BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐOÀN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU SBA – 15 
BẰNG HỢP CHẤT SILAN
VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH HẤP PHỤ

Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
Mã số: 60 44 01 13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. TS. HOÀNG VĂN ĐỨC
2. PGS.TS DƯƠNG TUẤN QUANG

i


Huế, năm 2014

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 
riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu ghi trong luận 
văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng 

và chưa từng đượ c công bố  trong bất kỳ  một công trình  
nào khác.
Tác giả

                                                                                                 Đoàn Văn Dũng

iii


iv


LỜI CẢM ƠN
    

Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo hướng dẫn TS. Hoàng 

Văn   Đức   và   thầy   giáo   hướng   dẫn   PGS.TS.   Dương   Tuấn   Quang   đã   tận   tình 
hướng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn.
    

Tôi xin chân thành cảm ơn hai em Lê Cao Nguyên, Nguyễn Minh Quốc 

Khoa Hóa Học, Đại học Sư Phạm Huế đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện 
thí nghiệm, Lê Văn Khu ở trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội, ThS. Nguyễn Đức 
Thọ khoa Hóa học trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội, chị Nguyễn Thị 
Thanh Nga Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu đã giúp đỡ tôi trong việc đặc 
trưng vật liệu .
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Hóa học Trường  Đại 
học Sư Phạm Huế đã nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong 

suốt quá trình làm luận văn.
Huế, tháng 6 năm 2014
                                       Tác giả luận văn
                                                                               Đoàn Văn Dũng

v


MỤC LỤC
Trang phụ bìa........................................................................................................... i
Lời cam đoan...........................................................................................................ii
Lời cảm ơn............................................................................................................iii

 MỤC LỤC                                                                                                           
 
..........................................................................................................
    
 iv
 Trang phụ bìa i                                                                                                    
 
...................................................................................................
    
 iv
 Lời cam đoan ii                                                                                                    
 
...................................................................................................
    
 iv
 Lời cảm ơn iii                                                                                                      
 

.....................................................................................................
    
 iv
 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT                                                                 
 
................................................................
    
 vii
 DANH MỤC BẢNG BIỂU                                                                                  
 
.................................................................................
    
 ix
 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ                                                                  
 
.................................................................
    
 x
 MỞ ĐẦU                                                                                                               
 
..............................................................................................................
    
 1
CHƯƠNG 1
 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT                                                                     
 
....................................................................
    
 4
 1.1. Tổng quan về trấu và tro trấu                                                                          

 
.........................................................................
    
 4
 1.1.1. Sơ lược về trấu và tro trấu                                                                           
 
..........................................................................
    
 4
 1.1.2. Các ứng dụng của vỏ trấu hiện nay                                                             
 
............................................................
    
 4
 1.2. Vật liệu mao quản trung bình (MQTB)                                                           
 
..........................................................
    
 7
 1.2.1. Giới thiệu vật liệu MQTB                                                                            
 
...........................................................................
    
 8
 1.2.2.  Phân loai vât liêu MQTB
̣ ̣ ̣
                                                                             
 
............................................................................
    

 10
 1.2.2.1. Phân loai theo câu truc
̣
́ ́                                                                               
 
..............................................................................
    
 10
 1.2.2.2. Phân loai theo thanh phân
̣
̀
̀                                                                          
 
.........................................................................
    
 11
 1.3. Vật liệu mao quản trung bình SBA­15                                                          
 
.........................................................
    
 11
 1.3.1. Đăc điêm câu truc SBA­15
̣
̉
́ ́
                                                                           
 
..........................................................................
    
 11

 1.3.2. Tông h
̉
ợp va c
̀ ơ chê hinh thanh vât liêu SBA­15
́ ̀
̀
̣ ̣
                                          
 
.........................................
    
 12
 1.3.3. Ứng dụng của vật liệu SBA­15                                                                  
 
.................................................................
    
 14
 1.4. Biến tính bề mặt vật liệu mao quản trung bình SBA­15                               
 
..............................
    
 14
iv


 1.4.1. Tông h
̉
ợp                                                                                                     
 
....................................................................................................

    
 14
1.4.2. Môt sô vât liêu MQTB SBA­15 biên tinh b
̣ ́ ̣ ̣
́ ́ ởi cac nhom ch
́
́
ưc h
́ ưu c
̃ ơ và ứng 
 dụng                                                                                                                      
 
.....................................................................................................................
    
 16
CHƯƠNG 2
 MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU         
 
........
    
 20
 2.1. Mục đích                                                                                                        
 
.......................................................................................................
    
 20
 2.2. Nội dung                                                                                                        
 
.......................................................................................................
    

 20
 2.3. Phương pháp nghiên cứu                                                                                
 
...............................................................................
    
 20
 2.3.1. Phương pháp phân tích hóa lý                                                                      
 
.....................................................................
    
 20
 2.3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X­ray diffraction: XRD)                      
 
.....................
    
 20
2.3.1.2. Phương pháp phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy ­ dispersive 
 X­ray spectroscopy: EDX)                                                                          
 
........................................................................
    
 22
 2.3.1.3. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ ­ khử hấp phụ nitơ (BET)                  
 
.................
    
 23
 2.3.1.4. Phương pháp phân tích nhiệt                                                                    
 
...................................................................

    
 24
 2.3.1.5. Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UV­Vis)                                     
 
....................................
    
 25
 2.3.2. Thực nghiệm                                                                                               
 
..............................................................................................
    
 26
 2.3.2.1. Hóa chất                                                                                                   
 
..................................................................................................
    
 26
 2.3.2.2 Tách nguồn silic từ trấu                                                                            
 
...........................................................................
    
 26
2.3.2.3. Tổng hợp vật liệu mao quản trung bình SBA­15 với nguồn silic từ tro 
 trấu                                                                                                             
 
............................................................................................................
    
 28
 2.3.2.4. Tổng hợp SBA ­15 chức năng hóa bề mặt bằng nhóm thiol                    
 

...................
    
 29
 2.3.2.5. Đánh giá hoạt tính hấp phụ của vật liệu                                                  
 
.................................................
    
 30
CHƯƠNG 3
 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN                                                                  
 
.................................................................
    
 31
 3.1. Phân tích thành phần tro trấu                                                                         
 
........................................................................
    
 31
 3.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu tro trấu                                                                     
 
....................................................................
    
 31
 3.1.2. Phân tích thành phần hoá học của tro trấu                                                  
 
.................................................
    
 33
 3.2. Nghiên cứu điều kiện thích hợp để tách nguồn silic từ tro trấu                     

 
....................
    
 35
v


 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng                                                            
 
...........................................................
    
 35
 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH                                                                  
 
.................................................................
    
 37
 3.2.3. Phân tích thành phần sản phẩm SiO2 thu được                                          
 
.........................................
    
 38
 3.2.4. Chuẩn bị nguồn Na2SiO3 từ tro trấu                                                          
 
.........................................................
    
 39
3.3. Nghiên cứu điều kiện tổng hợp vật liệu mao quản trung bình SBA­15 với 
 nguồn silic từ tro trấu                                                                                           
 

..........................................................................................
    
 39
 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit                                                        
 
.......................................................
    
 39
 3.3.2. Anh h
̉
ưởng cua ti lê SiO2/P123
̉ ̉ ̣
                                                                    
 
...................................................................
    
 41
 3.4. Nghiên cưu biên tinh vât liêu SBA­15 băng MPTMS
́
́ ́
̣ ̣
̀
                                      
 
.....................................
    
 43
 3.4.1. Vật liệu nền SBA­15                                                                                  
 
.................................................................................

    
 43
 3.4.2. Anh h
̉
ưởng cua ham l
̉
̀ ượng MPTMS                                                           
 
..........................................................
    
 46
 3.5. Đanh gia kha năng hâp phu cua vât liêu biên tinh
́
́ ̉
́
̣ ̉
̣ ̣
́ ́                                              
 
............................................
    
 50
 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ                                                                             
 
............................................................................
    
 52
 A. KẾT LUẬN                                                                                                      
 
.....................................................................................................

    
 52
 B. KIẾN NGHỊ                                                                                                     
 
....................................................................................................
    
 52
 TÀI LIỆU THAM KHẢO                                                                                  
 
.................................................................................
    
 54
 PHỤ LỤC                                                                                                              
 
.............................................................................................................
    
 1

vi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BET

Brunauer –Emmett –Teller 

ĐHCT 

Định hướng cấu trúc


EDX 

Phổ tán sắc năng lượng tia X 
(Energy ­ dispersive X­ray spectroscopy)

IR

Phổ hồng ngoại

IUPAC

Hiệp hội hóa học cơ bản và ứng dụng quốc tế 
(International Union of Pure and Applied Chemistry)

M41S

Họ vật liệu MQTB bao gồm MCM­41, MCM­48, MCM­50

MCM­41

Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng

MCM­48

Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lập phương

MCM­50

Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lớp


MQTB

Mao quản trung bình

MPTMS

3­mercaptopropyltrimethoxylsilane

SBA­15

Santa Barbara Amorphous ­ 15

TEOS 

Tetraethyl Orthosilicate

TG

Phân tích nhiệt trọng lượng

XRD     

Nhiễu xạ tia X (X –Ray Diffraction)

DLHP

Dung lượng hấp phụ

vii



viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

 Bang 2.1. Cac hoa chât đ
̉
́ ́
́ ược sử dung chinh trong luân văn
̣
́
̣
                             
 
............................
    
 26
 Bảng 3.1. Thành phần hoá học mẫu tro trấu sau khi nung                            
 
...........................
    
 33
 Bảng 3.2. Thành phần hoá học mẫu tro trấu sau khi xử lý axit                     
 
....................
    
 34
Bảng 3.3. Hiệu suất thu được tách SiO2 từ tro trấu 

 với các khoảng pH khác nhau (%)                                                          
 
.........................................................
    
 36
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến hiệu suất tách 
 SiO2                                                                                                           
 
..........................................................................................................
    
 37
Bảng 3.5. Lượng hóa chất và kí hiệu các mẫu SBA­15 tổng hợp 
 với các tỉ lệ mol SiO 2/P123 khác nhau
 
                                                   
 
..................................................
    
 41
 Bảng 3.6. Tinh chât mang cua vât liêu SBA­15 t
́
́
̣
̉
̣ ̣
ổng hợp                                 
 
................................
    
 45

 Bảng 3.7. Độ giảm khối lượng ứng với vùng nhiệt độ từ 300 ­ 4500C         
 
........
    
 48
 Bảng 3.8. Đặc trưng cấu trúc mao quản mẫu SBA15S75                               
 
..............................
    
 49
Bảng 3.9. Khả năng hấp phụ xanh metylen của các chất hấp phụ khác nhau 
                                                                                                                    50
..................................................................................................................
    

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

 Hình 1.1. Củi trấu thành phẩm                                                                           
 
..........................................................................
    
 5
 Hình 1.2. Phân loai v
̣ ật liệu mao quan cua IUPAC
̉
̉
                                             

 
............................................
    
 8
 Hình 1.3. Cac dang câu truc vât liêu MQTB
́ ̣
́
́ ̣ ̣
                                                      
 
.....................................................
    
 11
Hinh 1.4. Anh SEM (a), đ
̀
̉
ương đăng nhiêt hâp phu ­ kh
̀
̉
̣
́
̣
ử hâp phu N2 (b),
́
̣
  phô XRD cua SBA­15 (c) [9]
̉
̉
                                                                    
 

...................................................................
    
 12
Hình 1.5. Mô hình được đề nghị cho cấu trúc SBA­15 sau phản ứng ở 50oC 
 nhưng trước thủy nhiệt                                                                          
 
.........................................................................
    
 14
 Hình 1.6. Quá trình ngưng tụ tạo sản phẩm biến tính đồng thời                 
 
................
    
 15
 Hình 1.7. Sơ đồ phản ứng biến tính sau tổng hợp                                          
 
.........................................
    
 16
 Hinh 1.8. S
̀
ơ đô tông h
̀ ̉
ợp SBA­15­SO3H va SBA­15­SO3­Mn(salen)
̀
              
 
.............
    
 16

 Hinh 1.9. S
̀
ơ đô tông h
̀ ̉
ợp SBA­15 va SBA­15­MPY 
̀
                                         
 
........................................
    
 17
Hinh 1.10. C
̀
ơ chê tao thanh cac tinh thê nano PbS trong mao quan HS­SBA­
́ ̣
̀
́
̉
̉
 15                                                                                                               
 
..............................................................................................................
    
 18
 Hinh 2.1. S
̀
ơ đô tia t
̀
ơi va va tia phan xa trên tinh thê
́ ̀ ̀

̉
̣
                                       
 ̉
......................................
    
 21
 Hình 2.2. Minh hoạ cấu trúc lục lăng của vât liệu theo XRD                         
 
........................
    
 21
Hình 2.3. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ ­ khử hấp phụ theo IUPAC 
                                                                                                                    23
..................................................................................................................
    
 Hình 2.4. Sơ đồ tổng hợp mẫu vật liệu SBA­15 từ tro trấu                          
 
.........................
    
 29
 Hình 2.5. Sơ đồ biến tính SBA­15 bằng MPTMS                                            
 
...........................................
    
 30
 Hình 3.1. Giản đồ TG ­ DTA của mẫu trấu                                                    
 
...................................................
    

 32
 Hình 3.2. Mẫu tro trấu sau khi nung                                                                 
 
................................................................
    
 33
 Hình 3.3. Giản đồ EDX của mẫu tro trấu sau khi nung                                 
 
................................
    
 34
 Hình 3.4. Giản đồ EDX của mẫu tro trấu sau khi xử lý axit                          
 
.........................
    
 35
 Hình 3.5. Mẫu tro trấu sau khi xử lý axit                                                         
 
........................................................
    
 35
x


 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn hiệu suất tách SiO2 theo thời gian                      
 
.....................
    
 36
 Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất tách SiO2             

 
............
    
 37
 Hình 3.8. Giản đồ EDX của mẫu SiO2 sau khi tách từ tro trấu                    
 
...................
    
 38
 Hình 3.9. Mẫu SiO2 tách được từ tro trấu                                                       
 
......................................................
    
 39
 Hình 3.10. Dung dịch Na2SiO3 được chiết từ tro trấu                                   
 
..................................
    
 39
Hình 3.11. Giản đồ XRD của các mẫu SBA­15 tổng hợp với nồng độ HCl 
 khác nhau                                                                                                  
 
.................................................................................................
    
 40
Hình 3.12. Giản đồ XRD của các mẫu SBA­15 tổng hợp 
 với tỉ lệ SiO2/P123 khác nhau                                                                 
 
................................................................
    

 42
 Hình 3.13. Giản đồ TGA­DTA của mẫu SBA­15 sau khi tách chất ĐHCT   .  44
.    
Hình 3.14. Đường đẳng nhiệt hấp phụ ­ khử hấp phụ N2 của mẫu SBA­15 
 tổng hợp                                                                                                   
 
..................................................................................................
    
 45
Hình 3.15. Giản đồ DTA(a)­TGA(b) của các mẫu SBA­15­SH 
 với lượng MPTMS khác nhau                                                                
 
...............................................................
    
 47
Hình 3.16. Giản đồ XRD của các mẫu SBA­15­SH với lượng MPTMS khác 
 nhau                                                                                                           
 
..........................................................................................................
    
 48
Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ ­ khử hấp phụ N2 của mẫu SBA­
 15S75                                                                                                         
 
........................................................................................................
    
 49

xi



MỞ ĐẦU

Trong nhiều thập kỷ qua, vật liệu mao quản là một trong những lĩnh vực 
thu hút sự quan tâm lớn của các nhà khoa học trên thế giới,  đặc biệt là trong lĩnh 
vực xúc tác, hấp phụ. Zeolit ra đời sớm và đã  được  ứng dụng nhiều trong công  
nghiệp, nhưng nó lại có hạn chế là  đường kính mao quản nhỏ nên không có khả 
năng xúc tác đối với hợp chất có kích thước phân tử  lớn. Sự  ra đời của vật liệu 
mao quản trung bình (MQTB) trật tự vào năm 1992 do các nhà khoa học thuộc tập  
đoàn dầu mỏ Mobil tìm ra đã khắc phục được nhược điểm trên. Đến năm 1998 thì 
một họ vật liệu MQTB mới được ra đời, kí hiệu là SBA. Vật liệu này do có các 
mao quản trung bình trật tự kết hợp với hệ vi mao quản nên mở ra nhiều tính chất  
thú vị trong hấp phụ, và do  độ bền nhiệt cũng như thủy nhiệt lớn hơn MCM nên  
vật liệu này ngày càng trở nên quan trọng. Nổi bật trong các vật liệu này là SBA­
15, một loại vật liệu có dạng lục lăng P6 mm với kênh mao quản 1 chiều. Nhờ các 
đặc tính ưu việt như: diện tích bề mặt lớn, mao quản có cấu trúc đều đặn với kích 
thước rộng, thành mao quản dày, độ bền nhiệt và thuỷ nhiệt cao, nên vật liệu mao  
quản (VLMQ) trên nền silic (SiO2) nói chung và SBA­15 nói riêng đã thu hút sự 
quan tâm của nhiều nhà khoa học vật liệu trên thế giới cũng như trong nước trong 
thời gian gần đây. Tuy nhiên, nhược điểm chính của họ vật liệu này là hoạt tính  
bề mặt mao quản kém do chỉ chứa các nhóm silanol. Vì vậy, đi đôi với quá trình 
tổng hợp vật liệu SBA­15 là quá trình biến tính bề  mặt của vật liệu này, nhằm  
tăng hoạt tính của vật liệu theo hướng mong muốn.  Một trong những hướng biến 
tính vật liệu SBA­15 đang được quan tâm hiện nay là  “gắn” các nhóm chức như 
amine, phenyl, thiol, sunfunic,... lên bề  mặt mao quản của SBA­15 để  cải thiện  
hoạt tính của nó nhằm tăng khả năng ứng dụng. 
Một nguyên nhân nữa làm hạn chế  sự   ứng dụng của vật liệu SBA­15 là  
do   chúng   được   tổng   hợp   từ   các   nguồn   silic   nguyên   chất   như:   tetraethyl 
orthosilicate (TEOS) hay tetrametyl orthosilicate (TMOS) có giá thành cao. Vì thế, 
việc tìm nguồn silic có giá rẻ để thay thế  TEOS, TMOS trong tổng hợp vật liệu 

1


SBA­15 cũng là một nhiệm vụ thiết thực. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi chọn 
đề  tài: “ Nghiên cứu biến tính vật liệu SBA­15 bằng hợp chất silan và đánh  
giá hoạt tính hấp phụ”  với mong muốn tìm được điều kiện để  tổng hợp vật  
liệu SBA­15 cũng như biến tính vật liệu này để cải thiện khả năng hấp phụ của  
nó với nguồn silic tách từ trấu, một phế phẩm nông nghiệp rẻ tiền, luôn có sẵn.
Nội dung của luận văn bao gồm các vấn đề chính sau:
 Tìm điều kiện thích hợp để tách nguồn silic từ trấu.

 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SBA­15 với nguồn silic trên.
 Biến tính vật liệu SBA­15 bằng MPTMS.

 Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính.

2


3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về trấu và tro trấu
1.1.1. Sơ lược về trấu và tro trấu
Việt Nam là nước có nền văn minh lúa nước rất lâu đời, từ lâu cây lúa đã  
gắn liền với đời sống của nhân dân. Không những hạt lúa được sử  dụng làm  
thực phẩm chính, mà các phần còn lại sau khi đã thu hoạch lúa cũng được người  
dân tận dụng trở  thành những vật liệu có ích trong đời sống hàng ngày. Ví dụ 

rơm được sử dụng lợp nhà, cho gia súc ăn, làm chất đốt, hoặc ủ làm phân. Trấu  
được sử  dụng làm chất đốt hay trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng. Không 
những trấu được sử  dụng làm chất đốt trong sinh hoạt hàng ngày mà còn được  
sử  dụng như  là một nguồn nguyên liệu thay thế  cung cấp nhiệt trong sản xuất  
với giá rất rẽ. Trấu là lớp vỏ  ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá 
trình xay xát. Trong vỏ  trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi s ẽ cháy 
trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ  chứa  
chủ  yếu xenlulozơ, lignin và Hemi ­ xenlulozơ  (90%), ngoài ra có thêm thành  
phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25­30% và cellulose 
chiếm khoảng 35­40%. Các chất hữu cơ  của trấu là các mạch polycarbohydrat  
rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể  sử  dụng trực tiếp được, nhưng  
các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, tro 
trấu có chứa trên 80% là silic oxit, chính là nguồn cung cấp silic giá rẻ  cho rất 
nhiều trong lĩnh vực ứng dụng khác nhau [2].
1.1.2. Các ứng dụng của vỏ trấu hiện nay
a) Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt
Từ lâu, vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với người dân. Chất 
đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia 
súc) và sản xuất (làm gạch, sấy lúa). Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại 
rẻ  tiền. Đối với sản xuất tiểu thủ  công nghiệp và chăn nuôi, trấu cũng được sử 
4


dụng rất thường xuyên. Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn  
nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong  
nghề sản xuất gạch tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.  Sử dụng vỏ trấu tạo 
thành củi trấu Máy ép củi trấu được sản xuất tại Gò Công (Tiền Giang) có công 
suất 70 ­ 80 kg củi/giờ, tiêu thụ điện 6 ­ 7 KW/h. Cứ 1,05 kg trấu thì cho ra 1 kg 
củi trấu. Chỉ  cần cho trấu vào họng máy, qua bộ  phận ép thì máy cho ra những 
thanh củi trấu. Củi trấu có đường kính 73 mm, dài từ 0,5 ­ 1 m. Cứ 1 kg củi trấu  

thì nấu được bữa ăn cho 4 người.

Hình 1.1. Củi trấu thành phẩm
b) Dùng vỏ trấu để lọc nước
Với kỹ thuật hiện nay, người ta đã chế tạo thành công thiết bị lọc nước từ 
vỏ  trấu, có khả  năng lọc thẳng nước ao, hồ thành nước uống sạch. Cốt lõi của 
thiết bị  là một cụm sứ  xốp trắng, hình trụ  nằm trong chiếc bình lọc. Điều đặc 
biệt là loại sứ  này được tạo ra bằng cách tách ôxit silic từ  trấu, có đặc tính lọc  
cực tốt, với lỗ lọc siêu nhỏ, nhỏ hơn lỗ lọc của thiết bị của Mỹ tới 10 lần, của  
Nhật 4 lần, ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 10 đến 20 năm).Thiết 
bị  còn có khả  năng khử  được mùi  ở  nguồn nước ô nhiễm, khử  chất dioxin khi  
mắc nối tiếp một bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính.
c) Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ
Huyện Gia Viễn, Ninh Bình người ta đã tạo ra các sản phẩm mỹ nghệ nội 
thất từ vỏ hạt thóc. Vỏ hạt thóc (trấu) được nghiền nhỏ tạo thành bột dưới dạng 

5


mịn và bột sợi. Sau khi kết hợp với keo, trấu được cho vào máy ép định hình sản 
phẩm và sấy khô, hoàn thiện... để trở thành một sản phẩm mỹ thuật.
d) Vỏ trấu còn có thể làm nguyên liệu xây dựng sạch
Tập đoàn Torftech của Anh cho biết, sau khi đốt mỗi tấn vỏ trấu sẽ tạo ra  
180 kg tro, có giá trị là 100 USD, có thể  sử dụng làm phụ  gia cho xi măng và có  
thể thay thế trực tiếp SiO2 trong xi măng. Các nhà khoa học từ lâu đã phát hiện ra  
vỏ trấu có giá trị khi sử dụng làm nguyên liệu xây dựng. Trong trấu có chứa hàm 
lượng SiO2 rất nhiều, mà đây lại là thành phần chính trong xi măng, nhưng con 
người muốn tận dụng tro thu được sau khi đốt vỏ trấu làm nguyên liệu thay thế 
xi măng, thì phương pháp này sẽ tạo ra hàm lượng Carbon trong tro vỏ trấu rất  
cao, không thể thay thế thành phần xi măng.

Dưới sự hỗ trợ của các quỹ khoa học xã hội, các nhà khoa học Mỹ đã phát 
hiện một phương pháp gia công vỏ  trấu mới, có thể  đồng thời sử  dụng tro vỏ 
trấu làm thành phần trong xi măng, thúc đẩy sự phát triển nguyên liệu xây dựng  
sạch.
Tập đoàn CHK bang Texas Mỹ cho biết, hiện tại họ đã hợp tác với một  
nhóm nghiên cứu và tìm ra một phương pháp gần như  không còn Carbon trong 
thành phần tro vỏ  trấu. Phương pháp mới này là cho vỏ  trấu vào lò đốt, đốt  ở 
nhiệt độ 8000C, cuối cùng chỉ còn lại những hạt SiO2 có độ tinh khiết cao.
Ngoài ra các nhà nghiên cứu thuộc Trường Đại học Bath và Dundee, cùng 
với các cộng sự   ở   Ấn Độ  cũng đang phát triển loại xi măng thân thiện với môi  
trường từ việc sử dụng các vật liệu thải như vỏ trấu.
Các   nhà   nghiên   cứu   đang   nghiên   cứu   các   cách   để   làm   giảm   phát   thải  
cácbon bằng cách thay thế một phần xi măng portland bằng các vật liệu thải như 
tro bay từ quá trình đốt than, xỉ trong luyện thép và thậm chí là vỏ trấu.
Để thay thế một phần xi măng Portland, cần phải nghiên cứu một số loại  
xi măng “xanh” sử dụng các vật liệu thải khác nhau có sẵn ở địa phương. Ví dụ,  
ở   Ấn Độ, có thể  sản xuất silic điôxít từ  quá trình đốt vỏ  trấu để  trộn vào xi 
măng; ở nước Anh, có thể dùng tro bay được tạo ra từ quá trình đốt than.  Chính 

6


vì thế nếu biết cách khắc phục để làm giảm hết lượng cacbon trong vỏ trấu thì  
có thể  có một lượng lớn hạt SiO2 ở  nước ta vì nước ta là nước xuất khẩu gạo 
đứng thứ  2 trên thế  giới và từ  đó có thể  nghiên cứu ứng dụng vào việc thay thế 
xi măng để làm giảm ô nhiễm môi trường.
e) Các ứng dụng khác của vỏ trấu
Một số ứng dụng khác của vỏ trấu: Không dừng ở  các ứng dụng trên, vỏ 
trấu còn có thể dùng làm thiết bị cách nhiệt, làm chất độn, giá thể trong công sản  
xuất meo giống để  trồng nấm, dùng đánh bóng các vật thể  bằng kim loại, tro  

trấu có thể dùng làm phân bón.
Ngoài ra, silic đioxit (SiO2) tổng hợp từ tro trấu có thể ứng dụng vào nhiều  
lĩnh vực như: hút  ẩm, làm chất phụ  gia xi măng, cao su, chế  tạo thiết bị  lọc  
nước, thủy tinh, chất bán dẫn, làm nguyên liệu thay thế  nguồn silic TEOS để 
tổng hợp vật liệu xúc tác mao quản trung bình như MCM­41, MCM­48, SBA­15,  
SBA­16. Theo [13] thì sử  dụng nguồn SiO2 thu hồi từ  trấu trong quá trình tổng 
hợp vật liệu MCM­41, SBA­16, có chất lượng không kém gì so với khi sử dụng  
nguồn TEOS. Điều đáng nói ở đây là nguồn SiO2 tổng hợp từ trấu vừa rẻ tiền, dễ 
bảo quản và phù hợp với điều kiện kinh tế   ở  địa phương. SiO 2  còn được sử 
dụng để hấp phụ và thu hồi các kim loại nặng trong môi trường nước [ 13], khả 
năng hấp phụ của SiO2 là khá tốt. Đã có nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực tách silic 
trong tro trấu để tổng hợp các vật liệu hấp phụ xúc tác.
Trấu có thể  được  ứng dụng rất đa dạng trong đời sống của con người 
Việt Nam. Trấu có  ưu thế  rất lớn về  nguồn nguyên liệu và giá thành nên việc 
nghiên cứu sử  dụng trấu cũng như  Silic tách ra từ  trấu vào sản xuất luôn mang  
lại hiệu quả kinh tế cao và tiết kiệm chi phí. Thực tế hiện nay một số tỉnh nhất  
là  ở  đồng bằng sông Cửu Long lượng trấu vẫn còn rất dồi dào nên cần lưu ý 
tăng cường việc nghiên cứu  ứng dụng nguồn nguyên liệu này nhằm mở  rộng  
khả năng sử dụng trấu vừa tiết kiệm chi phí sản xuất, vừa có lợi cho môi trường 
[2].
1.2. Vật liệu mao quản trung bình (MQTB)

7


1.2.1. Giới thiệu vật liệu MQTB
Vật liệu có cấu trúc mao quản là vật liệu mà trong lòng nó có một hệ 
thống mao quan (pore) v
̉
ới kích thước từ  vài đến vài chục nano mét và rất phát 

triển. Các mao quan này có th
̉
ể có dạng lồng (cage) hoặc các ống hình trụ.
Theo phân loại của IUPAC, dựa trên kich th
́
ươc mao quan, v
́
̉
ật liệu mao 
quản có các dạng như sau: [3]
­ Vật liệu vi mao quản (microprore) có đường kính mao quản nhỏ  hơn 
2nm.
­ Vật liệu mao quản trung bình (mesopore) có đường kính mao quản từ 2 
đến 50 nm.
­ Vật liệu mao quản lớn (macropore) có đường kính mao quản lớn hơn 50 nm.

          d ≤ 2nm                 2nm < d ≤ 50nm                   d > 50nm
    Vi mao quan̉

        Mao quan trung binh         Mao quan l
̉
̀
̉ ơń

     (Micropore)                     (Mesopore)

         (Macropore)

Hình 1.2. Phân loai v
̣ ật liệu mao quan cua IUPAC

̉
̉
Viêc phat hiên, nghiên c
̣
́
̣
ưu tông h
́ ̉
ợp va s
̀ ử  dung cac vât liêu mao quan co
̣
́ ̣
̣
̉
́ 
lich s
̣
ử lâu đời. Đầu tiên, người ta phát hiện một số khoáng nhôm silicat tự nhiên  
có cấu trúc trật tự  với một hệ  thống vi mao quản phát triển và chúng đã được 
ứng dụng trong xúc tác và hấp phụ. Sau đó các nhà khoa học đã tổng hợp được 
những vật liệu vi mao quản có cấu trúc như  mong muốn bằng việc sử dụng các 
hợp chất hữu cơ như những chất điều khiển cấu trúc được gọi là các chất định  
hướng cấu trúc (ĐHCT). Trong mấy thập kỉ qua, vật liệu zeolit với cấu trúc tinh  
thể mao quản đặc biệt đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lọc hóa dầu  
0

và tổng hợp hữu cơ, đặc biệt đối với những phân tử  nhỏ  hơn 10 A . Zeolit có 
những đặc tính nổi trội sau:

8



 Diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng hấp phụ cao
 Tính chất hấp phụ có thể được thay đổi để trở thành loại ưa nước hoặc 
kỵ nước tùy thuộc vào nhóm chức bề mặt
 Các tâm hoạt động xúc tác(tâm axit) có thể  hình thành trong mạng tinh  
thể. Cường độ  cũng như  mật độ  có thể  biến đổi để  đáp ứng cho các phản ứng 
khác nhau
 Các kênh mao quản và các hốc bên trong vật liệu có kích thước từ 5­12  
0

A , thích hợp cho nhiều loại phân tử  phản  ứng. Với điện trường mạnh trong vi  

mao quản và tính chất điện tử  của các phân tử  trong một không gian hạn chế, 
zeolit có khả năng hoạt hóa các phân tử tham gia phản ứng.
 Nhờ có cấu trúc mao quản đồng nhất và có giới hạn nên zeolit có tính  
chọn lọc hình học khác nhau đối với các sản phẩm, các chất phản  ứng và các 
hợp chất trung gian.
 Zeolit có độ bền nhiệt, thủy nhiệt và hóa học cao
Ngoài những đặc điểm không thể phủ  nhận trên, zeolit tỏ ra hạn chế đối 
với các chất phản ứng có kích thước lớn hơn kích thước mao quản của chúng.
Vào những năm 1991­1992, các nhà nghiên cưu cua hang Mobil Oil đã tông
́ ̉
̃
̉  
hợp thanh công m
̀
ột họ vật liệu mới có kích thước mao quản từ 2 đến 20 nm bằng 
việc sử  dụng chất hoạt động bề  mặt như  những chất tạo cấu trúc [10]. Đây là  
những vật liệu silicat có cấu trúc trật tự, được gọi là vật liệu rây phân tử MQTB  

(MMS). Từ đó đã có nhiều vật liệu MMS được tổng hợp như FSM, M41S, HMS,  
MSU­x, Các vật liệu cao cấp này có đường kính mao quản đồng đều, kích thước 
mao quản trung bình (dao động trong khoảng 20 – 100  Ao ), rộng hơn kích thước 
mao quản của zeolit từ 3 đến 4 lần và diện tích bề  mặt riêng vô cùng lớn (500 ­ 
1000 m2/g). Chính vì những  ưu điểm như  vậy nên vật liệu MQTB đã mở  ra một  
hướng phát triển to lớn trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụ, khắc phục được những 
nhược điểm của zeolit như chuyển hóa được những phân tử có kích thước phân tử 
lớn, cồng kềnh [5,6,25].

9


Họ vật liệu M41S được tổng hợp bằng cách kết hợp một cách thích hợp 
nguồn silic (tetra etyl ortho silicat hay thủy tinh lỏng), chất định hướng cấu trúc  
(ĐHCT)   ankyl   trimetyl   amoni   halogenua   (cetyl   trimetyl   amoni   bromua),   kiềm  
(NaOH hay tetra etyl amoni hiđroxit) và nước. Tùy theo điều kiện tổng hợp như 
bản chất của chất hoạt động bề  mặt, bản chất của chất phản  ứng, nhiệt độ 
tổng hợp, giá trị  pH mà kích thước và cấu trúc mao quản khác nhau được hình 
thành như cấu trúc lục lăng (MCM­41), cấu trúc lập phương (MCM­48), cấu trúc 
lớp (MCM­50).
Đăc biêt, vât liêu MCM­41 ra đ
̣
̣
̣
̣
ời được xem la b
̀ ươc đôt pha l
́ ̣
́ ớn trong linh
̃  

vực xuc tac di thê. Loai vât liêu nay co câu truc mao quan đông đêu, kich th
́ ́ ̣
̉
̣
̣
̣
̀ ́ ́
́
̉
̀
̀
́
ước  
mao quan rông (> 2nm) v
̉
̣
ơi đô trât t
́ ̣ ̣ ự  cao va diên tich bê măt riêng l
̀ ̣ ́
̀ ̣
ớn (lên đên
́ 
1000 m2/g). Cac 
́ ưu thê đo cho phep vât liêu MCM­41 tham gia vao qua trinh
́ ́
́
̣
̣
̀
́ ̀  

chuyên hoa cac phân t
̉
́ ́
ử dâu năng, cac san phâm t
̀ ̣
́ ̉
̉ ừ cac h
́ ợp chât thiên nhiên, x
́
ử lý 
cac phân t
́
ử gây ô nhiêm co kich th
̃
́ ́
ước lơn.
́
Tiêp theo đo, vao năm 1998, cac nha khoa hoc nhom G.D. Stucky va công
́
́ ̀
́
̀
̣
́
̀ ̣  
sự đa phat hiên ra viêc dung cac chât đông trung h
̃ ́ ̣
̣
̀
́

́ ̀
̀ ợp khôi nh
́ ư  những chât ĐHCT
́
 
va đa tông h
̀ ̃ ̉
ợp thanh công vât liêu SBA­15 [30]. SBA­15 co nhiêu tinh chât đăc
̀
̣
̣
́
̀ ́
́ ̣  
biêt nh
̣
ư  đường kính mao quản đồng đều với kích thước lớn hơn 3 – 4 lần kích 
thước mao quản zeolit và diện tích bề mặt riêng lớn (600 ­1000 m 2/g ). Đông th
̀
ơì 
tường mao quản SBA­15 dày (day h
̀ ơn tương mao quan vât liêu co câu truc luc
̀
̉
̣
̣
́ ́
́ ̣  
lăng tương ưng MCM­41) nên có tính b
́

ền nhiệt và thủy nhiệt cao [10]
Hiện nay trên thế  giới, vật liệu phân tử  MQTB đang được nghiên cứu và 
ứng dụng nhiều theo các hướng sau: Kết tinh lại mao quản bằng chất ĐHCT  
thích hợp để  có thể  kiểm soát kích thước mao quản; trát hay tẩm lên mao quản  
một lớp vật liệu tinh thể  làm chất xúc tác để  có thể  phát triển bề  mặt của vật 
liệu xúc tác; tinh thể hóa tường vô định hình; thay thế đồng hình Si bằng các kim 
loại chuyển tiếp để có thể thay đổi kích thước mao quản và lực axit [10].
1.2.2.  Phân loai vât liêu MQTB
̣
̣
̣
1.2.2.1. Phân loai theo câu truc
̣
́
́

10


* Câu truc luc lăng (hexagonal): MCM­41, SBA­15,…
́ ́ ̣
* Câu truc lâp ph
́ ́ ̣
ương (cubic): MCM­48, SBA­16,….
* Câu truc l
́ ́ ơp (laminar): MCM­50,…
́
* Câu truc không trât t
́ ́
̣ ự (disordered): KIT­1, L3,…


         a. Luc lăng               b. Lâp ph
̣
̣
ương              c. Lơṕ
Hình 1.3. Cac dang câu truc vât liêu MQTB
́ ̣
́
́ ̣
̣
1.2.2.2. Phân loai theo thanh phân
̣
̀
̀
*  Vât liêu MQTB ch
̣ ̣
ưa silic: MCM­41, Al­MCM­41, Ti­MCM­
́
41, Fe­MCM­
41,  MCM­48, SBA­15,….
* Vât liêu MQTB không ch
̣ ̣
ưa silic : ZrO
́
2, TiO2, Fe2O3,...
1.3. Vật liệu mao quản trung bình SBA­15
1.3.1. Đăc điêm câu truc SBA­15
̣
̉
́

́
Năm 1998, Stucky và cộng sự  [10] đã công bố  một loại vật liệu mới ký  
hiệu là  SBA­15. Đây là một vật liệu mao quản trung bình có đối xứng lục lăng  
vơi đô trât t
́ ̣ ̣ ự  luc lăng cao, kich th
̣
́
ươc mao quan rông va đông đêu (co thê đat
́
̉
̣
̀ ̀
̀
́ ̉ ̣ 
0
300A0), thanh mao quan đêu va day (31A
̀
̉
̀ ̀ ̀
    64A0), khác với MCM­41 có thành 

mao quản mỏng hơn. Do đó, SBA­15 có độ bền nhiệt và thủy phân cao hơn hẳn  
2
so với cái loại vật liệu thuộc họ  M41S. Diên tich bê măt riêng l
̣ ́
̀ ̣
ơn (600m
́
/g    


1000m2/g).

11


Hinh 1.4. 
̀
Anh SEM (a), đ
̉
ường đăng nhiêt hâp phu ­ kh
̉
̣
́
̣
ử hâp phu N
́
̣ 2 (b),
 phô XRD cua SBA­15 (c) 
̉
̉
[9]
1.3.2. Tông h
̉
ợp va c
̀ ơ chê hinh thanh vât liêu SBA­15
́ ̀
̀
̣
̣
Để  tổng hợp vật liệu mao quản trung bình có cấu trúc dạng lục lăng 

(SBA­15) bằng cách sử  dụng TEOS, TMOS, TPOS là nguồn cung cấp silic và  
chất đồng trùng hợp như  là tác nhân định hướng cấu trúc. Đặc biệt, các chất 
đồng trùng hợp poly(alkylene oxide) như: poly(ethylene oxide)­ poly(propylene  
oxide)­poly(ethylene oxide) (PEO­PPO­PEO) là những lựa chọn hàng đầu bởi tính  
chất sắp xếp trật tự trong cấu trúc mao quản, giá thành thương mại thấp và có  
tính phân hủy sinh học [12,30]. Tỉ lệ EO và PO cũng ảnh hưởng đến cấu trúc của 
vật liệu mao quản tổng hợp được. Ví dụ: dùng Pluronic L121 (EO5PO70EO5) ở 
nồng độ thấp (0,5­1% về khối lượng) thì tạo ra vật liệu cấu trúc dạng lục lăng,  
nhưng nếu  ở  nồng độ  cao hơn (2­5% khối lượng) thì tạo ra sản phẩm MQTB  
phiến mỏng không đồng đều. Đối với những chất đồng trùng hợp có tỉ lệ  EO và 
PO cao hơn như  EO106PO70EO106; EO100PO39EO100  hay EO80PO30EO80 thì tạo được 
sản phẩm vật liệu MQTB hình khối. SBA­15 điển hình được tổng hợp bằng  
cách dùng chất ĐHCT Pluronic P123 (EO20PO70EO20). Sử  dụng nồng độ  của các 
chất ĐHCT lớn hơn 6% khối lượng thì chỉ có gel silic tạo thành. Khi nồng độ này  
bé hơn 0,5% thì kết quả chỉ cho được silic vô định hình.

12