Synthesis of nano-crystalline forsterite (Mg2SiO4) powder from biomass rice husk silica by solid-state route

Abstract

The aim of the investigation is to develop nano-crystalline forsterite by utilizing amorphous silica and magnesia through solid-state route. Amorphous silica was yielded from burning of biomass, i.e. rice husk (RH). The precursor and powders were subjected to calcination for a temperature range of 700–1000 °C and evolution of forsterite phase was characterized using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). The results indicate that by increasing temperature around 1000 °C, magnesia and amorphous silica were absolutely consumed and turned into a single forsterite phase. Crystal size was calculated by XRD analysis (80–85 nm) and particle size was determined by SEM micrograph analysis, which reveals that prepared powder consist particles with nearly spherical morphology, and mean particle size of 265 nm. Resumen: El objetivo de la investigación es desarrollar forsterita nanocristalina mediante la utilización de sílice amorfa y magnesia a través de la vía de estado sólido. La sílice amorfa se obtuvo por combustión de biomasa, es decir, a partir de cáscara de arroz. El precursor y los polvos se sometieron a calcinación en un intervalo de temperaturas de 700–1.000 ̊C y la evolución de la fase forsterita se calificó mediante espectroscopia infrarroja por transformadas de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (XRD) y microscopia electrónica de barrido (SEM). Los resultados indican que, al aumentar la temperatura a unos 1.000 ̊C, la magnesia y la sílice amorfa se consumieron totalmente y se convirtieron en una fase de forsterita única. El tamaño del cristal se calculó mediante análisis de XRD (80-85 nm) y el tamaño de la partícula se determinó mediante análisis de micrografía SEM, lo que revela que el polvo preparado contiene partículas con una morfología casi esférica y un tamaño medio de partícula de 265 nm. Keywords: Solid state synthesis, Amorphous silica, Rice husk (RH), Rice husk ash (RHA), Forsterite, Waste material, Palabras clave: Síntesis de estado sólido, Sílice amorfa, Cáscara de arroz, Ceniza de cáscara de arroz, Forsterita, Material de desecho