22175

توليد نانوسيليس از سرباره فرآيند ريخته‌گري

كارشناسي ارشد

صنايع شيميايي معدني

1396

1399/4/4

دكتر علي اله وردي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

نانوسيليس از تخلخل و سطح بالايي برخوردار است و مي‌تواند به‌طور گسترده‌اي در كاربرد‌هاي صنعتي مختلف مانند عايق‌حرارتي، پر‌كننده‌ها، لاستيك و غيره كاربرد داشته باشد. استفاده از پسماندهاي صنعتي به عنوان پيش‌ماده‌اي ارزان و قابل دسترس، مي‌تواند كمك فراواني در سلامتي محيط‌زيست داشته باشد. هدف اصلي در اين مطالعه، استفاده از سرباره ريخته‌گري به‌ عنوان منبعي از سيليس و معرفي يك روش ساده، ارزان و دوست‌دار محيط‌زيست براي توليد نانوسيليس مي‌باشد. در اين روش ابتدا انحلال پيش‌ماده در هيدروكلريك اسيد انجام شده و پس از مراحل ژل‌سازي و شستشو، نانوسيليس حاصل مي‌شود. نتايج نشان داد كه در نسبت L/S برابر با ml/g 15، مدت زمان فروشويي 1 ساعت، دماي C° 80 و غلظت اسيد 2 مولار بازده‌ي انحلال سرباره در اسيد %3±75 است. همچنين بازده‌ي استحصال نانوسيليس حدود %82 مي‌باشد. شايان ذكر است كه فرآيند به گونه‌اي طراحي شده تا از %100 سرباره استفاده شود و علاوه بر توليد نانوسيليس يك محصول جانبي به نام اسپينل نيز به‌دست مي‌آيد. در انتها نشان داده شد كه فرآيند پيشنهاد شده با اصول 1، 2، 3، 4، 6، 8، 11 و 12 شيمي سبز سازگاري دارد. نانوسيليس و اسپينل به‌دست ‌آمده از اين روش توسط آناليز‌هاي پراش‌سنجي پرتوي ايكس (XRD)، طيف‌سنجي فلورسانس پرتو ايكس (XRF)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) و جذب‌سنجي نيتروژن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج به‌دستآمده نشان داد، نانوسيليس توليدشده داراي خلوص بسيار بالا (%99) و مساحت سطح ويژه بالايي (m2/g 658) مي‌باشد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني مربوط به نانوسيليس، كلوخه‌هايي را نشان مي‌دهد كه از ذراتي با ابعاد 50-30 نانومتر تشكيل شده‌ است. اسپينل به‌دست آمده نيز داراي خلوص بالايي (%97) بوده و تصوير ميكروسكوپ الكتروني مربوط به آن، بلورهاي هشت وجهي بزرگ‌تر از 1 ميكرومتر را به وضوح نشان مي‌دهد.

1399/04/21

Synthesis of Nano-Silica from Foundry Slag

6/25/2021 12:00:00 AM

Nanosilica exhibits a high porosity and specific surface area, and could be widely used in various industrial applications such as insulation, fillers, rubber, etc. Reusing and recycling industrial wastes as affordable and available precursors could efficiently help the environment. The main purpose of this study is to use the foundry slag as a source of silica for synthesis of nanosilica through a facile and environmentally friendly method. The proposed method includes hydrochloric acid dissolution of the slag, washing, and gelation stages. The experimental results showed that a dissolution efficiency of around 75±3% could be achieved at liquid-to-solid (L/S) ratio of 15 ml/g, dissolution time of 1 h, dissolution temperature of 80 °C, and acid concentration of 2 M. Also, the efficiency of silica extraction was about 82%. It is shown that the proposed process is compatible with the principles 1, 2, 3, 4, 6, 8, 11, 12 of green chemistry. The obtained silica was characterized by X-ray diffractometry (XRD), X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy, field emission scanning electron microscope (FESEM), and nitrogen sorptometry. The characterization results indicated that the obtained silica has a high purity of more than 99% and a high specific surface area of 658 m2/g. The FESEM images of the silica revealed agglomerates of nanometricparticles of 30-50 nanometer. The solid residue at the end of the silica extraction process was also characterized. The characterization results showed that the solid residue is MgAl2O4 spinel with a purity of more than 97%. The FESEM clearly disclosed octagonal particles larger than 1 µm. Overall, the proposed process suggests a promising waste valorization way to convert almost 100% of the foundry slag into valuable and widely-used materials.