Advanced Fabrication of Lightweight Aerogels from Fly Ash for Thermal Insulation
Creators
- 1. Ho Chi Minh City University of Technology
- 2. Vietnam National University Ho Chi Minh City
- 3. International Center for Tropical Agriculture
Description
For the first time, an environmentally friendly and effective procedure to produce high-value engineering aerogels from fly ash (FA) has been developed by dispersing FA particles into a mixture of biodegradable polyvinyl alcohol (PVA) and carboxymethyl cellulose (CMC), followed by freezedrying. The effect of FA content on the physical properties, morphology, mechanical strength, and thermal conductivity of FA aerogels is also studied comprehensively. The lightweight FA aerogels show a low density of 0.072 – 0.093 g/cm3 with high porosity of 94.94 – 95.78%. The morphology of aerogels shows the uniform distribution of FA particles in PVA-CMC matrixes that creates a porous structure with a pore size of 2-5 mm. Therefore, the FA aerogels exhibit good heat insulation with extremely low thermal conductivity of 0.040 – 0.047 W/m.K at ambient temperature and pressure that is comparable to some commercial insulation materials such as mineral wool, fiberglass, expanded polystyrene, and other silica-based aerogels from waste. Moreover, the compressive modulus of FA aerogels is about 67.73 – 254.75 kPa indicating their excellent mechanical properties under 1 kN vertical compression. The experimental results indicate the significant better durability of FA aerogels than that of previous aerogels from other wastes such as sugarcane bagasse (88 kPa), pineapple leaf fibers (1.64 – 5.34 kPa), recycled polyethylene terephthalate (1.16 – 2.87 kPa), spent coffee grounds (5.41 – 15.62 kPa), and silica – cellulose (86 – 169 kPa). It is concluded that FA aerogels are a promising candidate as a lightweight thermal insulating material.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
لأول مرة، تم تطوير إجراء صديق للبيئة وفعال لإنتاج الهلاميات الهوائية الهندسية عالية القيمة من الرماد المتطاير (FA) عن طريق تشتيت جزيئات الهلاميات الهوائية الهندسية إلى خليط من كحول البولي فينيل القابل للتحلل الحيوي (PVA) وكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، يليه التجفيف بالتجميد. يتم أيضًا دراسة تأثير محتوى FA على الخواص الفيزيائية والمورفولوجيا والقوة الميكانيكية والتوصيل الحراري للهلام الهوائي FA بشكل شامل. تظهر الهلاميات الهوائية خفيفة الوزن كثافة منخفضة من 0.072 – 0.093 جم/سم 3 مع مسامية عالية من 94.94 - 95.78 ٪. تُظهر مورفولوجيا الهلاميات الهوائية التوزيع المنتظم لجسيمات FA في مصفوفات PVA - CMC التي تخلق بنية مسامية بحجم مسامي 2-5 مم. لذلك، تُظهر الهلام الهوائي FA عزلًا حراريًا جيدًا مع موصلية حرارية منخفضة للغاية تتراوح من 0.040 إلى 0.047 واط/مللي كربونات عند درجة الحرارة والضغط المحيطين والتي يمكن مقارنتها ببعض مواد العزل التجارية مثل الصوف المعدني والألياف الزجاجية والبوليسترين الموسع وغيرها من الهلام الهوائي القائم على السيليكا من النفايات. علاوة على ذلك، يبلغ معامل الانضغاط للهلام الهوائي FA حوالي 67.73 – 254.75 كيلو باسكال مما يشير إلى خصائصها الميكانيكية الممتازة تحت ضغط رأسي 1 كيلو نيوتن. تشير النتائج التجريبية إلى المتانة الكبيرة للهلام الهوائي FA أفضل من الهلام الهوائي السابق من النفايات الأخرى مثل قصب السكر (88 كيلو باسكال)، وألياف أوراق الأناناس (1.64 – 5.34 كيلو باسكال)، والبولي إيثيلين تيريفثالات المعاد تدويره (1.16 – 2.87 كيلو باسكال)، والقهوة المطحونة المستهلكة (5.41 – 15.62 كيلو باسكال)، والسيليكا – السليلوز (86 – 169 كيلو باسكال). تم استنتاج أن الهلام الهوائي FA مرشح واعد كمادة عازلة حرارية خفيفة الوزن.Translated Description (French)
Pour la première fois, une procédure respectueuse de l'environnement et efficace pour produire des aérogels techniques de grande valeur à partir de cendres volantes (FA) a été développée en dispersant les particules de FA dans un mélange d'alcool polyvinylique biodégradable (PVA) et de carboxyméthylcellulose (CMC), suivi d'une lyophilisation. L'effet de la teneur en FA sur les propriétés physiques, la morphologie, la résistance mécanique et la conductivité thermique des aérogels de FA est également étudié de manière exhaustive. Les aérogels légers FA présentent une faible densité de 0,072 – 0,093 g/cm3 avec une porosité élevée de 94,94 – 95,78 %. La morphologie des aérogels montre la distribution uniforme des particules de FA dans les matrices PVA-CMC qui crée une structure poreuse avec une taille de pores de 2-5 mm. Par conséquent, les aérogels FA présentent une bonne isolation thermique avec une conductivité thermique extrêmement faible de 0,040 à 0,047 W/m.K à température et pression ambiantes, ce qui est comparable à certains matériaux d'isolation commerciaux tels que la laine minérale, la fibre de verre, le polystyrène expansé et d'autres aérogels à base de silice provenant de déchets. De plus, le module de compression des aérogels FA est d'environ 67,73 – 254,75 kPa, ce qui indique leurs excellentes propriétés mécaniques sous une compression verticale de 1 kN. Les résultats expérimentaux indiquent une durabilité significativement meilleure des aérogels FA que celle des aérogels précédents provenant d'autres déchets tels que la bagasse de canne à sucre (88 kPa), les fibres de feuilles d'ananas (1,64 – 5,34 kPa), le polyéthylène téréphtalate recyclé (1,16 – 2,87 kPa), le marc de café usé (5,41 – 15,62 kPa) et la silice-cellulose (86 – 169 kPa). Il est conclu que les aérogels FA sont un candidat prometteur en tant que matériau isolant thermique léger.Translated Description (Spanish)
Por primera vez, se ha desarrollado un procedimiento respetuoso con el medio ambiente y eficaz para producir aerogeles de ingeniería de alto valor a partir de cenizas volantes (FA) mediante la dispersión de partículas de FA en una mezcla de alcohol polivinílico biodegradable (PVA) y carboximetilcelulosa (CMC), seguida de liofilización. También se estudia exhaustivamente el efecto del contenido de AF sobre las propiedades físicas, la morfología, la resistencia mecánica y la conductividad térmica de los aerogeles de AF. Los aerogeles ligeros FA muestran una baja densidad de 0.072 – 0.093 g/cm3 con una alta porosidad de 94.94 – 95.78%. La morfología de los aerogeles muestra la distribución uniforme de partículas de FA en matrices de PVA-CMC que crea una estructura porosa con un tamaño de poro de 2-5 mm. Por lo tanto, los aerogeles FA exhiben un buen aislamiento térmico con una conductividad térmica extremadamente baja de 0.040 – 0.047 W/m.K a temperatura y presión ambiente que es comparable a algunos materiales de aislamiento comerciales como lana mineral, fibra de vidrio, poliestireno expandido y otros aerogeles a base de sílice a partir de desechos. Además, el módulo de compresión de los aerogeles FA es de aproximadamente 67.73 – 254.75 kPa, lo que indica sus excelentes propiedades mecánicas bajo compresión vertical de 1 kN. Los resultados experimentales indican la durabilidad significativamente mejor de los aerogeles FA que la de los aerogeles anteriores de otros desechos como el bagazo de caña de azúcar (88 kPa), las fibras de hoja de piña (1.64 – 5.34 kPa), el tereftalato de polietileno reciclado (1.16 – 2.87 kPa), los posos de café (5.41 – 15.62 kPa) y la sílice – celulosa (86 – 169 kPa). Se concluye que los aerogeles FA son un candidato prometedor como material aislante térmico ligero.Files
1045.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:35bb6c53d25e61070d84b52420c74fa8
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصنيع متقدم للهلاميات الهوائية خفيفة الوزن من الرماد المتطاير للعزل الحراري
- Translated title (French)
- Fabrication avancée d'aérogels légers à partir de cendres volantes pour l'isolation thermique
- Translated title (Spanish)
- Fabricación avanzada de aerogeles ligeros a partir de cenizas volantes para aislamiento térmico
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3121651998
- DOI
- 10.32508/stdjet.v3i4.786
References
- https://openalex.org/W2074500627