Vật liệu cách âm, cách nhiệt từ tro bay

Tận dụng nguồn phế thải tro bay, nhóm tác giả Trường Đại học Bách khoa TPHCM chế tạo ra vật liệu cách âm, cách nhiệt aerogel composite, có thể sản xuất ở quy mô công nghiệp.

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,… Thành phần của tro bay thường chứa các silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit, lưu huỳnh oxit,… Hiện nay, chưa có nhiều phương pháp xử lý triệt để, nên tro bay gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

Aerogel được định nghĩa là một hệ gel khô (không chứa dung môi trong hệ gel) với một lượng lớn lỗ rỗng trong cấu trúc, có khối lượng rất nhẹ nên aerogel còn được gọi bằng cái tên “khói băng” hay “khói rắn”. Đã có những nghiên cứu trong nước tổng hợp aerogel từ silica được trích ly và thu hồi từ tro bay bằng phương pháp sol-gel truyền thống. Tuy nhiên, quy trình tổng hợp còn phức tạp, sử dụng nhiều hóa chất không thân thiện với môi trường để tiền xử lý tro bay, tổng hợp aerogel, 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, 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.

Trước thực tế đó, nhóm tác giả Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã thực hiện đề tài “Phát triển công nghệ sản xuất vật liệu aerogel composite từ tro bay định hướng ứng dụng làm vật liệu siêu nhẹ, cách âm, cách nhiệt”.

Tro bay thô được nhóm tác giả thu về từ Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1, sau đó xử lý thành các hạt có kích thước 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 (FA aerogel).

Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy, vật liệu FA aerogel 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 FA aerogel 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, Chủ nhiệm đề tài, FA aerogel có khả năng chịu nén tốt gấp 3 lần aerogel từ bã mía (88 kPa), gấp 1,5 lần silica-cellulose aerogel (169 kPa). Ngoài ra, chi phí sản xuất FA aerogel rất thấp, ước tỉnh chỉ khoảng 59 ngàn đồng/m2. Trong khi đó, giá thành một số sản phẩm cách nhiệt thương mại như aerogel Trung Quốc có giá từ 250 – 430 ngàn đồng/m2, sản phẩm của Aspen Aerogel (Mỹ) giá khoảng 3 triệu đồng/m2,…

Đề tài nghiên cứu đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu và nhóm tác giả sẵn sàng chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp có nhu cầu.