Vật liệu cách âm, cách nhiệt “siêu nhẹ” từ phế thải tro bay
Sản phẩm 05:30 - 17/01/2022
Các nhà khoa học tại Trường đại học Bách Khoa - ĐHQG TP HCM đã nghiên cứu tận dụng phế thải tro bay sử dụng công nghệ sấy thăng hoa, dung môi xanh, cùng chất kết dính thân thiện với môi trường tạo ra vật liệu xây dựng aerogel và aerogel composite.
Vật liệu xây dựng aerogel và aerogel composite này có thể đáp ứng tốt việc cách nhiệt và cách âm. Chi phí sản xuất tro bay aerogel composite (FA aerogel composite) rất thấp, chỉ khoảng 59.000 đồng/m2. Nhóm nghiên cứu cũng đã xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu cao cấp từ tro bay nhằm tận dụng nguồn phế phẩm công nghiệp dồi dào, giải quyết vấn đề ô nhiễm của tro bay tại các bãi chứa, quy trình này đã hoàn thiện sẵn sàng chuyển giao ngay cho doanh nghiệp trong nước.
PGS-TS Lê Thị Kim Phụng, tác giả của đề tài nghiên cứu này, cho biết tro bay là bụi khí thải dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy than đá trong các lò hơi của nhà máy nhiệt điện, lò quay của nhà máy xi măng, lò cao của nhà máy luyện kim, lò tunel của các xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, lò của hệ thống xử lý rác bằng công nghệ đốt…
Thành phẩm aerogel composite (hàng trên) được đúc thành dạng tấm chữ nhật; và silica aerogel (hàng trên, ảnh nhỏ) nguyên mẫu
Thành phần của tro bay thường chứa các silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit và lưu huỳnh oxit, ngoài ra có thể chứa một lượng than chưa cháy. Tro bay gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Đã có nhiều nghiên cứu tổng hợp aerogel từ silica được trích ly và thu hồi từ tro bay bằng phương pháp sol-gel truyền thống, nhưng các quy trình này còn phức tạp, sử dụng nhiều hóa chất không thân thiện với môi trường, hoặc sử dụng dung môi và hóa chất đắt tiền.
Bên cạnh đó, các thông số kỹ thuật của vật liệu chế tạo từ tro bay vẫn chưa phù hợp với thực tiễn, ví dụ như độ dẫn nhiệt cao hơn so với các chất cách nhiệt truyền thống. Phần lớn các nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở bước phát triển công nghệ ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa tính toán chi phí năng lượng và năng lực sản xuất vật liệu trong thực tiễn, kém hiệu quả về mặt kinh tế.
Điểm mới của đề tài nghiên cứu này là PGS-TS Lê Thị Kim Phụng và nhóm cộng sự ở khoa kỹ thuật hóa học Trường đại học Bách Khoa - ĐHQG TP HCM đã tổng hợp vật liệu aerogel composite từ tro bay bằng sợi nhựa PET tái chế (rPET).
Thông số kỹ thuật của thành phẩm vật liệu cách âm, cách nhiệt “siêu nhẹ” từ phế thải tro bay
Sợi rPET có đường kính 30 µm và chiều dài 64 mm được trải trên khuôn, còn hỗn hợp tro bay và dung dịch xanthan gum được đổ vào khuôn và tạo thành hệ gel. Hỗn hợp tro bay/rPET/xanthan gum được gel hóa để hóa rắn toàn bộ chất lỏng (nước) và tiếp tục được sấy thăng hoa để tạo thành aerogel composite có cấu trúc rỗng xốp.
Quy trình tổng hợp hướng dẫn phương pháp chế tạo vật liệu tro bay aerogel composite siêu nhẹ, cách âm và cách nhiệt cũng được nhóm nghiên cứu thực hiện chi tiết, giúp doanh nghiệp khi tiếp nhận dễ dàng ứng dụng trong sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Theo nhóm nghiên cứu vật liệu tro bay aerogel composite có nhiều ưu điểm như tính siêu nhẹ (0,026-0,062 g/cm3), độ rỗng (96,59-98,42%), mô-đun nén thấp (3,98-20,61 kPa), cách nhiệt tốt (0,034-0,039 W/mK), hệ số hấp thụ âm thanh từ 0,40 đến 1,0 trong khoảng tần số từ 1.400 đến 6.000Hz. Tấm tro bay aerogel composite có tính chất cách nhiệt đồng đều ở mọi điểm trên tấm với độ dẫn nhiệt trung bình là 0,036W/mK.