خلاصه اختراع

اين اختراع به بازيافت نخاله‌هاي ساختماني و تبديل اين مواد به پيش ماده‌هاي سيليكاتي جهت تهيه‌ي سيليكا آئروژل اختصاص يافته است. سيليكا آئروژل مورد نظر به روش ساده و ارزان قيمت سل ژل و سپس خشك كردن در فشار محيط توليد مي‌گردد. يكي از مشكلات اصلي شهرها، انباشت نخاله‌هاي حاصل از تخريب ساختمان‌هاي قديمي مي‌باشد. انباشت اين نخاله‌ها براي محيط زيست محل نگه‌داري آنها خسارات بسياري به همراه خواهد داشت. از سويي ديگر يكي از مشكلات اصلي توليد سيليكا آئروژل‌ها مسئله هزينه بالاي توليد اين مواد مي‌باشد. استخراج سيليكا به صورت سديم سيليكات از نخاله‌هاي ساختماني و سپس تهيه سيليكا آئروژل از آن مي‌تواند راه حل مناسبي براي اين مشكلات باشد. سيليكا آئروژل حاصل با مساحت سطح بالا، چگالي كم و تخلخل بالاي خود در جذب آلاينده‌ها در محيط‌هاي آبي (براي نمونه، رنگدانه متيلن بلو تا 96 درصد) عملكرد خوبي از خود نشان مي‌دهد.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

اختراع حاضر در حوزه ی شیمی معدنی، شیمی محیط زیست و نانو شیمی قرار گرفته است.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

مشکل فنی که در این اختراع مورد بررسی قرار می گیرد، هزینه بالا تولید سیلیکا آئروژل از پیش ماده های گران قیمت سیلیکاتی و از طرفی دیگر مشکلاتی است که نخاله های ساختمانی برای محیط زیست به وجود می آورند. با بازیافت نخاله های ساختمانی و استخراج سیلیکا از آن به کمک روشی بسیار ساده و ارزان قیمت می توان افزون بر کمک به حفظ محیط زیست، ماده ای ارزشمند برای استفاده و تهیه ی مواد دیگر از جمله سیلیکا آئروژل را فراهم کرد. سیلیکا آئروژل های حاصل از این فرآیند هم به صورت آبدوست و هم به صورت آبگریز از پیش ماده نخاله ساختمانی و در فشار محیط سنتز گردیده اند و در هر دو حالت، محصول نهایی متخلخل و دارای حفراتی در ابعاد نانومتر است و ویژگی های منحصر به فردی در جذب آلاینده ها از آب را از خود نشان می دهد. بنابراین، می توان گفت در این اختراع از یک آلاینده زیست محیطی محصولی تولید می شود که قادر است آلاینده های دیگر را از میان ببرد.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

در ابتدا نخاله های ساختمانی جمع آوری شده به مدت ۱۵ دقیقه در دستگاه آسیاب گلوله ای قرار گرفته تا کاملا پودر شود و پودر حاصل را در کوره معمولی به مدت ۶ ساعت در دمای ۶۵۰ درجه سانتیگراد حرارت داده تا کلسینه شود. سپس آن را به ۱۵۰ میلی لیتر محلول سود یک مولار افزوده شده و بر روی هم زن مغناطیسی به مدت ۹۰ دقیقه با دمای ۷۰ درجه سانتیگراد قرار داده می شود. حاصل را صاف کرده و محلول زیر صافی با سولفوریک اسید ۹۶ درصد خنثی می گردد. سپس به محلول خنثی شده نسبت یک به ده پیش ماده تترا اتیل اورتو سیلیکات افزوده می شود تا سل مورد نظر ایجاد شود. در مراحل ابتدایی واکنش های سل-ژل ذرات الیگومری سه بعدی کوچک با گروه هایSiOH روی سطح خارجی شکل می گیرند. الیگومر ها به عنوان هسته به کار می روند و ممکن است تا در اندازه های مشخصی رشد کرده و یا متراکم شوند که این امر به شرایط تجربی بستگی دارد. با تراکم و انباشته شدن ذرات سل، به تدریج ویسکوزیته ی سل افزایش پیدا کرده و در نهایت ژل تشکیل می گردد. هیدروژل به دست آمده به مدت ۱۸ ساعت در ۶۵ درجه سانتیگراد در آون قرار می گیرد تا مرحله پیر شدن صورت پذیرد. روند پیر شدن ژل تاثیر بسیاری بر نوع میکرو ساختار، میزان تخلخل، مساحت سطح، اندازه ی حفره و انقباض حجمی سیلیکا آئروژل می گذارد. همچنین مدت زمان دوره ی پیر شدن بر برخی دیگر از ویژگی های سیلیکا آئروژل ها از جمله افزایش انتقال نوری، چگالی و افزایش استحکام و سختی تاثیر گذار است. سپس هیدروژل پیر شده با آب دیونیزه شده شستشو داده می شود تا سدیم اضافی به طور کامل از محلول خارج گردد و در نهایت در اتانول به مدت ۲۴ ساعت قرار داده می شود تا شبکه های سیلیکا ژل مستحکم تر شکل بگیرد و آلکوژل حاصل شود. ژل نهایی صاف گردید و برای خشک شدن در فشار محیط به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد و ۲ ساعت در دمای۱۲۰ درجه، داخل دستگاه آون خشک می گردد. چگالی سیلیکا آئروژل به دست آمده 0/685 محاسبه گردیده شده است. همچنین تصاویر SEM نشان می هد که اندازه ی حفره های محصول نهایی در محدوده زیر ۱۰۰ نانومتر قرار گرفته است. سیلیکا آئروژل آبدوست به دست آمده از این روش دارای چگالی پایین و تخلخل بالا بوده و عملکرد بسیار خوبی در جذب از خود نشان می دهد. یکی از کاربرد هایی که این نوع سیلیکا آئروژل ، جذب بالای متیلن بلو ( ۹۶ درصد) در دمای محیط و pH خنثی تا غلظت ۱۵۰ mpp با استفاده از۰۲/0 گرم جاذب می باشد. برای تهیه ی سیلیکا آئروژل آبگریز حاصل از نخاله های ساختمانی پس از مرحله پیر شدن، ژل را با آب به خوبی شستشو داده و سپس آن را به مدت ۲۴ ساعت در حلال هگزان و ایزوپروپیل الکل، در دمای محیط نگه داری می شود. در مرحله ی بعد از آن، ژل را با حلال هگزان شستشو داده و آن را در محلولی از هگزان، ایزوپروپیل الکل و تری متیل کلرو سیلان ( ۱:۴:۸ ) به مدت ۲۴ ساعت در دمای محیط قرار می گیرد. در نهایت ژل حاصل را صاف کرده و در داخل آون به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد، ۲ ساعت در دمای ۸۰ درجه ی سانتیگراد و یک ساعت در دمای ۱۵۰ درجه ی سانتیگراد قرار داده می شود. سیلیکا آئروژل آبگریز به دلیل خاصیت آبگریزی سطح و چگالی بالای خود قابلیت جذب روغن، نفت و حلال های آلی را دارا می باشد.