Nhôm hydroxit: Tại sao không thể sử dụng trực tiếp?
Hydroxit lưỡng tính vô cơ—nhôm hydroxit (Al(OH)3, ATH)—có đặc tính chống cháy, chống khói và làm đầy hiệu quả cao. Khi phân hủy nhiệt, nó không tạo ra khí độc hoặc ăn mòn và có thể được sử dụng làm chất độn chống cháy trong vật liệu hữu cơ polyme. Hiện nay, việc sử dụng ATH làm chất chống cháy đang tăng lên hàng năm, và ATH đã trở thành chất chống cháy vô cơ quan trọng nhất trên toàn cầu.
Sửa đổi trước, chống cháy sau
Thông thường, các nhà sản xuất thường đổ bột nhôm hydroxit (ATH) vào vật liệu dễ cháy hoặc phủ lên bề mặt vật liệu dễ cháy một lớp phủ chống cháy có chứa ATH để cải thiện đặc tính chống cháy của vật liệu hữu cơ polyme.
Hơn nữa, vì ATH chứa ba nhóm hydroxyl (-OH), bề mặt của nó không đối xứng và có độ phân cực cao. Các nhóm hydroxyl bề mặt thể hiện tính chất ưa nước và kỵ dầu, khiến nó dễ bị kết tụ khi được thêm vào vật liệu hữu cơ polyme, ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính cơ học của vật liệu.
Do đó, nhôm hydroxit cần được biến tính bề mặt trước khi sử dụng.
Biến tính bề mặt nhôm hydroxit
Biến tính bề mặt là một trong những công nghệ then chốt để tối ưu hóa các tính chất của vật liệu bột vô cơ, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất ứng dụng và giá trị của bột vô cơ. Biến tính bề mặt của các hạt vô cơ là quá trình hấp phụ hoặc bao bọc một hoặc nhiều chất trên bề mặt của các hạt vô cơ, tạo thành cấu trúc composite lõi-vỏ. Quá trình này về cơ bản là quá trình tổng hợp các chất khác nhau.
Các loại và đặc điểm của chất biến tính
Có nhiều loại chất biến tính bề mặt dạng bột, nhưng không có phương pháp phân loại chuẩn. Các chất biến tính dùng để biến tính bột vô cơ chủ yếu được chia thành hai loại: chất hoạt động bề mặt và chất liên kết.
(1) Chất liên kết
Chất liên kết phù hợp với nhiều hệ vật liệu composite polyme hữu cơ và chất độn vô cơ khác nhau. Sau khi biến tính bề mặt bằng chất liên kết, tính tương thích và khả năng phân tán của vật liệu vô cơ với polyme được tăng lên. Bề mặt của vật liệu vô cơ chuyển từ ưa nước và kỵ dầu sang ưa dầu và kỵ nước, tăng ái lực của nó với polyme hữu cơ.
Các chất liên kết rất đa dạng và có thể được phân loại thành bốn loại chính dựa trên cấu trúc và thành phần hóa học của chúng: phức chất hữu cơ, silan, titanat và aluminat.
(2) Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt là những chất có thể làm thay đổi đáng kể các đặc tính bề mặt hoặc giao diện của vật liệu khi được sử dụng với lượng rất nhỏ. Chúng bao gồm các chất hoạt động bề mặt anion, cation và không ion, chẳng hạn như các axit béo bậc cao và muối, ancol, amin và este của chúng. Cấu trúc phân tử của chúng được đặc trưng bởi một nhóm alkyl mạch dài ở một đầu, tương tự như các phân tử polyme, và các nhóm phân cực như nhóm carboxyl, ether và amino ở đầu kia.
Làm thế nào để xác định hiệu ứng biến tính?
Nhôm hydroxit biến tính có đáng tin cậy không? Độ tin cậy của nó như thế nào? Điều này đòi hỏi phải đánh giá và mô tả hiệu ứng biến tính.
Hiện nay, hiệu quả chống cháy của chất chống cháy nhôm hydroxit có thể được đánh giá thông qua các phương pháp trực tiếp như kiểm tra chỉ số oxy, chỉ số cháy theo phương thẳng đứng và phương ngang, lượng khói sinh ra, phân tích nhiệt trọng lượng và các tính chất cơ học của vật liệu trong quá trình cháy; hoặc gián tiếp bằng cách đo độ hấp thụ bột, chỉ số hoạt hóa và giá trị hấp thụ dầu để kiểm tra gián tiếp hiệu quả biến tính của nó.
(1) Độ hấp thụ
ATH chưa biến tính có các nhóm hydroxyl ưa nước và kỵ dầu trên bề mặt, cho phép nó hòa tan trong nước hoặc lắng tự do xuống đáy. Sau khi biến tính, bề mặt của ATH trở nên ưa nước và kỵ dầu, với các tính chất bề mặt hoàn toàn trái ngược với dạng chưa biến tính. Nó không thể hòa tan hoặc lắng xuống đáy và chỉ có thể nổi trên bề mặt. Tuy nhiên, ATH đã biến tính có thể hòa tan hoặc kết tủa tốt trong dầu (chẳng hạn như parafin lỏng).
(2) Chỉ số hoạt hóa
ATH chưa biến tính có độ phân cực rất mạnh do bản chất của các nhóm hydroxyl bề mặt (-OH), cho phép nó hòa tan hoặc lắng tự do trong nước với các tính chất tương tự. Sau khi biến tính, ATH có một lớp nhóm thân dầu bám trên bề mặt, với các nhóm hydroxyl bề mặt (-OH) được bao bọc bên trong. Hiệu ứng biến tính càng tốt, tỷ lệ phủ nhóm thân dầu trên bề mặt ATH càng cao, và ATH biến tính càng nổi trên mặt nước.
(3) Giá trị hấp thụ dầu
Việc đo giá trị hấp thụ dầu đòi hỏi phải thêm dầu thầu dầu vào ATH và khuấy. Trước khi biến tính, ATH, do đặc tính ưa nước và kỵ dầu, cần nhiều dầu thầu dầu hơn để tạo thành các khối cầu. Sau khi biến tính bề mặt, nó trở nên ưa nước và kỵ dầu, cải thiện khả năng phân tán của ATH trong polyme và giảm các lỗ rỗng hình thành do sự kết tụ bột.
Hiểu về vật liệu siêu bền—NdFeB
NdFeB thiêu kết, là quy trình chế tạo sớm nhất và có khả năng ứng dụng rộng rãi nhất, đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm. NdFeB thiêu kết, với tính dị hướng từ mạnh và nguyên liệu thô giá rẻ, đã trở thành mục tiêu nghiên cứu của nhiều quốc gia. Vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB thiêu kết sử dụng công nghệ luyện kim bột. Hợp kim nấu chảy được nghiền thành bột và ép thành khối nén trong từ trường. Khối nén sau đó được thiêu kết trong khí trơ hoặc chân không để đạt được độ đặc. Hơn nữa, để cải thiện lực kháng từ của nam châm, thường cần xử lý nhiệt lão hóa. Quy trình như sau: chuẩn bị nguyên liệu thô → nấu chảy → chuẩn bị bột → ép → thiêu kết và ram → thử nghiệm từ tính → mài → gia công → mạ điện → thành phẩm.
Không giống như NdFeB thiêu kết, các hạt bột riêng lẻ của nam châm liên kết cần có lực kháng từ đủ cao. Một khi cấu trúc đa pha và vi cấu trúc cần thiết cho lực kháng từ cao bị phá hủy nghiêm trọng trong quá trình chuẩn bị bột, sẽ không thể sản xuất nam châm liên kết tốt. Do đó, bằng phương pháp bột từ tôi nhanh nóng chảy quay, hợp kim nóng chảy trước tiên được đổ hoặc phun lên một bánh xe đồng làm mát bằng nước quay tốc độ cao để tạo thành một dải mỏng có độ dày 100 μm.
Việc sản xuất nam châm ép nóng/biến dạng nóng đòi hỏi phải bắt đầu bằng bột từ Nd-Fe-B được tôi nhanh, thay vì sử dụng trực tiếp hợp kim đúc. Bằng cách sử dụng điều kiện tôi quá mức (làm nguội nhanh), các hạt mịn hơn, hoặc thậm chí bột từ vô định hình, được tạo ra. Trong quá trình ép nóng và biến dạng nóng, các hạt được nung nóng và phát triển đến kích thước gần bằng miền đơn, do đó đạt được lực kháng từ cao trong nam châm cuối cùng. Quá trình ép nóng bao gồm việc đặt bột từ vào khuôn và tạo áp suất ở nhiệt độ cao để ép nó vào nam châm rắn đẳng hướng.
Ứng dụng
Động cơ nam châm vĩnh cửu
Trong động cơ nam châm vĩnh cửu, việc sử dụng nam châm vĩnh cửu để kích thích không chỉ giảm tiêu thụ điện năng và tiết kiệm năng lượng mà còn cải thiện hiệu suất động cơ.
Máy móc từ tính
Máy móc từ tính hoạt động bằng lực đẩy của các cực cùng dấu hoặc lực hút của các cực khác dấu trong nam châm. Điều này đòi hỏi nam châm vĩnh cửu có độ từ dư cao và lực kháng từ nội tại cao. Hơn nữa, do nguyên lý hút giữa các cực khác dấu, các bộ truyền động từ có thể được chế tạo bằng cách truyền động không tiếp xúc, mang lại những ưu điểm như không ma sát và tiếng ồn. Do đó, nam châm Nd-Fe-B hiệu suất cao được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận truyền động của máy móc khai thác mỏ, ổ trục từ tính trong con quay hồi chuyển và tua bin trong vệ tinh và tàu vũ trụ, và ổ trục rotor trong máy bơm ly tâm để hỗ trợ chức năng tim trong thiết bị y tế.
Hàng không vũ trụ
Vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm là vật liệu không thể thiếu trong các vụ phóng tên lửa, định vị vệ tinh và công nghệ truyền thông. Vật liệu Nd-Fe-B thiêu kết hiệu suất cao đặc biệt hữu ích trong các hệ thống thu/phát sóng vi ba cho radar. Tận dụng hiệu ứng kết hợp của từ trường không đổi và từ trường vi ba xen kẽ, cộng hưởng sắt từ xảy ra, cho phép chế tạo các bộ tuần hoàn vi ba, bộ cách ly, v.v. Điện tử Tiêu dùng
Điện tử tiêu dùng 3C luôn là một ngành công nghiệp hạ nguồn quan trọng đối với vật liệu NdFeB thiêu kết. NdFeB thiêu kết sở hữu các đặc tính như sản phẩm năng lượng từ cao, phù hợp với xu hướng thu nhỏ, giảm trọng lượng và làm mỏng trong các sản phẩm điện tử tiêu dùng 3C. Vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các linh kiện điện tử như VCM, động cơ tuyến tính điện thoại di động, máy ảnh, tai nghe, loa và động cơ truyền động trục chính.
Tái chế chất thải sắt bo neodymium: kho báu không thể bỏ lỡ
Nam châm vĩnh cửu Neodymium sắt boron (NdFeB) được sử dụng rộng rãi trong sản xuất điện gió, xe năng lượng mới và các sản phẩm điện tử nhờ tính chất từ tính tuyệt vời, mang lại cho chúng danh hiệu "Vua nam châm". Tuy nhiên, tỷ lệ phế liệu trong quá trình sản xuất nam châm NdFeB lên tới 30%, cùng với tuổi thọ hạn chế, dẫn đến một lượng lớn chất thải NdFeB.
Những chất thải này chứa tới 30% nguyên tố đất hiếm, vượt xa hàm lượng quặng đất hiếm nguyên sinh, khiến chúng trở thành nguồn tài nguyên thứ cấp vô cùng giá trị. Việc thu hồi hiệu quả các nguyên tố đất hiếm từ chất thải NdFeB là rất quan trọng để đảm bảo an ninh tài nguyên đất hiếm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thúc đẩy phát triển bền vững.
Đặc điểm và nguồn gốc của chất thải NdFeB
Chất thải NdFeB chủ yếu có nguồn gốc từ phế liệu, sản phẩm lỗi và các sản phẩm điện tử đã qua sử dụng có chứa nam châm trong quá trình sản xuất nam châm. Thành phần hóa học của nó rất phức tạp; Ngoài các nguyên tố đất hiếm chính là Nd và Pr, các nguyên tố như Dy và Tb thường được thêm vào để cải thiện lực kháng từ, và các nguyên tố như Co, Al và Cu được thêm vào để cải thiện hiệu suất tổng thể. Dựa trên hàm lượng nguyên tố đất hiếm (REE), chất thải NdFeB có thể được phân loại thành ba loại: hàm lượng đất hiếm thấp (REE < 20%), hàm lượng đất hiếm trung bình (20%–30%) và hàm lượng đất hiếm cao (> 30%).
Hiện nay, các quy trình tái chế chất thải NdFeB chủ yếu được chia thành các công nghệ tái chế nhiệt luyện, thủy luyện và công nghệ tái chế mới.
(I) Các quy trình tái chế nhiệt luyện
Tái chế nhiệt luyện tách các nguyên tố đất hiếm khỏi sắt thông qua các phản ứng ở nhiệt độ cao. Các phương pháp chính bao gồm oxy hóa chọn lọc, tách clo, hợp kim lỏng và tách nhiệt hạch kim loại.
Oxy hóa chọn lọc dựa trên thực tế là các nguyên tố đất hiếm có ái lực với oxy cao hơn nhiều so với sắt. Ở nhiệt độ cao, các nguyên tố đất hiếm bị oxy hóa chọn lọc để tạo thành oxit, sau đó được tách khỏi sắt kim loại. Nakamoto và cộng sự đã điều chế thành công oxit đất hiếm hỗn hợp với độ tinh khiết trên 95% và tỷ lệ thu hồi trên 99% bằng cách kiểm soát chính xác áp suất riêng phần oxy.
Phân tách bằng clo hóa sử dụng ái lực mạnh giữa các nguyên tố đất hiếm và clo. Các tác nhân clo hóa như NH4Cl, FeCl2 hoặc MgCl2 được sử dụng để chuyển các nguyên tố đất hiếm thành clorua trước khi phân tách. Uda đã sử dụng FeCl2 làm tác nhân clo hóa, phản ứng ở 800℃, đạt tỷ lệ thu hồi đất hiếm là 95,9% và độ tinh khiết sản phẩm trên 99%.
Phương pháp hợp kim lỏng sử dụng sự khác biệt về ái lực giữa các nguyên tố đất hiếm và sắt đối với các kim loại khác để đạt được hiệu quả làm giàu và phân tách các nguyên tố đất hiếm và sắt. Nguyên tố đất hiếm Nd có thể tạo thành nhiều hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp với Ag, Mg, v.v.
Phương pháp tách xỉ-kim loại dựa trên đặc tính các nguyên tố đất hiếm trong chất thải NdFeB dễ kết hợp với oxy hơn. Tất cả các kim loại trong chất thải NdFeB được chuyển hóa thành oxit kim loại. Đồng thời, dưới nhiệt độ cao của tác nhân tạo xỉ, oxit sắt được chuyển hóa thành Fe kim loại bằng cách kiểm soát các điều kiện khử.
(II) Quy trình Thu hồi Ướt
Thu hồi ướt hiện là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất, chủ yếu bao gồm phương pháp hòa tan hoàn toàn, phương pháp hòa tan ưu tiên axit clohydric, phương pháp kết tủa muối kép và phương pháp chiết dung môi.
(III) Quy trình Tái chế Mới
Các công nghệ tái chế mới nhằm giải quyết các vấn đề tiêu thụ năng lượng cao và ô nhiễm cao liên quan đến các phương pháp truyền thống, bao gồm nổ hydro, ngâm chiết sinh học và phương pháp điện hóa.
So sánh các quy trình tái chế khác nhau và tác động môi trường
Các quy trình luyện kim nhiệt luyện có lưu lượng dòng chảy ngắn và công suất xử lý lớn, nhưng tiêu thụ năng lượng cao và khó tách riêng từng nguyên tố đất hiếm; các quy trình thủy luyện có tỷ lệ thu hồi cao và độ tinh khiết sản phẩm cao, nhưng tiêu thụ axit cao và chi phí xử lý nước thải cao; các quy trình mới hơn như phương pháp ngâm chiết sinh học và điện hóa thân thiện với môi trường, nhưng chủ yếu đang ở giai đoạn phòng thí nghiệm và chưa được áp dụng trên quy mô lớn.
Về tác động môi trường, các quy trình tái chế truyền thống thường sử dụng axit mạnh, kiềm mạnh và nhiệt độ cao, tạo ra lượng lớn chất thải lỏng và khí thải, làm tăng gánh nặng môi trường. Do đó, việc phát triển các quy trình tái chế xanh và tiêu thụ ít là rất quan trọng.
Tái chế chất thải NdFeB là một giải pháp then chốt để giảm thiểu tình trạng thiếu hụt tài nguyên đất hiếm và giảm ô nhiễm môi trường. Thông qua đổi mới công nghệ và định hướng chính sách, ngành công nghiệp tái chế NdFeB sẽ phát triển theo hướng xanh hóa, chi phí thấp, quy trình ngắn và tỷ lệ thu hồi cao, tạo động lực mới cho phát triển bền vững.
Ứng dụng và phát triển vật liệu bột vô cơ trong ngành cao su
Cao su được sử dụng rộng rãi trong vận tải, máy móc, điện tử, quốc phòng và các lĩnh vực khác của nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, cao su cũng có những nhược điểm đáng kể, chẳng hạn như lực liên kết phân tử yếu, thể tích tự do lớn và khả năng tự kết tinh kém, dẫn đến độ bền và mô đun đàn hồi thấp, khả năng chống mài mòn kém trong vật liệu cao su. Do đó, cần bổ sung chất độn vô cơ phi kim loại để đáp ứng các yêu cầu của những ứng dụng này.
Nhìn chung, chất độn vô cơ phi kim loại trong cao su chủ yếu có các chức năng sau: gia cường, làm đầy (tăng thể tích) và giảm chi phí, cải thiện hiệu suất gia công, điều chỉnh các đặc tính lưu hóa và mang lại các chức năng đặc biệt.
Các chất độn khoáng vô cơ phi kim loại thường được sử dụng trong cao su
(1) Silica
Silica hiện là chất gia cường được sử dụng rộng rãi thứ hai trong ngành công nghiệp cao su sau than đen. Công thức hóa học của silica là SiO2·nH2O. Cấu trúc hạt của nó chứa nhiều lỗ rỗng. Khi các lỗ rỗng này nằm trong khoảng 2nm-60nm, chúng dễ dàng kết hợp với các polyme khác, đó là lý do chính tại sao silica được sử dụng làm chất gia cường. Là một chất gia cường, silica có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và chống rách của vật liệu. Nó cũng có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của lốp xe và được sử dụng rộng rãi trong xe cộ, dụng cụ, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.
(2) Canxi Cacbonat Nhẹ
Canxi Cacbonat Nhẹ là một trong những chất độn sớm nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp cao su. Việc bổ sung một lượng lớn canxi cacbonat nhẹ vào cao su có thể làm tăng thể tích sản phẩm, do đó tiết kiệm cao su thiên nhiên đắt tiền và giảm chi phí. Cao su chèn canxi cacbonat nhẹ có thể đạt được độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và độ bền xé cao hơn so với cao su lưu hóa nguyên chất. Nó có tác dụng gia cường đáng kể trong cả cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp, đồng thời có thể điều chỉnh độ đặc. Trong ngành công nghiệp cáp, nó có thể cung cấp một mức độ cách điện nhất định. (3) Cao lanh
Kaolinit là một loại aluminosilicat ngậm nước, một loại khoáng sét phổ biến. Ứng dụng thực tế của nó trong cao su giúp tăng cường độ đàn hồi, đặc tính chắn, độ giãn dài và độ bền uốn của cao su. Việc bổ sung kaolinit biến tính vào cao su styren-butadien (SBR) giúp cải thiện đáng kể độ giãn dài, độ bền xé và độ cứng Shore của cao su, đồng thời kéo dài tuổi thọ sử dụng.
(4) Đất sét
Có thể thêm đất sét vào quá trình sản xuất lốp xe, tùy thuộc vào yêu cầu của quy trình sản xuất. Đất sét được sử dụng làm chất độn để giảm chi phí. Tuy nhiên, cần phải sử dụng đất sét hoạt tính để tạo điều kiện liên kết với cao su. Đất sét hoạt tính hoặc biến tính có thể thay thế một phần muội than trong công thức.
Các nghiên cứu cho thấy khi lượng đất sét tăng lên, độ cứng, ứng suất kéo 300% và độ bền kéo của hợp chất cao su giảm nhẹ, nhưng điều này có thể được bù đắp bằng cách điều chỉnh hệ thống lưu hóa. Khi được sử dụng trong công thức gai lốp, sau khi tối ưu hóa hệ thống, nó cũng có thể làm giảm lực cản lăn.
(5) Bari Sunfat
Nó có thể tăng cường hiệu quả khả năng chống lão hóa và chống chịu thời tiết của các sản phẩm cao su như cao su lốp xe và dây đai. Ngoài ra, nó có thể cải thiện độ nhẵn bề mặt của các sản phẩm cao su. Là một chất độn cao su dạng bột, nó không chỉ có thể cải thiện tỷ lệ ứng dụng bột mà còn có những lợi thế rõ ràng về mặt kinh tế.
(6) Talc
Bột talc thường được chia thành bột talc công nghiệp thông thường và bột talc siêu mịn. Loại thứ nhất, với tư cách là chất độn cao su, không có tác dụng gia cường và có tác dụng không đáng kể trong việc cải thiện các tính chất vật lý của cao su. Do đó, bột talc công nghiệp thông thường thường được sử dụng làm chất tách. Mặt khác, bột talc siêu mịn có tác dụng gia cường tốt. Nếu được sử dụng làm chất độn cao su, độ bền kéo của bản thân cao su sẽ tương đương với hiệu ứng do silica tạo ra.
(7) Than chì
Than chì thuộc nhóm khoáng vật silicat phi kim loại dạng phiến và có độ dẫn nhiệt, dẫn điện và độ bôi trơn tốt. Sử dụng than chì làm chất độn cao su bao gồm một quy trình tương tự như quy trình được sử dụng cho montmorillonite, trong đó than chì được nghiền thành các hạt có kích thước nano bằng một kỹ thuật đặc biệt. Khi các hạt nano này kết hợp với nền cao su, nhiều đặc tính chức năng của cao su được cải thiện. Ví dụ, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, độ kín khí và các tính chất cơ học đều được cải thiện đáng kể.
Các loại và ứng dụng của công nghệ cầu hóa bột
Công nghệ cầu hóa bột, một thành phần không thể thiếu của công nghiệp và khoa học hiện đại, có thể cải thiện các đặc tính bề mặt và tính chất vật lý của bột, tối ưu hóa hiệu suất vật liệu và đáp ứng các yêu cầu đa chức năng. Hiện nay, công nghệ cầu hóa bột đã thâm nhập vào nhiều lĩnh vực, bao gồm dược phẩm, thực phẩm, hóa chất, bảo vệ môi trường, vật liệu, luyện kim và in 3D.
Công nghệ chế tạo bột cầu liên quan đến nhiều lĩnh vực, bao gồm chuyên môn về hóa học, khoa học vật liệu và kỹ thuật. Dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu các công nghệ khác nhau liên quan đến cầu hóa bột.
Phương pháp định hình cơ học
Các phương pháp định hình cơ học chủ yếu sử dụng một loạt các lực cơ học, chẳng hạn như va chạm, ma sát và cắt, để biến dạng dẻo và hấp thụ các hạt. Quá trình xử lý liên tục tạo ra các hạt đặc hơn, và các cạnh sắc dần được làm nhẵn và bo tròn bởi lực tác động. Các phương pháp định hình cơ học sử dụng máy nghiền va đập tốc độ cao, máy nghiền khuấy và các thiết bị nghiền khác để sản xuất vật liệu bột mịn. Kết hợp với nghiền khô và nghiền ướt, các phương pháp này tạo ra vật liệu bột có kích thước hạt mịn hơn, phân bố kích thước hạt hẹp hơn và tốc độ cầu hóa nhất định.
Định hình cơ học được sử dụng rộng rãi trong quá trình cầu hóa và định hình than chì tự nhiên, than chì nhân tạo và hạt xi măng. Phương pháp này cũng thích hợp để nghiền và nghiền bột kim loại giòn hoặc bột hợp kim. Định hình cơ học sử dụng nhiều loại nguyên liệu thô giá rẻ, tận dụng tối đa các nguồn tài nguyên hiện có. Phương pháp này mang lại những ưu điểm như tính đơn giản, thân thiện với môi trường và khả năng mở rộng quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, phương pháp này không có tính chọn lọc cao về vật liệu, và không thể đảm bảo tính cầu, mật độ hạt và năng suất của các hạt được xử lý. Do đó, phương pháp này chỉ phù hợp để sản xuất bột hình cầu với yêu cầu chất lượng thấp hơn.
Sấy phun
Sấy phun liên quan đến việc phun một chất lỏng thành các giọt, sau đó được làm bay hơi nhanh chóng trong luồng khí nóng, đông đặc thành các hạt rắn. Ưu điểm của sấy phun là tính đơn giản và dễ kiểm soát các đặc tính của sản phẩm. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực thuốc nổ quân sự và pin.
Phản ứng hóa học pha khí
Phản ứng hóa học pha khí sử dụng nguyên liệu thô dạng khí (hoặc làm bay hơi nguyên liệu thô dạng rắn thành trạng thái khí) để tạo ra hợp chất mong muốn thông qua phản ứng hóa học. Hợp chất này sau đó được ngưng tụ nhanh chóng để tạo ra bột hình cầu siêu mịn của nhiều chất khác nhau.
Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt sử dụng lò phản ứng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, sử dụng nước hoặc dung môi hữu cơ làm môi trường phản ứng hóa học. Kích thước hạt có thể được kiểm soát hiệu quả bằng cách điều chỉnh các thông số như nhiệt độ thủy nhiệt, thời gian thủy nhiệt, pH và nồng độ dung dịch.
Phương pháp kết tủa
Phương pháp kết tủa kết hợp các ion kim loại với một chất kết tủa cụ thể thông qua phản ứng hóa học trong dung dịch, tạo ra các hạt keo bán rắn nhỏ và tạo thành huyền phù ổn định. Sau đó, bằng cách điều chỉnh thêm các điều kiện phản ứng kết tủa, chẳng hạn như lão hóa tĩnh, khuấy chậm hoặc thay đổi môi trường dung dịch, các hạt keo này dần dần kết tụ và phát triển thành hình cầu, tạo thành kết tủa hình cầu sơ cấp. Kết tủa thu được sau đó được sấy khô hoặc nung để cuối cùng tạo ra vật liệu bột hình cầu.
Phương pháp Sol-Gel
Phương pháp sol-gel thường bao gồm ba giai đoạn: chuẩn bị sol, tạo gel và tạo bột hình cầu. Xử lý nhiệt có thể cải thiện hơn nữa cấu trúc và tính chất của bột hình cầu, cho phép kiểm soát chính xác kích thước và hình thái hạt.
Phương pháp vi nhũ tương
Phương pháp vi nhũ tương là phương pháp chế tạo hệ thống hai pha lỏng-lỏng. Phương pháp này bao gồm việc thêm dung môi hữu cơ chứa tiền chất hòa tan vào pha nước để tạo thành nhũ tương chứa các hạt nhỏ. Các hạt hình cầu sau đó được hình thành thông qua quá trình tạo mầm, kết tụ, kết tụ và xử lý nhiệt. Phương pháp vi nhũ tương được sử dụng rộng rãi trong chế tạo hạt nano và vật liệu composite hữu cơ-vô cơ.
Hình cầu hóa bằng plasma
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ cao và nhu cầu cấp thiết về vật liệu nano mới cùng các quy trình chế tạo mới, việc nghiên cứu và ứng dụng hóa học plasma đang ngày càng được quan tâm. Hình cầu hóa bằng plasma, đặc trưng bởi nhiệt độ cao, enthalpy cao, phản ứng hóa học cao, và môi trường phản ứng và nhiệt độ có thể kiểm soát được, là phương pháp lý tưởng để sản xuất bột hình cầu có độ tinh khiết cao, hạt nhỏ.
Các phương pháp khác bao gồm đốt cháy, tạo viên bằng ngọn lửa đốt khí, phun sương siêu âm, phun sương ly tâm, cắt dây, đục lỗ, nấu chảy lại và phun lỗ nhỏ xung.
Làm thế nào để sửa đổi bề mặt bột silicon nitride?
Biến tính bề mặt bột silicon nitride chủ yếu bao gồm việc xử lý bề mặt bột thông qua các phương pháp vật lý và hóa học khác nhau để cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của các hạt.
Biến tính bề mặt có thể làm giảm lực hút lẫn nhau giữa các hạt bột, cho phép bột phân tán tốt hơn trong môi trường và cải thiện khả năng phân tán của hỗn hợp bột. Nó cũng có thể tăng cường hoạt động bề mặt của bột silicon nitride, tăng khả năng tương thích của nó với các chất khác và do đó phát triển các tính chất mới.
Nguyên lý chính của biến tính bề mặt bột là sự tương tác giữa bột và chất biến tính bề mặt làm tăng khả năng thấm ướt của bề mặt bột và cải thiện khả năng phân tán của nó trong môi trường nước hoặc hữu cơ.
1. Biến tính lớp phủ bề mặt
Công nghệ biến tính lớp phủ bề mặt sử dụng hấp phụ vật lý hoặc hóa học để bám dính đồng đều vật liệu phủ lên bề mặt của vật thể được phủ, tạo thành một lớp phủ đồng nhất và hoàn chỉnh. Lớp phủ được hình thành trong quá trình phủ thường là một lớp đơn.
Biến tính lớp phủ thường được phân loại thành vô cơ và hữu cơ. Lớp phủ vô cơ chủ yếu bao gồm việc lắng đọng các oxit hoặc hydroxit thích hợp trên bề mặt các hạt gốm để biến đổi bột, nhưng sự biến đổi này chỉ ảnh hưởng đến các tính chất vật lý. Mặt khác, lớp phủ hữu cơ liên quan đến việc lựa chọn các chất hữu cơ làm vật liệu phủ. Các chất hữu cơ này liên kết với các nhóm trên bề mặt của các hạt bột và hấp phụ chọn lọc lên bề mặt, truyền các tính chất của lớp phủ cho bột.
Công nghệ biến đổi này có chi phí thấp, các bước đơn giản và dễ kiểm soát, nhưng kết quả thu được thường bị hạn chế.
2. Xử lý bề mặt bằng axit và kiềm
Các quy trình đúc gốm thường yêu cầu bùn gốm có hàm lượng chất rắn cao và độ nhớt thấp. Mật độ điện tích trên bề mặt bột ảnh hưởng đáng kể đến tính lưu biến và độ phân tán của bùn. Việc rửa bề mặt bột gốm (xử lý bằng axit và kiềm) có thể làm thay đổi các tính chất điện tích bề mặt của bột. Đúng như tên gọi, phương pháp biến đổi này bao gồm việc trộn và rửa kỹ bột silicon nitride bằng các dung dịch axit hoặc kiềm có nồng độ khác nhau.
Đồng thời, xử lý kiềm ở một nồng độ nhất định cũng có thể phản ứng với bề mặt của bột gốm. Nghiên cứu của Wang Yongming và cộng sự đã chỉ ra rằng rửa kiềm có thể làm giảm hàm lượng silanol trên bề mặt bột silicon carbide, giảm mức độ oxy hóa, thay đổi lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt và cải thiện các đặc tính lưu biến của hỗn hợp.
3. Biến tính chất phân tán
Dựa trên sự khác biệt giữa các loại bột gốm khác nhau, việc lựa chọn chất phân tán phù hợp hoặc thiết kế một chất phân tán mới đóng vai trò quan trọng trong việc tăng hàm lượng chất rắn trong hỗn hợp gốm. Loại và lượng chất phân tán được thêm vào có thể thay đổi đáng kể tác động lên các đặc tính của gốm.
Các chất phân tán thường có cả cấu trúc ưa nước và kỵ nước, và chính thông qua sự tương tác giữa các nhóm ưa nước và kỵ nước này mà chúng điều chỉnh các đặc tính phân tán của hỗn hợp gốm. Các chất phân tán bao gồm chất hoạt động bề mặt hoặc chất điện phân polyme, trong đó các chất hoạt động bề mặt bao gồm chất hoạt động bề mặt cation và anion.
Các chất điện phân polyme bao gồm axit polyvinyl sulfonic, axit polyacrylic, polyvinyl pyridine và polyethyleneimine. Chất phân tán có thể trải qua các phản ứng hấp phụ với bề mặt bột, bao gồm hấp phụ hóa học và vật lý, tận dụng lực liên kết giữa các hạt (lực van der Waals và lực đẩy tĩnh điện) và tiềm năng tạo ra các hiệu ứng lập thể.
4. Biến đổi tính kỵ nước bề mặt
Biến đổi tính kỵ nước bề mặt liên quan đến việc chuyển đổi các nhóm hydroxyl trong bột gốm thành các nhóm kỵ nước, chẳng hạn như các nhóm hydrocarbon, nhóm alkyl mạch dài và nhóm cycloalkyl. Các nhóm hữu cơ này liên kết với bề mặt bột gốm, tạo ra hiệu ứng kỵ nước mạnh, cho phép phân tán tốt hơn trong môi trường phân tán và ngăn ngừa sự kết tụ.
Khi các polyme được ghép lên bề mặt bột silicon nitride, các chuỗi polyme dài bám vào bề mặt bột, trong khi các chuỗi ưa nước ở hai đầu còn lại mở rộng vào môi trường nước. Trong suốt quá trình phân tán, các hạt bột chịu cả lực đẩy liên kết giữa các hạt và lực cản lập thể do các chuỗi polyme dài tạo ra, dẫn đến sự phân tán bùn tốt hơn.
Bốn lĩnh vực ứng dụng sáng tạo và triển vọng của Kaolin
Cao lanh, một khoáng vật silicat phân lớp 1:1, sở hữu nhiều đặc tính, bao gồm khả năng phân tán, tính dẻo, khả năng thiêu kết, tính chịu lửa, khả năng trao đổi ion và độ ổn định hóa học, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Hiện nay, ứng dụng của cao lanh chủ yếu tập trung trong các ngành công nghiệp truyền thống như gốm sứ, sản xuất giấy và vật liệu chịu lửa.
1. Vật liệu composite hiệu suất cao
Việc ứng dụng cao lanh trong vật liệu composite có thể cải thiện các tính chất bề mặt (chẳng hạn như khả năng hấp phụ) của vật liệu.
Những lợi ích của cao lanh trong vật liệu composite bao gồm tăng cường khả năng hấp phụ, tăng cường tính chất điện, cải thiện độ ổn định nhiệt/khả năng chống cháy và cải thiện độ ổn định cơ học. Tuy nhiên, các ứng dụng thực tế vẫn còn nhiều thách thức, chẳng hạn như độ phân tán và khả năng tương thích bề mặt của cao lanh trong vật liệu composite không đủ, điều này có thể hạn chế hiệu quả của nó.
Các hướng nghiên cứu trong tương lai bao gồm phát triển các công nghệ biến tính bề mặt cao lanh hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn để cải thiện khả năng phân tán và khả năng tương thích của nó với vật liệu nền; khám phá thiết kế các vật liệu composite đa chức năng gốc cao lanh để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như thu năng lượng, xử lý nước thải và an toàn phòng cháy chữa cháy; và tiếp tục tăng diện tích bề mặt riêng và số lượng vị trí hoạt động của cao lanh thông qua xử lý ở cấp độ nano và thao tác phân tử, từ đó nâng cao hiệu suất của nó. Hơn nữa, cần nỗ lực thúc đẩy các quy trình sản xuất vật liệu composite cao lanh chi phí thấp và thân thiện với môi trường, đồng thời tích hợp các công nghệ sản xuất thông minh để đạt được ứng dụng quy mô lớn.
2. Vật liệu xốp: Lĩnh vực sàng phân tử
Sàng phân tử là vật liệu có cấu trúc lỗ rỗng có trật tự, có khả năng hấp phụ chọn lọc các phân tử khác nhau. Chúng được sử dụng rộng rãi trong lọc dầu, hóa dầu, nông nghiệp và xử lý nước. Cao lanh, một khoáng chất tự nhiên phổ biến và rẻ tiền, giàu silica và alumina, có thể được sử dụng trực tiếp để tổng hợp sàng phân tử zeolit. So với các nguồn silic và nhôm truyền thống và có khả năng gây độc hại, cao lanh không chỉ thân thiện với môi trường mà còn giảm chi phí và đơn giản hóa quá trình tổng hợp.
Cao lanh không chỉ kích hoạt hoạt tính của silicat và alumina thông qua các bước tiền xử lý đơn giản như nung và ngâm chiết axit, mà còn tăng cường hơn nữa hiệu suất sàng phân tử thông qua thao tác tác nhân tạo khuôn mẫu và tối ưu hóa nhiệt độ.
3. Y sinh học
Cao lanh là một loại khoáng sét nanosilicat đặc trưng bởi tính tương thích sinh học tuyệt vời, diện tích bề mặt riêng cao, tính trơ hóa học, tính chất keo và tính lưu biến. Trong lĩnh vực y sinh học, nghiên cứu đang dần chuyển từ các ứng dụng mang thuốc cơ bản sang các ứng dụng y sinh phức tạp hơn như liệu pháp gen và in sinh học 3D. Các ứng dụng của cao lanh đã mở rộng từ việc hỗ trợ vật lý đơn giản và giải phóng thuốc sang các hệ thống phức tạp thúc đẩy tăng trưởng tế bào và vận chuyển gen.
4. Lưu trữ năng lượng
Lưu trữ năng lượng luôn là một chủ đề nóng. Tìm kiếm các giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả và bền vững là một trong những con đường chính để giải quyết các thách thức năng lượng toàn cầu. Cao lanh, với cấu trúc độc đáo và tính đa chức năng, đã trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho việc lưu trữ năng lượng. Cao lanh được sử dụng trong nhiều thiết bị lưu trữ năng lượng như pin lithium-ion, siêu tụ điện và pin nhiên liệu vi sinh.
Triển vọng ứng dụng trong tương lai của cao lanh như sau:
a. Nghiên cứu và phát triển các vật liệu tiên tiến sẽ tập trung vào công nghệ xử lý nano kaolin và biến tính bề mặt, nhằm nâng cao hiệu suất của nó trong lĩnh vực điện tử, lưu trữ năng lượng và các lĩnh vực khác. Ví dụ, nanocomposite gốc kaolin có thể được phát triển bằng cách kết hợp chúng với polyme hoặc vật liệu gốc carbon để cải thiện độ bền cơ học và độ dẫn điện.
b. Kaolin có tiềm năng cung cấp các giải pháp cho các vấn đề môi trường như xử lý nước và cải tạo đất, đặc biệt là trong việc loại bỏ kim loại nặng và hấp phụ các chất ô nhiễm.
c. Việc tích hợp các công nghệ liên ngành sẽ thúc đẩy ứng dụng tiên tiến của kaolin trong lĩnh vực dược phẩm sinh học, tích hợp công nghệ sinh học để phát triển các hệ thống dẫn thuốc hoặc khung hoạt tính sinh học.
d. Với nhu cầu ngày càng tăng của thị trường đối với các vật liệu thân thiện với môi trường, các công ty nên tăng cường hợp tác với các tổ chức R&D để chuyển đổi các khám phá sáng tạo thành các sản phẩm cạnh tranh, chẳng hạn như gốm kaolin chịu nhiệt độ cao, bền hoặc vật liệu composite nhẹ.
e. Với sự chú trọng toàn cầu vào phát triển bền vững, hỗ trợ chính sách và tính khả thi về kinh tế sẽ ảnh hưởng đến định hướng của hoạt động R&D và ứng dụng kaolin. Do đó, ngành cần theo dõi chặt chẽ tình hình cung ứng nguồn lực và tối ưu hóa chi phí, đồng thời tăng cường quản lý rủi ro và nâng cao năng lực cạnh tranh toàn cầu để ứng phó với môi trường quốc tế phức tạp.
Bari sulfat biến tính SDS dùng trong mỹ phẩm
Chất làm mờ mỹ phẩm là thành phần chính để đạt được các hiệu ứng như che khuyết điểm và làm sáng da; độ phân tán và độ ổn định của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và thời hạn sử dụng của sản phẩm.
Bari sulfat được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm do có chỉ số khúc xạ cao, độ mờ đục tốt và độ ổn định hóa học. Tuy nhiên, xu hướng kết tụ của nó hạn chế việc ứng dụng trong mỹ phẩm.
Nghiên cứu này khảo sát độ phân tán và độ ổn định của bari sulfat trong nền mỹ phẩm bằng cách điều chế bari sulfat siêu mịn bằng phương pháp nghiền bi, và tối ưu hóa các quy trình biến tính bề mặt và phân tán.
1. Phương pháp biến tính
(1) Tiền xử lý Bari sulfat
Bari sulfat cấp công nghiệp được sấy khô và sàng qua lưới sàng 200 mesh theo từng mẻ. Với mỗi mẻ, 100g bari sulfat được trộn với 0,5g axit stearic trên máy nghiền hai trục trong 3 phút. Sau đó, các trục được điều chỉnh đến khe hở tối thiểu và được sàng qua 6 lần, tiếp theo là lần sàng cuối cùng với khe hở 2mm, hoàn tất quá trình trộn ban đầu. Hỗn hợp bari sulfat được sấy khô ở 80°C trong 4 giờ để thu được sản phẩm đã được xử lý sơ bộ.
(2) Biến tính bề mặt
Sử dụng 100 phần công thức nền, bari sulfat đã được xử lý sơ bộ được thêm vào với các tỷ lệ khác nhau và được biến tính bề mặt ở 60°C. Trong quá trình biến tính, 1,5 phần natri dodecyl sulfat được thêm vào, và hỗn hợp được trộn đều. Các trục được điều chỉnh đến khe hở tối thiểu và được đưa qua 6 lần trước khi được làm phẳng, thu được bari sulfat đã được biến tính.
(3) Chuẩn bị phân tán
Bari sulfat đã được biến tính được phân tán vào công thức nền ở các tỷ lệ khác nhau bằng cách kết hợp khuấy cơ học và phân tán siêu âm. Cụ thể, một lượng bari sulfat đã được biến tính nhất định được cân, thêm vào nước khử ion và phân tán siêu âm trong 10 phút. Sau đó, từ từ thêm công thức nền vào trong khi khuấy, và hỗn hợp được khuấy thêm 30 phút nữa.
2. Quy trình Biến tính Tối ưu và Đánh giá Hiệu suất
(1) Quy trình Biến tính Tối ưu
Thông qua nghiên cứu có hệ thống, các điều kiện quy trình tối ưu đã được xác định: Bari sunfat cấp công nghiệp được sàng qua lưới sàng 200 mắt và sấy khô ở 60°C trong 4 giờ. Natri dodecyl sunfat được sử dụng làm chất biến tính bề mặt với tỷ lệ 1,5% trọng lượng bari sunfat, và quá trình biến tính được thực hiện ở 60°C trong 2 giờ. Trong quá trình phân tán, hàm lượng bari sunfat được kiểm soát ở mức 15%–20%, nhiệt độ phân tán ở 60°C, thời gian phân tán là 15 phút và pH của hệ thống được duy trì ở mức 8,0–8,5. Kết hợp khuấy cơ học và phân tán siêu âm đã được sử dụng.
Trong những điều kiện này, hệ thống phân tán thu được thể hiện các đặc điểm sau: phân bố kích thước hạt đồng đều với kích thước hạt chính là 0,8–1,2 μm; độ ổn định phân tán tốt, không bị lắng đọng đáng kể trong vòng 7 ngày; và độ phủ tuyệt vời với lớp màng đồng đều và liên tục.
(2) Đánh giá ứng dụng trong mỹ phẩm
Phân tán bari sulfat đã được chuẩn bị đã được đánh giá trong các công thức mỹ phẩm: Việc thêm 15% phân tán bari sulfat đã được điều chỉnh vào kem nền cho độ che phủ tốt và trải nghiệm người dùng dễ chịu, với khả năng tương thích tốt với nền tảng cơ bản và không bị tách pha.
Việc thêm 20% phân tán vào công thức kem che khuyết điểm đã cải thiện đáng kể độ che phủ, duy trì độ ổn định tốt và mang lại hiệu quả tự nhiên và lâu dài.
Kết quả đánh giá ứng dụng chứng minh rằng phân tán bari sulfat được điều chế bằng quy trình tối ưu hóa thể hiện hiệu suất tuyệt vời trong các ứng dụng mỹ phẩm. ALPA chuyên về nghiền và phân loại siêu mịn để tối đa hóa giá trị sản phẩm của bạn. Chuyên về nghiền và phân loại Barit siêu mịn.
Tiềm năng của montmorillonite trong lĩnh vực năng lượng mới
Montmorillonite (MMT) là một khoáng vật silicat phân lớp. Trong cấu trúc của nó, các nguyên tử nhôm hóa trị cao trong khối bát diện nhôm-oxy có thể dễ dàng được thay thế bằng các nguyên tử hóa trị thấp hơn, tạo ra điện tích âm giữa các lớp. Để duy trì sự ổn định của cấu trúc xen kẽ, montmorillonite hấp thụ các cation như Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ và K+ từ môi trường xung quanh. Đặc tính này mang lại cho montmorillonite khả năng hấp phụ và trao đổi cation mạnh mẽ. Cấu trúc và khả năng trao đổi độc đáo này mang lại cho montmorillonite tiềm năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực công nghệ năng lượng mới.
Vật liệu Pin Lithium
(1) Cho Chất Điện Phân Thể Rắn
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng montmorillonite (MMT), với tư cách là một chất độn vô cơ mới, có thể cải thiện đáng kể độ dẫn ion và các tính chất cơ học của chất điện phân polyme rắn (SPE).
(2) Xây dựng các lớp SEI nhân tạo
Trong màng xen kẽ pha điện phân rắn nhân tạo (SEI), lớp montmorillonite-lithium (Li-MMT) mang lại các tính chất cơ học tốt cho lớp SEI và cung cấp các kênh vận chuyển Li+, giúp ức chế sự phát triển của dendrite lithium. Nhờ các kênh Li+ nhanh trong Li-MMT, một cell Li-LiFePO4 đầy đủ được lắp ráp với lớp SEI Li-MMT thể hiện hiệu suất tốc độ vượt trội và duy trì khả năng lưu giữ dung lượng cao 90,6% sau 400 chu kỳ ở tốc độ 1C.
(3) Tối ưu hóa bộ tách
MMT được sử dụng để tối ưu hóa bộ tách nhờ các đặc tính hấp phụ tuyệt vời của nó. So với các bộ tách PE thương mại, bộ tách biến tính Li-MMT có nồng độ Li+ cao hơn tại giao diện điện cực/chất điện phân, giúp giảm sự lắng đọng lithium chọn lọc, làm suy yếu mật độ dòng điện cục bộ và ức chế sự phát triển của dendrite.
(4) Tối ưu hóa chất điện phân lỏng
Trong hệ thống pin lithium kim loại, so với chất điện phân PEO, montmorillonite thể hiện ái lực mạnh hơn với lithium kim loại, với thế zeta là +26 mV, thúc đẩy sự làm giàu ion lithium gần bề mặt montmorillonite. Với sự hấp phụ và tách các ion lithium, điện thế quá mức tăng nhẹ lên -57,7 mV, dẫn các ion lithium di chuyển từ montmorillonite và lắng đọng trên bề mặt bộ thu dòng điện bằng đồng.
(5) Vật liệu mang
Siêu tụ điện
Vật liệu khuôn mẫu
Một số khoáng chất tự nhiên có hình thái đặc trưng, chẳng hạn như attapulgite, montmorillonite, halloysite và diatomite, thường được sử dụng làm khuôn mẫu để tổng hợp vật liệu carbon xốp với hình thái đặc trưng. Hơn nữa, các polyme dẫn điện với hình thái đặc trưng có thể được tổng hợp bằng phương pháp khuôn mẫu khoáng chất. (2) Vật liệu mang điện cực
Để thu được vật liệu hoạt tính với hình thái đặc trưng, đồng thời tăng cường điện dung riêng và cải thiện độ ổn định chu kỳ, vật liệu hoạt tính có thể được nạp lên bề mặt của các khoáng chất như montmorillonite và halloysite.
Vật liệu lưu trữ mêtan
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu việc sử dụng công nghệ lưu trữ khí thiên nhiên dựa trên hấp phụ, vừa tiết kiệm, vừa tiện lợi và an toàn, như một giải pháp thay thế cho các công nghệ khí thiên nhiên nén và khí thiên nhiên hóa lỏng truyền thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khoáng sét đóng vai trò tích cực trong việc hình thành và phát triển các mỏ khí đá phiến và sở hữu khả năng lưu trữ khí.
Vật liệu điện xúc tác
Điện xúc tác là một loại xúc tác giúp tăng tốc các phản ứng truyền điện tích tại giao diện điện cực/chất điện phân, và đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như giải phóng hydro điện hóa, giải phóng oxy và khử NOx. Các khoáng sét như montmorillonite đã được sử dụng rộng rãi làm chất mang cho các thành phần phản ứng điện cực quang xúc tác để ngăn ngừa sự kết tụ các hạt, cải thiện độ ổn định của các phân tử nhạy cảm và tăng cường độ chọn lọc phản ứng.
Vật liệu Lưu trữ Nhiệt Năng Chuyển Pha
Vật liệu lưu trữ nhiệt năng chuyển pha (PCM) là một loại vật liệu chức năng mới, tận dụng sự hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt trong quá trình chuyển pha để lưu trữ và giải phóng nhiệt năng. Khoáng chất tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực lưu trữ nhiệt năng chuyển pha. Một mặt, bản thân khoáng chất tự nhiên là vật liệu chuyển pha vô cơ tuyệt vời, và có thể được chế biến thành vật liệu lưu trữ nhiệt năng chuyển pha hiệu suất cao sau khi bổ sung các tác nhân tạo hạt và chất làm đặc thích hợp. Mặt khác, cấu trúc xốp của khoáng chất có thể đóng vai trò là chất mang tuyệt vời cho vật liệu lưu trữ nhiệt năng chuyển pha.
Sửa đổi lớp phủ bột titan dioxide
Biến tính bề mặt bột titan dioxide (titan trắng) là một phương pháp quan trọng để nâng cao hiệu suất của nó (như khả năng phân tán, khả năng chống chịu thời tiết, độ bóng và độ ổn định hóa học). Các kỹ thuật biến tính bề mặt phổ biến có thể được phân loại thành ba loại: lớp phủ vô cơ, lớp phủ hữu cơ và lớp phủ composite. Sau đây là phân loại chi tiết và giới thiệu ngắn gọn về các phương pháp này:
Biến tính lớp phủ vô cơ
Phương pháp này bao gồm việc phủ lên bề mặt các hạt titan dioxide một lớp oxit hoặc muối vô cơ, tạo thành một lớp rào cản vật lý để cải thiện độ ổn định hóa học và các tính chất quang học của chúng.
1. Phủ oxit
Nguyên lý: Các hydrat oxit kim loại (như SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, v.v.) được kết tủa lên bề mặt các hạt titan dioxide, tạo thành một lớp phủ đồng nhất.
Quy trình: Thông thường, phương pháp lắng đọng pha lỏng được sử dụng, trong đó các muối kim loại (như natri silicat, nhôm sunfat) được thêm vào bùn titan dioxide, và độ pH được điều chỉnh để kết tủa các hydrat oxit kim loại lên bề mặt.
2. Lớp phủ oxit tổng hợp
Nguyên lý: Phủ hai hoặc nhiều oxit kim loại (như Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂, v.v.), kết hợp ưu điểm của từng thành phần.
Đặc điểm: Hiệu suất tổng thể vượt trội; ví dụ, lớp phủ Al₂O₃-SiO₂ có thể đồng thời cải thiện khả năng phân tán và khả năng chống chịu thời tiết, phù hợp cho các lớp phủ ô tô và lớp phủ cuộn dây đòi hỏi khắt khe.
3. Lớp phủ muối
Nguyên lý: Sử dụng muối kim loại (như phosphat, silicat, sunfat, v.v.) để tạo thành một lớp muối không hòa tan trên bề mặt các hạt titan dioxit.
Biến đổi lớp phủ hữu cơ
Phương pháp này liên quan đến phản ứng của các hợp chất hữu cơ với các nhóm hydroxyl trên bề mặt titan dioxit, tạo thành một lớp phân tử hữu cơ để cải thiện khả năng tương thích của nó với môi trường hữu cơ. 1. Lớp phủ chất liên kết
Nguyên lý: Sử dụng cấu trúc lưỡng tính của các chất liên kết (như silan, titanat và aluminat), một đầu liên kết với các nhóm hydroxyl trên bề mặt titan dioxit, trong khi đầu kia phản ứng với nền hữu cơ (ví dụ: nhựa, polyme).
Chức năng:
Chất liên kết silan: Cải thiện khả năng phân tán của titan dioxit trong hệ thống nước, thường được sử dụng trong sơn phủ và mực gốc nước.
Chất liên kết titanat/aluminat: Tăng cường khả năng tương thích trong các hệ thống dầu như nhựa và cao su, giảm sự kết tụ trong quá trình xử lý.
2. Lớp phủ chất hoạt động bề mặt
Nguyên lý: Các chất hoạt động bề mặt (như axit béo, sulfonat và muối amoni bậc bốn) bám dính vào bề mặt titan dioxit thông qua hấp phụ vật lý hoặc phản ứng hóa học, tạo thành lớp tích điện hoặc lớp kỵ nước.
3. Lớp phủ Polymer
Nguyên lý: Ghép các polymer (như acrylate, nhựa epoxy và siloxane) lên bề mặt titan dioxide thông qua các phản ứng trùng hợp.
Chức năng:
Tạo thành một lớp phủ dày, bảo vệ chống lại sự tấn công hóa học và cải thiện khả năng chống chịu thời tiết cũng như các tính chất cơ học.
Tăng cường khả năng tương thích với các loại nhựa cụ thể, phù hợp cho vật liệu composite và lớp phủ hiệu suất cao.
4. Lớp phủ Organosilicon
Nguyên lý: Sử dụng năng lượng bề mặt thấp của polysiloxane (dầu silicon, nhựa silicon, v.v.) để phủ các hạt titan dioxide.
Chức năng: Giảm sức căng bề mặt, cải thiện khả năng phân tán và bôi trơn, thường được sử dụng trong mực in và mỹ phẩm.
Biến đổi lớp phủ Composite
Kết hợp các ưu điểm của lớp phủ vô cơ và hữu cơ, quy trình phủ kép (tuần tự hoặc đồng thời) đạt được hiệu suất bổ sung.
1. Lớp phủ tuần tự vô cơ-hữu cơ
Quy trình: Đầu tiên, tạo một lớp màng chắn vật lý bằng các oxit vô cơ (ví dụ: SiO₂), sau đó thực hiện biến tính hữu cơ bằng các tác nhân liên kết hoặc polyme.
Đặc điểm: Cân bằng giữa khả năng chống chịu thời tiết và khả năng tương thích, phù hợp cho lớp phủ kiến trúc hiệu suất cao hoặc sơn OEM ô tô. 2. Lớp phủ đồng thời vô cơ-hữu cơ
Quy trình: Các tác nhân phủ vô cơ và hữu cơ được đưa đồng thời vào cùng một hệ thống phản ứng để tạo thành cấu trúc lõi-vỏ.
Đặc điểm: Lớp phủ có độ bám dính mạnh hơn và hiệu suất được cải thiện đáng kể, phù hợp cho các ứng dụng cao cấp (ví dụ: lớp phủ hàng không vũ trụ, nanocomposite).
Các công nghệ phủ đặc biệt khác
1. Lớp phủ hạt nano
Nguyên lý: Sử dụng các hạt nano (ví dụ: nano-SiO₂, nano-ZnO) để phủ giúp tăng cường khả năng chống tia UV và độ trong suốt, thường được sử dụng trong mỹ phẩm chống nắng và lớp phủ quang học.
2. Vi nang hóa
Nguyên lý: Bao bọc các hạt titan dioxit trong các vi nang polyme, giải phóng titan dioxit bằng cách kiểm soát các điều kiện vỡ nang (ví dụ: nhiệt độ, pH), phù hợp cho các lớp phủ thông minh và hệ thống giải phóng có kiểm soát.
Việc lựa chọn các phương pháp phủ khác nhau phụ thuộc vào ứng dụng (ví dụ: lớp phủ, nhựa, mực in, mỹ phẩm) và các yêu cầu về hiệu suất (khả năng chống chịu thời tiết, độ phân tán, khả năng tương thích, v.v.).