Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong sản xuất điện năng từ than, vấn đề tồn chứa và sử dụng phế thải
tro bay đặt ra rất bức xúc. Việc nghiên cứu, sử dụng tro bay không chỉ có ý
nghĩa về mặt kinh tế, kỹ thuật mà còn mang ý nghĩa xã hội to lớn. Chính vì
thế, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này và đã đạt
được nhiều thành tựu quan trọng.
Ở nước ta hiện nay, mỗi năm có khoảng 1,3 triệu tấn tro bay thải ra và
dự kiến vào năm 2010 là khoảng 2,3 triệu tấn. Phần lớn lượng tro bay thải ra
vẫn còn nằm ở các bãi chứa chiếm nhiều diện tích và gây ô nhiễm môi trường.
Vì vậy, việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp xử lý và sử dụng tro bay nhiệt
điện để giảm thiểu tối đa khối lượng tồn chứa và những ảnh hưởng xấu của
chúng đến môi trường đất, nước, không khí và sức khoẻ con người là rất cần
thiết.
Tro bay là sản phẩm thu hồi được từ quá trình đốt than đá, gồm các hạt
hình cầu là chủ yếu, ngoài ra còn có các hạt than đen chưa cháy. Thành phần
chính của tro bay là các oxit: oxit silic, oxit nhôm và canxi oxit. Các hạt tro
bay hình cầu có bề mặt trơn nhẵn, là tập hợp của nhiều hạt tiểu cầu bên trong.
Cấu trúc đặc biệt này của tro bay đã làm cho tro bay có nhiều đặc tính quan
trọng, có thể được sử dụng để gia cường cho các vật liệu polyme compozit.
Bề mặt trơn nhẵn như gương của các hạt cầu tro bay đã làm hạn chế tương tác
pha với các polyme cần gia cường, nên việc xử lý, biến đổi bề mặt tro bay là
hết sức cần thiết.
Với các lý do trên, việc “Nghiên cứu sự biến đổi bề mặt tro bay để
ứng dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu polyme” sẽ đưa ra một số
Khóa luận tốt nghiệp
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. KHÁI QUÁT VỀ TRO BAY
1.1.1. Lịch sử phát triển [1]
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai diễn ra vào cuối thế kỷ thứ 19
đã gia tăng quá trình sử dụng than đá làm nhiên liệu cho nhiều ngành công
nghiệp. Ban đầu, những viên than đá có kích thước từ 70 đến 100mm được
cung cấp cho các lò đốt cố định hay di động. Phế thải chủ yếu được thu gom
từ đáy lò và có chứa một lượng lớn than chưa cháy. Có khoảng 10% lượng tro
thoát ra theo các khí ở ống khói gây ra sự ô nhiễm không khí.
Đến cuối những năm 1920 đầu những năm 1930, người ta sử dụng than
đá đã nghiền mịn trong các lò đốt hình trụ thẳng đứng. Phế thải của quá trình
đốt cháy than đá từ các lò đốt trở nên mịn hơn rất nhiều. Lượng tro thu gom
từ đáy lò đã giảm đáng kể, chỉ từ 20-30% tổng lượng tro bay, phần còn lại
khoảng 70-80% là các hạt tro mịn được thoát ra ngoài khí quyển cùng với khí
ống khói.
Việc tro bay thoát ra ngoài cùng với khí ống khói đã gây ra hiện tượng
ô nhiễm môi trường. Do vậy, ngay từ những buổi đầu người ta đã có một vài
phương pháp để tách loại gần như hoàn toàn lượng tro bay thoát ra từ khí ống
khói. Tro bay cùng với tro thu được ở đáy lò đốt được thu gom vào các hồ
chứa. Người ta đã sớm nhận ra các vấn đề nảy sinh như: chi phí về đất đai,
các vấn đề ô nhiễm nước và ô nhiễm không khí, do đó các phương pháp vận
chuyển và cất trữ có hiệu quả hơn cũng đã được đề ra. Tuy nhiên, các nhà
và các oxit của sắt hay canxi. Do độ mịn và khả năng phản ứng pozzolanic
của nó và đôi khi là trạng thái kết dính tự nhiên của mình, tro bay được sử
dụng rộng rãi và được chỉ định rõ như các vật liệu khoáng trộn lẫn trong xi
măng và bê tông. Tro bay đã được sử dụng thành công với nhiều ứng dụng
khác nhau trong xây dựng kỹ thuật và trong các vật liệu đặc trưng khác.
1.1.2. Khái niệm và sự phân loại tro bay
Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than
đá, phần phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: phần xỉ thu được từ đáy lò và phần
tro gồm các hạt rất mịn bay theo các khí ống khói được thu hồi bằng các hệ
thống thu gom của các nhà máy nhiệt điện.
Trước đây ở châu Âu, phần tro này thường được gọi là tro của nhiên
liệu đốt đã được nghiền mịn [1]. Nhưng ở Mĩ, loại tro này được gọi là “tro
Khóa luận tốt nghiệp
4
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
bay” bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và bay vào không khí. Hiện nay,
thuật ngữ “tro bay” (fly ash) được dùng phổ biến trên thế giới để chỉ phần
chất thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện.
Có nhiều cách phân loại tro bay khác nhau. Ở một số nước người ta
phân loại dựa vào mục đích sử dụng của tro bay. Theo tiêu chuẩn DBJ08-23098 của Shanghai, Trung Quốc, tro bay được phân làm hai loại [2]: Tro bay có
hàm lượng canxi thấp (hàm lượng canxi dưới 8%) và tro bay có hàm lượng
ASTM C618
Lớn nhất /Nhỏ Nhóm Nhóm
nhất (%)
F
C
Yêu cầu hóa học
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3
nhỏ nhất
70
50
SO3
lớn nhất
5
5
Hàm lượng ẩm
lớn nhất
3
75
Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28
ngày)
nhỏ nhất
75
75
Lượng nước yêu cầu
lớn nhất
105
105
Độ nở trong Autoclave
lớn nhất
0,8
0,8
Yêu cầu độ đồng đều về tỉ trọng
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75%
tổng lượng tro thải ra. Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao
gồm các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm
lượng nhỏ than chưa cháy, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như: Cd, Ba,
Pb, Cu, Zn,… Cơ chế biến đổi thành phần vật chất trong than đá thành tro bay
được mô tả như sau [6]:
Hình 1.1: Cơ chế biến đổi thành phần vật chất
trong than đá thành tro bay
Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than
đá sử dụng để đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện.
a/ Các oxit kim loại
Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu
được khác nhau. Các nhà khoa học Ba Lan đã tiến hành một cuộc khảo sát
nghiên cứu thành phần hóa học của tro bay với 2 nguồn nguyên liệu sử dụng
trong các nhà máy nhiệt điện của nước này là than đen và than nâu [7]:
Khóa luận tốt nghiệp
7
Đặng Thị Lương
5,5
1,1
1,9
1,8
đen
ZS-17
41,3
24,1
7,1
1,0
2,0
2,7
Than
ZS-13
27,4
Các cuộc khảo sát thành phần hóa học trong các mẫu tro bay ở các
nước khác cũng đã được tiến hành và thu được các kết quả tương tự.
Ở Trung Quốc, các mẫu tro bay có thành phần chủ yếu là SiO2 và
Al2O3, hàm lượng của chúng vào khoảng 650- 850 g/kg. Thành phần khác bao
gồm: C chưa cháy, Fe2O3, MgO và CaO.
Ở Hy Lạp, tro bay có hàm lượng CaO cao, nếu phân loại theo ASTM
C618 thì tro bay ở đây thuộc loại C, điều này phản ánh đúng nguyên liệu than
nâu ban đầu.
b/ Các nguyên tố vi lượng trong tro bay
Quá trình đốt cháy than đá là một trong những nguyên nhân chính làm
ô nhiễm không khí và phát tán những nguyên tố vi lượng độc hại. Hiểu được
sự thay đổi của các nguyên tố vi lượng trong quá trình đốt than đá cũng như
Khóa luận tốt nghiệp
8
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
hàm lượng của nó trong tro bay tạo thành là điều rất quan trọng trong vấn đề
đánh giá tác động đến môi trường của các nhà máy nhiệt điện cũng như các
ứng dụng của tro bay. Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ
thuộc chủ yếu vào hàm lượng của chúng có trong nguyên liệu ban đầu.
Dựa trên kết quả nghiên cứu các mẫu tro bay thu được từ bảy nhà máy
nhiệt điện khác nhau ở Canada [5], các nhà nghiên cứu này đã cho biết hàm
Cr
199
60
Co
20
38
Cu
60
32
Pb
14
20
Mo
6
13
Khóa luận tốt nghiệp
9
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
1.1.3.2. Hình thái học tro bay [8]
Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước hạt
khác nhau (hình 1.2 và 1.3), các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và
có hình dạng rất khác nhau.
Hình 1.2: Sự tương phản về
kích thước giữa các hạt tro bay
hình cầu lớn và các hạt nhỏ.
Hình 1.3: Biểu diễn đặc trưng
dạng cầu của các hạt trong
khoảng kích thước thường thấy
nhiều hơn.
Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng.
Thông thường các hạt tro bay hình cầu, rắn được gọi là các hạt đặc và các hạt
tro bay hình cầu mà bên trong rỗng có tỉ trọng thấp hơn 1,0 gcm-3 được gọi là
các hạt rỗng. Các hạt tro bay được tạo nên bởi các hợp chất có dạng tinh thể
như: thạch anh, mulit và hematit, các hợp chất có dạng thuỷ tinh như oxit silic
11
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
Lớp tinh thể này có thể được loại bỏ nhanh chóng bằng cách hoà tan
trong nước.
Cấu trúc bên trong: Các hạt bên trong có thể được thấy bởi các phương
pháp quan sát đơn giản. Cấu trúc này bị che lấp bởi lớp vỏ thuỷ tinh, vì thế nó
có thể được quan sát khi được xử lý với dung dịch HF, dung dịch này có thể
hoà tan nhanh chóng phần thuỷ tinh và để lộ ra cấu trúc bên trong.
Hình 1.6 biểu diễn hai hạt tro bay cạnh nhau, sau khi tiếp xúc ngắn (1/2
giờ) với dung dịch 1% axit flohiđric, hai cấu trúc bên trong rất khác nhau đã
được lộ ra. Nghiên cứu của nhóm Biggs và Brunsnel cho thấy, các hạt bên
phải hình 1.6 là các hạt có từ tính giàu sắt là vật liệu có cấu trúc tinh thể điển
hình cho spinen ferit có dạng hình cây, cái mà trong chất thải của quá trình
đốt cháy than đá có thể bao gồm quặng sắt từ, magie ferit (MgFe2O4), mahetit
(γ- Fe2O3), ulvospinel (Fe2TiO4) và thành phần trung gian giữa chúng [3]. Tất
cả chúng đều có hình lập phương, và tất cả được hy vọng hoàn toàn không có
các phản ứng hoá học trong bê tông.
Hình 1.6 : Cấu trúc
các hạt tro bay sau
khi tiếp xúc ngắn với
dung dịch HF
Khóa luận tốt nghiệp
13
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
Sự hỗn tạp trong cấu trúc của các hạt tro bay được mở rộng tới các hạt
nhỏ chứa bên trong bao gồm cấu trúc plerosphere. Một sự minh hoạ được đưa
ra ở hình 12, nó biểu diễn các hạt dạng plerosphere với lớp vỏ mỏng đã được
phá vỡ để bộc lộ các hạt bên trong. Mẫu đã được xử lý với dung dịch 1% HF
cho thời gian mở rộng đến 4 giờ.
1.1.3.3. Phân bố kích thước hạt trong tro bay
Kích thước hạt tro bay là một yếu tố quan trọng quyết định đến khả năng
ứng dụng của nó. Mỗi loại tro bay tuỳ thuộc vào nguồn nguyên liệu, điều kiện
đốt và phương pháp thu hồi mà có sự phân bố kích thước hạt khác nhau.
Tro bay có kích thước hạt nằm trong khoảng 10-350 μm, phân đoạn có
đường kính hạt nhỏ hơn 45 μm chiếm tỷ trọng lớn.
Bảng 1.4: Phân bố khối lượng các phân đoạn
kích thước hạt tro bay Isarel [9]:
Phân đoạn
(mesh)
Kích thƣớc (μm)
> 100
< 45
79,2
76,3
Bảng 1.5: Phân bố kích thước hạt tro bay Trung Quốc
ở các nhà máy nhiệt điện khác nhau [10]:
Phân bố kích thước hạt (μm)
Nguồn tro
bay
nhiệt điện là dầu mỏ. Tuy nhiên cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 80 của
thế kỷ trước cùng với giá dầu ngày càng gia tăng đã buộc chính phủ nước này
hướng sự quan tâm đến nguồn nguyên liệu khác là than đá và đưa than đá vào
thay thế dần dầu mỏ trong các nhà máy nhiệt điện. Nhiên liệu cung cấp cho
các nhà máy nhiệt điện ở nước này hiện nay vẫn chủ yếu là từ các nguồn than
đá để thay thế cho nguồn dầu mỏ đang dần khan hiếm và đắt đỏ.
Khóa luận tốt nghiệp
15
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
Như một điều hiển nhiên, khi lượng than đá sử dụng trong các nhà máy
nhiệt điện càng nhiều thì các sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy nhiên liệu
như xỉ than hay tro bay sinh ra cũng tăng theo. Thống kê của các nhà khoa
học Hy Lạp cho thấy lượng tro bay sinh ra gần như tỷ lệ tuyến tính với lượng
nhiên liệu than đá được sử dụng [12].
Theo ước tính, lượng tro bay thải ra trên toàn cầu vào khoảng 400 triệu
m3 [13]. Sản lượng tro bay của một số nước theo thống kê ước tính như trong
bảng 2 [13 và 14]:
Bảng 1.6: Thông kê khối lượng tro bay sản xuất ở một số nước
TT
Nƣớc sản xuất
Châu Âu
2004
43,5
5
Nam Phi
2005
30
6
Australia
2003
13
7
Hy Lạp
2006
6
công trình và dự án lớn.
Cũng như nhiều quốc gia trên thế giới, hàng trăm nhà máy nhiệt điện
trên khắp lãnh thổ Trung Quốc thải ra nhiều tấn tro bay mỗi năm [8]. Điều đó
đã gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và đất trồng. Do đó, chính phủ
nước này rất khuyến khích phát triển các công nghệ liên quan đến việc sử
dụng tro bay. Nhưng hiện nay, ở hầu hết các tỉnh ở Trung Quốc vấn đề sử
dụng tro bay vẫn rất khó khăn. Tro bay ở Trung Quốc được sử dụng chủ yếu
trong các lĩnh vực sau:
Các sản phẩm bê tông (vữa, bê tông, gạch…)
Xây dựng đường giao thông
Xây dựng cảng
Cải tạo đất trồng
Xử lý ô nhiễm nước
Ngoài ra nó còn rất nhiều ứng dụng khác nữa.
Ở Israel, tro bay được sử dụng theo 3 con đường chính: thêm vào trong
xi măng như một chất trộn hợp pozzolan, làm các con đập ngăn nước biển và
được dự trữ trong các con đường được đắp cao xung quanh các nhà máy nhiệt
điện [9].
Ở Hy Lạp [12], tro bay được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp xi
măng để thay thế clanhke với mục đích tạo ra các loại xi măng Pooclang đặc
thù. Tuy nhiên, việc sử dụng tro bay trong công nghệ này vẫn chưa được phổ
biến do chi phí chuyên chở cao cũng như thiếu các tiêu chuẩn cho các ứng
Khóa luận tốt nghiệp
17
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
18
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
Vấn đề ứng dụng tro bay ở Việt Nam chưa được chú ý nhiều, mới chỉ
có một số nghiên cứu bước đầu trong lĩnh vực xây dựng như sử dụng tro bay
làm chất độn nhẹ cho bê tông, làm chất kết dính thay cho xi măng. Một số tác
giả chế tạo các zeolit từ tro bay để xử lý môi trường.
1.1.5. Các nghiên cứu và ứng dụng tro bay trong lĩnh vực polyme và chất
dẻo
Tro bay là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất điện năng từ các nhà
máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than đá. Với thành phần chủ yếu là các oxit
kim loại như oxit silic, oxit nhôm… kích thước hạt mịn và giá thành rẻ, ngoài
những ứng dụng hết sức hiệu quả trong các ngành xây dựng, tro bay còn có
tiềm năng lớn trong lĩnh vực polyme. Nhóm nghiên cứu của S. PotgieterVermaak đề nghị rằng phân đoạn tro bay có kích thước trung bình trong
khoảng 5 μm có nhiều lợi thế khi sử dụng cho các sản phẩm polyme [16].
Không chỉ bổ sung một khối lượng lớn cho polyme mà nó còn tạo thuận lợi
trong quá trình tạo mẫu và trong quá trình sản xuất các sản phẩm có hình dạng
theo ý muốn. Hơn nữa, nó còn cải thiện các tính chất của sản phẩm chứa nó.
Yêu cầu để ứng dụng thành công tro bay siêu mịn trong các sản phẩm nhựa là
nó phải tương thích với chất nền polyme và không cản trở bất kỳ phản ứng
polyme hoá nào trong quá trình chế tạo.
Năm 1999 đã diễn ra Hội nghị quốc tế về ứng dụng tro bay tại vương
quốc Anh [17] đã công bố các kết quả nghiên cứu ứng dụng rất đa dạng tro
được xử lý bề mặt bởi 1% nopentyl oxy, trineodecanonyl titanat, sản phẩm
cao su clopren có độ bền kéo đứt và mô đun đàn hồi tăng nhiều lần so với
mẫu tro bay không xử lý. Cơ chế tương tác giữa nopentyl oxy,
trineodecanonyl titanat với tro bay và cao su clopren xảy ra theo 2 giai đoạn:
Trước hết, nhóm OH trên bề mặt của tro bay phản ứng với trineodecanonyl
titanat để biến đổi bề mặt, hoạt hoá tro bay, sau đó tro bay đã được xử lý bề
mặt phản ứng với liên kết đôi của cao su clopren tạo thành liên kết ngang
trong cao su lưu hoá. Hợp chất silan đã làm giảm sức căng bề mặt pha của cao
su và tro bay và còn đóng vai trò là chất kết dính giữa 2 thành phần.
O. Figovsky và các cộng sự đã chế tạo bê tông polyme từ cao su
polybutadien, cát thạch anh và tro bay. Polybutadien được khâu mạch bằng
lưu huỳnh có mặt của hỗn hợp chứa tro bay. Bê tông loại này có độ bền axit
Khóa luận tốt nghiệp
20
Đặng Thị Lương
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2
Viện Khoa học và Vật liệu
và cả bền kiềm rất lớn, dai và bám dính tốt với các bột kim loại, có độ bền
nén lớn và hấp thụ nước nhỏ.
Cao su thiên nhiên cũng là đối tượng nghiên cứu của nhiều công trình
để ứng dụng chất gia cường là tro bay. R. Menon và cộng sự đã chế tạo tổ hợp
vật liệu có chứa tro bay trên cơ sở CSTN có mặt của nhựa cacdanol
photphorylat hoá và chất đóng rắn là hexametylen tetramin. Nhựa cacdanol
Ngoài ra, còn rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng khác nữa của tro bay
trong giai đoạn hiện nay.
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI BỀ MẶT TRO BAY
1.2.1. Phƣơng pháp tiền xử lý bề mặt tro bay
Tro bay được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp xi măng và
bê tông. Với kích thước hạt mịn, tỉ trọng thấp, khả năng phân tán tốt cũng như
độ linh động trong hình dạng hạt, tro bay còn được sử dụng như vật liệu rất có
tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác, đặc biệt là trong lĩnh vực polyme. Tuy
nhiên, việc sử dụng tro bay làm chất độn trong polyme vẫn chưa được phổ
biến. Lý do chính là khả năng tương tác pha yếu giữa tro bay và chất nền
polyme và độ trắng thấp dẫn đến những kết quả không mong muốn trong các
sản phẩm cuối cùng. Đã có một vài phương pháp biến đổi bề mặt tro bay bao
gồm đưa vào các tác nhân ghép nối hoặc chất hoạt động bề mặt trong quá
trình trộn hợp cơ học, các phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để biến
đổi tính chất bề mặt của tro bay.
Nhóm tác giả Z. Sarbak và M. Kramer- Wachowiak [26] đã xử lý bề
mặt tro bay bằng các dung dịch NaOH, NaOH/NH4HCO3, EDTA và HCl với
mục đích xác định sự thay đổi diện tích bề mặt và cấu trúc xốp của tro bay
cùng với sự biến đổi hoá học của chúng với các tác nhân hoá học khác nhau.
Bảng sau cho biết các đặc trưng về độ xốp và diện tích bề mặt của tro bay đã
được biến đổi hoá học.
Bảng 1.7: Các đặc trưng tro bay sau các quá trình xử lý bề mặt khác nhau
Dung dịch xử lý
Diện tích bề mặt
BET (m2/g)
Bán kính lỗ xốp
trung bình (A0)
NaOH/NH4HCO3
60
43
0,13
EDTA
60
50
0,18
HCl
105
17
0,10
Trong tất cả các trường hợp, diện tích bề mặt của tro bay đã được biến
đổi đều lớn hơn so với mẫu tro bay ban đầu. Như có thể quan sát thấy, diện
tích bề mặt tăng nhiều nhất trong trường hợp tro bay được biến đổi với dung
dịch HCl. Trong trường hợp này, kết quả cho thấy bán kính lỗ xốp giảm
xuống khoảng hai lần so với tro bay ban đầu. Quá trình biến đổi với các dung
bay như một chất độn. Để đáp ứng các yêu cầu cho ngành công nghiệp nhựa
nói riêng hay polyme nói chung, việc phát triển các công nghệ biến đổi bề mặt
để cải thiện tính chất của tro bay với giá trị độ trắng cao và diện tích bề mặt
lớn là một hướng nghiên cứu quan trọng đóng vai trò chủ chốt.
Theo hướng này, Yang – Yu – Fen và các đồng nghiệp đã xử lý bề mặt
tro bay bằng Ca(OH)2 – H2O – CO2 [27]. Trước hết, mẫu tro bay ban đầu
được làm sạch, quá trình này trải qua 3 giai đoạn: đầu tiên là phân loại bằng
thiết bị phân loại ướt 45µm có được mẫu tro bay A với kích thước hạt dưới 45
µm. Sau đó, một thiết bị tách từ với cường độ cảm ứng từ 7000 – G được sử
dụng để tách phần từ tính từ mẫu A thu được mẫu B, và cuối cùng sử dụng
thiết bị tuyển dạng XFD cỡ nhỏ để loại bỏ phần C chưa cháy để thu được mẫu
C – mẫu tro bay sạch. Tiếp theo, mẫu tro bay sạch được đem biến đổi bề mặt
trong dung dịch Ca(OH)2. Quá trình được thực hiện trong hệ mở với một máy
khuấy ở áp suất thường, nhiệt độ không đổi trong khoảng 85 -900C, thời gian
biến đổi từ 0,5 - 7h. Quá trình phản ứng kết thúc, dung dịch được làm lạnh và
khí CO2 được thổi qua để trung hòa phần Ca(OH)2 còn dư. Phản ứng trung
hòa này hoàn thành khi pH của dung dịch đạt tới 7, sau đó chất rắn được lọc
rửa và sấy khô. Lớp phủ trên bề mặt tro bay được phân tích dựa trên các dữ
liệu từ các phương pháp phân tích như nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử
quét (SEM), phổ hồng ngoại (IR), phương pháp hấp phụ nitơ đa điểm BET.
Từ các dữ liệu này, kết quả phân tích cho biết, từ mẫu tro bay sạch ban đầu
với kích thước hạt nhỏ hơn 45µm, diện tích bề mặt 2,86 m2/g và độ trắng
36,68, sau khi được biến đổi bề mặt mẫu tro bay có diện tích bề mặt trong
khoảng 8,69 – 10,01 m2/g và tăng độ trắng lên trong khoảng 63,37 – 73,13.
Nghiên cứu ảnh SEM cũng cho phép xác định chi tiết hình thái bề mặt ráp của
tro bay. Thử nghiệm khả năng gia cường của vật liệu tro bay đã biến đổi bề
mặt này cũng cho biết rằng bề mặt ráp của vật liệu đã ảnh hưởng đến khả
Khóa luận tốt nghiệp
đáng kể độ bền của vật liệu ban đầu mà còn duy trì nó trong một thời gian dài.
Kể từ đó, nhiều ứng dụng khác của tác nhân ghép nối silan đã được khám phá
như khả năng làm phân tán các chất độn khoáng, tăng khả năng bám dính cho
sơn, mực và các lớp phủ, tăng khả năng gia cường và kết nối trong nhựa và
cao su, khả năng gia cường và kết dính trong chất keo và chất kết dính, bảo vệ
lớp phủ và tăng khả năng chống thấm nước.
Khóa luận tốt nghiệp
25
Đặng Thị Lương
Copyright: Tài liệu đại học ©