đề tài sáng tạo khoa học kỹ thuật toàn quốc

PHÒNG GD&ĐT LONG KHÁNH
TRƯỜNG THCS BẢO QUANG

BÁO CÁO ĐỀ TÀI DỰ THI
Khoa học Kỹ thuật dành cho học sinh trung học
Năm học 2015 - 2016
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU LÀM THUỶ TINH LỎNG TỪ
TRO TRẤU

TÁC GIẢ (hoặc NHÓM TÁC GIẢ)
1. Nguyễn Thị Minh Anh
2. Võ Thị Như Ý

- Lớp 9/2
- Lớp 9/1

Tháng … /2015

1

Trường THCS Bảo Quang
Trường THCS Bảo Quang


MỤC LỤC
TÊN ĐỀ TÀI................................................................................................................trang 3
TÓM TẮT ĐỀ TÀI.....................................................................................................trang 4
LỜI CÁM ƠN..............................................................................................................trang 5
I. MỞ ĐẦU...................................................................................................................trang 6
1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................trang 6
...........................................................................................................................................

2. Mục tiêu nghiên cứu..........................................................................................trang 6
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .........................................................trang 6
4. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu ......................................................................trang 6
II. CƠ SỞ LÝ LUẬN ...............................................................................................trang 7-8
III. DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP CỨU ...............................................................trang 9
1. Dụng cụ thí nghiệm ..........................................................................................trang 9
2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................trang 9
3. Ứng dụng của thuỷ tinh lỏng ......................................................................trang 9-10
IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................................trang 11-16
1.Xử lý trấu...........................................................................................................trang11
2.Nghiên cứu điều kiện tổng hợp thuỷ tinh lỏng............................................trang12-13
3. Nghiên cứu điều kiện tổng hợp thuỷ tinh lỏng..........................................trang 13-14
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
4.Thu mẫu thuỷ tinh tổng hợp........................................................................trang 14-15
5.Đánh giá so sánh mẫu tổng hợp..................................................................trang 15-16
VI. KẾT LUẬN ..........................................................................................................trang 17

VII. KIẾN NGHỊ.......................................................................................................trang 17
VIII. TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................trang 17

2


NGHIÊN CỨU LÀM THUỶ TINH LỎNG TỪ TRO TRẤU



Giáo viên hướng dẫn:







Đoàn Văn Dũng
Nhóm trưởng: Nguyễn Thị Minh Anh
Thành viên: Võ Thị Như Ý
Học sinh trường: THCS Bảo Quang
Thời gian thực hiện: từ 25 tháng 6/2015 – 30 tháng 7/2015

LỜI CÁM ƠN
3


Chúng em xin chân thành cám ơn:
- Ban tổ chức đã tạo cho chúng em một môi trường sáng tạo học tập bổ ích.
- Ban giám hiệu trường THCS Bảo Quang đã tạo điều kiện cho chúng em dự thi,
đặc biệt đã hỗ trợ kinh phí cho chúng em trong suốt quá trình hoàn thành sản phẩm.
- Thầy Đoàn Văn Dũng hướng dẫn và giải đáp tận tình cho chúng em trong suốt
thời gian thực hành thực nghiệm.
- Các thầy cô của trường THCS Bảo Quang đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng
em về thời gian để chúng em nghiên cứu và hoàn thành sản phẩm.
Học sinh
1) Võ Thị Như Ý
2) Nguyễn Thị Minh Anh

MỞ ĐẦU
4

1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển cơ sở hạ tầng, công
trình xây dựng việc tìm ra chất phụ gia cho xây dựng
với giá thành rẻ là một vấn đề cấp thiết ở nước ta,
một trong những chất phụ gia quan trọng là thủy tinh
lỏng được sản xuất ở một số nhà máy chế biến ở
miền Trung, tại Thừa Thiên Huế, Công ty TNHH
Nanosili triển khai dự án nhà máy sản xuất thủy tinh
lỏng công suất 20.000 tấn/năm tại cụm công nghiệp chế biến cát Phong Điền. Bên
cạnh đó thủy tinh lỏng là một hóa chất được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp, đặc
biệt là trong ngành bột giấy, công nghiệp chất tẩy rửa, công nghiệp gốm sứ… nhưng
một nguyên nhân làm hạn chế của thủy tinh lỏng là do chúng được tổng hợp từ các
nguồn cát ( thạch anh) với nhiệt độ khoảng 1300 oC – 1400oC thực hiện cần máy móc
hiện đại, từ đó sản phẩm có giá thành cao . Trong các giờ học Hoá trên lớp chúng em
được giáo viên đề cấp tới một vấn đề đó là thuỷ tinh lỏng có thể được tổng hợp từ trấu
với những điều kiện đơn giản, chỉ cần ở nhiệt độ phòng cùng nguồn tro, trấu gần như
có rất nhiều trong tự nhiên ở nước ta là một nhiệm vụ thiết thực và có thể điều chế
theo một hướng mới mang lại hiệu quả không kém. Xuất phát từ thực tế đó, chúng
em chọn đề tài: “ Nghiên cứu làm thủy tinh lỏng từ tro trấu” với mong muốn tìm
được điều kiện để tổng hợp thủy tinh lỏng từ tro - trấu, một phế phẩm nông nghiệp rẻ
tiền, luôn có sẵn.

2. Mục tiêu nghiên cứu
5


- Nghiên cứu điều kiện tối ưu tổng hợp vật liệu thủy tinh lỏng với nguyên liệu là
tro, trấu trong điều kiện thích hợp

- Làm được vật liệu thuỷ tinh lỏng giá rẻ, phương pháp tổng hợp đơn giản có thể
thay thế được vật liệu thuỷ tinh lỏng đang sử dụng có giá thành cao.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Từ tro trấu nguyên liệu rẻ tiền luôn có sẵn trong tự nhiên có thể tổng hợp được
thuỷ tinh lỏng.
- Tạo được vật liệu có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất như: keo dán,
chất phụ gia, vật liệu chống thấm....
4. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
- Giới hạn: chỉ nghiên cứu với tro trấu thu thập tại xã Bảo Quang
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện tại phòng Hoá trường THCS Bảo
Quang

II. CƠ SỞ LÝ LUẬN
6


1. Thành phần chính của thủy tinh lỏng
Thuỷ tinh lỏng (LIQUID SODIUM SILICATE ) là muối silicat hoặc hỗn hợp muối
silicat của Na và K là chất lỏng đồng nhất, sánh, trong suốt cho phép có màu trắng
đục hoặc ngà vàng, trong đó bao gồm:
1. Hàm lượng Na2O

2. Hàm lượng SiO2 (%)

3. Module silicon

4.Cặn không tan trong nước (theo tài liệu 1)

1.3 Điều chế thủy tinh lỏng
a) phương pháp truyền thống: sơ đồ sản xuất

Soda
Na2CO3

Cát trắng
SiO2

Lò nung
12001400oC

Thủy tinh vụn

Hòa tan

Lắng cặn

Thủy tinh lỏng
module thấp

Thủy tinh lỏng

Quy trình sản xuất thủy tinh lỏng (theo tài liệu 3)
b) phương pháp nghiên cứu trong đề tài:
7


Trấu đốt
thành tro

Tro, trấu
(xử lý nghiền

nhỏ, rây)

Hòa tan xút
NaOH ở
nhiệt độ sôi

Thủy tinh lỏng
Na2SiO3

Quy trình làm thuỷ tinh lỏng trong đề tài
Cơ chế phản ứng:

NaOH  thủy tinh lỏng ( sản phẩm thu

SiO2 ( tro, trấu) +

được ngay tại nhiệt độ sôi )

III. DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
8


1. Dụng cụ và hoá chất
- Bình thuỷ giữ nhiệt độ sôi, đũa thuỷ tinh
Dụng cụ

khuấy, cốc đong 500mL, bình cầu 250mL,

Hoá chất

cân điện tử 250g, cối sứ.
- dd NaOH; giấy lọc khổ lớn, trấu...
Bảng1. Bảng dụng cụ và hoá chất

Hình 1. Dụng cụ thí nghiệm
2. Phương pháp nghiên cứu
- Các phương pháp nghiên cứu trong đề tài: đốt, nghiền rây nhỏ, khuấy, lọc và tách
chất.
3. Ứng dụng của thủy tinh lỏng.
a) Dính
Một ví dụ phổ biến của việc sử dụng nó như
một

giấy xi măng đã sản xuất hộp giấy cho súng lục

ổ

quay bột đen được sản xuất bởi Công ty Sản

xuất

Colt trong khoảng thời gian từ năm 1851 cho

đến

năm 1873, đặc biệt là trong cuộc nội chiến

Mỹ.

Silicat natri được sử dụng để đóng dấu giấy

nitro hóa dễ cháy với nhau để tạo thành một hình nón giấy mực để giữ bột màu đen,
cũng như để củng cố bóng chì hoặc đạn hình nón vào kết thúc mở của hộp giấy. Natri
hộp giấy xi măng silicat như vậy được đưa vào các xi lanh của súng lục ổ quay, do đó
tăng tốc tải lại của nắp và bóng đen súng lục ổ quay bột. Sử dụng này phần lớn đã kết
9


thúc với sự ra đời của súng lục ổ quay Colt sử dụng đồng - hoa chữ cái đầu hộp mực bắt
đầu vào năm 1873. (theo tài liệu 2)
b) Nuôi trồng thủy sản
Natrisilicat gel cũng được sử dụng như một
chất nền cho sự phát triển của tảo trong nuôi
trồng thuỷ sản các trại giống. (theo tài liệu 2)
c) Thực phẩm bảo quản
Silicat natri cũng được sử dụng như một chất
bảo quản trứng thông qua đầu thế kỷ 20 với
thành công lớn. Khi trứng tươi được đắm
mình trong đó, vi khuẩn gây ra những quả trứng để làm hỏng được lưu giữ ra và nước
được giữ in trứng có thể được giữ tươi khi sử dụng phương pháp này. (theo tài liệu 2)
d) Khoan nước
Silicat natri thường được sử dụng trong dung dịch khoan để ổn định giếng khoan và
để tránh sự sụp đổ của bức tường khoan. (theo tài liệu 2)
e) Sử dụng vật liệu chịu lửa
Ly nước là một chất kết dính hữu ích của các chất rắn, chẳng hạn như cát và đá trân
châu . Khi pha trộn với các cốt liệu nhẹ đã nói ở trên, nước thủy tinh có thể được sử
dụng để thực hiện, tấm cách nhiệt ở nhiệt độ cao khó sử dụng cho các vật liệu chịu
lửa, chống cháy thụ động và cách nhiệt nhiệt độ cao. (theo tài liệu 2)
f) Thuốc phẩm nhuộm
Natri silicat được sử dụng như một định hình cho nhuộm tay với thuốc nhuộm

hoạt đòi hỏi phải có độ pH cao để phản ứng với các sợi dệt. Sau khi thuốc nhuộm
được áp dụng cho một loại vải dựa trên cellulose, chẳng hạn như bông hoặc tơ nhân
tạo, hoặc trên lụa, nó được để khô, sau đó natri silicat được sơn trên để nhuộm vải,
phủ bằng nhựa để giữ độ ẩm, và để lại phản ứng trong một giờ ở nhiệt độ phòng. (theo
tài liệu 2

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1. Xử lý trấu

10


Trấu sau khi thu hồi (hình 2) được loại bỏ tạp chất, rửa sạch, đốt (hình 3) rồi
sau đó mang đi nghiền nhỏ bằng cối giả mục đích tăng diện tích phản ứng giúp cho
sản phẩm thu được chất lượng tốt nhất

Hình 2. Trấu thu hồi

Hình 3. Đốt trấu thành tro

Để nghiên cứu làm thuỷ tinh lỏng được thành công, chúng em đã tìm hiểu theo
tài liệu (4) khi tổng hợp thuy tinh lỏng bằng cát với sô đa thành công, thì tỉ lệ mol
NaOH
phải trong khoảng 0,6-1,2. Bên cạnh đó theo tài liệu (3) hiệu suất tách SiO 2
SiO2

trong vỏ trấu khoảng 90%. Do đó một lần làm thí nghiệm chúng em cân 50 gam tro
trấu đã nghiền nhỏ hoà khuấy trong 500mL dung dịch NaOH 1M

Hình 4. Cân tro trấu

Hình 5. Nghiền nhỏ tro

Qua tham khảo các tài liệu liên quan (3), chúng em nhận thấy hai yếu tố ảnh
hưởng nhiều đến quá trình tách tổng hợp thủy tinh lỏng (cụ thể từ cát và sođa) là: thời
gian phản ứng giữa tro trấu với dung dịch NaOH và nồng độ dung dịch NaOH. Vì thế
ở đây, chúng em đã khảo sát ảnh hưởng của hai yếu tố này.

11


Hình 6. Khuấy tro trấu với dung dịch NaOH

Hình 7. Khuấy dung dịch ở nhiệt độ sôi
2. Nghiên cứu điều kiện tổng hợp thủy tinh lỏng tro trấu theo nồng độ NaOH
khác nhau
Chúng em khuấy cố định trong 1h với các nồng độ NaOH: 0,5M, 0,75M và 1M với
thể tích 500mL thì kết quả thu được như hình 6

12


Hình 8. Mẫu tổng hợp với nồng độ 0,5M, 0,75M, 1M
Theo hình 8, chúng em nhận thấy với cùng thời gian 1h, với các nồng độ NaOH
khác nhau, kết quả ở nồng độ NaOH 1M là tốt hơn màu sắc thu được trong hơn, từ đó
chúng em nhận thấy hiệu suất phản ứng tổng hợp vật liệu thuỷ tinh lỏng tăng lên.
Do đó chúng em chọn nồng độ NaOH 1M là điều kiện tốt nhất, sau đó chúng em đi
nghiên cứu khảo sát tổng hợp vật liệu với các thời gian khác nhau để được mẫu cho
kết quả tốt ở thời gian khảo sát.
3. Nghiên cứu điều kiện tổng hợp thủy tinh lỏng tro trấu theo thời gian khác

nhau
Chúng em tiếp tục nghiên cứu mẫu với các thời gian khác nhau là: 60 phút, 90
phút và 120 phút. Sau khi khuấy đều liên tục đúng thời gian khảo sát thì kết quả
chúng em thu được trình bày ở hình 9

a)

b)

c)

Hình 9. Dung dịch Na2SiO3 (thủy tinh lỏng) được tổng hợp ở

13


60 phút a), 90 phút b); 120 phút c)
Theo kết quả thu được ở hình 9, chúng em nhận thấy rằng kết quả thu được ở thời
gian khuấy liên tục 120 phút cho được màu sắc đục, ngà vàng phù hợp với các tài liệu
trước đó(4) từ đó chúng em nhận thấy rằng ở điều kiện thời gian 120 phút là điều kiện
tốt nhất.
4. Thu mẫu thuỷ tinh lỏng sau khi đã nghiên cứu điều kiện tốt nhất
Mẫu thuỷ tinh lỏng của chúng em sau khi tổng hợp ở điều kiện: 50 gam tro trấu
khuấy đều trong 2h ở nhiệt độ sôi của nước với 500mL NaOH 1M, tiếp tục để nguội
sau đó lọc nhiều lần bằng giấy lọc cho tạp chất, các hạt không tan trong tro trấu được
giữ lại trên giấy lọc. Cuối cùng để lắng đọng dung dịch trong 5 ngày, gạn phần ở trên
thu được dung dịch đồng nhất cho kết quả tốt nhất đó chính là thuỷ tinh lỏng.

Hình 10. Lọc nhiều lần mẫu thuỷ tinh bằng giấy lọc

14


Hình 11. Mẫu thuỷ tinh lỏng tổng hợp
5. Đánh gia mẫu tổng hợp thủy tinh lỏng từ tro trấu sau nghiên cứu
a) Mẫu thủy tinh lỏng của chúng em sau khi tổng hợp, tính toán với các điều kiện
trên được chúng em so sánh với mẫu thuỷ tinh lỏng được trình bày bằng cát trắng
với sô đa ở bảng 2
Bảng 2. Bảng chỉ tiêu đánh giá chất lượng mẫu thuỷ tinh lỏng trong đề tài

Tên chỉ tiêu

Mức và yêu cầu
Chất lỏng đồng nhất, sánh, trong suốt cho

1.Trạng thái bên ngoài

phép có màu trắng ngà hơi đục

o

2. Tỷ trọng ở 20 C
3. Hàm lượng Na2O (%)
4. Hàm lượng SiO2 (%)
5. Module silicon
6. Cặn không tan trong nước

10,5
28
0,2

b) Mẫu thủy tinh lỏng chuẩn khi được tổng hợp bằng cát thạch anh và sôđa được trình
bày ở bảng 3 ( theo tài liệu 4)
15


Tên chỉ tiêu

Mức và yêu cầu
Chất lỏng đồng nhất, sánh, trong suốt cho

1.Trạng thái bên ngoài

phép có màu trắng đục hoặc ngà vàng
1,4 – 1,5
10 – 12
26-30
1,6 – 2,5
< 0,5

o

2. Tỷ trọng ở 20 C
3. Hàm lượng Na2O (%)
4. Hàm lượng SiO2 (%)
5. Module silicon
6. Cặn không tan trong nước

Bảng 3. Bảng chỉ tiêu đánh giá chất lượng mẫu thuỷ tinh lỏng tổng hợp
cát trắng và sôđa

Từ mẫu kết quả thủy tinh lỏng mà chúng em tổng hợp từ nguồn tro, trấu thu được
kết quả rất đáng khả quan, các chỉ tiêu chất lượng của thủy tinh lỏng của chúng em
thu được đều cho kết quả phù hợp (1,3,4,6), do thời gian nghiên nghiên cứu hạn hẹp
và không có máy móc hiện đại chỉ tiêu (2,5) của chúng em chưa đo được, từ những
chỉ tiêu phù hợp trên chúng em có thể khẳng định, sản phẩm thủy tinh lỏng được tổng
hợp từ 50 gam tro nghiền nhỏ ở nhiệt độ phòng khuấy đều ở nhiệt độ 100 0C với
500mL dung dịch NaOH 1M trong khoảng thời gian 120 phút.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu của đề tài, chúng em có thể rút ra một số kết luận như sau:
16


Đã nghiên cứu tìm điều kiện làm thủy tinh lỏng với điều kiện: 50 gam tro trấu đã
nghiền nhỏ với 500 mL dd NaOH 1 M trong 2h khuấy liên tục tại nhiệt độ sôi, để lắng
đọng dung dịch thu được trong 5 ngày.
B. KIẾN NGHỊ
• Nếu có thời gian chúng em sẽ tiếp tục đo mẫu thuỷ tinh lỏng trên bằng các máy
móc hiện đại từ đó so sánh với mẫu thuỷ tinh lỏng tổng hợp từ cát và sôđa đang được sử
dụng hiện nay.

VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. (2014)“Thành phần thuỷ tinh
lỏng”
2. (2015)
“ứng dụng của thuỷ tinh lỏng”
3. Hồ Phước Điệp, Nguyễn Thị Lệ Giang và Trần Thị Liên đã đạt giải nhất Giải
thưởng (năm 2014) “Nghiên cứu điều chế thuỷ tinh lỏng từ tro trấu”
4. Đoàn Văn Dũng (2014) Giải 3 Sáng tạo kỹ thuật tỉnh Đồng Nai“Nghiên cứu sản

xuất thuỷ tinh lỏng từ tro trấu bằng phương pháp đơn giản”
5. Lê Tuấn Em (2012) Đại Học Cần Thơ“Nghiên cứu điều chế thuỷ tinh lỏng từ cát
với sôđa”

17