Ảnh minh họa

Với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế cũng như sự gia tăng dân số không ngừng, nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng và công trình nhà ở đang tăng lên đột biến. Hầu hết vật liệu xây dựng công trình được khai thác từ tự nhiên, tiêu thụ năng lượng và chi phí cao, tạo ra chất thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong quá trình sản xuất vật liệu và thi công công trình. Vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến là xi măng poóc  lăng  (Ordinary  Portland  Cement: OPC), bởi đây là vật liệu có cường độ và độ bền cơ học cao,thuận tiện và dễ dàng thi công (Nuaklong  và  cs.,  2020).  Tuy  nhiên, sản xuất xi măng là một ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng và chi phí đầu tư rất cao, thải ra khí CO2 trong quá trình sản xuất (Rattanachu  và  cs.,  2020).  Khoảng  5-8% lượng khí thải CO2toàn cầu được tạo ra từ quá trình sản xuất xi măng poóc lăng (Khan và cs., 2017; Sani và cs., 2020). Do đó, nhu cầu tìm kiếm giải pháp thay thế xi măng truyền thống bằng các nguồn khác với chi phí thấp, tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường là rất cấp thiết và đang thu hút nhiều nghiên cứu hiện nay.

Tro trấu (Rice Husk Ash: RHA) thu được từ quá trình nhiệt phân vỏ trấu có hàm lượng silica cao, có diện tích bề mặt lớn, bản chất vô định hình cao, có khả năng liên kết tương thích với cốt liệu, và cho thấy đặc tính pozzolanic tốt, tương đương với xi măng (Al-Kutti   và   cs.,   2019;   Sandhu   và   cs., 2017). Do đó, nghiên cứu sử dụng tro trấu như  một  sự  thay  thế  một  phần  xi  măng truyền thống đã thu hút nhiều nhà khoa học bởi tính bền vững và thân thiện với môi trường của tro trấu(El-Sayed & El-Samni, 2006; Meddah và cs., 2020).

Vỏ trấu của giống lúa Hương Thơm 1 được thu thập để khảo sát thuộc thị trấn Hương Trà tỉnh Thừa ThiênHuế. Số lượng vỏ trấu được lấy đủ lớn để thực hiện các thí nghiệm trong cả quá trình nghiên cứu một cách đồng nhất. Các mẫu vỏ trấu được rửa sạch, phơi khô và sấy đạt độ ẩm 10-15% trước khi nhiệt phân.

Vỏ trấu được nhiệt phân bằng lò nung chuyên dụng hiệu Nabertherm N7/H/B400 do Đức sản xuất (Hình 1.a). Mỗi mẻ nhiệt phân được cài đặt ở nhiệt độ thí nghiệm lần ượt là 700oC, 800oC, 900oC trong thời gian là 1 giờ hoặc 2 giờ. Quá trình gia nhiệt từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độmục tiêu được khống chế theo tốc độ gia nhiệt theo phương pháp nhiệt phân chậm là 10oC/phút. Thời gian duy trì ở nhiệt độ nhiệt phân mục tiêu đặt ra là 1 giờ và 2 giờ. Mẫu sau thời gian nhiệt phân được làm nguội tự nhiên về nhiệt độ phòng trong điều kiện yếm khí.

Mỗi điều kiện nhiệt phân sẽ được bố trí đồng thời 04 mẫu có khối lượng 5g như nhau được định lượng bằng cân điện tử mã hiệu ScienTech SA-210 do Mỹ sản xuất có độ chính xác đến 0.1mg, và được đặt riêng lẻ trong cốc sứ chuyên dụng (Hình 2). Mẫu phân tích XRD sẽ được lấy đại diện bằng cách trộn đều tro của 04 cốc.Các mẫu tro trấu thu được sau quá trình nhiệt phân được phân tích nhiễu xạ tia X  (XRD:  X  Ray  Diffraction)  bằng  máy XRD mã hiệu Bruker D8 Advance Eco củaĐức (Hình 1.b) với góc quét2θ từ 10°-80°, bước góc 0.02°/bước, bước thời gian 0,2 giây/bước.   Máy   phân   tích   XRD trong nghiên cứu này sẽ cho ra kết quả về định tính cấu trúc pha và định lượng thành phần pha vật liệu; cấu trúc mạng tinh thể; kích thước  và  độ  kết  tinh  của  tinh  thể.  Định lượng thành phần pha dựa trên đặc điểm mỗi thành phần của hỗn hợp chất phân tích có phổ nhiễu xạ chuẩn đặc trưng. Tỉ lệ giữa tích phân cường độ phổ nhiễu xạ của thành phần và tích phân cường độ phổ nhiễu xạ hỗn hợp sẽ giúp định lượng tỷ lệ thành phần pha  trong  hỗn  hợp  chất  phân  tích  theo phương pháp của Rietveld (Bish & Howard, 1988).

Vỏ trấu được xem là phụ phẩm nông nghiệp có trữ lượng lớn, thường được đốt tự nhiên gây phát thải khí nhà kính hoặc gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do vỏ trấu tươi dư thừa quá lớn. Ngược lại, vỏ trấu khi nhiệt phân trong điều kiện yếm khí sẽ thu được tro trấu chứa phần lớn silica vô định hình, hoạt tính cao tương tự như xi măng và silica fume công nghiệp, những thành phần đóng vai trò rất quan trọng trong phát triển cường độ vật liệu bê tông chất lượng cao. Thông thường, hiệu suất thu hồi silica từ tro trấu bị ảnh hưởng bởi chế độ nhiệt phân và đặc điểm nguyên liệu đầu vào. Nghiên cứu tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nhiệt phân đếnhiệu suất thu hồi silica từ vỏ trấu. Trong nghiên cứu này, các mẫu vỏ trấu được nhiệt phân ở 03 mức nhiệt độ 700oC, 800oC và 900oC. Mỗi mức nhiệt độ được nhiệt phân trong thời gian là 1 giờ hoặc 2 giờ.

Kết quả phân tích XRD cho thấy hiệu suất thu hồi silica có thể đạt đến 98%. Đây là cơ sở tiến hành nghiên cứu ứng dụng silica từ tro trấu như một giải pháp thay thế cạnh tranh với xi măng và silica fume công nghiệp về chi phí và bảo vệ môi trường trong công nghiệp vật liệu xây dựng.