình phán ừng chi sau khoảng 30 phút.
1 lình 2. Ảnh SEM cua các hạt CaC 03
khi không có tác dụng cua sóng siêu ảm
Dưới tác dụng cùa sóng siêu âm, các hạt C aC 03 được tạo thành
có kích thước trung bình hàng trăm lần nhò hơn so với khi phản ứng
không có tác dụng của sóng siêu âm (Hình 3), chúng chi lắng xuống
đáy bình phán ứng sau khoảng 24h.
Như vậy, sóng siêu âm có tác dụng tổt trong việc tạo thành các
hạt C aC03 có kích thước nhỏ, rơi vào vùng nanomet.
Hình 3. Ảnh SEM các hạt CaCOs

được chế tạo khi có tác dụng cua sóng siêu âm
Hy vọng rằng các nghiên cứu kỹ hơn, với các tần số và công suất
khác nhau, có thể tìm được một công nghệ có ý nghĩa ứng dụng, như
ban đầu đề tài đã đặt ra.
3. kết luân:
a Đề tài đã chế tạo được một máy phát siêu âm, bang biên tư áp điện,
tần số 40 kHz, công suất 20 Wx2 (Đăng ký là 20 W).
b. Phương pháp dùng siêu âm để tạo thành các hạt nhó CaCOj trong
phản ứng:
đã được chứng minh rõ ràng.
Có thế dùng phương pháp nàv để chế tạo nguyên liệu CaCƠ3 có
chất lượng cao dùng trong công nghệ sơn phù, vừa tiết kiệm được thời
gian vừa tiết kiệm được điện nãng.
c. Đông thời, đây cũng là một phương pháp đơn giản đê tạo các hạt
nano - Một xu hướng thời thượng hiện nay.
Ca(OH)2 + C 0 2 -> CaC03
đ a : H O C Q U Õ C S lA HÀ N Ô I
TRUNG 1 Af\/ TH Ò NG TIM THU VIÊN
PHIẾU ĐĂNG KÝ
KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u KH-CN
Tên đê tài (hoặc dự án): Nghiên cứu tác dụng của sóng siêu âm chống kết
tập các hạt vô cơ nhỏ trong môi trường nước.
Mã số: QT-06-14
Cơ quan chủ trì đề tài (hoặc dự án): Đại học Quốc gia Hà nội
Tổng kinh phí thực chi: 20 triệu đồng ( hai mươi triệu đồng chẵn)
Trong đó:
- Từ ngân sách Nhà nước: 20 triệu đồng.
- Kinh phí của trường:
- Vay tín dụng:
- Vốn tự cỏ:

Thời gian nghiên cứu: 12 tháng
Thời gian bắt đầu: 4/2006
Thời gian kết thúc: 4/2007
Tên các cán bộ phối hợp nghiên cứu:
1. Th.s. Vươns Văn Hiệp
2. Th.s. Hoàng Đức Anh
3. HVCH. Dương Thị Hồng Gấm
Thu hồi:
Số đăng ký đề tài
Ngày:
c. Bao mật:
Tóm tăt kêt quà nghiên cứu:
- Chế tạo được 0 1 máy phát siêu âm. tần số 40 kHz
- Đưa ra phương pháp công nghệ dùng sóng siêu âm để tạo các
hạt có kích thước nano mét nói chung, và các hạt CaC03 nói
riêng nhàm nâng cao chất lượng, hạ giá thành các chế phẩm sơn
dùng dung môi là H20
Kiên nghị vê quy mô và đối tựng áp dụng nghiên cứu:
Kết quả nghiên cứu cùa đề tài có thể được áp dụng ờ các công ty
sản xuất và ứng dựng các loại sơn, trước mắt là các loại sơn dùng dung
môi là H20 và chất mang mầu là CaC0
3