tổng hợp zeolit a từ bùn đỏ

Trong b i báo n y chúng tôi trình b y một số kết quả nghiên cứu tổng hợp zeolit A từ bùn đỏ - một chất thải của công nghiệp sản xuất Al2O3 từ boxit nhằm khai thác khả năng sử dụng nguồn

Tạp chí Hóa học, T 41, số 2, Tr 100 - 103, 2003

Tổng hợp zeolit A từ bùn đỏ

Đến Tòa soạn 12-12-2002

Bùi Đăng Hạnh1, Lê Xuân Th nh2, La Văn Bình2

1 Viện Công nghệ xạ hiếm, Viện Năng l'ợng nguyên tử Việt Nam

2 Bộ môn Công nghệ Hóa vô cơ, Tr'ờng ĐHBK H4 Nội

Summary

Some results in synthesizing zeolite of type A from red mud were indicated in this paper The process involves the leaching of the aluminosilicate contained in the red mud by a sulfuric acid After filtering, the obtained solution is added by an aqueous solution of sodium hydroxide until the pH of 14 and is kept at a temperature of 95 o C for 24 hours in order to form a zeolite The synthesized product was characterized by the X ray diffraction, infrared spectra and scanning electron microscopy

I - Đặt vấn đề

Zeolit l các tinh thể aluminosilicat đ ợc

dùng l m chất hấp phụ, chất xúc tác v chất

trao đổi ion trong nhiều lĩnh vực công nghệ

khác nhau Để tổng hợp zeolit ng ời ta có thể

dùng nhiều nguồn vật liệu chứa nhôm v silic

khác nhau nh các muối nhôm, hiđroxit nhôm,

thủy tinh lỏng v.v Tại Việt Nam hiện có một

số công trình nghiên cứu tổng hợp zeolit A từ

các nguồn vật liệu nêu trên v từ khoáng sét tự

nhiên Trong b i báo n y chúng tôi trình b y

một số kết quả nghiên cứu tổng hợp zeolit A từ

bùn đỏ - một chất thải của công nghiệp sản xuất

Al2O3 từ boxit nhằm khai thác khả năng sử

dụng nguồn chất thải n y[1]

II - Thực nghiệm

Bùn đỏ dùng tổng hợp zeolit đ ợc lấy từ

quá trình sản xuất Al(OH)3từ quặng bauxit của

nh máy hóa chất Tân Bình Bùn đỏ đ ợc hòa

tách bằng cách thêm dần axit sunfuric 1 : 1 v o

hỗn hợp bùn đỏ - n ớc lấy theo tỉ lệ trọng l ợng

t ơng ứng l 1: 3 sao cho giá trị pH của dung

dịch luôn bằng 2 (đo trên máy đo pH) trong thời gian 2 giờ ở nhiệt độ th ờng Sau khi hòa tách xong hỗn hợp đ ợc lọc để thu dung dịch nhôm silicat

Sau khi thu đ ợc dung dịch nhôm silicat hòa tách từ bùn đỏ, dung dịch n y đ ợc bổ sung một l ợng dung dịch NaOH 8N để nâng pH lên giá trị thích hợp cho quá trình kết tinh zeolit Vấn đề quan trọng ở đây l cần bổ sung nhanh dung dịch NaOH 8N v o dung dịch nhôm silicat để đạt giá trị pH thích hợp trong khoảng thời gian rất ngắn Để đạt đ ợc điều n y th ờng xác định tr ớc tỉ lệ giữa l ợng dung dịch NaOH 8N v l ợng dung dịch nhôm silicat ứng với giá trị pH nghiên cứu bằng ph ơng pháp chuẩn Sau đó hai dung dịch n y đ ợc rót đồng thời

v o bình tam giác trong điều kiện khuấy trộn liên tục để tạo ra hệ gel Sau đó hệ n y đ ợc kết tinh ở các giá trị pH v nhiệt độ khác nhau trong khoảng 24 giờ Kết thúc quá trình kết tinh các sản phẩm kết tinh đ ợc lọc rửa cho đến pH nhỏ hơn 10 v sấy khô ở 105oC

Để phân tích cấu trúc của sản phẩm chúng tôi dùng ph ơng pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) trên máy SIMENS D 5005-CHLB Đức,

ghi phổ hồng ngoại (IR) trên máy SHIMADZU

FTIR 8101M-Nhật Bản v chụp ảnh hiển vi

điện tử quét (SEM) trên máy JSM 5410

LV-Nhật Bản

III - Kết quả v thảo luận

1 Xác định chế độ kết tinh zeolit từ dung dịch nhôm silicat

Kết quả các thí nghiệm kết tinh zeolit từ dung dịch nhôm silicat đ ợc trình b y trong bảng 1

Bảng 1: Kết quả phân tích XRD của các mẫu kết tinh ở các giá trị pH v

nhiệt độ khác nhau trong 24 giờ Mẫu Giá trị pH kết tinh Nhiệt độ kết tinh, oC Kết quả phân tích XRD

Nh vậy các kết quả của các thí nghiệm kết

tinh zeolit nh đt nêu trong bảng trên cho thấy

mẫu 1 m pH của quá trình tạo gel l 13, kết

tinh ở 95oC trong 24 giờ thì sản phẩm thu đ ợc

l ở dạng vô định hình Mẫu 2, pH của quá

trình tạo gel l 14, kết tinh ở 70oC trong 24 giờ

thì đt bắt đầu xuất hiện tinh thể nh ng sản

phẩm chủ yếu vẫn ở dạng vô định hình điều đó

chứng tỏ rằng ở nhiệt độ kết tinh không cao

cũng khó hình th nh tinh thể Mẫu 3, pH của

quá trình tạo gel l 14, kết tinh ở 95oC trong 24

giờ thì quá trình kết tinh xảy ra gần nh ho n

to n Giản đồ XRD của mẫu 3 đ ợc chỉ ra ở hình 1

Dựa trên hình 1 ta thấy sản phẩm thu đ ợc thu đ ợc chủ yếu ở dạng zeolit A có công thức

Na96Al96Si96O384.216H2O (39-0222) Ngo i ra sản phẩm thu đ ợc còn có lẫn pha tinh thể zeolit X - Na88Al88Si104O384.220H2O (39-0218) với một l ợng không đáng kể: các pic t ơng ứng có độ cao khoảng 10 Cps, nhỏ hơn nhiều lần so với các pic của tinh thể zeolit A

Hình 1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu 3

39-0222(C) - Hiđrat natri nhôm silicat Zeolit A, (Na)–Na96Al96Si96O384.216H2O

(tất cả các pic có giá trị d) 39-0218(C) - Hiđrat natri nhôm silicat Zeolit X, (Na) – Na88Al88Si104O384.220H2O

2 Nghiên cứu cấu trúc của mẫu 3 bằng ph)ơng pháp phổ hồng ngoại (IR) v3 ảnh hiển vi

điện tử quét (SEM)

Để bổ sung cho việc xác định cấu trúc sản

phẩm bằng ph ơng pháp XRD, sản phẩm mẫu 3

đ ợc ép viên với KBr v chụp phổ hồng ngoại

trên máy Shimadzu FTIR 8101 M-Nhật Bản

Kết quả đ ợc chỉ ra ở hình trên hình 2 Dựa v o

hình 2 ta thấy phổ hồng ngoại của sản phẩm thu

đ ợc có dạng ho n to n t ơng tự với phổ hồng

ngoại của mẫu zeolit A ([2] trang 419) Điều

n y một lần nữa khẳng định kết quả phân tích

nhiễu xạ tia X - mẫu tổng hợp đ ợc chủ yếu ở

d ới dạng zeolit A ở hình 2 pic ở 1012,6 cm-1

ứng với các dao động trong của tứ diện

Al(Si)-O4hay TO4, pic ở 464,8 cm-1 t ơng ứng với các

dao động biến dạng T-O, v pic ở 553,5 cm-1 l

liên quan đến sự tồn tại của các vòng kép 4

(D4R) trong cấu trúc khung của zeolit Ngo i ra

sự tồn tại pic 3398,3 cm-1 chỉ ra rằng ở mẫu

zeolit tổng hợp có mặt các phân tử n ớc, với

nhóm OH có tham gia tạo liên kết hiđrô với

nguyên tử oxi tạo khung zeolit, còn pic 1652,9

cm-1 ứng với kiểu dao động biến dạng của n ớc

[2]

Để xác định hình ảnh của mẫu zeolit tổng hợp đ ợc, mẫu đ ợc chụp ảnh kính hiển vi điện

tử quét (ảnh SEM) v kết quả đ ợc chỉ ra ở hình

3 Kết quả n y phù hợp với các kết quả của XRD v IR, sản phẩm thu đ ợc chủ yếu ở cùng một dạng tinh thể bao gồm các hạt có dạng hình lập ph ơng (khá t ơng tự dạng của zeolit

A theo t i liệu [3] trang 485), kích th ớc của các hạt tinh thể cỡ to l khoảng 4 àm v cỡ nhỏ khoảng 0,5 àm

IV - Kết luận

Đt tổng hợp đ ợc zeolit A từ dung dịch nhôm silicat hòa tách từ bùn đỏ bằng cách nâng giá trị pH của dung dịch n y lên trên giá trị 14 bằng dung dịch NaOH 8N v kết tinh zeolit ở

95oC trong 24 giờ Sản phẩm zeolit đ ợc xác

định đặc tính bằng ph ơng pháp nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại v ảnh SEM

Hình 2: Phổ hồng ngoại IR của mẫu 3

H×nh 3: ¶nh SEM cña s¶n phÈm mÉu 3

T i liÖu tham kh¶o

1 Fulford, George, Dennision Process for converting bayer sodalite into zeolite of type A, WO 91/15427 (1991)

2 Donald W Breck Zeolite molecular sieves, New York (1974)

3 Eckehart R et al Zeolites from Ullman’s encyclopedia of industrial chemistry, Vol A28, P

475 - 551 (1996)