Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit bình thuận với propyltriphenylphotphoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng

Bên cạnh đó nguồn tài nguyên bentonit của Việt Nam phong phú, dồi dào phân bố từ Bắc vào Nam với trữ lượng lớn như: Thuận Hải- Bình Thuận, Cổ Định-Thanh Hóa, Di Linh- Lâm Đồng … Do vậy

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

CHU THỊ HIỂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT BÌNH THUẬN VỚI PROPYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

CHU THỊ HIỂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT BÌNH THUẬN VỚI PROPYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA

VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG

Ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 8 44 01 13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Hà Thanh

THÁI NGUYÊN, NĂM 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit bình thuận với propyltriphenylphotphoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng" là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả

nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong một công trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 04 năm 2018

Tác giả luận văn

Chu Thị Hiển

Xác nhận của Trưởng khoa Hóa Học

PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn Khoa học

TS Phạm Thị Hà Thanh

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn cô giáo - TS Phạm Thị Hà Thanh - người đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa Sau Đại học, các thầy cô trong BGH Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập, nghiên cứu để em hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và các bạn học viên đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn

Vì thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu còn hạn chế nên kết quả nghiên cứu

có thể còn nhiều thiếu xót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đang quan tâm tới vấn đề được trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 04 năm 2018

Tác giả

Chu Thị Hiển

MỤC LỤC

Trang Trang bìa phụ

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Bentonit 2

1.1.1 Thành phần hóa học và cấu trúc của bentonit 2

1.1.2 Tính chất của bentonit 3

1.1.3 Ứng dụng của bentonit 5

1.1.4 Các phương pháp hoạt hóa bentonit 8

1.1.5 Giới thiệu bentonit Bình Thuận- Việt Nam 9

1.2 Sét hữu cơ 9

1.2.1 Giới thiệu về sét hữu cơ 9

1.2.2 Cấu trúc sét hữu cơ 10

1.2.3 Các hợp chất hữu cơ được sử dụng để điều chế sét hữu cơ 12

1.2.4 Tính chất của sét hữu cơ 13

1.2.5 Ứng dụng của sét hữu cơ 14

1.2.6 Các phương pháp điều chế sét hữu cơ 16

1.3 Giới thiệu về phenol đỏ 19

1.3.1 Tổng quan về phenol 19

1.3.2 Một số thành tựu xử lý các hợp chất phenol 20

1.4 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 22

1.4.1 Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ 22

Dung lượng hấp phụ cân bằng 22

1.4.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 22

Chương 2 THỰC NGHIỆM 25

2.1 Hóa chất, dụng cụ 25

2.1.1 Hóa chất 25

2.1.2 Dụng cụ, máy móc 25

2.2 Thực nghiệm 26

2.2.1 Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ 26

2.2.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ điều chế 27

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28

2.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng (%) cation hữu cơ trong sét hữu cơ 28

2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 29

2.3.4 Phương pháp trắc quang 29

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 Điều chế sét hữu cơ 30

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 30

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng PTPB/bentonit 32

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch 34

3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 36

3.2 Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 38

3.2.1 Nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 39

3.2.2 Nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt 40

3.2.3 Nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 42

3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế 43

3.3.1 Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ 43

3.3.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 44

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điều chế 45

3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ 46

3.3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 48

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt, kí hiệu Nội dung

PTPB Propyltriphenylphotphoni bromua ETPB Etyltriphenylphotphoni bromua Bent Bentonit

Bent-BT Bentonit Bình Thuận

Sét HC Sét hữu cơ

XRD X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1 Thành phần hóa học của bentonit Bình Thuận [12] 9Bảng 1.2: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001 và diện

tích sét bị che phủ 11Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng (%)

cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 31Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng PTPB/bentonit đến giá trị d001 và hàm

lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ điều chế 33Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị d001 và hàm lượng (%)

cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 36Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng (%)

cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 37Bảng 3.5: Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-BT và sét hữu cơ điều chế ở

điều kiện tối ưu 41Bảng 3.6: Số liệu xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ 43Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian 44Bảng 3.8: Ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ đến dung lượng và

hiệu suất hấp phụ phenol đỏ 45Bảng 3.9: Ảnh hưởng nồng độ đầu của phenol đỏ đến dung lượng và hiệu suất

hấp phụ của sét hữu cơ Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.10: Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir b của

bent-BT và sét hữu cơ điều chế 50

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể 2 : 1 của MMT 2

Hình 1.2: Sự định hướng của các ion ankylamoni trong các lớp silicat 10

Hình 1.3: Sự sắp xếp các cation hữu cơ kiểu đơn lớp, hai lớp và giả ba lớp 11

Hình 1.4: Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ 20

Hình 1.5: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 24

Hình 1.6: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 24

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp sét hữu cơ 26

Hình 3.1: Giản đồ XRD của bent-BT và các mẫu sét hữu cơ điều chế lần lượt ở các nhiệt độ 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC 30

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo nhiệt độ phản ứng của các mẫu sét hữu cơ điều chế 31

Hình 3.3: Giản đồ XRD của bent-BT và các mẫu sét hữu cơ được điều chế ở các tỉ lệ khối lượng PTPB/ bentonit lần lượt là 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 32

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo tỉ lệ khối lượng PTPB/bentonit của các mẫu sét hữu cơ điều chế 33

Hình 3.5: Giản đồ XRD của bent-BT và các mẫu sét hữu cơ điều chế trong dung dịch có pH lần lượt là 7, 8, 9, 10, 11 35

Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo pH dung dịch 35

Hình 3.7: Giản đồ XRD của bent-BT và các mẫu sét hữu cơ phản ứng trong thời gian 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ 37

Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo thời gian phản ứng 37

Hình 3.9: Giản đồ XRD của mẫu bent-BT 39

Hình 3.10: Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 39

Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt của bent-BT 40

Hình 3.12: Giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 40

Hình 3.13: Ảnh SEM của bent-BT (a), của sét hữu cơ điều chế (b) 42

Hình 3.14: Đường chuẩn của phenol đỏ 43

Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ

phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ điều chế 44Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bent-BT, sét hữu cơ điều

chế đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ 46Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của phenol đỏ đến

khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ điều chế 47Hình 3.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của bent-BT đối với phenol đỏ 48Hình 3.19: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của

bent-BT 48Hình 3.20: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của sét hữu cơ điều chế đối với

phenol đỏ 49Hình 3.21: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của sét

hữu cơ điều chế 49

MỞ ĐẦU

Hiện nay, ô nhiễm môi trường nước vẫn luôn là vấn đề nóng bỏng gây bức xúc trong dư luận Nguyên nhân chủ yếu là do ô nhiễm của các chất thải từ nông nghiệp, giao thông vận tải,… đặc biệt là từ các khu công nghiệp đã thải ra môi trường một lượng lớn các chất hữu cơ độc hại Các chất thải này tương đối bền vững và khó bị phân hủy sinh học, làm ô nhiễm nguồn nước, gây tổn hại tới sức khỏe của con người Trước thực trạng đó, các nhà khoa học trong và ngoài nước đã không ngừng nghiên cứu điều chế các vật liệu có khả năng hấp phụ tốt, có tính năng vượt trội, nhằm khắc phục hạn chế của các vật liệu hấp phụ thông thường như than hoạt tính, zeolit (than hoạt tính và zeolit có kích thước mao quản nhỏ, không thích hợp cho việc hấp phụ các chất có kích thước lớn hơn và cấu trúc cồng kềnh), đáp ứng yêu cầu xử

lý chất thải hữu cơ trong môi trường nước

Bentonit (bent) là một loại khoáng sét tồn tại trong tự nhiên, có cấu trúc lớp, có diện tích bề mặt lớn nên có khả năng hấp phụ nhiều loại cation vô cơ và hữu cơ Nhờ khả năng hấp phụ và trao đổi ion tốt của bentonit nên bằng các phương pháp xử lý khác nhau, người ta có thể tạo ra các vật liệu có chức năng khác nhau Vật liệu sét hữu cơ được tổng hợp từ pha nền là bent và chất tạo cấu trúc là các dẫn xuất tetraankylamoni và dẫn xuất tetraankylphotphoni (bậc 1, 2, 3 và 4 có mạch thẳng, mạch nhánh và mạch vòng) Mạch hiđrocacbon khi được ch n vào giữa các lớp của bent s làm tăng khả năng hấp phụ của vật liệu với các chất hữu cơ, đặc biệt là các chất hữu cơ mạch vòng, các chất có phân tử khối lớn, cấu trúc cồng kềnh Trong đó, sét hữu cơ với dẫn suất tetraankylphotphoni bậc bốn có những đặc tính ưu việt hơn so với các hợp chất tương tự của nitơ, như sự ổn định nhiệt, ái lực với hợp chất phân cực cao hơn và tương tác chọn lọc với các chất lỏng và hơi hữu cơ

Bên cạnh đó nguồn tài nguyên bentonit của Việt Nam phong phú, dồi dào phân

bố từ Bắc vào Nam với trữ lượng lớn như: Thuận Hải- Bình Thuận, Cổ Định-Thanh Hóa, Di Linh- Lâm Đồng …

Do vậy với mục đích điều chế được sét hữu cơ có khả năng hấp phụ tốt, đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải hữu cơ trong môi trường nước chúng tôi đã chọn đề tài:

“Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận với propyltriphenylphotphoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng

Chúng tôi hy vọng các kết quả thu được s góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu vật liệu sét hữu cơ

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Bentonit

1.1.1 Thành phần hóa học và cấu trúc của bentonit

Thành phần khoáng vật: Bentonit là loại khoáng sét thiên nhiên, thuộc nhóm

smectit Thành phần chính của bentonit là montmorillonit (MMT), ngoài ra còn có một số khoáng chất khác như hectorit, saponit, zeolit, mica, kaolin, beidilit, canxi, pirit, manhetit, các muối kiềm và một số chất hữu cơ khác

Thành phần hóa học: Công thức đơn giản nhất của MMT là

Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc Công thức lý tưởng của MMT là Si8Al4O20(OH)4 cho một đơn vị cấu trúc Tuy nhiên thành phần hóa học của MMT luôn khác với thành phần biểu diễn lý thuyết do có sự thay thế đồng hình của ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+, với ion Si4+ trong tứ diện SiO4 và

Al3+ trong bát diện AlO6

Khoáng sét trong tự nhiên có thành phần phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng Thành phần hóa học của MMT với thành phần chủ yếu là các nguyên tố Si

và Al còn có các nguyên tố khác như Fe, Zn, Mg, Na, K, trong đó tỉ lệ Al2O3 : SiO2 dao động từ 1 : 2 đến 1 : 4 [8], [11], [17]

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể 2 : 1 của MMT

Cấu trúc: Cấu trúc tinh thể MMT được biểu diễn trong hình 1.1, mạng tinh thể

MMT có cấu trúc lớp hai chiều gồm 1 tấm bát diện Al2O3 (hoặc MgO) ở trung tâm giữa hai tấm tứ diện SiO2 Các tấm này có chung các nguyên tử O ở đỉnh Nguyên tử

Si trong tấm tứ diện phối trí với 4 nguyên tử O định vị ở bốn góc của tứ diện Nguyên

tử Al (hoặc Mg) trong tấm bát diện thì phối trí với 6 nguyên tử O hoặc nhóm hiđroxyl

(OH) định vị ở 6 góc của bát diện đều Độ dày của mỗi lớp MMT khoảng 9,6Å Trong không gian giữa các lớp cấu trúc còn tồn tại các phân tử nước và nước có xu hướng tạo vỏ hiđrat với các cation trong đó Các lớp này liên kết với nhau bởi lực Van-đec-van [18], [22]

Trong MMT, các cation này có thể trao đổi với các cation ngoài dung dịch với dung lượng trao đổi cation khác nhau tùy thuộc vào mức độ thay thế đồng hình trong mạng Lực liên kết giữa các cation thay đổi nằm giữa các lớp cấu trúc mạng Các cation này (Na+

, K+, Li+,…) có thể chuyển động tự do giữa mặt phẳng tích điện âm và bằng phản ứng trao đổi ion ta có thể biến tính MMT Lượng trao đổi ion của MMT dao động trong khoảng 70 ÷ 150 mgđl/100g Quá trình xâm nhập cation vào không gian hai lớp MMT làm giãn khoảng cách cơ sở lên vài chục Å tùy thuộc vào loại cation thế [17], [19], [21]

1.1.2 Tính chất của bentonit

Thành phần chính của bentonit là MMT là một loại khoáng vật phyllosilicat, tương đối mềm và có màu thay đổi từ trắng đến vàng phụ thuộc vào thành phần của Fe trong cấu trúc của khoáng Sự sắp xếp và thành phần của cấu trúc tứ diện hay bát diện quyết định đến tính chất của sét Tính chất đặc trưng và quan trọng của bentonit là: khả năng trương nở, hấp phụ và trao đổi ion

Khả năng trương nở

Cấu trúc lớp hai chiều của các khoáng sét làm cho chúng có có khả năng hấp phụ lượng nước lớn Mặt khác, do lực hút Van-đec-van giữa các lớp sét nằm phía trên yếu và có độ hụt điện tích dương do sự thay thế đồng hình xảy ra ở cả tấm tứ diện và bát diện làm cho nước và các ion trao đổi có thể xâm nhập vào giữa và chia tách các lớp mạng, làm gia tăng chiều dày lớp cấu trúc Vì vậy MMT dễ bị trương nở khi gặp nước Mức độ trương nở phụ thuộc vào bản chất của khoáng sét, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình cation và ion trong môi trường phân tán Khả năng trương nở trong nước của bentonit chứa Na cao hơn rất nhiều của bentonit chứa K, Ca hay Mg

Khi nước được xen vào mạng lưới khoáng sét là yếu tố quan trọng để tính liên kết, huyền phù, nén và một số tính chất khác của MMT Đặc tính vật lý của bentonit ảnh hưởng bởi số lượng lớp nước nằm trong khoảng không gian giữa các lớp sét (chứa 1 lớp hay nhiều lớp nước) Nhiệt độ mất nước hấp phụ và nước nằm giữa lớp

sét ở nhiệt độ thấp (100 - 200oC) Mất nước cấu trúc bắt đầu từ 450 - 500oC và mất hoàn toàn ở 600 - 750oC Tiếp tục nung đến 800 - 900oC dẫn đến cấu trúc tinh thể tan

rã và tạo ra các chất mới như cristobalit, cordienrit, mullit,… phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc khoáng ban đầu Khả năng hấp phụ và trương nở của MMT nhanh chóng mất đi khi nung nóng đến nhiệt độ giới hạn, trong khoảng từ 105 đến 390oC, tuỳ thuộc vào cation trao đổi giữa lớp Khả năng hấp phụ nước ảnh hưởng đến việc sử dụng và giá trị thương mại của bentonit [14], [19], [28], [34]

Hấp phụ

Tính chất hấp phụ của bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt, cấu trúc rỗng và kích thước hạt của chúng, sự tương tác của các chất bị hấp phụ với các tâm hoạt tính trên bề mặt Bentonit có diện tích bề mặt riêng lớn gồm cả diện tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong Trong đó diện tích bề mặt trong được xác định bởi bề mặt không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể Diện tích bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt, hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn Sự hấp phụ bề mặt trong của bentonit có thể xảy ra với chất bị hấp phụ là các ion vô cơ, các chất hữu

cơ ở dạng ion và chất hữu cơ phân cực Các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm giữa các lớp sét hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với nước Nếu các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng phân tử lớn, chúng có thể kết hợp trực tiếp vào vị trí oxi đáy của tứ diện trong mạng lưới tinh thể bằng lực Van-đec-van hoặc liên kết ở vị trí của hiđro Sự hấp phụ các chất hữu cơ không phân cực, các

polyme và đặc biệt là vi khuẩn chỉ xảy ra trên bề mặt của bentonit

Do bentonit có cấu trúc lớp và độ phân tán cao nên có cấu trúc rỗng phức tạp

và bề mặt riêng lớn Cấu trúc xốp ảnh hưởng rất lớn đến tính chất hấp phụ của các chất, đặc trưng của nó là tính chọn lọc chất bị hấp phụ Chỉ có phân tử nào có đường kính đủ nhỏ so với lỗ xốp mới chui vào được Dựa vào điều này người ta hoạt hóa sao cho có thể dùng bentonit làm vật liệu tách chất Đây cũng là một điểm khác nhau giữa bentonit và các chất hấp phụ khác [18], [28], [30], [36]

Khả năng trao đổi ion

cân bằng bởi một số cation khác như K+

, Ca2+, Mg2+ định vị trong khoảng không gian giữa lớp Các cation này liên kết lỏng lẻo với bề mặt lớp sét, do vậy MMT có dung lượng trao đổi cation tương đối cao (100meq/100g), rất ít ảnh hưởng đến kích thước hạt Khả năng trao đổi cation làm cho khoáng bentonit không chỉ trao đổi với các cation vô cơ mà có liên kết với các phân tử hữu cơ như: điquat, paraquat, protein [35]

Khả năng trao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc lượng điện tích âm bề mặt, bản chất của ion trao đổi và pH cảu môi trường trao đổi Nếu lượng điện tích âm bề mặt càng lớn, nồng độ cation trao đổi càng cao thì dung lượng trao đổi càng lớn

Khả năng trao đổi phụ thuộc vào hóa trị và bán kính của các cation trao đổi

- Cation hóa trị thấp dễ trao đổi hơn cation hóa trị cao: Me+ > Me2+ > Me3+

- Đối với cation có cùng hoá trị bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn,

có thể sắp xếp theo trật tự sau: Li+

> Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Fe2+ > Al3+ Nhờ tính chất trao đổi ion này mà người ta có thể biến tính bentonit để tạo ra những vật liệu có tính chất xúc tác hấp phụ và các tính chất hóa lí hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng chúng [14]

- Trong công nghiệp lọc dầu, lượng bentonit được sử dụng rất lớn, bao gồm bentonit tự nhiên và bentonit hoạt hóa Lượng bentonit tự nhiên tiêu tốn cho quá trình lọc dầu là 25% lượng dầu Lượng bentonit mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng 0,5% lượng dầu được tinh chế Ngoài ra, phương pháp dùng bentonit còn có mức hao phí dầu thấp hơn do tránh được phản ứng thu phân [10]

- Trong công nghiệp hóa than bentonit được sử dụng tinh chế benzen thô và các sản phẩm khác Với tư cách là một chấp hấp phụ đặc biệt tốt, bentonit có thể tạo ra các dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp Vì thế, cùng với sự phát trển của nghành thăm dò và khai thác dầu, lượng bentonit được sử dụng

trong việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng và ngày nay ở Mĩ nó chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonit của nước này

Những chức năng quan trọng của bentonit trong dung dịch khoan là:

+ Làm tăng sức chở (mang) của dung dịch khoan thông qua độ nhớt được tăng

- Trong công nghiệp tinh chế nước để làm kết tủa vẩn đục, hấp phụ các ion gây độc và các vi khuẩn, chất hữu cơ có hại trong nước, có khả năng khử tính cứng của nước với giá thành tương đối rẻ [13]

- Làm chất hấp phụ protein trong rượu bia, làm nguyên liệu điều chế sét chống, làm chất độn, chất kết dính thức ăn chăn nuôi, chất mang dược phẩm, Trong công nghiệp chế biến rượu vang và các chế phẩm từ rượu vang sử dụng bentonit hoạt hóa làm chất hấp phụ đã làm giảm 30% đến 40% chi phí Bentonit không chỉ hấp phụ các chất hữu cơ, các chất béo, các sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình lên men mà còn hấp phụ cả ion sắt, đồng và các tác nhân gây ra bệnh của rượu lại không làm mất hương vị của rượu, bia [5], [6], [12], [18], [30]

Làm chất độn

Do bentonit có tính trương nở mạnh nên nó được ứng dụng làm chất độn trong sản xuất sơn, sản xuất giấy Việc sử dụng bentonit trong vài thập kỉ gần đây cũng làm thay đổi đáng kể ngành công nghiệp giấy Trước kia, giấy thường chứa xấp xỉ 50% xenlulozơ và hàm lượng kaolin nguyên chất có trong giấy không thể vượt quá 45% Nếu trộn thêm 10% bentonit kiềm vào kaolin có thể nâng hàm lượng chất độn này lên 60%

Làm chất xúc tác

Do có thành phần hóa học là các lớp aluminosilicat đã bị biến đổi nên bentonit được ứng dụng làm chất xúc tác trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ Vì tạo thành tâm

axit Lewis từ ion Al3+

và ion Mg2+ ở các đỉnh, các chỗ gãy nứt và các khuyết tật trên

bề mặt bentonit nên nếu lượng Al3+ và Mg2+ tăng lên ở bề mặt bentonit s làm tăng độ axit Lewis của chúng Bên cạnh đó, trên bề mặt bentonit tồn tại các nhóm hiđroxyl, các nhóm hiđroxyl này có khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt những tâm axit Bronsted, số lượng nhóm hiđroxyl có khả năng tách proton tăng lên s làm tăng độ axit trên bề mặt của bentonit [11]

Xử lý chất thải

Trong lĩnh vực xử lý chất thải, chất thải phóng xạ Bentonit được bổ xung các ion Al3+, Fe3+, Mg2+, Ca2+,… để tăng hoạt tính, được dùng để xử lý kiềm, axit, nước thải [3], [23] Đây là một lĩnh vực sử dụng truyền thống lâu nay, trong đó bentonit chủ yếu làm chất kết ngưng xúc tiến quá trình đông quanh bùn thải Nó là chất lọc có hiệu quả đối với nước thải có nhiều chất không tan, chất lơ lửng và chất trôi nổi Các loại nước thải sau đây có thể xử lý bằng bentonit cho hiệu quả tốt: các chất dầu hòa tan và dầu dạng nhũ tương; các chất phân tán dạng phức chất hữu cơ (nước thải do giặt giũ, đãi quặng); nước thải công nghiệp từ công nghiệp chế biến thực phẩm, chăn nuôi gia súc, gia cầm Đối với chất thải có ô nhiễm hóa chất, sử dụng bentonit có hiệu

quả tốt trong trường hợp nước bị nhiễm do khuếch tán acrylat [38]

Làm nguyên li u đi u ch s t h u cơ

Các khoáng sét có cấu trúc lớp thuộc họ smectit như: MMT, chlorit, vermiculit, hectorit, saponit, và beidelit được sử dụng làm nguyên liệu đầu tiên điều chế sét hữu cơ Trong số đó, đã được sử dụng rộng rãi để điều chế các sét hữu cơ vì các tính chất đặc biệt của nó, chẳng hạn như dung lượng trao đổi ion cao, có khả năng trương nở mạnh, có các tính chất hấp phụ và diện tích bề mặt lớn [10]

Một số ứng dụng khác

Nhờ đặc tính trương nở mạnh và tính dẻo của bentonit người ta còn sử dụng bentonit trong các công trình thủy lợi như đê điều, mương máng và các công sự phòng thủ bằng đất Với khả năng chịu được nhiệt độ cao, bentonit được sử dụng làm tác nhân liên kết trong sản xuất đạm và làm khuôn đúc Điều đặc biệt, bentonit còn được dùng làm phụ gia trong thuốc tiêu hóa thức ăn và giúp điều tiết axit Do có khả năng hút ẩm trở lại nên bentonit còn được dùng làm chất chống ẩm sau khi sấy khô

Hiện nay các nghiên cứu về khả năng sử dụng bentonit ngày càng phát triển

rộng rãi [11], [14], [36]

1.1.4 Các phương pháp hoạt hóa bentonit

Bentonit tự nhiên đã là một chất hấp phụ, trao đổi nhưng để nâng cao tính hấp phụ, tẩy trắng, 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 các phương pháp chính là: hoạt hóa bằng kiềm, hoạt hóa bằng nhiệt, hoạt hóa bằng axit vô cơ, hoạt hóa bằng chất hữu cơ [14], [26]

Ho t hóa ng nhi t

Nguyên tắc của phương pháp này là dùng nhiệt để tách nước ra khỏi mạng lưới tinh thể của đất sét và đốt cháy các chất bẩn, chất mùn trong đó, đồng thời làm nứt một phần các tinh thể để tạo thành trong mạng lưới đất sét những khe rãnh làm tăng bề mặt, tăng độ xốp

Tuy vậy, khi hoạt hóa bentonit bằng nhiệt, không được nung đến nhiệt độ quá cao vì ở nhiệt độ cao bentonit s bị giảm khả năng hấp phụ và tẩy trắng Đối với mỗi loại sét thì có khoảng nhiệt độ thích hợp hoạt hóa riêng từ 110 - 150o

C

Ho t hóa ng axit v cơ

Đây là phương pháp hoạt hóa hiệu quả nhất nên thường được sử dụng rộng rãi trong thực tế Trong quá trình hoạt hóa bằng axit, người ta có thể dùng các axit vô cơ thông dụng như: HCl, HNO3, H2SO4

Ho t hóa ng ki m

Dùng kiềm hòa tan một số oxit lưỡng tính như Al2O3 để tạo trên bề mặt những lỗ xốp và trung tâm hoạt động Tuy nhiên một số liên kết nhôm silicat bị đứt tạo thành cấu trúc khác và một số chất khác không bị hòa tan do sa lắng Mặt khác khi hàm lượng kim loại kiềm lớn thì hoạt tính xúc tác của nhôm silicat giảm

do ion Na+ đầu độc các trung tâm axit Do vậy phương pháp hoạt hóa bằng kiềm

ít được sử dụng, chỉ trong trường hợp đặc biệt nào đó mà người ta mới sử dụng phương pháp này

Ho t hóa ng chất h u cơ

Khi bentonit được hoạt hóa bằng chất hữu cơ nó s tạo một lớp bao phủ tối

ưu của chất hữu cơ trên bề mặt bentonit Vì vậy nó có khả năng hấp phụ tốt các chất hữu cơ

1.1.5 Giới thiệu bentonit Bình Thuận- Việt Nam

Ở nước ta bentonit được phát hiện ở nhiều nơi: Cổ Định (Thanh Hóa), Di Linh (Lâm Đồng), Bình Thuận, Mộc Châu với trữ lượng dồi dào Trong đó mỏ bentonit Bình Thuận có trữ lượng lớn hàng trăm triệu tấn, mới được tìm thấy năm 1987

Bình Thuận được đặc trưng bởi khí hậu khô nóng, lượng mưa ít và là nơi phân

bố rộng rãi đá magma giàu kiềm (giàu Na và K) Với những đặc điểm trên bentonit tạo thành bởi hai quá trình thủy phân và quá trình hấp phụ trao đổi cation Trữ lượng

có thể khai thác được ở Nha Mé khoảng 42 triệu tấn còn ở thung lũng Vĩnh Hảo khoảng 33 triệu tấn [5] Hàm lượng MMT-Na trong sét Bình Thuận khá thấp, khoảng

từ 12% đến 20% Tạp chất chủ yếu trong khoáng sét là canxit, thạch anh vi tinh thể, phenspat, cao lanh Bảng 1.1 giới thiệu thành phần hóa học của bentonit Bình Thuận [11]

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của bentonit Bình Thuận [12]

1.2.1 Giới thiệu về sét hữu cơ

Sét hữu cơ là sản phẩm được tạo thành bởi sự thay thế cation vô cơ trong một số sét thuộc nhóm smectit có thể trao đổi với cation hữu cơ của nhiều dạng khác nhau Cation hữu cơ được sử dụng gồm các cation amoni hữu cơ (bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4, mạch thẳng, mạch nhánh và mạch vòng), các aminoaxit, ancol,… trong đó các cation amoni hữu cơ bậc 4 được dùng phổ biến nhất Cụ thể là các loại khoáng sét MMT, beidelit và nontronit đã được chế hóa với các dung dịch muối amoni hữu cơ khác nhau Khoáng sét hấp phụ các cation hữu cơ, làm tăng khoảng cách giữa các lớp so với cùng loại khoáng sét đã được làm bão hòa bởi cation nhỏ hơn như canxi hoặc hiđro Liên kết của các cation hữu cơ với lớp silicat của MMT tạo thành một tập hợp hữu cơ - vô cơ, có tính chất đặc biệt là ưa hữu cơ, nên có khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ trong môi trường lỏng trội hơn hẳn khiến chúng trở thành tiềm năng hữu ích trong nhiều ứng dụng

Hiện nay, ứng dụng quan trọng của các sét hữu cơ là trong lĩnh vực điều chế các polime nanocompozit Việc thêm sét hữu cơ vào môi trường polime s làm tăng các tính chất hóa học, vật lý và cơ học của môi trường và làm giảm giá thành trong một

số trường hợp Điển hình là sét hữu cơ thay thế các chất độn (fillers) talc hoặc thủy tinh ở t lệ 3:1 Ví dụ, việc sử dụng 5% sét hữu cơ có thể thay thế cho 1550% chất độn như canxi cacbonat để làm giảm giá thành và làm tăng các tính chất cơ học Sét hữu cơ là vật liệu thương mại ưu thế nhất để điều chế các polime nanocompozit, chiếm khoảng 70% khối lượng đã sử dụng [13]

1.2.2 Cấu trúc sét hữu cơ

Sự sắp xếp của các phân tử hữu cơ giữa các lớp sét phụ thuộc vào điện tích lớp, cấu trúc bề mặt, mức độ trao đổi của khoáng sét và chiều dài mạch của ion hữu cơ Hình 1.2 cho thấy các ion hữu cơ có thể sắp xếp tạo lớp phẳng (đơn hoặc kép) trên bề mặt silicat Ngoài ra, tùy thuộc vào chiều dài mạch ankyl và mật độ gói ghém cho thấy sự tạo thành các cấu trúc nghiêng với mạch ankyl hướng ra xa bề mặt silicat Với các lớp “3 phân tử”, do một số đầu mạch chồng chập lên các đầu mạch khác, nên khoảng cách giữa các lớp được xác định bởi chiều dày của ba mạch ankyl (Bergaya và cộng sự, 2006; Lagaly, 1981) [26], [33]

Hình 1.2: Sự định hướng của các ion ankylamoni trong các lớp silicat

Năm 1976, Lagaly và cộng sự [33] đã nghiên cứu sự tạo thành các lớp đơn, lớp kép và lớp “3 phân tử” của các ion ankylamoni trong khoảng không gian giữa các lớp của MMT và nhận thấy khoảng cách cơ sở của ankylamoni MMT phụ thuộc vào chiều dài mạch của ankylamoni (hình 1.3)

Hình 1.3: Sự sắp xếp các cation hữu cơ kiểu đơn lớp, hai lớp và giả ba lớp

Nếu mạch hiđrocacbon trong muối amoni và photphoni hữu cơ là mạch thẳng

và có số nguyên tử cacbon bằng 10 thì giá trị d001 là 13,6Å, nếu số nguyên tử C từ 12 đến 18 thì giá trị d001 khoảng 17Å (bảng 1.2)

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d 001 và diện

tích sét bị che phủ

Số nguyên tử

Cacbon

d 001 (Å)

Số lớp cation hữu cơ

Diện tích sét bị che phủ (nm 2 ) (%)

1.2.3 Các hợp chất hữu cơ đƣợc sử dụng để điều chế sét hữu cơ

Các phân tử sinh học

Các khoáng sét cũng có thể được biến tính với các phân tử sinh học như protein, enzym, amino axit, peptit,… và điều này s mở ra nhiều ứng dụng mới Ví dụ: bentonit với những ưu điểm như không chứa độc tố, độ hoạt động hóa học và tính hút nước cao có thể được sử dụng làm chất mang để cố định các phân tử sinh học

Năm 2007, Ozturk và cộng sự đã biến tính bentonit với histidin Liên kết cộng hóa trị được tạo thành giữa các nhóm amino của histidin với cation Al3+ trong tấm bát diện của khoáng sét Sét hữu cơ này được sử dụng để tinh chế globulin miễn dịch-G (một lớp phân tử sinh học quan trọng trong chuẩn đoán và điều trị nhiều bệnh ở người) từ huyết tương globulin miễn dịch của người một cách hiệu quả và kinh tế Theo các tác giả, compozit histidin - bentonit với các đặc tính tuyệt vời có thể được

sử dụng làm chất hấp phụ trong quá trình tinh chế kháng sinh [37]

Các muối ankylamoni ậc ốn

Các muối ankylamoni bậc 4 là các chất hoạt động bề mặt cationic và là các hợp chất hữu cơ đã được sử dụng nhiều nhất để điều chế các sét hữu cơ Các cation ankylamoni bậc 4 thích hợp hơn so với các cation ankylamoni bậc 1, 2 bởi vì sự thủy phân (cân bằng ankylamoni/ankylamin) ít xảy ra và sự khử hấp phụ của alkylamin tự

do bị giảm mạnh Một ưu điểm nữa là khi chứa một lượng lớn các vật liệu hữu cơ (30 - 40%) s làm giảm t khối của sét hữu cơ so với sét thông thường Trong trường hợp các sét hữu cơ được sử dụng để điều chế các nanocomposit, loại muối ankylamoni bậc

4 có ảnh hưởng đến ái lực giữa khoáng sét và polyme Đối với polyme không phân cực như là polypropylen và polyetylen thì các loại khoáng sét đã được biến tính bằng các điankylđimetylamoni halogenua được sử dụng, trong khi đối với các polyme phân cực như là polyamit thì các khoáng sét lại phải được biến tính bằng ankylbenzylmetylamoni halogenua hoặc là ankylhiđroxyletylamoni halogenua

Quá trình biến tính các khoáng sét cũng có thể được tiến hành với các hỗn hợp muối ankylamoni bậc 4 với các hợp chất hữu cơ phân cực khác

Các muối ankylphotphoni ậc ốn

Các cation photphoni, với công thức chung [PR3R']+ và khi kết hợp các anion thích hợp tạo nhiều muối photphoni, đó là chất lỏng ở nhiệt độ phòng và chúng có

điểm nóng chảy thấp hơn 100°C Ion photphoni có các ưu điểm sau: muối photphoni

có nhiệt ổn định hơn các muối amoni tương ứng và muối imiđazoli, nhất là các quá trình hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 100°C (ví dụ: loại bỏ các sản phẩm phản ứng bằng cách chưng cất) Hơn nữa, phòng ngừa nhiễm bẩn bởi các sản phẩm phân hủy là một điều kiện tiên quyết cho việc sử dụng tái chế dung môi Cation photphoni có tính axit

Sét hữu cơ với dẫn suất tetraankylphotphoni bậc bốn có những đặc tính ưu việt hơn so với các hợp chất tương tự của nitơ, như sự ổn định nhiệt, ái lực với hợp chất phân cực cao hơn và tương tác chọn lọc với các chất lỏng và hơi hữu cơ [25]

1.2.4 Tính chất của sét hữu cơ

Tính trương nở

Sét hữu cơ có khả năng trương nở tốt trong các dung môi hữu cơ Khi được phân tán vào môi trường các chất hữu cơ, tính trương nở làm tăng độ phân tán của các chất hữu cơ, do đó sét hữu cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong làm chất chống sa lắng trong sơn, trong mực in, làm sạch nước bị ô nhiễm bởi dầu, mỡ, Tuy nhiên, để ứng dụng được trong công nghiệp thì hệ dung môi của sét phải được xem xét cẩn thận vì trong những dung môi khác nhau thì khả năng tạo gel của sét cũng rất khác nhau Các dung môi làm cho sét hữu cơ có khả năng trương nở tốt thông thường có chứa các nhóm hoặc các phân tử ưa nước và kị nước Vì vậy, các hợp chất hữu cơ không phân cực tinh khiết s không làm cho sét hữu cơ trương nở được vì các hợp chất này không có khả năng solvat các đuôi hữu cơ của các cation amoni hữu cơ có trong sét Trong khi đó, các dung môi hữu cơ phân cực như nitrobenzen thậm chí ngay cả stiren cũng có thể làm cho sét hữu cơ trương nở tốt, điều này có thể là do các nhóm phenyl có khả năng hấp phụ mạnh trên bề mặt silicat

và nó đóng vai trò như một chất hoạt hóa phân cực Các chất hoạt hóa được ứng dụng rộng rãi là MeOH, Me2CO3 hoặc propylen cacbonat được thêm vào với hàm lượng từ

10 - 50% theo khối lượng của sét hữu cơ Một số nghiên cứu chỉ ra rằng các chất trên

có thể thâm nhập sâu vào trong các lớp sét, hấp phụ trên bề mặt lớp aluminosilicat và bắt đầu quá trình trương nở

Khả năng keo tụ của sét hữu cơ thay đổi rất nhạy theo t lệ muối amoni hữu cơ

và sét, tại nồng độ muối amoni hữu cơ thấp thì sét không trương nở, có thể là do đuôi

hữu cơ của amin hấp phụ một lớp mỏng trên bề mặt silicat nên tác dụng của chúng không được thể hiện rõ, nhưng ở nồng độ amin cao quá thì khả năng tạo gel của sét hữu cơ cũng bị hạn chế [9], [14], [17], [24]

Tính hấp phụ

Sét hữu cơ có tính ưa hữu cơ nên sự hấp phụ xảy ra chủ yếu đối với các phân

tử hữu cơ trong môi trường lỏng hoặc khí Sự hấp phụ của sét hữu cơ đối với các phân tử hữu cơ trong môi trường lỏng tăng khi điện tích lớp, khoảng không gian của các lớp, kích thước ankylamoni và ankylphotphoni tăng, và lượng cation hữu cơ trong sét đạt xấp xỉ mức độ bão hòa với dung lượng trao đổi cation Sự hấp phụ các phân tử hữu cơ xảy ra bao gồm các tương tác kị nước và tương tác lưỡng cực

Sự có mặt của các khoảng trống giữa các cation hữu cơ thâm nhập giữa các lớp

aluminosilicat là rất quan trọng [9]

Độ n của s t h u cơ

Cation amoni bậc 4 và photphoni bậc 4 được hấp phụ rất mạnh lên vùng trao đổi cation của bentonit Vì vậy, chúng s khó có thể bị các dung môi hòa tan và cấu trúc của phức hữu cơ - sét được ổn định mặc dù trong dung dịch có một lượng lớn các cation kim loại Độ bền của phức hữu cơ - sét một phần cũng là do lực hút Van-đec-van giữa các mạch hữu cơ và giữa các mạch hữu cơ với bề mặt hạt sét (hiệu ứng này tăng nhanh theo chiều dài mạch hữu cơ) một phần khác là do độ bền nhiệt động học của các cation amoni bậc 4 và photphoni bậc 4 trên bề mặt các hạt sét lớn hơn so với độ bền nhiệt động học của chúng được hiđrat hóa Do vậy phức hữu cơ - sét tương đối ổn định nhiệt, nó có thể sử dụng ở nhiệt độ lên tới 250oC Điều này cho phép sử dụng sét hữu cơ

trong dung dịch khoan, trong sơn lưu hóa nhiệt, trong chất bôi trơn, [9], [14], [20], [40]

1.2.5 Ứng dụng của sét hữu cơ

Làm chất hấp phụ

Sét hữu cơ có chức năng tương tự như cacbon hoạt tính, nhựa trao đổi ion và màng lọc tách dầu/nước Bột sét ưa dầu có thể là một hợp phần hoặc nguyên liệu chính của bột sét đông tụ Chúng là chất hấp phụ cực mạnh để loại bỏ dầu hoặc chất hoạt động bề mặt, các dung môi bao gồm metyl etyl xeton, t-butyl ancol (TBA) và các chất khác

Do loại bỏ dầu nhờn và dầu ở t lệ thể tích/khối lượng cao, sét ưa hữu cơ có thể tiết kiệm tới hơn 50% chi phí hoặc hơn Sét hữu cơ có thể dùng trong pha trộn thiên nhiên ở nhà máy nhựa đường hoặc làm chất ổn định

Ứng dụng môi trường của sét hữu cơ bao gồm: làm sạch nước bề mặt ở bãi rác

cũ và hồ chứa nước ngầm Ứng dụng trong công nghiệp bao gồm: máy nén không khí, làm lạnh nước, máy nén khí

Ch t o vật li u polyme clay nanocompozit

Hiện nay, ứng dụng quan trọng nhất của sét hữu cơ là trong lĩnh vực điều chế các polyme nanocompozit, sét hữu cơ chiếm 70% các loại vật liệu nano thương mại được dùng để điều chế các polyme compozit Quy trình làm tăng khả năng ưa dầu là bước quan trọng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tách lớp thành công của các hạt khoáng sét trong các polyme nền bởi tính ưa dầu làm giảm năng lượng của khoáng sét và làm nó tương hợp nhiều hơn với các polyme hữu cơ Việc thêm sét hữu cơ làm tăng các đặc tính cơ học, lý học và hóa học của polyme nền Chỉ với một lượng nhỏ sét hữu cơ cỡ vài phần trăm khối lượng được đưa vào polyme để tạo vật liệu polyme clay nanocompozit đã có thể nâng cao tính chất cơ lý của vật liệu, nâng cao khả năng chống cháy, hệ số chống thấm khí lên rất nhiều lần mà không làm thay đổi đáng kể trọng lượng, độ trong của vật liệu

Sét hữu cơ cũng được sử dụng làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu

cơ do sét hữu cơ có khả năng trương nở và tạo gel trong dung môi hữu cơ Hiện nay, sét hữu cơ ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như đã được dùng làm chất tạo cấu trúc cho dung dịch khoan trong công nghiệp dầu khí, trong sơn lưu hóa nhiệt, chất làm sạch dầu trong nhũ tương dầu nước Ngoài ra, sét hữu cơ còn được sử dụng làm phụ gia sản xuất bôi trơn, sơn, mực, mỹ phẩm, chất chống thấm,…[14], [21], [22]

1.2.6 Các phương pháp điều chế sét hữu cơ

Quá trình tổng hợp sét hữu cơ được dựa trên cơ chế của các phản ứng mà khoáng sét có thể có với các hợp chất hữu cơ Phản ứng thay thế xảy ra khi các phân

tử nước giữa các lớp sét được thay thế bởi các phân tử phân cực Các hợp chất hữu cơ trung hoà có thể hình thành phức với các cation giữa các lớp sét

Trong trường hợp bentonit hấp phụ các hợp chất hữu cơ trung hoà có thể hình thành nhiều loại tương tác hoá học như: liên kết hiđro, tương tác momen lưỡng cực, liên kết phối trí, lực Van-đec-van, Các cation giữa các lớp sét có thể trao đổi với nhiều loại cation hữu cơ khác nhau Sét hữu cơ thường được điều chế trong dung dịch bởi phản ứng trao đổi cation hoặc phản ứng ở trạng thái rắn

Để điều chế sét hữu cơ, người ta thường dùng hai phương pháp chủ yếu sau:

Phương pháp kh : Trong phương pháp này, các phân tử hữu cơ thâm nhập vào

trong các khoáng sét khô bằng phản ứng pha rắn mà không cần dùng dung môi [21]

Sự vắng mặt của các dung môi trong quá trình điều chế làm cho quá trình điều chế phù hợp hơn với việc công nghiệp hóa Sự thâm nhập của các hợp chất trung tính vào MMT và vermeculit khô là một ví dụ về việc không cần phải có dung môi để vận chuyển (tạo môi trường khuếch tán) các phân tử hữu cơ vào giữa các lớp sét Các cation có thể duy trì sự tiếp xúc với một lớp sét, nghĩa là các nguyên tử oxi của bề mặt silicat chiếm cứ các vị trí phối trí của các cation [9]

Phương pháp ướt: Với phương pháp này người ta dựa vào quá trình trao đổi

cation giữa các cation bù trừ điện tích lớp của khoáng sét với các cation alkylamoni bậc 4 trong dung dịch nước và đã được sử dụng trong vài chục năm nay để điều chế sét hữu cơ Trong một số trường hợp, các loại hợp chất hữu cơ khác cũng đã được sử dụng [4], [14]

Một số phương pháp điều chế sét hữu cơ dựa trên cơ chế trao đổi cation, là phương pháp khuếch tán trong môi trường nước và phương pháp lò vi sóng

Phương pháp lò vi sóng

Ưu điểm của phương pháp là thời gian phản ứng ngắn hơn, hiệu suất phản ứng cao hơn so với phương pháp khuếch tán bình thường do tập trung năng lượng trong quá trình điều chế sét hữu cơ Tuy nhiên do chi phí lớn về thiết bị, năng lượng và hạn chế về công suất nên phương pháp lò vi sóng chưa được ứng dụng rộng rãi

Các đặc tính của sét hữu cơ được điều chế bằng lò vi sóng và theo phương pháp thông thường trong dung dịch đã được so sánh chi tiết Kết quả cho thấy, mức độ thâm nhập của cation hữu cơ vào sét nhiều hơn so với phương pháp thông thường [9], [14]

Phương pháp khu ch tán trong m i trường nước

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới

Trong đ tài này, chúng t i lựa chọn sử dụng phương pháp khu ch tán trong dung dịch để nghiên cứu quá trình đi u ch s t h u cơ [9], [14]

Các y u tố ảnh hưởng đ n quá trình đi u ch s t h u cơ ng phương pháp khu ch tán trong dung dịch nước

Phương pháp khuếch tán trong dung dịch nước là phương pháp có thể áp dụng đối với các chất hữu cơ hóa dạng ion hoặc không phải ion Phương pháp này cũng đã được nghiên cứu đối với các photphoni hữu cơ, tuy nhiên, nó được áp dụng chủ yếu đối với các tác nhân hữu cơ hóa là các muối amoni hữu cơ Cơ chế phản ứng hữu cơ hóa sét MMT bằng các muối amoni và photphoni hữu cơ đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm

Sự có mặt phân tử hữu cơ sau khi bị hấp phụ đã làm thay đổi khoảng cách cơ bản d001 giữa hai lớp sét Khoảng cách này phụ thuộc vào thành phần dung dịch, cấu tạo phân tử và nồng độ tác nhân hữu cơ, lượng chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ, Chất lượng sản phẩm được đánh giá thông qua các phương pháp như nhiễu xạ tia X, phân tích nhiệt, hiển vi điện tử quét SEM, phổ hồng ngoại [11]

- Ảnh hưởng của cấu hình phân tử h u cơ

Nếu chất hữu cơ là amin mạch thẳng có số nguyên tử cacbon nC < 13 thì d001 là 13,6Å Còn 13 < nC < 18 thì d001 là 17,6Å Đồng thời cation hữu cơ có kích thước càng lớn và cấu trúc cồng kềnh thì càng khó bị khử hấp phụ ra khỏi bề mặt bentonit

Vì vậy sét hữu cơ tạo thành trên cơ sở muối amoni và photphoni hữu cơ bậc 4 (nhất là cation amoni và photphoni hữu cơ bậc 4 có 14 nC 18) rất bền vững dưới tác dụng của dung môi và nhiệt

- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Bản chất của tương tác giữa phân tử hữu cơ với bentonit là sự khuếch tán các cation hữu cơ vào giữa hai lớp sét nên thời gian phản ứng có ảnh hưởng đến chất

lượng sét hữu cơ Khi thời gian phản ứng tăng, sự khuếch tán và hấp phụ của cation hữu cơ vào bentonit tăng lên và sau đó đạt giá trị bão hòa

- Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân h u cơ

Lượng cation hữu cơ dùng để trao đổi có thể lớn hơn dung lượng trao đổi cation của sét Với hợp chất muối amoni hữu cơ có ba nhóm metyl và một nhóm hiđrocacbon mạch dài thì sét có thể hấp phụ một lượng cation trao đổi bằng 2,5 lần dung lượng trao đổi cation của sét Khi đó lượng cation hữu cơ dư bị hấp phụ vật lý bởi lực Van-đec-van trên các cation hữu cơ đã bị hấp phụ từ trước Các cation hữu cơ

bị giữ trên bề mặt phiến sét nhờ liên kết giữa hiđro của cation hữu cơ với oxi đỉnh trên tứ diện SiO4 của phiến sét Với mạch hiđrocacbon có số nguyên tử C nhỏ hơn hoặc bằng 8 thì lượng muối amoni hữu cơ bị hấp phụ tương đương với dung lượng trao đổi cation của sét Còn khi số nguyên tử C lớn hơn 8 thì lượng muối amoni hữu

cơ bị hấp phụ có thể s lớn hơn dung lượng trao đổi cation của sét Khi đó các cation

hữu cơ bị hấp phụ s sắp xếp thành hai lớp [11]

- Ảnh hưởng của nhi t độ phản ứng

Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng trao đổi tăng lên do đó sự hấp phụ và trao đổi của cation hữu cơ trên bề mặt bentonit cũng tăng theo nhiệt độ, ở nhiệt độ thấp phản ứng diễn ra khó vì ở nhiệt độ này các hợp chất amoni ở trạng thái đông đặc

Ở vùng nhiệt độ cao huyền phù bentonit có hiện tượng đặc lên (tăng độ nhớt) do hiệu

ứng keo tụ của các muối amoni hữu cơ bị thủy phân

- Ảnh hưởng của đi u ki n rửa

Khi nghiên cứu sự hấp phụ và khử hấp phụ hàng loạt muối amoni hữu cơ như cetylpiriđyl bromua, cetyltrimetyl bromua, đođecylpiriđyl bromua trên bentonit, các tác giả công trình đã tìm thấy quy luật:

- Lượng cation amoni hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt không bị giới hạn bởi dung lượng trao đổi ion của bentonit

- Ái lực hấp phụ của bentonit với muối amoni tăng tỉ lệ với kích thước của cation hữu cơ do sự tăng lực Van-đec-van giữa bề mặt sét và cation amoni

- Đồng thời theo thời gian, cation hữu cơ có kích thước càng lớn và cấu trúc cồng kềnh thì càng khó bị khử hấp phụ ra khỏi bề mặt bentonit Vì vậy sét hữu cơ tạo thành trên cơ sở muối amoni hữu cơ bậc 4 có 14 < nC < 18 rất bền vững dưới tác dụng của dung môi và nhiệt

- Ảnh hưởng của nhi t độ sấy, nung

Khi làm khô mẫu sét hữu cơ trong khoảng nhiệt độ từ 50 đến 150oC, khoảng cách cơ bản d001 tăng, sau đó giảm dần khi tăng nhiệt độ Tại nhiệt độ sấy khô lớn hơn 200oC, khoảng cách giữa các lớp cấu trúc giảm mạnh vì sự phân hu của chất hữu cơ Giá trị này tiếp tục giảm khi tăng nhiệt độ tới 425oC Điều đó có thể được giải thích do có liên quan tới sự phân bố dị thể của cation hữu cơ vào giữa các lớp aluminosilicat Việc tăng khoảng trống trong khoảng nhiệt độ từ 50 đến 100oC liên quan tới sự nóng chảy chất hoạt động bề mặt, tạo ra môi trường giống như chất lỏng ở giữa các lớp Từ 100 đến 150oC do sự giãn nở nhiệt của chất hoạt động bề mặt dẫn tới việc tăng khoảng trống

- Ảnh hưởng của pH dung dịch

pH dung dịch có ảnh hưởng tới chất lượng sét hữu cơ, ở pH cao (từ 9 đến 10), bentonit-Na bị trương nở mạnh đến từng lớp sét tạo điều kiện cho phản ứng trao đổi với cation hữu cơ dễ dàng hơn Ngoài ra ở pH cao trên các cạnh của phiến sét các trung tâm tích điện dương s chuyển dần thành điện tích âm, điện tích âm tạo điều kiện cho các cation hấp phụ lên các cạnh, lượng cation tham gia vào phản ứng trao đổi tốt hơn Do vậy quá trình hấp phụ cation hữu cơ vào giữa các lớp bentonit xảy ra tốt hơn [2], [5]

1.3 Giới thiệu về phenol đỏ

Phenol có ứng dụng lớn trong y học, dùng trong khử trùng phẫu thuật Dùng

để điều chế nhiều dược phẩm như aspirin làm giảm đau, hạ nhiệt, phòng và chữa huyết khối; axit salicylic (là thuốc giảm đau, hạ nhiệt, chống viêm); metyl salicilat (dầu nóng, làm thuốc giảm đau trong chứng viêm thấp khớp, đau cơ)

Công thức phân tử của phenol đỏ (phenolsulfophtalein): C19H14O5S

Công thức cấu tạo cấu tạo phân tử của phenol đỏ được trình bày ở hình 1.4

Hình 1.4: Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ

Các nguồn chính gây ra ô nhiễm phenol đỏ trong môi trường nước là các loại nước thải từ công nghiệp sơn, thuốc bảo vệ thực vật, chế biến than đá, nhựa polime, dệt nhuộm, dầu mỏ và hóa dầu Khi nước bị nhiễm các hợp chất phenol, sát trùng bằng clo hóa s tạo ra các hợp chất clo của phenol rất độc Các hợp chất của phenol được xem như là những chất ô nhiễm hàng đầu vì chúng có thể gây hại đến sinh vật ngay ở những nồng độ thấp

Do độc tính cao của phenol nói chung và phenol đỏ nói riêng thì việc xử lý nước chứa hàm lượng tổng phenol > 200mg/l bằng kỹ thuật sinh học là rất khó, mặc dù phương pháp xử lý này rẻ tiền song bị hạn chế khi nước thải chứa độc tố Hầu hết các nguồn nước thải đều chứa tổng hàm lượng phenol cao hơn nhiều so với giới hạn nói trên Do đó người ta thường tiến hành xử lý bằng phương pháp hấp phụ hoặc oxi hóa hóa học [9], [15], [30]

1.3.2 Một số thành tựu xử lý các hợp chất phenol

Phương pháp đi n hoá: xử lý phenol đỏ trên các loại điện cực anot như Pt,

Ti/TiO2, Ti/SnO2, Ti/PbO2, PbO2, là phương pháp phổ biến nhưng tốn kém, không

áp dụng ở quy mô lớn [16]

Phương pháp oxi hóa sử dụng tác nhân oxi kh ng khí (WAO-Wet Air

Oxidation): phương pháp này có ưu điểm dùng oxi không khí, song lại đòi hỏi phải thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao nên cần thiết bị đặc biệt đắt tiền làm cho chi phí vận hành cao, không kinh tế [16]

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp WAO, người ta đưa xúc tác vào hệ trên (Catalystic Wet Air Oxidation-CWAO) đã làm giảm chi phí đáng kể Song phương pháp CWAO cần phải lựa chọn xúc tác thích hợp có hoạt tính cao, vật liệu làm chất mang phải chịu được môi trường (axit hoặc kiềm) dưới nhiệt độ và áp suất cao [13]

Phương pháp oxi hóa ướt có sử dụng xúc tác (WCO-Wet Catalytic Oxidation)

đã đạt được những thành tựu nhất định như độ chuyển hóa cao, phản ứng tiến hành trong điều kiện không quá khắt khe (nhiệt độ thấp, áp suất thường) Các xúc tác trong quá trình này thường là kim loại, các oxit kim loại hoặc các zeolit có mang kim loại, oxit kim loại Nhưng các xúc tác này có nhược điểm là trong quá trình phản ứng, một phần kim loại trong xúc tác rắn tan vào dung dịch, gây hiệu ứng ô nhiễm thứ cấp

Hướng nghiên cứu sử dụng xúc tác zeolit mà trong đó Al được thay thế đồng hình bằng các nguyên tố B, V, Mo, Ga, Fe, đã phần nào khắc phục được nhược điểm trên Phương pháp sử dụng zeolit Fe-Modernit, tác nhân oxi hóa H2O2 bước đầu thu được kết quả khả quan, chúng có khả năng xử lý được một số dẫn xuất của phenol Ngoài ra sự phân hủy H2O2 cho sản phẩm cuối cùng là H2O và O2 nên hiđropeoxit được xem là một tác nhân oxi hóa thân thiện với môi trường (Đỗ Xuân Đồng và ctv, 2004)

Phương pháp sử dụng h xúc tác quang dị thể trên cơ sở vật liệu TiO2, hoặc hợp chất SiO2-TiO2 nhằm làm tăng diện tích bề mặt riêng, trong điều kiện sử dụng ánh sáng UVA hoặc ánh sáng mặt trời, đã đem lại hiệu quả xử lý phenol trong nước thải rất tốt, đạt trên 90% (Nguyễn Việt Cường, Nguyễn Thế Vinh, 2009)

Một phương pháp khá phổ biến và đạt hiệu quả cao là hấp phụ, nó có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác, vì các vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường Vật liệu hấp phụ được sử dụng phổ biến là than hoạt tính, tuy nhiên, giá thành của than hoạt tính thường cao, nên đã có những nghiên cứu để tìm các vật liệu hấp phụ thay thế khác, như khoáng sét, oxit, nhựa polyme, oxit silic được biến tính bề mặt Bên cạnh việc sử dụng

kỹ thuật hấp phụ để thu gom các hợp chất phenol từ dung dịch nước, các nhà khoa học rất quan tâm đến khả năng loại bỏ triệt để các hợp chất này bằng bentonit để đạt hiệu quả tốt về xử lý nước thải và đảm bảo cho nền kinh tế quốc dân [4], [9], [26], [30]

1.4 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

1.4.1 Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ

Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

q =(C o C cb).V

m



(1.1) Trong đó:

- q : là dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

- V: là thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (L)

- m: là khối lượng chất bị hấp phụ (g)

- Co: là nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)

- Ccb: là nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)

- Co: là nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)

- Ccb: là nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)

1.4.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

M hình hấp phụ đẳng nhi t

Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt có ý nghĩa và vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của một mô hình hấp phụ Đường hấp phụ đẳng nhiệt mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại một nhiệt độ xác định Các hằng số trong các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt là các chỉ số đánh giá các tính chất và ái lực bề mặt của các chất hấp phụ

Người ta thiết lập các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch của chất bị hấp phụ đã xác định nồng độ Ci Sau một thời gian đo nồng

độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch Cf Lượng chất bị hấp phụ được tính theo phương trình:

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Fruendlich là phương trình thực nghiệm mô tả

sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm số mũ:

Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

Trong đó:

- q : dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

- k : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác

- n : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

- Ccb : nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)

Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu

và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nồng độ thấp của chất bị hấp phụ

M hình hấp phụ đẳng nhi t Langmuir

Thiết lập phương trình hấp phụ Langmuir theo các giả thiết: tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định, mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu

phân, bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng trên các trung tâm hấp phụ

là như nhau, không có tương tác qua lại giữa các tiểu phân chất bị hấp phụ

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

ax

f m

q: Tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng

qmax: Tải trọng hấp phụ cực đại

b: Hằng số Langmuir

Khi tích số b.Cf  1 thì q = qmax.b.Cf: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

Khi tích số b.Cf  1 thì q = qmax: mô tả vùng hấp phụ bão hòa

Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành phương trình đường thẳng:

b q

C q q

C

f f

1

1

max max

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ

- Các hóa chất khác: HCl, NaOH, AgNO3 (P.A)

- Phenol đỏ: công thức phân tử C19H14O5S (M = 354g/mol) (Trung Quốc)

2.1.2 Dụng cụ, máy móc

- Cốc, đũa, thìa thủy tinh, nhiệt kế, máy bơm hút chân không, phễu lọc, giấy lọc, tủ sấy, bình hút ẩm, bếp điện; cối nghiền bằng sứ, cân điện tử, pipet các loại từ 5

÷ 50ml, bình định mức các loại từ 25 ÷ 1000ml, máy khuấy từ gia nhiệt, máy li tâm

- Máy đo pH: pH Meter, Crisoninstruments, S.A Riera Principal, 34-46,

E-08328 ALELLA-Barcelona (Trung Quốc) tại khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên

- Máy đo nhiễu xã tia X: được đo bằng nhiễu xạ kế D8 Advanced Bruker (CHLB Đức) tại khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

- Máy phân tích nhiệt Labsys TG/DSC SETARAM (pháp), tại khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội

- Hiển vi điện tử quét (SEM) được đo trên máy JEOL.5300, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

- Máy đo quang Serial A110245 04275 UV-1700 tại khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ

Quy trình tổng hợp sét hữu cơ được trình bày trong hình:

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp sét hữu cơ

Quá trình khảo sát một số điều kiện điều chế sét hữu cơ được tiến hành như sau: cho 1,0 gam bentonit vào trong cốc thủy tinh 250ml chứa 100ml nước, khuấy tan rồi ngâm trương nở trong 24 giờ, sau đó khuấy trương nở trong 2 giờ với tốc độ khuấy khoảng 400 vòng/phút cho bentonit trương nở tối đa tạo huyền phù bentonit 1% Muối propyltriphenylphotphoni bromua (PTPB) được khuấy tan đều trong 40ml nước ở nhiệt

độ thường theo khối lượng nhất định

Cho từ từ từng giọt dung dịch muối PTPB vào dung dịch chứa huyền phù bentonit 1%, điều chỉnh pH dung dịch bằng dung dịch HCl 0,1M hoặc NaOH 0,1M đến giá trị khảo sát Tiếp tục khuấy ở nhiệt độ và thời gian xác định trên máy khuấy

từ gia nhiệt Cụ thể:

- Các giá trị nhi t độ khảo sát: 30 o C, 40 o C, 50 o C, 60 o C, 70 o C

- Các giá trị khối lượng PTPB khảo sát: 0,3 g; 0,4 g; 0,5 g; 0,6 g; 0,7 g

Sau khi phản ứng, hỗn hợp được để ổn định trong 12 giờ tại nhiệt độ phòng, sau đó lọc rửa kết tủa với nước cất để loại bỏ PTPB dư và ion bromua, kiểm tra bằng dung dịch AgNO3 0,1M Sản phẩm được làm khô ở 80oC, nghiền mịn, thu được sét hữu cơ Đánh giá các mẫu sản phẩm sét hữu cơ bằng giản đồ XRD và phân tích nhiệt

2.2.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ điều chế

Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ

Cách ti n hành: Lấy 0,05 gam phenol đỏ vào bình định mức 1000ml rồi pha

với nước nóng ở khoảng 70oC để được phenol đỏ có nồng độ 50mg/l Sau đó tiếp tục pha thành các dung dịch có nồng độ lần lượt là: 1mg/l, 2mg/l, 5mg/l, 10mg/l, 15mg/l, 20mg/l, 25mg/l, 30mg/l, 40mg/l, 50mg/l Đo độ hấp thụ quang của phenol đỏ ở bước sóng 432 nm

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian

Cách ti n hành: Chuẩn bị 6 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình

0,05 gam bentonit và 50ml dung dịch phenol đỏ có nồng độ ban đầu 50mg/l Các mẫu được lắc đều trong khoảng thời gian lần lượt là: 15, 30, 45, 60, 90, 100 phút ở nhiệt

độ phòng Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ phenol đỏ còn lại sau mỗi khoảng thời gian trên

Tiến hành tương tự như trên với sét hữu cơ điều chế

Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng ent-BT và s t h u cơ đi u ch

Cách ti n hành: Chuẩn bị 8 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình

khối lượng bentonit lần lượt là: 0,01g, 0,02g; 0,03g; 0,04g; 0,05g; 0,06g; 0,08g; 0,1g

và 50ml dung dịch phenol đỏ có nồng độ ban đầu 50mg/l Các mẫu được lắc đều cùng khoảng thời gian 90 phút ở nhiệt độ phòng Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ phenol đỏ còn lại sau mỗi khoảng thời gian trên

Tiến hành tương tự như trên với sét hữu cơ điều chế nhưng lắc trong khoảng

thời gian 60 phút

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ

Cách ti n hành: Chuẩn bị 8 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào mỗi

bình 0,05 gam bentonit và 50ml dung dịch phenol đỏ ở các nồng độ ban đầu lần lượt