ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

-------------------------------------------

TIỂU LUẬN MƠN HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
CHỦ ĐỀ

TÁI CHẾ KÍNH THẢI TỔNG HỢP CÁC KHOÁNG
CALCIUM HYDRAT SILICATE

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS. TS VÕ LÊ PHÚ

SINH VIÊN THỰC HIỆN: VÕ NGUYỄN ĐƠNG THỨC

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2023

1

Contents

MỞ ĐẦU........................................................................................................................ 2
CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT & ỨNG DỤNG CÁC KHOÁNG CALCIUM SILICATE
HYDRAT” XONOTLITE & TOBEMORITE................................................................4

2.1. Xonotlite và các tính chất....................................................................................4
2.1.1. Cấu trúc, tính chất vật lí & hóa học..............................................................4
2.1.2: Ứng dụng......................................................................................................6

2.2. Tobermorite và bụi xi măng.................................................................................7

2.2.1: Cấu trúc, tính chất vật lí & hóa học..............................................................8
2.2.2. Ứng dụng......................................................................................................9

CHƯƠNG 3: TẬN DỤNG KÍNH THẢI TỔNG HỢP CÁC KHỐNG CALCIUM
SILICATE HYDRAT...................................................................................................11

3.1. Tận dụng kính thải tổng hợp khống Calcium Silicate Hydrat (CSH): Xonotlite
.................................................................................................................................. 11

3.1.1. Thực trạng..................................................................................................11
3.1.2. Tổng hợp Xonotlite bằng thủy nhiệt...........................................................11
3.2. Tận dụng kính thải tổng hợp khống Calcium Silicate Hydrat (CSH):
Tobermorite.............................................................................................................. 13
3.2.1 Thực trạng:..................................................................................................13
3.2.2 Vật liệu và phương pháp tổng hợp Tobermorite..........................................13
KẾT LUẬN.................................................................................................................. 16
Tài liệu tham khảo:.......................................................................................................16

2

MỞ ĐẦU
Từ đời nhà Đường các chế phẩm bằng thủy tinh q như ngọc, chỉ có vương
cơng q tộc mới có thể sử dụng. Ngày nay, các sản phẩm thủy tinh màu sắc sặc sỡ đã
trở thành những vật dụng thường ngày trong cuộc sống của chúng ta. Đồng thời với
điều đó thì thủy tinh có hại cho môi trường và sức khỏe con người cũng đang trở thành
một vấn đề không thể xem nhẹ.

Thủy tinh hầu như xuất hiện ở mọi nơi trong đời sống hằng ngày của chúng ta từ
các sản phẩm trong gia đình như ly tách, chai lọ đựng gia vị… đến các sản phẩm trong
nông nghiệp như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc thú y hay dễ thấy nhất là thủy tinh được

ứng dụng trong y tế như lọ đựng thuốc, lọ truyền dịch.. Trong lĩnh vực xây dựng thì
thủy tinh là một trong những vật liệu rất thiết yếu dùng để làm cửa, làm khung vách
bao che bên ngồi cơng trình, vách ngăn bên trong, dùng để làm đồ nội thất..

Những năm gần đây, lượng rác thủy tinh thải ra môi trường ngày càng nhiều.
Đáng lo ngại hơn là tình trạng tồn đọng rác thủy tinh thành đống bừa bãi mà không
được thu gom, xử lý.

Rác thủy tinh là loại rác thải rắn nguy hại không thể phân hủy trong điều kiện
thường. Khi thải ra môi trường rác thủy tinh có thể tồn tại mãi mãi trong đất, gây sát
thương cho con người, làm tắt nghẽn cống rãnh… Rác thủy tinh trong nơng nghiệp cịn
nguy hiểm hơn khi lượng thuốc BVTV còn tồn đọng trong chai lọ, nếu không được thu
gom sẽ ảnh hưởng đến môi trường nước, đặc biệt là mạch nước ngầm.

Thuỷ tinh phân hủy rất kém và mất rất lâu mới phân hủy được (khả năng phân
hủy thấp hơn nhựa nữa), còn chưa kể đến việc xử lí rác thải thủy tinh bằng cách đốt

3

khiến cho người dân sống gần những bãi rác trong phạm vi 2km tăng nguy cơ mắc
bệnh ung thư, viêm đường hô hấp nhất là người già và trẻ con.

Những khu vực tập trung nhiều mảnh thủy tinh tiềm ẩn nguy cơ làm bị thương,
nhiễm trùng và nhiều vấn đề khác cho con người và các loài sinh vật. Việc canh tác
trên những vùng đất bị ô nhiễm rác thủy tinh là ít khả thi.

Tại nhiều bãi biển, rác thủy tinh đã gây ra rắc rối cho những người tắm biển.
Khi một con vật nuốt phải rác thủy tinh, hậu quả sẽ nghiêm trọng hơn rất nhiều việc
nuốt phải rác thải nhựa.


Ơng Lê Thượng Mãn, Phó Viện trưởng Viện Phát triển Công nghệ TP.HCM,
cho biết, rác thải từ thủy tinh chiếm 0,5% lượng rác thải hằng ngày của TP.HCM,
khoảng 7.000 tấn/ngày, đốt rác thải thủy tinh ở nhiệt độ cao (1.000-4.0000C). Tuy
nhiên, phương pháp này còn gây nhiều tranh cãi vì trong khi đốt, rác thải thủy tinh sẽ
thải ra nhiều hạt bụi li ti và các hóa chất độc hại như axít clorhidric, dioxin/furan, thủy
ngân, chì, hoặc arsenic, cadmium [3].

Vì vậy cần có hướng xử lí rác thủy tinh một cách hiệu quả vừa giảm rác thải và
thân thiện với mơi trường. Nay, nhóm nghiên cứu đề xuất hướng xử lí rác thủy tinh
bằng cách trộn kính thải với Cao theo tỉ lệ mol Si/Ca là 1 để tổng hợp khoáng Calcium
Silicate Hydrat ( CSH): Xonottile, Tobermorite [2].

4

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT & ỨNG DỤNG CÁC KHOÁNG CALCIUM
SILICATE HYDRAT” XONOTLITE & TOBEMORITE

2.1. Xonotlite và các tính chất

Xonotlite – Ca6Si6O17(OH)2 là một trong 4 khoáng Calcium silicate hydrate
(CSH) được tạo thành bởi phản ứng thủy nhiệt giữa SiO2 (từ diatomite, silica fume, tro
bay, zeolite, SiO2 vơ định hình…) với Ca(OH)2 hoặc CaO, được đặt tên theo địa danh
Tetela de Xonotla, Mexico. Xonotlite là một khoáng khi nung dễ chuyển thành khống
Wollastonite. Tinh thể Xonotlite có dạng hình sợi dài. Sản phẩm được tạo thành có tính
chất đặc biệt nhẹ, có khả năng cách nhiệt, chịu nhiệt độ ở nhiệt độ khá cao xấp xỉ
1000oC.

2.1.1. Cấu trúc, tính chất vật lí & hóa học
Xonotlite có độ cứng theo thang Mohs là 6.5.
Màu trắng, màu xám, hồng nhạt, không màu là những màu sắc thường thấy của


Xonotlite.
Mật độ khoảng 2.7- 2.72 g/cm3 ở thực nghiệm, trong tính tốn thì người ta hay

dùng 2.71 g/cm3.
Có cấu trúc tinh thể thuộc hệ đơn tà, với các thông số mạng lần lượt là a =

17.032 Å, b = 7.363 Å, c = 14.012 Å, β = 90.34o.

Nó bao gồm các chuỗi silicat kép [Si6O17], được gọi là Dreierdoppelketten ,
được liên kết qua các tấm nhấp nhô của các cạnh chia sẻ khối đa diện Ca xếp chồng lên
nhau hướng C. Có hai dạng khối đa diện Ca, trong đó 1/3 có số phối trí là 6 và 2/3 có
số phối trí là 7. Các tấm đa diện Ca kề nhau cách nhau một khoảng 7 Å dọc theo trục C
tương ứng với phản xạ trong hình ảnh nhiễu xạ bột. Hai bản dịch khác nhau các cơ
chế, liên quan đến sự sắp xếp của các chuỗi kép tương đối với nhau, làm phát sinh bốn
kiểu đa dạng đơn giản.

5

Hình 2.1: Cấu trúc tinh thể Xonotlite American Mineralogist Crystal Structure
Database.

Hình 2.2: Cấu trúc hóa học khống Xonolite

6

Hình 2.3: Nhiễu xạ XRD của khoáng Xonotlite từ dự án RRUFF của đại học Arizono

2.1.2: Ứng dụng
Xonotlite có tính chất cách nhiệt và chống cháy tốt, và được sử dụng trong các


ứng dụng cách nhiệt; vật liệu chống cháy; trang trí nội ngoại thất, vật liệu công nghệ
cao …

Hình 2.4: Sản phẩm vật liệu ốp chống cháy từ các tấm Xonotlite

7

Hình 2.5: Sản phẩm ốp cách nhiệt cho cấu trúc của các nhà máy từ Xonotlite

2.2. Tobermorite và bụi xi măng
Tobermorite – Ca5Si6O16(OH)2.4H2O hoặc Ca5Si6(O,OH)18.5H2O là canxi silicat

ngậm nước, silicat là nguyên liệu chính có thể được chiết xuất từ cốc thủy tinh, có cấu
trúc như những chồng giấy xếp từ các mảnh nhỏ. Những lỗ hổng giữa các mảnh giúp
giải phóng áp lực bằng cách cho phép các lớp trượt qua nhau.

Tobermorite được đặt tên theo địa phương khám phá ra nó, Tobermory, Isle of
Mull, Scotland. Tobermorite được Heddle mô tả lần đầu tiên năm 1880 từ bốn địa
phương của Scotland, ba gần Tobermory, Isle of Mull và thứ tư là Dunvegan, Isle of
Skye [2].

2.2.1: Cấu trúc, tính chất vật lí & hóa học
Tobermorite có độ cứng theo thang Mohs là 2 12.

8

Màu hồng, hồng nhạt, là những màu sắc thường thấy của Tobermorite.
Mật độ khoảng 2.423 - 2.458 g/cm3 ở thực nghiệm và 2.49 g/cm3 trong tính
tốn.

Có cấu trúc tinh thể đơn nghiên, với các thông số mạng lần lượt là a = 11,17 Å,
b = 7,38 Å, c = 27,94 Å, β = 90. Tỉ lệ: c = 1.514: 1: 3.786.

Tobermorite thường xuất hiện trong hồ xi măng ngậm nước và có thể được tìm
thấy trong tự nhiên dưới dạng khống chất biến đổi trong đá vơi biến chất và trong
skans.

Riêng 11-Ǻ tobermorite tinh khiết, có thành phần là Ca5Si6O16(OH)2. 4H2O và
các chất thay thế Al – Fe của nó được tổng hợp trong điều kiện thuỷ nhiệt kiềm ở nhiệt
độ từ 80-225oC và các đặc tính trao đổi ion của chúng được nghiên cứu liên quan đến
ứng dụng trong phản ứng hạt nhân và nước thải độc hại. Đến nay, việc tổng hợp 11-Ǻ
tobermorite được báo cáo thường được thực hiện bằng cách sử dụng các thuốc thử như
natri silicat và silica bốc khói hoặc zeolite và đất sét tự nhiên; tuy nhiên gần đây đang
thay thế các thành phần này bằng các sản phẩm phụ như tro đốt rác thải đô thị, tro đá
phiến dầu,…[5]

Ngoài tổng hợp Tobermorite từ kính thải - SLSG (discarded soda-lime-silica
glass) thì việc kết hợp thêm bụi xi măng - CBPD (cement bypass dust) cũng tăng thêm
sự khả thi cho quá trình tổng hợp thuỷ nhiệt của 11-Ǻ tobermorite [5].

Bụi xi măng là sản phẩm phụ của q trình sản xuất xi măng Pooclang có giá trị
thị trường thấp và chủ yếu được đưa đến bãi chôn lấp tăng nguy cơ ơ nhiễm nước
ngầm. Nó được tạo ra dưới dạng các hạt bụi được thu từ khí thải bằng thiết bị lọc bụi
tĩnh điện trong quá trình nung ở nhiệt độ cao.

9

Hình 2.6: Cấu trúc hóa học Tobermorite
2.2.2. Ứng dụng


Hiện tại đang Tobermorite là một yếu tố quan trọng trong xi măng Romans. Đây
là loại xi măng sử dụng để xây dựng các bức tường thời cổ đại. Nó có cấu trúc như
những chồng giấy xếp từ các mảnh nhỏ. Những lỗ hổng giữa các mảnh giúp giải phóng
áp lực bằng cách cho phép các lớp trượt qua nhau. Hay nói cách khác, các lớp có thể xê
dịch một chút trước khi được cố định tại các vị trí.

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng mơ hình hoạt động của Tobermorite trên máy
tính với biến vị được đặt vng góc hoặc song song với các lớp trong vật liệu. Họ nhận
thấy, tobermorite khiếm khuyết dễ bị biến dạng bởi các phân tử nước kẹt giữa các lớp
giúp chúng trượt qua nhau.

Các tính chất của Tobermorite là chìa khóa để sản xuất vật liệu bê tơng cứng và
bền hơn. Các nhà nghiên cứu mong đợi công nghệ này sẽ được ứng dụng nhiều hơn.

10

Hình 2.7: Bằng cách phân tích cấu trúc của tobermorite, các nhà nghiên cứu hy vọng
sẽ tạo ra cấu trúc xi măng bền vững hơn, khó bị biến dạng hay nứt vỡ

11

CHƯƠNG 3: TẬN DỤNG KÍNH THẢI TỔNG HỢP CÁC KHỐNG CALCIUM
SILICATE HYDRAT

3.1. Tận dụng kính thải tổng hợp khống Calcium Silicate Hydrat (CSH):
Xonotlite
3.1.1. Thực trạng

Hiện nay, Xonotlite là một thành phần quan trọng trong xi măng, Nó cũng đã
được sử dụng cho các đặc tính cách nhiệt và việc sử dụng như một vật liệu độn đã được

báo cáo nhiều lần, ví dụ: để cải thiện độ bền uốn của xi măng , hoặc như một chất độn
trong polyme hữu cơ trong vật liệu đúc hoặc lớp lót phanh, với áp lực ngày càng tăng
trong việc sản xuất các vật liệu lành tính hơn với môi trường và việc tái chế thủy tinh
bị lãng phí trong Việt Nam cũng đang là vấn đề nghiêm trọng. Hàng năm, Việt Nam
sản xuất thủy tinh bao bì nóng chảy khoảng 450 tấn tại OI-BJC, cơng ty thủy tinh đặt
tại Khu công nghiệp Mỹ Xuân, tận 500 tấn thủy tinh kính tấm nóng chảy tại Viglacera
tại tỉnh Bình Dương, và cả 900 thủy tinh tấm nóng chảy tại Cơng ty Chu Lai. Việc tận
dụng lại kính thải sẽ hạn chế bớt CO2 cũng như năng lượng trong quá trình sản xuất.
Cho nên vì lẽ đó các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp xử lý đơn giản để
chuyển đổi lượng thủy tinh kính thải thành khống Xonotlite [2].

3.1.2. Tổng hợp Xonotlite bằng thủy nhiệt

Kính vụn và Ca(OH)2 được trộn với nhau rồi đem đi cho phản ứng thủy nhiệt ở
các nhiệt độ phản ứng thủy nhiệt nhiều giờ trong nước hình thành vật liệu khống
Xonotlite. Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng hợp khống Xonotlite sử dụng kính vụn và
Ca(OH)2 được trình bày trong hình dưới [2].

12

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng hợp khống Xonotlite sử dụng kính
thải và Ca(OH)2 bằng phản ứng thủy nhiệt.

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí của lò phản ứng thủy nhiệt được sử dụng. Đĩa 6 mm chỉ
tiếp giáp với nước hơi để ngăn hiện tượng rửa trơi. Bộ thủy nhiệt được đặt bên trong
lị để cung cấp nhiệt.

13

3.2. Tận dụng kính thải tổng hợp khống Calcium Silicate Hydrat (CSH):

Tobermorite
3.2.1 Thực trạng:

Kính thải chiếm phần đáng kể của dịng chất thải đô thị ở đa số quốc gia phát
triển. Việc tái chế thuỷ tinh (lọ, chai,…) là mối quan tâm đến mối trường tuy nhiên
tiềm năng tái chế của kính thải bị cản trở bởi một loạt vấn đề về chính trị, thẩm mỹ và
kỹ thuật. Cơ sở hạ tầng thu gom kém và màu sắc không phù hợp đã hạn chế việc cung
cấp các loại kính thải phù hợp có thể tái chế hiệu quả. Hơn nữa, số lượng lớn tái chế
làm thay đổi bản chất của nguyên liệu thơ trong q trình sản xuất thuỷ tinh, gây ra các
biến đổi về thành phần và khả năng oxy hoá khử làm ảnh hưởng đến chất lượng của
các sản phẩm đã hoàn thành. Để giải quyết vấn đề này, Nichola Coleman, một nhà hóa
học vật liệu tại Greenwich, đã tìm ra cách tái sử dụng nhựa thông, mảnh vỡ của lọ và
chai thủy tinh, để tạo ra một loại khoáng chất đá được tìm thấy tự nhiên gọi là
tobermorite, có thể loại bỏ các kim loại nặng độc hại như chì và cadmium khỏi nước
3.2.2 Vật liệu và phương pháp tổng hợp Tobermorite

CBPD (cement bypass dust) phát sinh từ quá trình sản xuất xi măng Pooclang
thông thường và được sử dụng ngay khơng cần chuẩn bị gì thêm. Các SLSG được thu
hồi từ dịng chất thải đơ thị ở Rochester, Kent, US và được chơn dưới đất bằng máy
nghiền TEMA. Phân tích oxit cho CBPD và SLSG thu được bằng phương pháp huỳnh
quang tia X (XRF) (Viện nghiên cứu vật liệu, Đại học Sheffield Hallam, Sheffield, US)
được trình bày trong Bảng 1.

14

Các pha kết tinh chính của CBPD được xác định bằng phân tích nhiễu xạ tia X
(XRD)

11 mẫu tobermorite được chuẩn bị bằng cách trộn khơ 3,0g CBPD và 2,7g SLSG (kính
thải) trong 5 phút trước khi bổ sung nước và thuỷ nhiệt. Sản lượng tối ưu của

tobermorite thường thu được khi thành phần phản ứng nằm trong tỷ lệ mol sau:

0,80 < Ca / [Si + Al + Fe] < 0,85 và 0,00 < [Al + Fe] / [ Si + Al + Fe] < 0,17; do đó,
những tỷ lệ được chọn là 0,84 và 0,1 (theo Coleman, 2005). Tổng hợp được thực hiện
cùng một chất rắn không đổi; tỷ lệ dung dịch là 0,095g cm3 bằng cách đun nóng phản
ứng hỗn hợp trong điều kiện không kéo ở 100 độ C trong các bình PTFE kín dưới áp
suất tự nhiên trong 2: 7 và 14 ngày.

Trong mỗi trường hợp, các ion được thu hồi bằng cách lọc hấp dẫn, rửa bằng
nước khử ion đến pH ~ 8, làm khô đến khối lượng khơng đổi trong khơng khí ở 40 độ
C và được bảo quản trong các thùng chứa polypropylene kín khí cho đến khi được yêu
cầu. Các kết quả được phân tích bằng các phương pháp XRD; XRF và DTA đều rất
khả quan.

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng 11Ǻ-tobermorite có thể được điều chế từ
sự kết hợp của kính thải và bụi xi măng cùng các vật liệu phế phải khác trong điều kiện

15

thuỷ nhiệt. Không giống như những vật liệu phế thải và sản phẩm phụ khác, một ưu
điểm khác của việc sử dụng kính thải và bụi xi măng làm nguyên liệu cho quá trình
tổng hợp thuỷ nhiệt này là chúng không yêu cầu xử lý trước cũng như rửa trước khi sử
dụng.

16

KẾT LUẬN
Tương lai phát triển Xonotlite đã được Công ty CP vật liệu cách nhiệt Nhật Bản (Japan
Insulation Corporation - JIC) chế tạo thành vật liệu dạng tấm chịu nhiệt, chống cháy,
dùng để bảo vệ các kết cấu thép, đường ống dẫn … từ năm 1966. Các sản phẩm từ

Xonotlite của JIC hiện nay đã được mở rộng sang các lĩnh vực như: vật liệu xây dựng
trang trí nội thất khơng cháy, vật liệu điều hịa độ ẩm với tính năng giữ độ ẩm ở mức
độ ổn định trước các tác động của môi trường bên ngoài…

Về phần tổng hợp Tobermorit thực nghiệm trên là quá trình tổng hợp thủy nhiệt
một bước, sử dụng vật liệu phế thải làm chất phản ứng.

Tóm lại bằng cách sử dụng phương pháp xử lý thủy nhiệt chúng ta có thể tổng
hợp Tobermorite (C5S6H5) và Xonotlit cả Tobermorit và Xonotlit đều là canxi silicat
hiđrat, có thể dùng làm vật liệu mơi trường. Do đó, nghiên cứu này có thể đóng góp
vào việc giảm thiểu kính thải, bảo vệ mơi trường ở Việt Nam
trường.

Tài liệu tham khảo:

1. Barthelmy, D. Xonotlite Mineral Data. Truy cập từ:
/>
2. Phạm Trung Kiên, Trần Ngô Quân, Đỗ Quang Minh. The effect of
hydrothermal treatment time on the synthesized of Xonotlite using glass
cullet (GC) and Calcium hydroxide. Tạp chí Xúc tác và Hấp phụ Việt
Nam, 9 - số 3 (201) xxx-xxx.

17

3. Phế thải thủy tinh không chỉ là rác. Truy cập từ: nhipcaudautu.vn. https://
nhipcaudautu.vn/kinh-doanh/phe-thai-thuy-tinh-khong-chi-la-rac-
3263157/

4. Xonotlite. Truy cập từ: />5. N.J. Coleman ⁎, C.J. , C.J. Trice, J.W. Nicholson. 11 Å tobermorite from cement


bypass dust and waste container glass: A feasibility study

18