8135

توليد دوغاب كلوئيدي نانو سيليس از خاك چيني براي ريخته گري دوغابي

كارشناسي

مهندسي شيمي

1401

دكتر رضا نوروزبيگي

1401/08/12

مهندسي شيمي، نفت و گاز

Production of colloidal nano silica from kaolin clay for slip casting

با افزايش كاربردهاي نانوذرات كلوئيدي سيليكا در زمينه‌هاي مختلف به خصوص زمينه‌هاي صنعتي، طراحي فرآيندي كم‌هزينه و با صرفه‌ي اقتصادي ضروري به نظر مي‌رسد. كائولن يكي از كاني هاي در دسترس، ارزان و فراوان است كه غني از سيليكا مي‌باشد، كه آلوميناسيليكات آبدار با تركيب Al2O3.2SiO2.2H2Oاست، همچنين يكي از فراوان‌ترين كاني‌هاي رسي در پوسته زمين است. اين منبع، حاوي درصد بالايي سيليكا به‌منظور توليد نانوذرات كلوئيدي سيليكا هست. همچنين در پژوهش مذكور محاسبات اقتصادي و نقطه سربه‌سر براي توليد دوغاب كلوئيدي نانوسيليس از خاك چيني براي ريخته گري دوغابي بررسي شده است. بنابراين در اين پژوهش از كائولن به‌عنوان پيش ماده استفاده‌شده است. فرايند توليد نانوذرات كلوئيدي سيليكا به دو قسمت اصلي خالص‌سازي و لخته زدايي ژل تقسيم مي‌شود. در بخش خالص‌سازي پيش ماده ابتدا با اسيد و سپس با باز واكنش مي‌دهد. اسيدسولفوريك به محلول سديم سيليكات حاصل از مرحله بازي اضافه مي‌شود تا سيليكا ژل توليد شود. عوامل مؤثر مطالعه‌شده در اين بخش عبارت‌اند از: غلظت اسيد، نوع اسيد، غلظت باز،دماي مرحله‌ي بازي و pH تشكيل ژل. در مرحله‌ي لخته زدايي، ژل درون سديم هيدروكسيد قرار مي‌گيرد و براي حرارت‌دهي دو مرحله‌اي درون اتوكلاو قرار داده مي‌شود. عوامل مطالعه‌شده در اين بخش،دماي مرحله‌ي اول و دوم حرارت‌دهي و همچنين، زمان مرحله‌ي دوم هست. براي بررسي مشخصات نانوذرات كلوئيدي توليد شده از روش اشعه ايكس فلوئورسانس، پتانسيل زتا، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس استفاده شده است. پتانسيل زتا براي نمونه كلوئيدي حاصل از كائولن 5/66 – ميلي‌ولت بوده است. كلوئيد مناسب براي ريخته‌گري دوغابي بايد داراي ويژگي‌هايي باشد از جمله: تركيب درصد وزني سيليس بين 20 تا 30 درصد باشد، سديم اكسيد موجود در آن زير 5/0 درصد باشد، سيليس بايد به فرم آمورف باشد و از نظر پايداري كلوئيد سيليس، pH آن بايد بين 5/8 تا 5/10 باشد. در بخش برآورد اقتصادي، هزينه سرمايه‌گذاري به ازاي توليد 7875 ليتر دوغاب كلوئيدي نانوسيليس، كه شامل هزينه‌هاي ثابت و هزينه‌هاي عملياتي مي‌باشد، مقدار 119155 دلار محاسبه شده و همچنين درآمد ساليانه حاصل از فروش دوغاب كلوئيد نانوسيليس 20 درصد وزني، 7875 دلار تخمين زده است. نقطه سر‌به‌سر اين واحد توليدي 4 سال محاسبه شد. بنابراين اين طراحي مي‌تواند براي توليد كلوئيد سيليكا در ايران مورد استفاده قرار بگيرد.

كائولن، سديم سليكات، دوغاب كلوئيدي سيليكا، لخته زدايي