Publication:
Development of cement/rice husk ash-derived nano-silica for co2 regeneration capture

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.departmentf0df96ec-8790-4cd1-beec-4000a6671d5c
cris.virtualsource.orcidf0df96ec-8790-4cd1-beec-4000a6671d5c
dc.contributor.authorMudrikah Sofia Mahmud
dc.contributor.supervisorFarah Diana Mohd Daud, Ph.D
dc.contributor.supervisorMd Abdul Maleque, Ph.D
dc.date.accessioned2024-12-23T05:42:52Z
dc.date.available2024-12-23T05:42:52Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractSeveral recent studies have proved the ability of cement-based materials to capture carbon dioxide (CO2) through carbonation. Yet, the capture capacity may decline over multiple cycles, reflecting the poor regeneration performance inherent in other calcium-based sorbent materials. Partial replacement of nano-sized silica (SiO2) could potentially enhance both CO2 capture capacity and regeneration performance of cement. While previous research has extensively proven the significant improvement in cement properties with nano-silica, limited studies have examined its impact on CO2 capture and regeneration performance. Therefore, this study investigates how partial replacement of nano-silica in cement paste samples affects CO2 capture capacity and regeneration performance. Nano-silica was synthesized from rice husk ash (RHA) through the precipitation method, aiming to utilize agricultural waste. Before synthesizing, the RHA was acid-leached and thermally treated. Cement samples were partially replaced with nano-silica in various percentages (0.00% to 3.00%) and cured for 7, 14, and 28 days. Using the one-factor design from response surface method (RSM), the cement/nano-silica samples’ composition was determined. Characterization and analysis confirmed successful synthesis of high-purity, amorphous silica nanoparticles with diameters below 50 nm via the precipitation method. Nano-silica significantly improved the properties of hardened cement samples, with a notable 34.77% increase in compressive strength achieved with 3.00% nano-silica replacement compared to other samples across curing durations. XRD patterns indicated that nano-silica promoted hydration reactions, resulting in increased peak intensity of the C-S-H phase. Moreover, SEM-EDX analysis revealed the morphological characteristics of C-S-H phase throughout the observed morphology, along with a decrease in the Ca/Si ratio with increasing percentage of nano-silica replacement. The study findings suggest that inclusion of nano-silica significantly enhanced CO2 capture and regeneration performance of cement at room temperature conditions, with maximal improvement observed at 3.00% nano-silica partial replacement and 28 days of curing, displaying approximately 493.76% increment over the reference sample during a 150-minute experimental test. However, at 800℃ experimental temperatures, the presence of nano-silica did not effectively enhance CO2 capture capacity but rather led to its deterioration, potentially due to structural modification of the C-S-H phase during thermal cycles.
dc.description.abstractarabicأثبتت العديد من الدراسات الحديثة قدرة المواد القائمة على الأسمنت على التقاط ثاني أكسيد الكربون (CO2) من خلال عملية الكربنة. ومع ذلك، قد تنخفض قدرة الالتقاط عبر عدة دورات، مما يعكس الأداء الضعيف للتجدد الموجود في المواد الماصة الأخرى التي تعتمد على الكالسيوم. يمكن أن يعزز الاستبدال الجزئي لثاني أكسيد السيليكون النانوي (SiO2) من كل من قدرة التقاط CO2 وأداء التجديد للأسمنت. على الرغم من أن الأبحاث السابقة أثبتت بشكل واسع تحسين الخصائص المهمة للأسمنت باستخدام ثاني أكسيد السيليكون النانوي، إلا أن الدراسات التي تناولت تأثيره على التقاط CO2 وأداء التجديد كانت محدودة. لذلك، تحقق هذه الدراسة في كيفية تأثير الاستبدال الجزئي لثاني أكسيد السيليكون النانوي في عينات عجينة الأسمنت على قدرة التقاط CO2 وأداء التجديد. تم تصنيع ثاني أكسيد السيليكون النانوي من رماد قش الأرز (RHA) باستخدام طريقة الترسيب، بهدف استغلال النفايات الزراعية. قبل التصنيع، تم غمر رماد قش الأرز في الحمض ومعالجته حرارياً. تم استبدال الأسمنت جزئيًا بثاني أكسيد السيليكون النانوي بنسب مختلفة (%0.00 إلى %3.00) وتم معالجة العينات لمدة 7 و14 و28 يومًا. باستخدام تصميم العامل الواحد من طريقة الاستجابة السطحية (RSM)، تم تحديد تركيبة عينات الأسمنت/ثاني أكسيد السيليكون النانوي. أكدت عمليات التحليل والتوصيف نجاح تصنيع جسيمات نانوية من ثاني أكسيد السيليكون عالية النقاء وغير متبلورة بأقطار أقل من 50 نانومتر باستخدام طريقة الترسيب. حسّن ثاني أكسيد السيليكون النانوي بشكل كبير خصائص العينات المتصلبة من الأسمنت، حيث تم تحقيق زيادة ملحوظة بنسبة %34.77 في قوة الضغط مع استبدال %3.00 من ثاني أكسيد السيليكون النانوي مقارنة بالعينات الأخرى على مدار فترات المعالجة. أشارت أنماط XRD إلى أن ثاني أكسيد السيليكون النانوي عزز التفاعلات المائية، مما أدى إلى زيادة شدة الذروة لمرحلة C-S-H. بالإضافة إلى ذلك، كشفت تحليلات SEM-EDX عن الخصائص المورفولوجية لمرحلة C-S-H عبر المراقبة المورفولوجية، جنبًا إلى جنب مع انخفاض نسبة Ca/Si مع زيادة نسبة الاستبدال بثاني أكسيد السيليكون النانوي. تشير نتائج الدراسة إلى أن إضافة ثاني أكسيد السيليكون النانوي حسنت بشكل كبير من قدرة الأسمنت على التقاط ثاني أكسيد الكربون وأداء التجديد في ظل الظروف العادية لدرجة حرارة الغرفة، حيث لوحظت أفضل تحسينات عند استبدال %3.00 من ثاني أكسيد السيليكون النانوي ومعالجة لمدة 28 يومًا، مما أظهر زيادة بحوالي %493.76 مقارنة بالعينات المرجعية خلال اختبار تجريبي لمدة 150 دقيقة. ومع ذلك، عند درجات حرارة تجريبية بلغت 800 درجة مئوية، لم يعزز وجود ثاني أكسيد السيليكون النانوي قدرة التقاط CO2 بل أدى إلى تدهورها، ربما بسبب التعديل الهيكلي لمرحلة C-S-H أثناء الدورات الحرارية
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.degreelevelDoctoral
dc.description.emailrikasofia92@gmail.com
dc.description.identifierThesis : Development of cement/rice husk ash-derived nano-silica for co2 regeneration capture / by Mudrikah Sofia binti Mahmud
dc.description.identityG1919794Mudrikahsofiamahmud
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering
dc.description.nationalityMALAYSIA
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2024.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xxi, 124 leaves) ; color illustrations.
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Engineering
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/32600
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2024
dc.rightsOWNED BY IIUM
dc.subjectCO2 regeneration capture performance;RHA-derived nano-silica;Cement/nano-silica
dc.titleDevelopment of cement/rice husk ash-derived nano-silica for co2 regeneration capture
dc.typedoctoral thesis
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G1919794Mudrikahsofiamahmud_SEC.pdf
Size:
20.92 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text

Collections