Nghiên cứu điều chế thủy tinh lỏng từ tro trấu

• Đinh Văn Chung
• 04-11-2014
• 633 lượt đọc

Thuỷ tinh lỏng còn gọi là natri silicat (Na2O.nSiO2) là một vật liệu sử dụng rất phổ biến trong thực tế để sản xuất sơn chống thấm, xà phòng, giày vải, que hàn, gốm sứ, keo dán… Đặc biệt, thủy tinh lỏng là một nguyên liệu quan trọng của quá trình tổng hợp các loại vật liệu mao quản như zeolite. Hàng năm, nhu cầu sử dụng thủy tinh lỏng ở nước ta lên tới hàng trăm ngàn tấn. Tuy nhiên, hiện nay việc sản xuất thủy tinh lỏng trong công nghiệp chủ yếu đi từ nguyên liệu cát trắng và xoda (Na2CO3). Do SiO2 trong cát trắng tồn tại ở dạng tinh thể thạch anh (quartz) có cấu trúc bền vững, rất trơ về mặt hóa học, nó chỉ phản ứng với xoda khi nung nóng chảy ở nhiệt độ rất cao, khoảng 1400oC. Vì thế, quá trình sản xuất tiêu tốn nhiều năng lượng, thiết bị phản ứng phức tạp, giá thành sản phẩm cao, sử dụng nguồn tài nguyên cát lớn gây ra ảnh hưởng xấu đến môi trường

Tro trấu (rice husk ash) là loại phế thải nông nghiệp phổ biến hiện nay ở trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Trong thành phần của tro trấu có chứa một lượng lớn SiO2, khoảng 85- 90% theo khối lượng. Đặc biệt, SiO2 trong tro trấu tồn tại ở dạng vô định hình, cấp hạt rất mịn, có hoạt tính rất cao, nó dễ dàng phản ứng với dung dịch NaOH ngay ở điều kiện nhiệt độ thường. Vì vậy, việc điều chế dung dịch thủy tinh lỏng từ phế thải tro trấu thuận lợi hơn rất nhiều so với đi từ cát trắng truyền thống.

Việt Nam là nước có nền nông nghiệp lúa nước phát triển, năm 2013 nước ta sản xuất được khoảng 44 triệu tấn lúa. Trong thành phần của hạt lúa, vỏ trấu chiếm khoảng 20% khối lượng, do vậy mỗi năm ngành nông nghiệp Việt Nam thải ra từ 8,8 – 9,0 triệu tấn vỏ trấu. Mỗi tấn vỏ trấu khi đốt cháy tỏa ra nhiệt lượng lớn tới 3.400.000 kcal, đồng thời tạo ra khoảng 200 kg tro trấu. Do vậy có thể thấy rằng sử dụng tro trấu làm nguyên liệu cung cấp SiO2 để sản xuất thủy tinh lỏng cùng một lúc giải quyết được 2 vấn đề. Một là, quá trình sản xuất thủy tinh lỏng thuận lợi, phản ứng xảy ra ở điều kiện thường, tiết kiệm năng lượng, do vậy giá thành sản phẩm rẻ hơn nhiều so với phương pháp sản xuất từ cát trắng và xoda. Hai là, khai thác sử dụng một cách có hiệu quả nguồn phế thải vỏ trấu khổng lồ, giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trường.

Với mục tiêu nghiên cứu là xây dựng được quy trình điều chế thủy tinh lỏng quy mô phòng thí nghiệm từ phế thải tro trấu, hiệu suất tách silic cao, sản phẩm thu được có chất lượng đạt yêu cầu kỹ thuật; đồng thời nghiên cứu các điều kiện thực tế ảnh hưởng đến quá trình điều chế thủy tinh lỏng từ tro trấu, đề tài đã sử dụng phế thải tro trấu lấy từ lò sấy sử dụng củi trấu làm chất đốt tại Công ty Cổ phần Prime Phong Điền, Thừa Thiên Huế. Qua quá trình thực hiện, nhóm nghiên cứu đã xây dựng được quy trình điều chế thủy tinh lỏng từ tro trấu ở quy mô phòng thí nghiệm (500 gam tro/mẻ) với hiệu suất tách SiO2 đạt 70%. Các điều kiện thích hợp của quá trình điều chế bao gồm: tỷ lệ mol NaOH/SiO2 bằng 0,7; nồng độ NaOH bằng 2,0 M; thời gian thực hiện phản ứng: 1,5 giờ; lượng nước rửa bã tro: 4,5 L/kg tro; thời gian sa lắng: 7 ngày.

Sản phẩm dung dịch thủy tinh lỏng thu được có các thông số kỹ thuật: modun SiO2/Na2O bằng 2,33; khối lượng riêng bằng 1,12 (g/cm3); độ nhớt (BZ4) bằng 14 (s). Sản phẩm thủy tinh lỏng từ tro trấu hoàn toàn đạt yêu cầu của nguyên liệu dùng trong sản xuất vật liệu vi mao quản zeolite A, X,…

Từ kết quả đã đạt được, đề tài có thể áp dụng trong thực tế tại các vùng có nguyên liệu vỏ trấu dồi dào như đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông Hồng,… nhằm sử dụng một cách có hiệu quả nguồn phế thải nông nghiệp, tạo ra loại sản phẩm mới thiết thực cho cuộc sống, đồng thời góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường.

Hồ Phước Điệp