Bentonit được dung làm chất hấp phụ và trao đổi ion trong các quá trình xử lý nước, làm chất xúc tác và chất mang xúc tác cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ, trong các quá trình gia công v
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Nhóm chúng em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trung tâm hóa và đặc biệt là gởi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Trọng Tăng, cảm ơn thầy đã tận tình chỉ dẩn
và giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài đồ án này
Mặc dù nhóm chúng em đã cố gắng hết mình để hoàn thành tốt đề tài song trong quá trình thực hiện không tránh khỏi có thiếu sót về nội dung lẫn hình thức Kính mong thầy đóng góp ý kiến để bài đồ án của chúng em được hoàn chỉnh hơn Xin chân thành cảm ơn
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2009
Giáo viên hướng dẫn
Nguyễn Trọng Tăng
Trang 5LỜI MỞ ĐẦU
Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng đất sét để chế tạo nên những công cụ không thể không có trong cuộc sống như nồi nấu ăn, chậu hoa, xây dựng nhà cửa … Vì vậy, đất sét là vậy liệu đầu tiên và gần gũi nhất với con người Nhưng mãi đến thế kỷ XX, khi có những thiết bị nghiên cứu hiện đại thì đất sét được nhiều nhà khoa học về địa chất cũng như hóa học nghiên cứu ngày càng nhiều và ngày càng hiểu rõ về tính chất cũng như cấu trúc của nó
Bentonit là một trong những khoáng sét có nhiều ứng dụng nhất trong hầu hết các ngành công nghiệp và trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân Bentonit đã được sử dụng nhiều trong các ngành hóa học dầu mỏ, thực phẩm, dược phẩm, xây dựng… Ngày nay, phạm vi sử dụng bentonit càng phát triển và mỏ rộng hơn khi khả năng hấp phụ, trao đổi ion của nó được biết đến Bentonit được dung làm chất hấp phụ và trao đổi ion trong các quá trình xử lý nước, làm chất xúc tác và chất mang xúc tác cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ, trong các quá trình gia công và chế biến dầu mỏ… Khả năng hấp thụ tuyệt vời của bentonit đã gây ấn tượng mạnh mẽ và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Nhưng khả năng hấp phụ của bentonit còn kém nên cần phải hoạt hóa để tăng khả năng hấp phụ của chúng Trong bài báo cáo này chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về bentonit
và khả năng hấp phụ của nó
Trang 6MỤC LỤC
Trang 7DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1.a Mẫu quặng bentonit nguyên khai
Hình 1.1.b Mẫu quặng bentonit đã được nghiền phân cấp sơ bộ
Hình 1.2 Công thức khai triển không gian của montmorilonit lý tưởng
Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc không gian montrmorilonit
Hình 1.4: Vị trí của các nhóm OH trong mạng lưới cấu trúc của bentonit
Bảng 1: Kết quả phân tích sét bentonit Di Linh
Hình 4.1: Sơ đồ tạo ảnh trong SEM
Hình 4.2 Hình SEM điện tử thứ cấp thật của những tinh thể thạch cao khanHình 4.3 Hình SEM điện tử tán xạ ngược: tế bào máu trong nang phổi sấy khôHình 4.4 TEM của dung dịch peptide với đường kính khoảng 100nm
Hình 4.5 Phân tích phổ hồng ngoại IR
Trang 8CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BENTONIT
1.1 Giới thiệu về Bentonit
Hình 1.1 Mẫu
bentonit
(a) Mẫu quặng bentonit nguyên khai (b) Mẫu quặng bentonit đã được nghiền phân cấp sơ bộ
1.1.1 Thành phần hóa học của Bentonit
Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, có thành phần chính là montmorilonit Vì vậy
có thể gọi bentonit theo thành phần chính là montmorilonit Công thức đơn giản của montmorilonit Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc Công thức lý tưởng của montmorilonit là Si8Al4O20(OH)4 cho một đơn vị cấu trúc Tuy nhiên thành phần của montmorilonit luôn khác với thành phần biểu diễn lý thuyết do có sự thay thế đồng hình của các ion kim loại như Fe3+, Fe2+, Mn2+, … vào vị trí của Si4+ trong tứ diện SiO4 và của
Al3+ trong bát diện AlO6
Như vậy thành phần hóa học montmorilonit, ngoài sự có mặt của Si, Al, O, ta còn thấy có sự xuất hiện của các nguyên tố khác như: Fe, Mg, Zn, Na, K, Mn, v.v…, trong đó
tỷ lệ Al2O3 : SiO2 từ 1 : 2 đến 1 : 4
Trang 9Ngoài thành phần chính là montmorilonit, trong bentonit thường còn chứa một số khoáng sét khác như hectorit, saponit và một số khoáng vi sét như canxit, pirit, manhetit, các muối kiềm và một số chất hữu cơ khác.
1.1.2 Cấu trúc của montmorilonit
Trong công thức lý tưởng của montmorilonit, các nguyên tử Si nằm ở tâm mạng tứ diện, còn các nguyên tử Al nằm ở tâm mạng bát diện (trong trường hợp mạng nhôm silicat là trung hòa điện) công thức khai triển của montmorilonit được biểu diễn bởi hình 1.2
Hình 1.2 Công thức khai triển không gian của montmorilonit lý tưởng.
Do montmorilonit có cấu trúc 2:1 dạng điocta nên cấu trúc lớp montmorilonit đã được hình thành từ hai mạng tứ diện liên kết với một mạng bát diện ở giữa, tạo nên một lớp nhôm silicat với các khe trống ở giữa Các cation có khả năng trao đổi bị hydrat hóa
và các phân tử nước bị hấp thụ có thể chiếm chỗ các khe trống giữa các lớp nhôm silicat Chiều rộng của khe trống giữa các lớp cấu trúc cơ bản của montmorilonit là 9,6 Å, chiều rộng đó có thể bị thay đổi ít hay nhiều tùy thuộc vào số lượng, bản chất, kích thước của cation trao đổi và lượng chất hấp phụ, thường có thể đến 15 Å Sơ đồ cấu trúc không gian mạng lưới trung hòa điện của montmorilonit được trình bày trên hình 1.3 Nếu các ion
Trang 10Si4+ trong tứ diện hay ion Al3+ trong bát diện bị thay thế đồng hình bởi các cation dương
có điện tích thấp hơn thì các phân mạng đó tích điện âm Mức độ tích điện âm cao hay thấp tùy thuộc vào số lượng và bản chất của các cation thay thế Điện tích âm của mạng
sẽ được bù trừ bằng các cation mang điện tích dương Na+, K+, Ca2+, Fe2+, Mn2+, v.v… ở khoảng không gian giữa các lớp Như vậy khả năng trao đổi cation của montmorilonit là tương đương với điện tích các lớp Hình 1.3 sẽ cho thấy cấu trúc lớp của montmorilonit
Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc không gian montrmorilonit.
1.1.3 Các khả năng biến tính của Bentonit
1.1.3.1 Biến tính giữ nguyên cấu trúc của lớp nhôm silicat
Như đã đề cập ở trên, đặc trưng cơ bản của bentonit là trao đổi Tính chất đó có được là do sự thay thế đồng hình các ion Si4+ bằng Al3+ trong mạng tứ diện và thay thế
Al3+ bằng Mg2+ trong mạng lưới bát diện, làm xuất hiện điện tíchâm trong mạng lưới cấu trúc Khả năng thay đổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng điện tích âm bề mặt và số lượng ion trao đổi Nếu số lượng điện tích âm bề mặt càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi của bentonit càng lớn
Trang 11Khả năng trao đổi ion của nhôm silicat còn phụ thuộc vào điện tích và bán kính cation trao đổi Điện tích cation càng thấp thì càng dễ trao đổi hơn cation điện tích cao
Me+ > Me2+ > Me3+
Đối với các cation cùng điện tích, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn,
có thể sắp xếp theo trật tự như sau: Li+ > Na+ > K+ > Cu2+ > Fe2+ > Al3+
Tuy nhiên, khả năng trao đổi của nhôm silicat chủ yếu vẫn phụ thuộc vào điện tích
âm bề mặt và lượng điện tích âm trong mạng lưới Bentonit có cấu trúc lớp xốp, gồm bề mặt trong và bề mặt ngoài Khả năng trao đổi ion bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước tinh thể, phụ thuộc vào sự đứt gãy liên kết và khuyết tật bề mặt Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn
Khả năng trao đổi bề mặt trong phản ánh lượng điện tích âm trong mạng lưới và khả năng hấp phụ của bentonit Nó phụ thuộc vào lượng cation bù trừ trong mạng lưới Số lượng cation bù trừ càng lớn thì khả năng trao đổi càng lớn Dung lượng cation dao động
từ 80 ÷ 150 mgđl/100g Dung lượng trao đổi cation dao động từ 15 ÷ 40 mgđl/100g
Ngoài ra, sự trao đổi ion của bentonit còn liên quan đến sự thay thế các nguyên tử hydro trong các nhóm hydroxyl của montmorilonit Theo một số nghiên cứu, đỉnh của các
tứ diện SiO4 hướng ra phía ngoài của lớp cấu trúc Ở đỉnh này các nguyên tử của oxi bị thay thế bởi các nhóm hydroxyl và các nhóm này đảm nhiệm việc duy trì liên kết yếu giữa các lớp và góp phần vào sự cân bằng điện tích Trong montmorilonit còn có các nhóm hydroxyl nằm ở đỉnh các bát diện AlO6 Trong sáu đỉnh của bát diện có hai đỉnh là nhóm OH còn bốn đỉnh kia là oxi (hình 1.4)
Trang 12Hình 1.4: Vị trí của các nhóm OH trong mạng lưới cấu trúc của bentonit
Trong đó nhóm hydroxyl của liên kết Si – OH (hình 1.4.I) không có khả năng trao đổi hydro, nhóm hydroxyl trong liên kết Al – OH (hình 1.4.II) có tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu Nhóm hydroxyl trong liên kết Si – O – Al (hình 1.4.III) có tính trao đổi mạnh nên có tính quyết định đến dung tích trao đổi cation H+
1.1.3.2 Biến tính làm biến đổi cấu trúc lớp nhôm silicat
Khoáng bentonit tự nhiên chứa nhiều tạp chất như các muối canxit (CaCO3), dolomit (MgCO3), một số oxit: Fe2O3, FeO, TiO2, v.v… và các tạp chất khác
Hoạt hóa bentonit là dùng kiềm hoặc axit hòa tan một số oxit lưỡng tính như Al2O3,
Fe2O3, để tạo trên bề mặt sét những lỗ xốp và trung tâm hoạt động Việc sử dụng nồng độ kiềm hoặc axit cao có khả năng hòa tan Al2O3 làm thay đổi cấu trúc bentonit
1.1.4 Tính chất cấu trúc hấp phụ
Chính vì bentonit có cấu trúc lớp và độ phân tán cao cho nên nó có cấu trúc xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn
Cấu trúc lỗ xốp ảnh hưởng rất lớn đến tính chất hấp phụ của các chất, đặc trưng của
nó là tính chất chọn lọc chất bị hấp phụ Chỉ có phân tử nào có đường kính đủ nhỏ so với
lỗ xốp thì mới chui vào được để tham gia vào quá trình hấp phụ Dựa vào điều này người
ta có thể tiến hành hoạt hóa sao cho có thể dùng bentonit làm vật liệu tách chất Đây cũng
là điểm khác biệt giữa bentonit và các chất hấp phụ khác
Nhờ dư điện tích trên các nguyên tử của các nút mạng tinh thể cho nên bentonit là một chất hấp phụ phân cực và vì vậy nó sẽ ưu tiên hấp phụ các chất phân cực Tuy nhiên, bentonit vẫn có thể hấp phụ các chất không phân cực do lực van der Walls và tương tác hấp phụ chủ yếu là tương tác cảm ứng Bề mặt bentonit có diện tích tương đối lớn bao gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong Bề mặt trong bao gồm bề mặt của các lớp nhôm silicat chồng lên nhau và được ngăn cách bằng các cation kim loại đền bù điện tích trên bề mặt bentonit Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt của các mao quản chuyển tiếp Các mao quản này được tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonit và có kích thước khoảng 40 ÷
Trang 1390 Å Diện tích của bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước các hạt bentonit, hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn Khả năng trao đổi ion lớn cùng với khả năng hấp phụ tốt mà ta có một loại vật liệu xử lý kim loại nặng rất hiệu quả từ bentonit
1.1.5 Khả năng hấp phụ ion của Bentonit
1.1.5.1 Cơ chế hấp phụ
Các kim loại có thể được hấp phụ trên bề mặt bentonit hoặc trong các khe giữa các lớp Cơ chế hấp phụ có thể bao gồm cả hai cơ chế hấp phụ, hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Bentonit có thể hấp phụ kim loại năng theo hai cách khác nhau:
a Hấp phụ các cation vào khe giữa các lớp
Do bentonit có cấu trúc lớp, lại có thể có sự thay thế các ion Al3+ và Si4+ trong mạng lưới của bentonit bằng các ion có điện tích dương bé hơn làm cho mạng lưới mang điện tích âm Đồng thời trên bề mặt của các lớp có thể có tồn tại các nhóm – OH có khả năng trao đổi ion H+ đối với các cation có mặt trong dung dịch Việc hấp phụ các cation vào trong các khe giữa các lớp phụ thuộc vào kích thước của khe trống, kích thước của các cation, bản chất của cation
b Hấp phụ các ion lên trên bề mặt của các hạt bentonit
Trong trường hợp này, các cation có tham gia hình thành các phức chất cầu nối thông qua nhóm Si – O và Al – O tại bề mặt của bentonit Lúc này có thể có cả sự tự trao đổi ion và hấp phụ bằng lực van der Walls Vì vậy dung lượng hấp phụ trong trường hợp này phụ thuộc nhiều vào diện tích bề măt của hạt bentonit
Cả hai kiểu hấp phụ trên đều được thực hiện trong điều kiện môi trường axit (pH < 4)
- Nhiệt động học của quá trình hấp phụ:
Năng lượng tự do của sự hấp phụ riêng ΔG0 được tính toán từ biểu thức:
0 0
Trang 14Bởi vì quá trình hấp phụ là tỏa nhiệt nên quá trình hấp phụ xảy ra tốt khi nhiệt độ thấp Do ion kim loại được sonvat hóa tốt vì vậy để cho ion kim loại được hấp phụ chúng phải mất một phần lớp vỏ hydrat hóa của chúng Quá trình đề hydrat hóa này đòi hỏi năng lượng Năng lượng của quá trình đề hydrat hóa được cung cấp bởi sự hấp phụ tỏa nhiệt
Sự loại bỏ nước khỏi ion là quá trình thu nhiệt, dương như sự thu nhiệt của quá trình đề solvat hóa vượt quá nhiệt độ do sự hấp phụ phát ra nên giá trị năng lượng tự do ΔG0 âm, quá trình hấp phụ là tự diễn biến
1.1.5.2 Khả năng hấp phụ – Đối tượng bị hấp phụ
Do bentonit là vật liệu xốp có cấu trúc lớp, chúng có các điện tích bù trừ trong mạng lưới nên có khả năng hấp phụ các ion kim loại Khả năng hấp phụ của bentonit phụ thuộc vào điện tích âm bề mặt và lượng cation bù trừ trong mạng lưới Bentonit có thể hấp phụ tốt các kim loại nặng, khả năng hấp thu đối với các ion là khác nhau Nó phụ thuộc vào điện tích và bán kính ion Ion có hóa trị thấp dễ trao đổi hơn các ion hóa trị cao Ion cùng hóa trị, bán kính càng nhỏ khả năng trao đổi càng lớn
1.1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng
b Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ kim loại, bởi vì quá trình hấp phụ là tỏa nhiệt nên khi nhiệt độ tăng thì không có lợi cho quá trình hấp phụ, sự hấp phụ thuận lợi khi nhiệt độ thấp, nhưng các ion kim loại trong dung dịch bị bao phủ bởi các lớp sonvat,
Trang 15vì vậy để hấp phụ lớp sonvat này phải bị phá vỡ, quá trình phá vỡ này thuận lợi khi nhiệt
độ tăng Như vậy trong quá trình hấp phụ nhiệt độ có ảnh hưởng trái ngược nhau, tăng nhiệt độ thì thuận lợi cho sự phá vỡ lớp sonvat bao bọc ion, làm dễ dàng hơn cho sự hấp phụ ion, nhưng lại không thuận lợi về mặt nhiệt động học của quá trình hấp phụ Còn nếu nhiệt độ thấp thì thuận lợi về mặt động học nhưng nếu nhiệt độ quá thấp thì lớp sonvat bao bọc kim loại không bị phá vỡ nên sự hấp phụ khó xảy ra Cho nên trong quá trình hấp phụ nhiệt độ cần phải có một giá trị thích hợp để cho sự hấp phụ xảy ra tốt nhất
c Ảnh hưởng của thời gian
Thời gian có ảnh hưởng mạnh đến dung lượng hấp phụ của bentonit Với nồng độ và thể tích của ion kim loại, khối lượng của bentonit xác định đến khoảng thời gian nào đó dung lượng của bentonit không thay đổi Khi đó ta có hấp dung cực đại, thời gian đó gọi
là thời gian cân bằng hấp phụ được thiết lập, nó phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ,
pH, nồng độ chất điện ly, khối lượng chất hấp phụ, thể tích dung dịch hấp phụ
d Ảnh hưởng của kích thước hạt, điều kiện khuấy trộn
Sự hấp phụ tăng với sự tăng diện tích bề mặt, tức là diện tích tiếp xúc giữa ion kim loại và chất hấp phụ Vì vậy để cho sự hấp phụ đạt kết quả tốt kích thước hạt phải thật nhỏ, mịn Mặt khác, ta biết rằng bentonit là khoáng sét nó có đặc điểm là dẻo và dính nên trong dung dịch nó thường bám kết với nhau, làm giảm khả năng hấp phụ, vì vậy phải tiến hành khuấy để chúng phân tán làm cho sự tiếp xúc giữa ion và bentonit tốt nhất
e Ảnh hưởng của tỷ lệ R/L
Tỷ lệ khối lượng của chất hấp phụ và thể tích của dung dịch hấp phụ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của ion kim loại trên bentonit với mỗi kim loại có một tỷ lệ xác định và tối ưu, phụ thuộc vào nồng độ của ion kim loại, bản chất của chất hấp phụ, nhiệt độ, nồng
độ các chất điện ly và thời gian hấp phụ
f Ảnh hưởng của các chất điện ly
Ảnh hưởng của chất điện ly đối với sự hấp phụ của bentonit với các ion khác nhau là khác nhau Nhưng, nói chung nồng độ các chất điện ly trong dung dịch tăng thì khả năng
Trang 16hấp phụ bị giảm đi Do sự tạo phức của các chất điện ly với các ion kim loại, sự thủy phân, ảnh hưởng đến khuếch tán của các ion kim loại.
1.2 Hoạt hóa bentonit
Bentonit tự nhiên đã là một chất hấp phụ trao đổi, nhưng để nâng cao tính hấp phụ, tẩy trắng và hoạt tính xúc tác người ta cần tìm cách làm tăng bề mặt của nó Tất cả các cách làm với mục đích như vậy được gọi là sự hoạt hóa bentonit Có nhiều phương pháp hoạt hóa bentonit, áp dụng cho từng loại bentonit và mục đích hoạt hóa, nhưng có 3 phương pháp chính là: hoạt hóa bằng kiềm, hoạt hóa bằng nhiệt và hoạt hóa bằng axit vô cơ
1.2.1 Hoạt hóa bằng nhiệt
Nguyên tắc của phương pháp này là dùng nhiệt để tách nước liên kết ra khỏi mạng lưới tinh thể của đất sét và đốt cháy các chất bẩn, chất mùn trong đó, đồng thời làm rạn nứt một phần các tinh thể để tạo thành trong mạng lưới đất sét những khe rãnh làm tăng bề mặt và tăng độ xốp
Nước liên kết bắt đầu bị tách ra ở ngay nhiệt độ thấp (gần 1100C) và đến khoảng
2000C thì có thể tách ra hoàn toàn
Tuy vậy, khi hoạt hóa bentonit bằng nhiệt, không được nung đến nhiệt độ quá cao vì ở nhiệt độ cao bentonit sẽ bị giảm khả năng hấp phụ và tẩy trắng Đối với mỗi loại đất sét đều có khoảng nhiệt độ thích hợp riêng, thường từ khoảng 110 ÷ 1500C
1.2.2 Hoạt hóa bằng kiềm
Dùng kiềm hòa tan một số oxit lưỡng tính như: Al2O3, Fe2O3 để tạo trên bề mặt những lỗ xốp và trung tâm hoạt động Tuy nhiên, một số liên kết nhôm silicat bị đứt tạo cấu trúc khác và một số chất khác không bị hòa tan bị loại do sa lắng Mặt khác, khi hàm lượng kim loại kiềm lớn thì hoạt tính của xúc tác nhôm silicat giảm do ion Na+ đầu độc các tâm axit Do vậy, phương pháp hoạt hóa bằng kiềm ít được sử dụng, chỉ trong những trường hợp đặt biệt nào đó người ta sử dụng phương pháp này
Trang 171.2.3 Hoạt hóa bằng axit vô cơ
Đây là phương pháp hoạt hóa bentonit hiệu quả nhất nên thường được sử dụng một cách rộng rãi trong thực tế Trong quá trình hoạt hóa bentonit bằng axit, người ta có thể dùng các axit vô cơ thông dụng như: HCl, HNO3, H2SO4…
Trong những axit đó thì tác dụng của HCl có khả năng hoạt hóa mạnh nhất, vì ngoài khả năng hòa tan các oxit kim loại nó còn có khả năng hòa tan một phần SiO2 ở nhiệt độ cao Tuy vậy, HCl dễ bay hơi nên gây khó khăn cho thao tác hay điều chỉnh nhiệt độ Tuy vậy, lợi dụng chính điểm yếu này người ta sáng chế một dây chuyền hoạt hóa bentonit bằng HCl, trong đó cho phép thu hồi và tái sử dụng HCl để làm giảm chi phí, tăng hiệu quả kinh tế Khả năng hấp phụ, tẩy trắng và hoạt tính xúc tác của bentonit đã hoạt hóa phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện hoạt hóa như: bản chất axit hoạt hóa, tỷ lệ bentonit trên axit, nồng độ axit dùng cho hoạt hóa, thời gian hoạt hóa, nhiệt độ hoạt hóa, độ phân tán của bentonit, v.v… Mỗi yêu cầu đều có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng bentonit hoạt hóa Để nghiên cứu ảnh hưởng của một yếu tố nào đó người ta thường dùng phương pháp
cô lập, nghĩa là cố định các yếu tố còn lại Đối với mỗi loại bentonit và với mỗi mục đích người ta sẽ tìm thấy một điều kiện thích hợp nhất để hoạt hóa bentonit một cách tối ưu nhất để cho nó có khả năng hấp phụ tốt nhất
1.2.4 Phương pháp khác
Hoạt hóa bằng chất hữu cơ: ta biết rằng đất sét thông thường ở điều kiện tự nhiên hay hoạt hóa bằng chất vô cơ thường hấp phụ chất ô nhiễm vô cơ, nhờ vào khả năng biến đổi của nó với chất vô cơ Nhưng ngày nay chất ô nhiễm hữu cơ ngày càng nhiều do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều ngành công nghiệp, giao thông vận tải,v.v… Vì vậy, để hấp phụ các chất hữu cơ ta phải tiến hành hoạt hóa đất sét với chất hữu cơ Chất hữu cơ ở đây thường dùng là chất hoạt động bề mặt Khi đất sét được hoạt hóa bằng chất hữu cơ nó tạo trên bề mặt của đất một lớp bao phủ tối ưu của chất hữu cơ trên bề mặt đất sét Vì vậy, nó có khả năng biến đổi với các chất hữu cơ Với sự hoạt hóa với chất hữu cơ thích hợp, nó có thể tạo ra một chất hấp phụ đồng thời chất hữu cơ và vô cơ mà không có
sự cạnh tranh, bởi vì chúng được hấp phụ đồng thời lên lớp bề mặt Kim loại không những đi vào mạng lưới của bentonit nhờ những khoảng trống chưa bị che lấp bởi những
Trang 18chất hữu cơ, mà chúng còn tạo liên kết vời những nhóm chức của chất hữu cơ Tuy nhiên hạn chế là chất hoạt động bề mặt không có nhiều trong công nghiệp.
1.3 Bentonit ở Việt Nam
Bentonit là một loại khoáng sét quí , có cấu trúc lớp và tương đối xốp Hầu hết các sét bentonit Việt Nam giàu nhôm, nên có thể làm phụ gia trong công nghiệp chế biến xà phòng, bột giặt, giấy, thuốc trừ sâu Một số vùng khoáng sét thuộc loại giàu canxi như vùng Sông Ba, Di Linh cho một loại sét quí được sử dụng làm chất hấp phụ, xúc tác trong công nghiệp tẩy màu, tẩy dầu mỡ, công nghiệp thực phẩm, phân bón tổng hợp, tổng hợp hữu cơ Một số vùng khoáng sét khác giàu magiê như một số lớp ở vùng Di Linh và vùng đồng bằng sông Cửu Long được sử dụng trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu khí, đặc biệt là thành phần chính dùng pha chế dung dịch khoan nhằm nâng cao khả năng làm sạch đáy giếng khoan (tăng khả năng tải bùn khoan), tăng tốc độ khoan và tuổi thọ của mũi khoan (do nâng cao hiệu ứng thủy lực và bôi trơn), ngăn cản sự mất nước khi khoan qua các lớp đất đá xốp, tạo nên một lớp vỏ sét mỏng và áp lực thủy tĩnh làm giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng của quá trình khoan đến các thành tạo lỗ khoan, giảm giá thành giếng khoan
Một số mỏ bentonit ở Việt Nam:
Hai mỏ bentonit là Hương Hồ và Phú Bài ở tỉnh Thừa Thiên Huế Bentonit ở đây thường có màu trắng đục và xanh lục Thành phần hóa học chính của nó gồm:
Ở Hương Hồ: 26.83% Al2O3, 2.53% Fe2O3, 1.1% MgO, 0.42% CaO, 57% SiO2
Ở Phú Bài: 23.69% Al2O3, 4.37% Fe2O3, 1.63% MgO, 1.53% CaO, 59.83% SiO2
Bentonit ở đây có độ trương nở từ 1.5 – 5 lần, khả năng trao đổi ion tốt và tính hấp phụ màu cao Loại bentonit này có thể dùng làm chất hấp phụ cho quá trình lọc Hiện nay, bentonit được khai thác từ hai mỏ này dùng trong sản xuất chất giặt rửa
Ở Cổ Định – Thanh Hoá: khoáng sét này có trữ lượng không cao, có màu vàng sẫm Sản phẩm thu được khi khai thác cùng cromit Thành phần hoá học chủ yếu là bentonit kiềm thổ, ngoài ra còn lẫn cát và một số caolimit.Trữ lượng hơn một triệu m3 Thành phần hoá học: 49.06% SiO2, 5.33% Al2O3, 25.46 Fe2O3, 0.32 TiO2, 0.32% CaO, 9.66% MgO,
Trang 190.21 Na2O, 0.21 K2O, 0.75%P2O5 Bentonit này được dung làm dung dịch khoan sâu ở đồng bằng bắc bộ, sản xuất vật liệu chống thấm cho đập nước và làm vật liệu cho khuôn đúc.
Mỏ đất sét ở Thăng Bình (huyện Thăng Bình, tỉnh Quang Nam) được tạo thành ở môi trường biển Ở đây các tầng khoáng sét có độ dày 3m trải dài 4 – 8 km với chiều rộng khoảng 100 – 1500m Đất sét trộn với cát, mức thu hồi đạt 40.5% Thành phần đất sét gồm có 40 – 70% montmorilonit, cao lanh và một lượng nhỏ hydromica Loại đất sét này
có độ trương nở là 1.5 – 4, độ dẻo trung bình 22 – 29, thành phần hỗn hợp: 43.43 – 49.68% SiO2, 26.04 – 33.4% Al2O3, 2.7 – 2.93% Fe2O3, 0.16 – 1.06% CaO và 0.23 – 1.56% MgO Đất sét bentonit Thăng Bình có khả năng hấp phụ màu và có thể dùng trong sản xuất chất giặt rửa
Phía nam Tây Nguyên có các mỏ bentonit ở Tam Bố (huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng) có một mỏ đất sét bentonit lớn, chứa montmorilonit, cao lanh và hydromica Trong những năm gần đây, mỏ Tam Bố được khai thác 20 – 30 nghìn tấn bentonit thô Mỏ khoáng sét bentonit ở vùng Tam Bố, Di Linh có trữ lượng cao, giàu hàm lượng magiê, có thể dùng làm phụ gia trong dung dịch khoan dầu khí Tuy nhiên, do mức độ phân tán của các keo sét bentonit Di Linh trong dung dịch nước thấp, để đáp ứng các yêu cầu của dung dịch khoan cần phải hoạt hoá để nâng cao hiệu suất dung dịch
Bảng 1: Kết quả phân tích sét bentonit Di Linh
