مطالعه شرايط عملياتي فرايند استحصال سيليكا از شلتوك جهت استفاده ويژه در لاستيك

Study of operating conditions of silica extraction from rice husk for Special use in rubber

شلتوك برنج، يك زيست توده ارزان قيمت است كه توانايي انباشت مقادير قابل توجه سيليكاي بي شكل در بافت خود را دارد. فرايند استحصال اين سيليكا سبزتر از فرايندهاي معمول توليد سيليكاي بي شكل است. در اين پژوهش تاثير عوامل فرآيندي استحصال سيليكا از شلتوك برنج به روش رسوبي، به همراه يك كاربرد ويژه آن در صنعت لاستيك مورد مطالعه قرار گرفته است. در فرايند استحصال، ابتدا شلتوك برنج در فضاي آزاد سوزانده شده و سپس در يك كوره الكتريكي به خاكستر سفيد تبديل شد كه در مراحل بعدي به كمك سود سوزآور به محلول سيليكات سديم تبديل شده و درنهايت سيليكا از اين محلول به كمك اسيدسولفوريك رسوب داده شده است. در اين مطالعه تاثير نسبت جامد به حلال ؟(g/g 17/0-03/0) و مدت زمان مرحله انحلال قليايي (h 2-1) و تاثير pH (9-5) و دما در مرحله ترسيب اسيدي (°C 90-25) بررسي شده است. نشان داده شده كه يك نسبت جامد به حلال كم در مرحله انحلال قليايي و يك pH اسيدي در كنار دماي ترسيب بالا براي حصول بيشترين راندمان توليد و به دست آوردن سيليكايي بي شكل با خلوص بالا لازم است. سيليكاي رسوبي با درصد خلوص و شيمي مشابه با نمونه تجاري مورداستفاده در صنعت لاستيك (؟) اما مساحت سطح و حجم حفرات كمتر (؟) از نمونه تجاري توليد شد. همچنين مشخص شد كه طولاني تر شدن مرحله انحلال قليايي موجب افزايش اندك راندمان توليد مي شود. سيليكاي توليدشده، در سيستم چسبندگي لاستيك به الياف (RFS) عملكرد بسيار نزديك به نمونه تجاري را نشان داد كه نشان دهنده توانايي بالاي آن براي جايگزين شدن با انواع تجاري است كه عمدتا با فرايندهاي با هزينه بيشتر و زيست سازگاري كمتر توليد مي شوند.

Research subject As a low price biomass, rice husk is able to accumulate a large amount of silica in its texture. The process for extracting this silica is greener than the conventional ones. The present research addresses the effects of the different process parameters on amorphous silica extraction from rice husk through a precipitation method. Research approach In the extraction process, first the rice husk was burned in the open air and then turned into white ash in an electric furnace. This ash was converted into sodium silicate solution using NaOH, and finally the silica was precipitated from this solution by sulfuric acid. The effect of solid to solvent ratio, the duration of the alkaline dissolution step as well as the pH and temperature of acid precipitation step have been investigated. Moreover, a special application of the amorphous silica in rubber industry was also investigated. Main results The results showed that a low solid to solvent ratio at the alkaline dissolution stage as well as an acidic pH along with a high precipitation temperature are required to obtain the highest production efficiency and to obtain high purity amorphous silica. The purity and chemistry of obtained silica were quite similar to commercial sample in the rubber industry; however, the surface area and pore volume of obtained silica was less than the commercial one. It was also found that prolonging the alkali dissolution step slightly increases the production efficiency. The obtained silica exhibited very close performance to the commercial sample, in the rubber-to-fiber adhesion system (RFS). This indicates the high ability of precipitated silica to be replaced by commercial types, which are mainly produced by more cost-effective and less biocompatible processes.