Báo cáo đồ án Silica Silic dioxit

Chủ yếu nguồn nano
silica được nhập từ
Ấn Độ khoảng 7
nghìn tấn/năm

Nano silica về sử dụng
khoảng hơn 7 triệu
tấn/năm

Hình. Tỉ lệ tăng trường theo vùng của thị trường nano silica vào năm 2020 – 2025
1


2010

7,49

39,99

7,99

2011

7,65

42,31

8,46

2012

7,75

43,40

8,68

2013

7,90

44,10

8,82

2014

7,81

45,22

9,04

2015

8,24

50,00

10

2016

7,81

43,61

8,72

2017

7,72

42,84

8,57

2018

7,57

43,98

8,79

2019

7,47

43,45

8,69

Diện tích, sản lương lúa và trấu của ở Việt Nam từ năm 2010 – 2019

2


Thành phần oxit

Tỷ lệ theo khối lượng (%)

SiO2

86,9 – 97,3

MgO

0,1 – 2,0

K2 O

0,6 – 2,5

CaO

0,2 – 1,5

Na2O

0,3 – 1,8

Fe2O3

0,2 – 0,9

Bảng Các thành phần oxit có trong tro trấu

3


1. Thị trường
Thị trường thế giới hiện nay cũng đang rất sơi động với nhu cầu sử dụng
nano silica tồn cầu ước tính đạt 3.3 nghìn kg vào năm 2015.

Biểu đồ. Dự kiến thị trường nano silica toàn cầu theo từng vùng từ năm 2019 – 2027.
4


Cao su
Y tế
Sơn
Bê tông
Polyme
Thiết bị điện tử
Nông nghiệp
Khác

Biểu đồ. Khối lượng thị trường nano silica toàn cầu theo ứng dụng vào năm 2019
5

2. Phương pháp tổng hợp
2.1. Phương pháp sol – gel
Phương pháp này bao gồm thủy phân và phản ứng ngưng tụ kết tủa
alkoxides kim loại như là tetraethylorthosilicate (TEOS) hoặc các muối vô cơ
như natri silicate trong sự hiện diện của axit HCl hoặc bazơ NH 3 đóng vai trị
là xúc tác.
Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình tổng hợp hạt nano silica bằng
phương pháp sol –gel từ TOES được viết như sau:

6


Sơ đồ tổng hợp nano silica
bằng phương pháp sol - gel

7


Mẫu nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu bằng phương pháp
sol - gel được chụp bằng TEM và SEM

Hình. Ảnh chụp TEM và SEM của nanosilica
8


2. Phương pháp tổng hợp
2.2. Phương pháp kết tủa
Phương pháp kết tủa sử dụng nhiệt để phân hủy vỏ trấu, sau đó cho NaOH
để tạo dung dịch

+ NaOH → +
Phản ứng giữa và HCl để tạo nên các tinh thể
+ HCl → + NaCl +
Cuối cùng tạo thành có dạng vơ định hình và ở kích thước nanomét.

9


Sơ đồ tổng hợp nano silica bằng phương pháp kết tủa

10


Mẫu nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu bằng phương pháp
kết tủa được chụp bằng TEM ở nhiệt độ nung khác nhau

Hình. Ảnh chụp TEM của nanosilica ở
11


12


3. Ứng dụng

Ứng dụng trong chất độn trong cao su

Vật liệu lưỡng pha Cacbon – Silica
(LPCS) được tạo thành bằng cách kết tụ
các tập hợp Silica trên các phần tử

Cacbon.
Khả năng liên kết với cao su nền tốt hơn.
Tương tác giữa các hạt độn cũng nhỏ
hơn
Có độ chịu mài mịn (ưu điểm của
cacbon)
Có độ tỏa nhiệt khi biến dạng nhỏ (ưu
điểm của silica)
Cao su biến tính bằng silica - cabon
13


3. Ứng dụng

Ứng dụng trong ngành xây dựng

Bê tông Silicat
Tỷ lệ phần trăm vôi và cấu tử silica
khoảng từ 30 : 70 đến 50 : 50.
Ưu điểm
Tiết kiệm thời gian thi công
Độ bền và tuổi thọ cao
Tăng khả năng chống thấm
Nhẹ hơn so với bê tông truyền thống
Bê tông Silicat
14


3. Ứng dụng

Ứng dụng trong làm chất xúc tác
Me2/xO.Al2O3.nSiO2.mH2O

Zeolit được ứng dụng nhiều trong ngành
lọc hóa dầu chiếm khoảng 95% tổng lượng
xúc tác. Sự ứng dụng Zeolite làm tăng cả
về số lượng và chất lượng của sản phẩm
dầu khí.
Nó được sử dụng trong hầu hết các công
đoạn quan trọng như: Cracking, Oligome
hố, Alkyl hố, thơm hố các alkan, alken,
Izome hóa.

Cấu trúc của ZSM-5 thường được sử
dụng trọng lọc hóa dầu
15


3. Ứng dụng

Ứng dụng trong xử lý môi trường nước

Năm 2017, Đặng Thị Mỹ Hạnh, trường
Đại học Cần Thơ đã tổng hợp được chất
hấp phụ từ RSH được biến bằng Fe (III)
để xử lý Asen (III) trong môi trường
nước.
Thu được kết quả khá tốt là 0,2 g nano
silica biến tính bằng Fe hấp phụ hơn 91
% Asen có nồng độ 100 mg/L trong thời

gian 30 phút ở pH = 8,7
Dựa vào nguyên tắc:
Fe có ái lực hấp phụ đặc biệt với Asen
Quá trình tổng hợp Fe (III)/ ứng dụng
Tương tác tĩnh điện giữa Fe/với các làm chất hấp cho quá trình xử lý Asen
dạng tồn tại của Asen trong nước
trong môi trường nước
16


3. Ứng dụng

Ứng dụng trong y học

Các phân tử thuốc nằm trong ma trận
silica xung quanh nano vàng để điều trị
các bệnh ung thư.
Điều trị đúng mục đích do có kích
thước nhỏ, năng lượng tự do bề mặt
lớn và diện tích tiếp xúc lớn nên khả
năng và tốc độ hịa tan tăng, nhờ đó
làm tăng sinh khả dụng (tốc độ và mức
độ hấp thu của dược chất tới đích tác
dụng) của thuốc.
Giúp làm giảm liều điều trị của nhiều
thuốc như thuốc chống ung thư, chống
nấm, thuốc kháng viêm không streroid
(NSAIDs)…

Các robotnano tiếp cận tới tận các tế bào

trong cơ thể
17


3. Ứng dụng
Ứng dụng trong năng lượng (pin mặt trời)

Phối hợp các loại polyme với các dây nano
silic là hoàn toàn mới.
Việc sử dụng các dây nano silica cho phép
tăng 100 lần bề mặt pin mặt trời.
Những “tấm thảm” bằng dây nano silica hấp
thu ánh sáng tuyệt vời.

Tấm thảm có bề dày 3mm có thể hấp thu
lượng ánh sáng rất lớn so với các chất liệu và
bề mặt pin mặt trời khác với hiệu suất được
tăng lên 8%.

Pin năng lượng mặt trời từ silica
18
“hyposolar”


3. Ứng dụng
Ứng dụng trong công nghệ ô tô (sản xuất lốp xe ơ tơ)
Có độ mài mịn thấp (giảm 50%) và sức
bền lớn, cách nhiệt, tuổi thọ của lốp sẽ tăng
lên gấp đôi.
Thay thế cao su truyền thống và làm lốp

nhẹ hơn 1.000 lần, khả năng làm kín khít gấp
40 lần giúp hơi khơng bị xì và giảm hư hại.
Có khả năng khơng thấm nước trên bề mặt
lốp giúp xe có độ ma sát cao trên bề mặt ướt
Tiết kiệm chi phí sản xuất và bảo vệ mơi
trường.

Lốp xe làm từ silic aerogel và silic từ
19
tro trấu của thương hiệu “Good year”


3. Ứng dụng
Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Tăng cường khả năng kháng vi sinh vật
của lớp màng bao.
Hạn chế hoạt động của các enzyme
Ức chế sâu bệnh trên nông sản
Tăng tuổi thọ, giảm sự mất nước, giảm
hao hụt khối lượng, ngăn ngừa sự hư hỏng,
giảm sự chuyển màu của vỏ quả trong quá
trình bảo quản

Hỗn hợp màng bao chitosan + nano SiO2

20


Giống ổi Đài Loan thu hoạch sau 75 ± 2 ngày tính từ lúc nở hoa, được xử lý sơ bộ
và bao màng bằng hỗn hợp chứa 2% Chitosan và 0,02% nano SiO 2 có tốc độ biến đổi

màu sắc vỏ quả, độ cứng, hàm lượng Vitamin C, tỷ lệ hư hỏng, tổng chất rắn hòa tan,
tỷ lệ hao hụt khối lượng giảm chậm nhất, chất lượng cảm quan tốt, thời gian bảo quản
lâu, khoảng 8 ngày khi bảo quản ở 30 ± 2oC, 80 ± 5% RH và khoảng 12 ngày khi bảo
quản ở 15 ± 1oC, 80 ± 5% RH gần gấp đôi so với mẫu ổi không xử lý bao màng.

 Mẫu

ổi ĐC sau 6 ngày ở
15 ± 1oC, 80 ± 5% RH

Mẫu ổi xử lý bao màng chitosan + nano SiO2
21
sau 6 ngày bảo quản ở 15 ± 1oC, 80 ± 5%
RH


3. Ứng dụng

Ứng dụng trong nuôi thủy sản

Chế phẩm nano silica

Phân hủy chất hữu cơ, thức ăn dư thừa,
chống thối nước, hạn chế tảo phát triển, giảm
hiện tượng đóng rong, nhớt trên bạt và đáy ao,
đầm. Ngăn ngừa hiện tượng đen mang, đóng
rong trên tơm.
Làm tăng hàm lượng oxy hịa tan trong nước,
nâng cao hoạt tính sinh học của nước.
Giảm khí độc trong ao, đầm như , , , , Cl,

ngăn ngừa hiện tượng nổi đầu của tôm, cá khi
thay đổi thời tiết.
Kích hoạt các vi sinh vật có lợi tăng mật độ
lấn át các mầm bệnh gây hại.
Giảm độc nguồn nước khi nhiễm độc nhiều
hữu cơ do dư thừa thức ăn, tảo phát triển quá
mức. Diệt tảo, cắt tảo trong ao, đầm.
22


3. Ứng dụng

Ứng dụng trong nơng nghiệp

Silica được chức hóa bằng nano bạc để
phịng trị bệnh có trên các loại cây trồng
như sầu riêng, cây tiêu,…
Nanocompozit Ag/SiO2 có khả năng
phịng trừ các bệnh vàng lá, tháo đốt trên
cây tiêu, bệnh nứt thân xì mủ cây sầu
riêng, tăng năng suất cây trồng.
Nanocompozit Ag/SiO2 sẽ được dung
cho cây ở dạng keo nước.
Nanocompozit Ag/SiO2 có được sự ổn
định khi pha trong nước phèn, nước cứng
và các mức pH khác nhau.

Quy trình tổng hợp
nano silica biến tính bằng bạc
23

3. Ứng dụng

Ứng dụng trong nơng nghiệp

Chế tạo phân bón hữu cơ silic giúp tăng năng
suất lúa và các cây trồng khác lên từ 15 - 30%
Làm phân bón: nano silic được sản xuất làm
phân bón gốc và lá cho cây
Hạn chế tác hại của kim loại nặng đối với cây
trồng, tăng cường sức đề kháng cho cây.
Nano silic làm giảm bức xạ nhiệt của ánh sáng
mặt trởi khi tiếp xúc lên cây trồng.
Ứng dụng của nano silic và một số phân bón
nano vi lượng trong việc chăm sóc cây có múi:
Chống rụng quả, hạn chế nứt quả trên cam canh
và bưởi hoàng.
Sử dụng chế phẩm nano silic trên cây họ bầu bí
(dưa leo, dưa lưới, dưa hấu): hạn chế hiện tượng
nứt thân chảy nhựa, giảm tỷ lệ bệnh héo xanh vi
khuẩn, chống nứt quả.

Dạng gel nước của nano silica
để cho cây trong dễ hấp thụ
24


3. Thông số kỹ thuật
Khi sản xuất nano silica ta cần chú ý vào các thông số kỹ thuật quan trọng

như diện tích bề mật và độ tinh khiết để đạt được một sản phẩm tốt nhất để
tăng tính năng của silica.
Ở Việt Nam, hiện nay chúng ta đang nhập khẩu nano silica chủ yếu từ Ấn
Độ để đưa vào sản xuất.
Một công ty trách nhiệm hữu hạn đầu tư và phát triển BSB thành viên của
iAN đã đưa dự án Bio Sili của họ vào hoạt động để tận dụng phế phẩm nơng
nghiệp ở nước ta đó là trấu.

25