Biến phế thải tro bay thành siêu vật liệu aerogel

PGS. TS. Lê Thị Kim Phụng, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu cho biết phương pháp được sử dụng để xử lý tro bay phế thải là công nghệ sấy thăng hoa. Qua xử lý, vật liệu được kết hợp với dung môi xanh, chất kết dính thân thiện môi trường tạo ra vật liệu siêu nhẹ, cách âm là aerogel composite. 

Thành phẩm aerogel composite (hàng trên) được đúc thành dạng tấm chữ nhật; và silica aerogel (hàng trên, ảnh nhỏ) nguyên mẫu.

Tác giả nghiên cứu cho biết tro bay thường chứa các silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit và lưu huỳnh oxit và có thể gồm một lượng than chưa cháy. Các thành phần này là tác nhân gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người. 

Hiện đã có một số nghiên cứu tổng hợp aerogel từ silica được trích ly và thu hồi từ tro bay bằng phương pháp sol-gel. Nhưng, theo tác giả, nhược điểm của các quy trình này là phức tạp, sử dụng nhiều hóa chất gây hại cho môi trường, và thường có chi phí khá đắt đỏ. 

Bên cạnh đó, các thông số kỹ thuật của vật liệu chế tạo từ tro bay vẫn chưa phù hợp với thực tiễn, như độ dẫn nhiệt cao hơn so với các chất cách nhiệt truyền thống. Phần lớn các nghiên cứu chỉ mới dừng ở quy mô phòng thí nghiệm. 

Từ thực tế này, nhóm nghiên cứu đã tìm tòi phương pháp sản xuất aerogel từ nguồn vật liệu tro bay phế thải, sử dụng vật liệu thân thiện môi trường với chi phí cạnh tranh, tăng cường khả năng sản xuất thương mại. 

Để giải quyết bài toán trên, PGS-TS Lê Thị Kim Phụng và nhóm cộng sự ở khoa kỹ thuật hóa học Trường đại học Bách Khoa đã lấy nguồn tro bay thô từ Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1. Sau đó xử lý thành hạt có kích thưởng nhỏ hơn, 0,5 - 2 µm, phần lớn có dạng hình cầu. Nhóm sử dụng công nghệ sấy thăng hoa, dung môi, cùng chất kết dính không độc hại để tổng hợp aerogel. 

Aerogel được tổng hợp trực tiếp từ tro bay có tính siêu nhẹ (0,072 – 0,093 g/cm3), độ rỗng cao (94,94 – 95,78%) và chịu nén tốt (67,73 – 254,75 kPa). Vật liệu này được nhóm tiếp tục phối trộn với sợi nhựa PET tái chế (rPET), có đường kính 30µm, chiều dài 64mm để sản xuất vật liệu aerogel composite. Đây cũng là điểm mới của đề tài.

Các thông số của thành phẩm.

Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy, vật liệu aerogel composite có tính siêu nhẹ (0,026-0,062 g/cm3), độ rỗng (96,59-98,42%), cách nhiệt tốt (0,034-0,039 W/mK), hệ số hấp thụ âm thành từ 0,40 - 1,0 trong khoảng tần số từ 1.400 - 6.000Hz. Tấm vật liệu aerogel composite có tính chất cách nhiệt đồng đều ở mọi điểm trên tấm, với độ dẫn nhiệt trung bình là 0,036W/mK.

Theo PGS.TS Lê Thị Kim Phụng, aerogel composite có khả năng chịu nén tốt gấp 3 lần aerogel từ bã mía (88 kPa), gấp 1,5 lần silica-cellulose aerogel (169 kPa). 

Ưu điểm nổi bật của nghiên cứu là chi phí sản xuất aerogel composite từ tro bay rất rẻ, chỉ khoảng 59.000 VNĐ/m2. Trong khi đó, giá thành một số sản phẩm cách nhiệt thương mại như aerogel Trung Quốc có giá từ 250 – 430.000/m2, sản phẩm aspen aerogel (Mỹ) giá khoảng 3 triệu đồng/m2… Đây cũng là cơ sở để nhóm nghiên cứu đặt niềm tin công nghệ sẽ sớm được doanh nghiệp đón nhận. Hiện đề tài đã được nghiệm thu và sẵn sàng chuyển giao công nghệ.