Nano-silica là một vật liệu hóa học vô cơ, thường được gọi là “carbon đen trắng siêu mịn”. Nó là một vật liệu phi kim loại vô cơ không độc hại, không mùi và không gây ô nhiễm và là vật liệu vô cơ mới siêu mịn công nghệ cao. Kích thước từ 1 ~ 100nm, và nó có cấu trúc mạng ba chiều, dễ kết tụ và độ ổn định lưu trữ kém.
| Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của nano silica | ||||||
| Kích thước hạt/nm | Mật độ/g.cm-3 | Diện tích bề mặt cụ thể /m2.g-1 | Độ dẫn nhiệt W.(m.K-1) | Tốc độ âm thanh /m.s-1 | Mật độ nhấn /g.m-3 | Hàm lượng tạp chất /% |
| 15~20 | 0,128~0,141 | 559~685 | 0,01 | <100 | <0,15 | Cl<0,028 Kim loại thường <0,01 |
Các phương pháp điều chế nano silica
Hiện nay, việc nghiên cứu nano silica chủ yếu sử dụng natri silicat và ethyl orthosilicat làm nguyên liệu, còn nguyên liệu sản xuất công nghiệp chủ yếu là natri silicat giá rẻ.
- Phương pháp vật lý
Nó chủ yếu là nghiền thành bột cơ học. Silica hạt lớn được nghiền thành bột siêu mịn thông qua sự kết hợp của tác động, lực cắt, lực ma sát và các lực khác được tạo ra bởi máy nghiền bột siêu mịn. Sau đó, một thiết bị phân nhóm hiệu quả cao được sử dụng để tách các hạt có kích thước hạt khác nhau, để nhận ra tính đồng nhất và đặc trưng của sự phân bố kích thước hạt của bột nano-silica.
Quá trình sản xuất vật chất đơn giản, khối lượng sản xuất lớn, dễ kiểm soát quá trình sản xuất. Tuy nhiên, các yêu cầu đối với nguyên liệu thô cao hơn, và khi kích thước hạt giảm, các hạt kết tụ do tăng năng lượng bề mặt, và rất khó để giảm kích thước hạt của các hạt bột.
- Phương pháp hóa học
1. Phản ứng pha khí hóa học
Phương pháp này sử dụng các hợp chất organosilicon (như organohalosilanes, silan, v.v.), hydro và oxy hoặc không khí để trộn và đốt cháy. Sau khi các hợp chất organosilicon được đốt cháy ở nhiệt độ cao, chúng trải qua quá trình thủy phân ở nhiệt độ cao trong nước do phản ứng tạo ra để điều chế nano-silica.
Phương pháp phản ứng pha khí hóa học có kích thước hạt đồng đều, kích thước hạt nhỏ và hình cầu, sản phẩm có độ tinh khiết cao và ít nhóm hydroxyl bề mặt. Để phương pháp này có thể gây ra các phản ứng hóa học thì phải sử dụng phương pháp đốt nóng, bức xạ hoặc plasma để kích hoạt các chất phản ứng thành phân tử. Vì vậy, thiết bị sử dụng trong phương pháp này đòi hỏi yêu cầu cao, nguyên vật liệu sử dụng đắt, giá thành sản phẩm tương đối cao.
2. Sự kết tủa
Phương pháp kết tủa là trộn dung dịch phản ứng với các chất phụ khác, sau đó thêm chất axit hóa vào dung dịch hỗn hợp để tạo kết tủa, kết tủa thu được được làm khô và nung để thu được nano silica.
Phương pháp kết tủa có quy trình đơn giản, nguyên liệu đa dạng và đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, nhưng vấn đề khó kiểm soát đặc tính sản phẩm của nó vẫn chưa được giải quyết.
3. Phương pháp sol-gel
Phương pháp này thường sử dụng silicat hoặc silicat làm tiền chất để hòa tan trong dung môi tạo thành dung dịch đồng nhất, sau đó điều chỉnh giá trị pH để thủy phân và trùng hợp tiền chất để tạo thành sol.
Quá trình sol-gel dễ kiểm soát và đã được nghiên cứu rộng rãi, và sản phẩm thu được có diện tích bề mặt riêng lớn hơn. Tuy nhiên, khó giặt, yêu cầu cao về nguyên liệu và thời gian sấy quá lâu đã hạn chế việc sử dụng.
4. Phương pháp vi nhũ tương
Bằng cách thêm từng giọt axitulozơ hoặc chất xúc tác vào vi nhũ tương được chuẩn bị từ tiền chất, phản ứng chuẩn bị diễn ra trong bong bóng vi nhũ tương và vi nhũ tương được sử dụng để giới hạn sự tạo mầm, phát triển, đông tụ và kết tụ của pha rắn thành một hình cầu nhỏ. Trong các hạt vi mô nhỏ giọt, các hạt hình cầu nano được hình thành, và tránh được sự kết tụ hơn nữa giữa các hạt và dễ dàng nhận ra sự sản sinh có thể kiểm soát được ở kích thước cơ thể.
Do khả năng tự lắp ráp ở quy mô nano, dễ dàng thực hiện việc chuẩn bị có thể kiểm soát được kích thước và hình thái hạt, điều này đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu và trở thành điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây. Do giá thành cao, khó loại bỏ các thành phần hữu cơ và dễ gây ô nhiễm môi trường nên nó chưa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Biến đổi bề mặt của Nano SiO2
Có một số lượng lớn các cơ sở ánh sáng silicon hoạt động trên bề mặt của nano-silica, với kích thước nhỏ và diện tích bề mặt riêng lớn nên dễ kết tụ. Đắp trực tiếp vào các vật liệu hữu cơ, vì nó khó xâm nhập và phân tán, và khả năng tương thích kém nên rất khó phát huy vai trò, điều này làm hạn chế ứng dụng công nghiệp của nó.
- Phương pháp vật lý
Phương pháp phủ bề mặt là một phương pháp sửa đổi trong đó bề mặt bị biến đổi và không có phản ứng hóa học với nano-SiO2 , và lớp phủ và các hạt được kết nối với nhau bằng lực liên phân tử.
Sửa đổi xử lý nhiệt là một quá trình toàn diện, trong đó SiO2 nano được đặt trên mặt sau của một môi trường nhất định để làm nóng, giữ nhiệt và làm mát, và hiệu suất được kiểm soát bằng cách thay đổi bề mặt hoặc cấu trúc bên trong của nano SiO2 .
- Phương pháp hóa học
Rượu béo phản ứng với các nhóm hydroxyl trên bề mặt của SiO2 để loại bỏ các phân tử nước. Các nhóm hydroxyl trên bề mặt của SiO2 được thay thế bằng các nhóm alkyl, và rượu được sử dụng làm chất điều chỉnh.
Ứng dụng của Nano SiO2
Nano SiO2 được biết đến từ lâu với nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống như làm vật liệu xúc tác, vật liệu xây dựng nhẹ, xử lý hạt giống, diệt khuẩn, y dược và được ứng dụng ngược lại nông nghiệp với vai trò là chất kích kháng, tăng cường khả năng đề kháng với vi sinh vật cho cây trồng
- Sơn phủ
Nano silica có cấu trúc mạng ba chiều, có diện tích bề mặt riêng rất lớn, cho thấy hoạt tính lớn, có thể hình thành cấu trúc mạng khi lớp phủ được làm khô, và cải thiện sự huyền phù của sắc tố, có thể giữ màu của lớp phủ mà không lâu phai màu. Trong xây dựng, sơn tường nội thất và ngoại thất có khả năng tự làm sạch và bám dính rất tốt.
- Lĩnh vực chất kết dính/chất độn
Trong lĩnh vực chất kết dính và chất độn, nano-silica là một sản phẩm quan trọng với số lượng lớn và ứng dụng rộng rãi. Hiện tại, các sản phẩm keo và keo dán cao cấp trong nước chủ yếu dựa vào nhập khẩu.
- Cao su
Nó có thể cải thiện sức mạnh, độ dẻo dai và tuổi thọ của các sản phẩm cao su, xăm lốp oto. Tăng độ bám dính mặt đường tạo sự an toàn trong quá trình vận hành xe, giúp tăng cường khả năng chống trượt. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để làm đế cao su trong suốt, và loại sản phẩm này trước đây thường dựa vào hàng nhập khẩu.
- Nhựa
Cải thiện độ dẻo dai, chịu lực, chống mài mòn, chống lão hóa của nhựa và cải thiện khả năng chống lão hóa của nhựa.
- Lĩnh vực dệt may
Bột hỗn hợp với tỷ lệ thích hợp giữa nano silica và nano titan dioxide là một chất phụ gia quan trọng giúp sợi chống bức xạ tia cực tím, đồng thời có thể tăng hiệu quả giữ ấm và giảm trọng lượng của quần áo.
- Lĩnh vực tác nhân kháng khuẩn / lĩnh vực xúc tác
Nano-silica trơ về mặt sinh lý và có tính hấp thụ cao. Nó có thể hấp thụ các ion kháng khuẩn để đạt được mục đích kháng khuẩn. Nó có thể được sử dụng trong sản xuất vỏ tủ lạnh và bàn phím máy tính.
- Y sinh
Hạt nano silica kích thước 100 nm được bao bọc bên ngoài bằng vàng kích thước 20 nm đã được chứng minh là có thể hấp thụ được các bước sóng trong vùng cận hồng ngoại, chuyển chúng thành nhiệt năng và tiêu diệt các tế bào ung thư.
- Thực phẩm
Giúp tăng cường chất lượng thực phẩm, giữ mùi, tạo sự ổn định trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm như bánh kẹo, nước sốt, bia.
- Nông nghiệp
Nano silica làm gia tăng thành phần dinh dưỡng của đất và kích thích sự nảy mầm ở cây bắp. Việc bổ sung nano silic vào đất giúp gia tăng hàm lượng dinh dưỡng N, P, K. Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica lên khả năng nảy mầm của cây bắp cũng cho thấy khi bổ sung nano silica khả năng nảy mầm của cây bắp cũng tăng lên.
Nano silica giúp gia tăng chiều cao cây, chiều dài rễ, lá và sinh khối ở cây so với các phân bón silic khác. Nghiên cứu cho thấy bổ sung nano silica ở 10 kg/ha (0,09 ppm) đã có hiệu quả hơn hẳn so với bổ sung phân bón silic thông thường ở 500 kg/ha trong việc gia tăng chiều cao cây, chiều dài rễ, lá và cả sinh khối (khô và ướt) ở cây lúa.
Nano silica dùng làm thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật
Nhiều loại côn trùng khác nhau sử dụng các loại cuticular lipid nhằm hạn chế sự mất nước. Các hạt nano silica có khả năng tương tác với các lipild này, giúp tiêu diệt các loại sâu bệnh gây hại. Ngoài ra, nano silic được chứng minh là không gây hại đối với cây trồng và con người.
Hoahocngaynay.com
