Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit (ấn độ) với tetrađecyltrimetyl amoni bromua và khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ

Bentonit 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 từ môi trường nhiều chất vô cơ và hữu cơ, đặc biệt là các chất c

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TRẦN THỊ QUỲNH ANH

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ

TỪ BENTONIT (ẤN ĐỘ) VỚI TETRAĐECYLTRIMETYL AMONI BROMUA

VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL ĐỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2019

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TRẦN THỊ QUỲNH ANH

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ

TỪ BENTONIT (ẤN ĐỘ) VỚI TETRAĐECYLTRIMETYL AMONI BROMUA

VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL ĐỎ

Ngành: Hóa vô cơ

Mã ngành: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Hà Thanh

THÁI NGUYÊN - 2019

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong một công trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 04 năm 2019

Tác giả luận văn

Trần Thị Quỳnh Anh

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên ngành

Hóa Phân tích, Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, em

đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các em sinh viên, bạn bè và gia

đình

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS Phạm Thị Hà Thanh,

cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để em có thể

hoàn thành luận văn này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo trong Khoa

Hóa học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái

Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình học tập và

nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của

bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu của em có thể còn nhiều thiếu sót Em rất

mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo để luận văn của em được

hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 04 năm 2019

Tác giả luận văn

Trần Thị Quỳnh Anh

Trang 5

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các kí hiệu, 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 Giới thiệu về bentonit 2

1.1.1 Thành phần hóa học của bentonit 2

1.1.2 Cấu trúc của MMT 2

1.1.3 Tính chất của bentonit 4

1.1.4 Những ứng dụng của bentonit 6

1.1.5 Nguồn tài nguyên bentonit trên thế giới 9

1.2 Sét hữu cơ 11

1.2.1 Giới thiệu về sét hữu cơ 11

1.2.2 Cấu tạo sét hữu cơ 12

1.2.3 Biến tính sét hữu cơ 13

1.2.4 Tính chất của sét hữu cơ 15

1.2.5 Ứng dụng của sét hữu cơ 16

1.2.6 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ bằng phương pháp khuếch tán trong dung dịch nước 18

1.3 Giới thiệu về tetrađecyltrimetyl amoni bromua 20

1.4 Giới thiệu về phenol đỏ 20

1.5 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 22

1.5.1 Bản chất của quá trình hấp phụ 22

1.5.2 Phân loại hấp phụ 22

1.5.3 Cân bằng hấp phụ và dung lượng hấp phụ 23

1.5.4 Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ 25

Trang 6

Chương 2: THỰC NGHIỆM 29

2.1 Hóa chất, dụng cụ 29

2.1.1 Hóa chất 29

2.1.2 Dụng cụ 29

2.2 Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ trong môi trường nước 29

2.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent-A và sét hữu cơ điều chế 30

2.4 Các phương pháp nghiên cứu 33

2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 33

2.4.2 Phương pháp xác định hàm lượng cation hữu cơ trong sét hữu cơ 33

2.4.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 34

2.4.4 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 35

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình điều chế sét hữu cơ 36

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 36

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TMAB/bent-A 38

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH 40

3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 42

3.2 Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 44

3.2.1 Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp nhiễu xạ tia X 44

3.2.2 Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp phân tích nhiệt 45

3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế 48

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 48

3.3.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 50

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bent-A; sét hữu cơ điều chế 51

3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ 53

3.3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 55

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

bent-A Bentonit Ấn Độ

CEC Dung lượng trao đổi cation

d001 Khoảng cách giữa hai mặt mạng MMT Montmorillonit

TMAB Tetrađecyltrimetyl amoni bromua

SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Sản lượng bentonit của thế giới giai đoạn 2005 -2007 9 Bảng 1.2: Thành phần bentonit Ấn Độ 10 Bảng 2.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ 32 Bảng 3.1: Giá trị d001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhậpcủa các mẫu sét

hữu cơ khảo sát theo nhiệt độ 37 Bảng 3.2: Giá trị d001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập củacác mẫu sét

hữu cơ khảo sát theo tỉ lệ TMAB/bent-A 39 Bảng 3.3: Giá trị d001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập củacác mẫu sét

hữu cơ khảo sát theo giá trị pH 41 Bảng 3.4: Giá trị d001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập củacác mẫu sét

hữu khảo sát theo thời gian 43 Bảng 3.5: Kết quả phân tích hiệu ứng mất khối lượng củabent-A và sét hữu cơ

điều chế ở điều kiện tối ưu 46 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụvào pH của bent-A

và sét hữu cơ 48 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian 50 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của khối lượng bent-A, sét hữu cơ đến dung lượng và hiệu

suất hấp phụ phenol đỏ 52 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ban đầu đến dung lượng và hiệu

suất hấp phụ của sét hữu cơ 54 Bảng 3.10: Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir bcủa bent-

A và sét hữu cơ điều chế 57

Trang 9

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể MMT được biểu diễn trong mạng tinh thể 3

Hình 1.2a: Cấu trúc tứ diện SiO2 3

Hình 1.3b: Cấu trúc bát diện MeO6 3

Hình 1.3: Mô tả cấu trúc của sét sau khi biến tính hữu cơ (organoclay) 12

Hình 1.4: Trạng thái phân ly của khoáng sét trong dung dịch 13

Hình 1.5: Công thức cấu tạo của TMAB [CH3(CH2)13N(Br)(CH3)3] 20

Hình 1.6: Công thức cấu tạo của phenol đỏ 20

Hình 1.7: Cân bằng phản ứng của phenol vàng và phenol đỏ 21

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp sét hữu cơ 30

Hình 2.2: Đường chuẩn của phenol đỏ 32

Hình 3.1: Giản đồ XRD của bent-A 36

Hình 3.2: Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ khảo sát ở các nhiệt độ20oC, 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC 37

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của d001 vào nhiệt độ (oC) 38

Hình 3.4: Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ khảo sát theocác tỉ lệ khối lượng TMAB/bent-A bằng 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 38

Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự phụ của giá trị d001 vào tỉ lệ TMAB/bent-A 39

Hình 3.6: Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ khảo sáttheo giá trị pH bằng 6, 7, 8, 9, 10, 11 40

Hình 3.7: Sự phụ thuộc của giá trị d001 vào pH dung dịch 41

Hình 3.8: Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ khảo sáttheo thời gian 2, 3, 4, 5, 6, 7 giờ 42

Hình 3.9: Sự phụ thuộc của giá trị d001 vào thời gian phản ứng 43

Hình 3.10: Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 44

Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt của bent-A 45

Hình 3.12: Giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 45

Hình 3.13: Ảnh SEM của bent-A (a); sét hữu cơ điều chế (b) 47

Trang 10

Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH dung dịch đến dung lượng hấp

phụ phenol đỏ của bent-A và sét hữu cơ điều chế 49 Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ

phenol đỏ của bent-A và sét hữu cơ điều chế 51 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bent-A,sét hữu cơ điều

chế đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ 53 Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ban đầu đến khả

năng hấp phụ phenol đỏ của bent-A và sét hữu cơ điều chế 55 Hình 3.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của bent-A đối với phenol đỏ 55 Hình 3.19: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của

bent-A 56 Hình 3.20: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của sét hữu cơ điều chếđối với

phenol đỏ 56 Hình 3.21: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cfđối với sự hấp phụ phenol đỏ của sét

hữu cơ điều chế 57

Trang 11

MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, hiện nay ô nhiễm môi trường đang là vấn đề quan tâm của toàn nhân loại trên thế giới, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước Thực tế cho thấy chính các hoạt động của con người như khai thác khoáng sản không hợp lý, sự rò rỉ phóng

xạ, nước thải của các nhà máy, làm cho nguồn nước nói chung và nguồn nước ngầm nói riêng ngày càng bị ô nhiễm nặng nề Đáng chú ý là sự tồn tại của các hợp chất hữu

cơ độc và khó bị phân hủy có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật và gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho cơ thể con người cũng như sinh vật như: phenol, các hợp chất của phenol, các loại thuốc nhuộm, Rhodamin, xanh metylen… Vì vậy việc xử lý và loại bỏ các loại chất này là rất cần thiết và cấp bách Do tính cấp thiết của vấn đề này

mà vài thập kỉ gần đây các nhà khoa học trên thế giới đã và đang nghiên cứu thiết lập các quy trình công nghệ xử lý nguồn nước ô nhiễm hoặc chế tạo các vật liệu để loại bỏ các chất độc hại trong nguồn nước Vì thế, nhiều phương pháp xử lý đã được ra đời điển hình như: phương pháp hấp thụ, phương pháp sinh học, phương pháp oxi hóa khử…

Trong đó phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác vì vật liệu sử dụng làm hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm Trong số các vật liệu hấp phụ dùng để xử lý môi trường nói chung thì bentonit là một trong những vật liệu được ứng dụng nhiều nhất

Bentonit 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 từ môi trường nhiều chất vô cơ và hữu cơ, đặc biệt là các chất có độc tính với con người, động vật và thực vật, bentonit còn làm tăng độ bền cơ học, tăng tính dẻo và làm cho cấu trúc đất tăng tính trương và giữ được dưỡng chất cần thiết trong đất; hạn chế hoặc chống lại sự rửa trôi các chất dinh dưỡng về mùa mưa… Vì vậy, với mục đích điều chế được sét hữu cơ có khả năng

hấp thụ tốt, đáp ứng yêu cầu về xử lý môi trường nên tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu

điều chế sét hữu cơ từ bentonit (Ấn Độ) với tetrađecyltrimetyl amoni bromua và khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ”

Trang 12

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về bentonit

Bentonit là một loại khoáng sét cực mịn, có tính keo cao,trương phồng mạnh trong nước,được phát hiện vào năm 1848 bởi Wilbur C.Knight người Mĩ Tên của

nó được đặt theo tên của thành phố Fort Benton thuộc tiểu bang Wyoming, Hoa Kì, nơi đầu tiên phát hiện ra bentonit Nhờ những thuộc tính ưu việt được phát hiện Bentonit ngày được ứng dụng ngày càng nhiều vào đời sống, sản xuất, nhất là trong xây dựng, khai thác mỏ, sản xuất thực phẩm, các ứng dụng trong nông nghiệp

1.1.1 Thành phần hóa học của bentonit

Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, có thành phần chính là montmorillonite (MMT) Vì vậy có thể gọi bentonit theo thành phần chính là MMT Công thức đơn giản của MMT là Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa đơn vị tế bào cấu trúc Công thức lý tưởng của MMT 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 MMT, ngoài sự có mặt của Si và Al, ta còn thấy có

sự xuất hiện của nguyên tố khác như: Fe, Zn, Mg, Na, K,…Trong đó tỉ lệ Al2O3 : SiO2 từ 1:2 đến 1:4 MMT là thành phần chính của sét bentonit (chiếm 60-70%) với hàm lượng lớn MMT nên bentonit được gọi tên theo khoáng vật chính là MMT

Ngoài thành phần chính là MMT, trong bentonit còn chứa một số khoáng sét khác như hectorit, saponit và một số khoáng phi sét; canxit, pirit, manhetit, các muối kiềm và một số chất hữu cơ khác

1.1.2 Cấu trúc của MMT

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 9,6 Å Trong không gian giữa các lớp cấu trúc còn tồn tại các phân tử nước và nước có xu hướng tạo

Trang 13

vỏ hiđrat với các cation trong đó Các lớp này liên kết với nhau bởi lực Van-đec-van [8,] [10]

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

Sự hình thành MMT trong tự nhiên thường có sự thay thế đồng hình giữa Si4+

với Al3+ ở tấm tứ diện và của Al3+ cho Mg2+ hoặc Fe2+ ở tấm bát diện nên giữa các lớp MMT có điện tích âm Các điện tích âm này được trung hòa bởi các cation kim loại kiềm hoặc kiềm thổ như Na+, K+, Ca2+, Mg2+,… ở giữa các lớp này Các lớp MMT có điện tích không giống nhau nên trong tính toán phải lấy giá trị điện tích trung bình của toàn bộ tinh thể

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

Trang 14

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 [1], [8], [10]

1.1.3 Tính chất của bentonit

Do thành phần chính của bentonit là MMT tương đối xốp, có cấu trúc lớp aluminosilicat liên kết với nhau bằng liên kết hiđro, có sự bù trừ điện tích giữa các lớp nên bentonit có các tính chất sau: khả năng trương nở, hấp phụ, trao đổi cation, kết dính, nhớt dẻo và trơ Trong đó tính chất quan trọng nhất của bentonit là tính trương

nở, hấp phụ và trao đổi ion [8], [9]

Tính chất trao đổi ion

Đặc trưng cơ bản của bentonit là khả năng trao đổi ion do trên bề mặt của các lớp sét có các trung tâm (O, OH) mang điện tích âm có khả năng hấp phụ và trao đổi cation Đồng thời tính chất đó còn là do sự thay thế đồng hình các cation Ví dụ như khi Si4+ trong mạng tứ diện bị thay thế bởi Al3+ hoặc Fe3+, hoặc Al3+ trong mạng bát diện bị thay thế bởi Mg2+, Fe3+, Zn2+ thì sự thay thế các ion điện tích cao này bằng các ion điện tích thấp hơn sẽ gây thiếu hụt điện tích dương trong cấu trúc tứ diện và bát diện tạo ra điện tích âm trên bề mặt phiến sét

Đối với bentonit sự thay thế đồng hình chủ yếu xảy ra trong lớp bát diện, ở giữa hai lớp tứ diện của phiến sét Do đó liên kết của cation với bề mặt lớp sét làm liên kết yếu và các cation đó có thể bị thay thế bởi các cation khác Khả năng trao 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 càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi càng lớn

Khả 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 trật tự như sau: Li+ > Na+ > K+ > Cu2+ > Fe2+ > Al3+

Trang 15

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 bentonit 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 khả năng trao đổi càng lớn Dung lượng cation dao động từ 80 ÷ 150 mgđl/100g bentonit

Dung lượng trao đổi anion dao động từ 15 ÷ 40 mgđl/100g bentonit Ngoài ra,

sự trao đổi ion của bentonit còn liên quan đến sự thay thế các nguyên tử hiđro trong các nhóm hiđroxyl của MMT 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 hiđroxyl 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 đó nhóm hiđroxyl của liên kết Si-OH không có khả năng trao đổi hiđro, nhóm hiđroxyl trong liên kết Al-OH có tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu Nhóm hiđroxyl trong liên kết Si-OH-Al có tính trao đổi mạnh nên có tính quyết định đến trao đổi cation H+ [7]

Tính trương nở

Sự trương nở của bentonit xảy ra khi bentonit hấp phụ hơi nước hay tiếp xúc với nước, các phân tử nước sẽ xâm nhập vào bên trong các lớp, làm khoảng cách này tăng lên từ 12,5Åđến 20Å tùy thuộc vào loại bentonit và lượng nước bị hấp phụ Sự tăng khoảng cách d001 được giải thích do sự hiđrat hóa của các cation giữa các lớp Sự trương

nở phụ thuộc vào bản chất khoáng sét, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình trong môi trường phân tán Lượng nước được hấp phụ vào giữa các lớp phụ thuộc vào khả năng hiđrat hóa của các cation Độ trương nở (n) được tính theo công thức:

𝑛 = 𝑉 − 𝑉

0

𝑉0 100%

Trong đó: V0 là thể tích ban đầu của bentonit

V là thể tích trương nở trong nước của bentonit

Trang 16

Tính hấp phụ

Tính chất hấp phụ của bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc lớp của chúng Với kích thước hạt nhỏ hơn 2μm và có cấu trúc mạng tinh thể dạng lớp nên bentonit có bề mặt riêng lớn Diện tích bề mặt của bentonit gồm diện tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong Diện tích bề mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể Bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt Sự hấp phụ bề mặt trong của bentonit có thể xảy ra với chất bị hấp phụ

là các ion vô cơ, chất hữu cơ phân cực [3]

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

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

1.1.4 Những ứng dụng của bentonit

Ngày nay bentonit được sử dụng rộng khắp trong nghành công nghiệp hóa học, thực phẩm, xây dựng, khoan thăm dò khoáng sản, đặc biệt là trong công nghiệp dầu khí, bentonit được dùng để pha chế dung dịch khoan và công nghiệp chế biến dầu mỏ, làm keo chống thấm trong các đập thủy điện thủy lợi, các công trình xây dựng Hiện nay, phạm vi sử dụng bentonit lại càng được phát triển và mở rộng nhờ khả năng hấp thụ và trao đổi ion nên bentonit được dùng để chế tạo các vật liệu hấp phụ dùng cho mục đích sử lí môi trường, dùng làm sạch dầu thực vật và chế tạo xúc tác, trong công nghiệp giấy, cao su, trong nghành đúc, luyện kim và ứng dụng trong việc chế tạo vật

Trang 17

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 do tránh được phản ứng thủy phân

Ngoài ra, do tính hấp phụ đặc biệt tốt nên bentonit được sử dụng để tạo ra các dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp Vì vậy, cùng với sự phát triển của nghành thăm dò và khai thác dầu khí, lượng bentonit được sử dụng trong việc sản xuất dung dịch khoan ngày càng tăng

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

Làm tăng sức trở của dung dịch khoan thông qua độ nhớt được tăng ở nồng

Ngoài ra, do bentonit có khả năng hấp phụ cao nên có thể hấp phụ các chất xúc tác trên bề mặt trong giữa các lớp và được sử dụng làm chất xúc tác cho nhiều phản ứng

Trang 18

Trong y tế và công nghiệp sản xuất mỹ phẩm

- Trong lĩnh vực y tế: Nó được sử dụng như là một thành phần quan trọng trong

các loại thuốc và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe Nó là thành phần quan trọng trong các loại kem, thuốc nước, chất kích thích và bôi Bentonit có tác dụng giải độc cho các trường hợp bị ngộ độc bởi các kim loại nặng nhờ khả năng hấp thụ tốt các ion của kim loại này Ngoài ra nó có tác dụng cải thiện khả năng tiêu hóa, giảm bớt hội chứng kích thích đường ruột, có tác dụng cai nghiện, hấp thụ các vi-rut gây bệnh trong cơ thể…

- Trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm: Do có đặc tính hấp phụ cao và khả năng

giữ ẩm tốt, bentonit được ứng dụng trong nghành công nghiệp mỹ phẩm với vai trò làm chất hấp phụ lượng protein thừa cũng như bụi bẩn, vi khuẩn trên da góp phần ngăn ngừa mụn, đồng thời nhờ khả năng giữ ẩm cao nên nó giúp bảo vệ da, làm giảm các nết nhăn, tăng độ nhớt của các sản phẩm làm đẹp…

Trong nông nghiệp

- Trong nghành trồng trọt: Do có khả năng hút ẩm cao và trương nở mạnh khi

tiếp xúc với nước nên bentonit tỏ ra hiệu quả trong việc cải tạo đất, tăng khả năng giữ

ẩm cho đất, tăng tính trương nở, tính dẻo, độ bền cơ học, độ bền trong nước của đất cũng như tăng khả năng giữ chất dinh dưỡng, hạn chế hoặc chống lại sự rửa trôi các chất dinh dưỡng có trong đất vào mùa mưa, đồng thời loại bỏ các chất độc hại có trong đất nhờ khả năng hấp thụ chúng, góp phần nâng cao chất lượng đất, tăng chất lượng cũng như sản lượng nông sản…

- Trong chăn nuôi: Bentonit được ứng dụng nhiều trong việc chế biến thức ăn

gia súc, nó đóng vai trò như một chất hấp phụ các độc tố có trong thức ăn, tạo chất kết dính, tăng độ bền của viên thức ăn đồng thời cũng làm chất độn, góp phần giảm giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm

Trong công nghiêp xây dựng và luyện kim:

-Trong Xây Dựng: Công nghiệp xây dựng là một trong những nghành sử dụng

bentonit từ khá sớm, nó được ứng dụng rỗng rãi vào tất cả các lĩnh vực của nghành xây dựng, từ những ứng dụng trong khoan gia cố nền móng, chống thấm trong các công trình xây dựng dân dụng, đê điều, đập thủy điện tới những ứng dụng trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng xi măng, gạch…

Trang 19

- Trong công nghiệp Luyện kim: nhờ có tính dẻo ưu việt nên bentonit được sử

dụng để chế tạo các khuôn đúc, vê nhỏ quặng trước khi đưa vào lò, hay những ứng dụng của tính chất hấp thụ tốt trong công tác tuyển và sơ chế quặng trước khi đưa vào quá trình luyện kim

1.1.5 Nguồn tài nguyên bentonit trên thế giới

Trên thế giới

Tình hình sản xuất:

Hiện nay bentonit được sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới với sản lượng tương đối lớn Năm 2007 sản lượng bentonit toàn cầu ước đạt 16 triệu tấn, trong đó Mĩ và Trung Quốc là hai quốc gia dẫn đầu về sản xuất bentonit với sản lượng lần lượt ước đạt khoảng 5,1 triệu và 3,2 triệu tấn, chiếm hơn 50% sản lượng bentonit toàn thế giới Ngoài ra phải kể đến một số nước có sản lượng bentonit lớn khác như Hy Lạp, Ấn

Độ, Mexico, Italia, Nhật Bản, Nga, Thổ Nhĩ Kì….(bảng 1.1)

Bảng 1.1: Sản lượng bentonit của thế giới giai đoạn 2005 -2007

Sản lượng (tấn) Năm

Trang 20

Trong nước

Trữ lượng và khả năng khai thác bentonit ở nước ta

Hiện nay nguồn bentonit ở nước ta khá phong phú, có thể khai thác với trữ lượng ước đạt 93 triệu tấn quặng Bentonit phân bố ở một số nơi như: Cổ Định (Thanh Hóa), Tam Bố, Đa Lé (Lâm Đồng), Nhá Mé (Bình Thuận) và một số địa điểm ở Bà Rịa Vũng Tàu Mỏ sét Nha Mé (Tuy Phong - Bình Thuận) là mỏ bentonit kiềm duy nhất ở Việt Nam

có trữ lượng hàng triệu tấn, thuộc loại lớn trên thế giới hiện nay

Quặng bentonit của Việt Nam được các chuyên gia đánh giá cao về chất lượng cũng như tiềm năng khai thác lớn Vì vậy chúng ta hoàn toàn có thể kì vọng vào nguồn bentonit trong nước có khả năng đáp ứng đầy đủ các tính chất để đáp ứng được nhu cầu trong nước, hạn chế việc phải nhập khẩu từ bên ngoài và còn nâng cao trữ lượng

để xuất khẩu ra thị trường thế giới [8], [11]

Giới thiệu về bentonit Ấn Độ

Các mỏ bentonit được tìm thấy trong khu vực Kutch, ở vùng Gujarat ở phía Tây của Ấn Độ có nguồn gốc núi lửa Nó được hình thành từ hàng triệu năm trước đây, có thể từ tro núi lửa rơi vào nước muối ứ đọng trong điều kiện khô cằn Do các đặc tính

tự nhiên của tro núi lửa, thành phần hóa học của bentonit này là hơi khác so với bentonit trên thế giới Bentonit với hàm lượng sắt cao hơn mang đến cho nó màu sẫm hơn các loại bentonit khác Do kích thước hạt rất mịn, bentonit này cho khả năng trương nở và kết dính mạnh Những khác biệt này làm bentonit ở đây có số lượng ứng dụng lớn nhất trong các ngành công nghiệp khác nhau trên toàn thế giới

Thành phần của bentonit Ấn Độ được trình bày trong bảng 1.2

Trang 21

1.2 Sét hữu cơ

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 bao gồm các cation amoni hữu cơ (bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc

4, mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng), các aminoaxit, ancol… trong đó các cation amoni hữu cơ bậc 4 được dùng nhiều nhất Cụ thể các loại khoáng sét MMT, beidelit, 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 các 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

Các nghiên cứu về tương tác giữa các khoáng sét và các hợp chất hữu cơ đã được thực hiện từ những năm đầu của thế kỉ XX và tăng lên không ngừng về số lượng

và đa dạng về đề tài Năm 1939, Gieseking nhận thấy xanh metylen có khả năng thay thế cation giữa các lớp sét Kết quả này mở ra khả năng sử dụng các ion amoni (NH3R+,

NH2R2+, NHR3+ và NR4+) vào cơ chế trao đổi ion trong khoáng sét Vì vậy các hợp chất hữu cơ phân cực khi tiếp xúc với khoáng sét sẽ dễ dàng đẩy và chiếm chỗ các phân

tử nước nằm ở khoảng không gian giữa hai phiến sét Các phân tử phân cực liên kết yếu với oxi bề mặt của đỉnh tứ diện SiO4 nằm trong đơn vị cấu trúc sét bằng lực Van-đec-van Do vậy các phân tử hữu cơ phân cực trên bề mặt phiến sét rất linh động và dễ dàng bị thay thế bằng các phân tử khác Khác với chất hữu cơ phân cực, cation hữu cơ thay thế các cation vô cơ nằm ở giữa hai phiến sét và liên kết chặt chẽ với bề mặt phiến sét Sự tương tác này được gọi là hấp phụ trao đổi ion Nguyên tử nitơ của cation hữu

cơ gắn chặt vào bề mặt phiến sét còn đuôi hiđrocacbon sẽ thay thế vị trí các phân tử nước đã bị hấp phụ từ trước và nằm song song hoặc vuông góc với bề mặt sét Điều này xảy ra tương tự với các ion photphoni

Trang 22

1.2.2 Cấu tạo sét hữu cơ

Hữu cơ hóa MMT là phản ứng trao đổi giữa các cation kim loại có trong cấu trúc khoáng sét với các cation amoni hữu cơ Đây chính là quá trình trao đổi ion Na+,

K+ với nhóm mang điện tích dương ở đầu mạch của hợp chất hữu cơ mà điển hình là nhóm cation amoni với phần đuôi là các gốc hữu cơ khác nhau

Phần đuôi của hợp chất này có tính ưa dầu và là tác nhân đẩy xa khoảng cách giữa các lớp khoáng sét Sự tương tác cũng làm thay đổi sự phân cực của các lớp bằng

sự giảm năng lượng tự do trên bề mặt của sét Số các ion có thể xếp vào các khe phụ thuộc vào mật độ điện tích của sét và dung lượng cation trao đổi Độ dài mạch của chất hoạt động bề mặt cũng sẽ ảnh hưởng đến khoảng cách cơ bản giữa các lớp Ở mật độ điện tích nhỏ, chất hoạt động bề mặt thâm nhập và tạo thành một đơn lớp trong khe giữa các lớp Khi mật độ điện tích tăng lên có thể tạo ra hai lớp, ba lớp chất hoạt động

bề mặt trong khe giữa các lớp Ở những dung lượng cation trao đổi cation rất cao (trên

120 mgdl/100g) và các chất hoạt động bề mặt có mạch cacbon dài (trên 15C), sự thâm nhập có thể được sắp xếp như cấu trúc loại parafin Các đầu điện tích dương gắn chặt vào

bề mặt của lớp sét, còn đuôi hữu cơ lấp đầy khoảng không gian giữa các lớp, vì vậy mà khoảng cách cơ bản d001 của sét hữu cơ sẽ lớn hơn của sét ban đầu

Hình 1.3: Mô tả cấu trúc của sét sau khi biến tính hữu cơ (organoclay)

Trang 23

Quá trình giãn khoảng cách lớp MMT làm tăng khả năng xâm nhập của các chất hữu cơ hay polyme vào khoảng xen giữa các lớp

1.2.3 Biến tính sét hữu cơ

Bentonit là chất vô cơ, có tính ưa nước, trong khi đó nền polyme có tính kỵ nước nên bentonit rất khó trộn hợp với polyme Để tăng sự tương hợp giữa bentonit và polyme, người ta đã phải biến tính bentonit Một số phương pháp có thể dùng để biến tính bentonit như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp dùng chất hoạt động bề mặt, phương pháp trùng hợp các monome tạo polyme trực tiếp, trong đó thường sử dụng là phương pháp trao đổi ion được mô tả trong hình 1.4

Hình 1.4: Trạng thái phân ly của khoáng sét trong dung dịch

Phản ứng hữu cơ hóa MMT xảy ra theo phương trình sau:

R - N+ + Na+ - MMT  MMT - N+ - R + Na+ Khả năng khuếch tán của muối alkyl amoni phụ thuộc vào điện tích thứ bậc của muối amoni và cấu tạo gốc R Các gốc hữu cơ càng cồng kềnh thì khả năng khuếch tán càng khó nhưng khả năng làm giãn khoảng cách giữa hai lớp MMT càng lớn

Phương pháp trao đổi ion

Để làm cho MMT trở nên kị nước, tương hợp tốt với polyme, các cation ở khoảng giữa các lớp clay được thay thế bằng các chất hoạt động bề mặt cation như ankyl amoni hay ankyl photphat Các cation có thể thay thế thông dụng nhất là Na+,

Ca2+, Mg2+, H+, K+ và NH4+ Quá trình thay thế xảy ra như sau:

Trang 24

Khi biến tính bằng các chất hoạt động bề mặt cation thì đầu mang điện dương hướng về phía các mặt sét (do tương tác điện Culong) còn các mạch ankyl hướng ra ngoài

Sau khi biến tính hữu cơ, bề mặt sét trở nên kị nước một phần, năng lượng bề mặt của nó giảm nên dễ tương hợp với các polyme hữu cơ Kích thước của nhóm ankyl càng lớn thì tính kỵ nước và khoảng cách giữa các lớp sét càng cao

Sự sắp xếp mạch ankyl trong khoảng giữa các lớp sét phụ thuộc vào 2 yếu tố

là mật độ điện tích của sét và loại chất hoạt động bề mặt Mạch ankyl càng dài, mật độ điện tích của sét càng lớn thì khoảng cách giữa các lớp càng lớn

Mạch ankyl có thể sắp xếp song song với bề mặt sét tạo nên cấu trúc đơn lớp (khi mạch ankyl ngắn), hai lớp (khi mạch ankyl trung bình), hoặc giả ba lớp (khi mạch ankyl dài) (Hình 1.4) Tuy nhiên mạch ankyl cũng có thể không nằm song song mà lại nằm chéo so với bề mặt sét, khi đó tạo ra cấu trúc paraffin Cấu trúc paraffin cũng có thể đơn lớp hoặc hai lớp (hình 1.4) Khi mật độ điện tích sét cao và chất hoạt động bề mặt

có kích thước lớn thường tạo thành dạng 2 lớp giống chất lỏng Với dạng đơn lớp, hai lớp, giả ba lớp, khoảng cách cơ sở giữa các lớp sét tương ứng là d = 13,2 Å; 18,0 Å; 22,7

Å thể hiện sự sắp xếp không trật tự, giống chất lỏng Với dạng prafin, thì sự sắp xếp có trật tự hơn, các mạch ankyl không nằm song song với các mặt sét nữa mà nằm chéo với các ion dương ở vị trí đối nhau

Một số chất biến tính sét theo cơ chế trao đổi ion

Chất đầu tiên được dùng để biến tính sét trong công nghệ chế tạo vật liệu nanocomposite là amino axit Nhưng nhóm chất phổ biến nhất là các ion ankyl amoni,

do chúng có khả năng trao đổi dễ dàng với các ion nằm giữa các lớp clay

Ion ankyl amoni: MMT sau khi trao đổi cation với các ion ankyl amoni mạch dài thì có thể phân tán được trong các chất lỏng hữu cơ phân cực tạo nên cấu trúc gel Các ion ankyl amoni có thể xen vào giữa các lớp sét một cách dễ dàng tạo ra amino axit để tổng hợp nên nanocomposite trên cơ sở polyme Ion ankyl amoni được sử dụng rộng rãi nhất là các ion tạo bởi các ankyl bậc 1 trong môi trường axit Công thức hoá học chung của chúng là: CH3 - (CH2)n - NH3+, trong đó n =1 ÷ 18

Trang 25

Amino axit: Amino axit là những phân tử có chứa cả nhóm amino (- NH2) mang tính bazơ và nhóm cacboxylic (-COOH) mang tính axit Trong môi trường axit, một proton của nhóm -COOH chuyển sang nhóm -NH2 tạo thành NH3+ Lúc này có sự trao đổi cation giữa NH3+ và các cation tồn tại ở giữa các lớp sét (như Na+, K+) làm cho sét biến tính có tính ưa dầu Trong công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở polyamit-6 và sét của nhóm các nhà khoa học thuộc tập đoàn Toyota, loại ω-amino axit này đã được sử dụng thành công để biến tính sét [8]

Một số phương pháp biến tính khác

Ngoài phương pháp trao đổi ion, người ta còn có thể dùng một số chất hoạt động

bề mặt để biến tính sét mà tiêu biểu trong số đó là hợp chất silan

Silan thường được sử dụng trong chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở polyeste không no và sét Silan là các monome silicon hữu cơ được đặc trưng bởi công thức hoá học R-SiX3 Trong đó, R là nhóm chức hữu cơ được gắn vào Si, X là nhóm

có thể bị thuỷ phân để tạo thành nhóm silanol Silan có thể phản ứng với bề mặt của các chất vô cơ tạo nên các liên kết oxan hoặc hyđro Các bề mặt này có đặc trưng là chứa các nhóm OH gắn vào nguyên tử Si hoặc Al Trong nanoclay, các nhóm OH xuất hiện trên bề mặt các lớp sét Silan trước tiên được chuyển thành các hợp chất silanol bằng phản ứng thuỷ phân Sau đó silanol phản ứng với các nhóm OH trên bề mặt sét tạo thành các liên kết oxan và liên kết hyđro [16]

1.2.4 Tính chất của sét hữu cơ

Do có cấu trúc lớp với các lá aluminosilicate ưa nước và các cation hoặc phân

tử hữu cơ thâm nhập vào khoảng không gian giữa các lớp nên sét hữu cơ, về nguyên tắc, là vật liệu vừa ưa nước ưa hữu cơ Vì vậy sét hữu cơ có các tính chất đặc trưng như: hấp phụ các chất hữu cơ từ pha lỏng và pha hơi, trương nở tốt thậm chí bóc tách lớp trong môi trường hữu cơ lỏng hoặc nóng chảy, lưu biến tốt trong môi trường 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,

Trang 26

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 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

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

và sét hữu cơ, tại nồng độ muối amoni hữu cơ thấp thì sét hữu cơ 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

Một điều cần lưu ý là một lượng nước nhỏ khoảng 1 - 2% so với trọng lượng của sét hữu cơ cũng rất quan trọng trong quá trình hình thành gel Vai trò của nước là làm cho độ linh động của các cation amoni bậc 4 trên bề mặt sét tăng lên Nước gây ra trạng thái lưỡng cực (làm sét vừa ưa nước, vừa ưa dầu) trên bề mặt sét và tạo nên lực đẩy lưỡng cực góp phần thúc đẩy quá trình trương nở của sét hữu cơ trong dung môi

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 ankyl amoni và ankyl photphoni 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

1.2.5 Ứng dụng của sét hữu cơ

Trang 27

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, nồi hơi, khuôn đúc, quá trình sản xuất nước nói chung, làm dung dịch khoan trong các giếng dầu…[4]

Làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu cơ

Khác với bentonit thông thường, sét hữu cơ trương nở và tạo gel trong dung môi hữu cơ Nhờ vậy sét hữu cơ ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Ví dụ: Trong công nghiệp dầu khí sét hữu cơ được dùng làm chất tạo cấu trúc cho dung dịch khoan, trong sơn lưu hóa nhiệt, dung dịch Paker, chất làm sạch dầu trong nhũ tương dầu/nước Ngoài ra, sét hữu cơ có cấu tạo vừa có khả năng tan trong nước vừa có khả năng tan trong dung môi hữu cơ nên khi kết hợp với các phần tử trong sơn sẽ tạo huyền phù Sét hữu cơ có cấu trúc rất ổn định ngay cả khi trong dung dịch có mặt một lượng lớn các cation kim loại Vì vậy, huyền phù sét hữu cơ trong dầu khá ổn định nhiệt, điều này cho phép sét hữu cơ có ứng dụng trong việc làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu cơ như sơn, dầu, mực in, dầu nhờn…[4], [5], [11]

Làm vật liệu compozit/polime nanocompozit

Vật liệu compozit /polime nanocomposzit đã tạo ra những biến đổi mạnh m trong hàng loạt các tính chất của polime hoặc các chất khác chỉ với một lượng rất nhỏ sét hữu cơ được thêm vào Trong công trình vật liệu compozit etylenvinyl axetat/sét hữu cơ thu được là vật liệu cách điện tốt khi hàm lượng sét hữu cơ bằng 1,5 % và 2% [11], [12], [15], [16], [18]

Ngoài ra, sét hữu cơ còn được sử dụng làm phụ gia sản xuất dầu bôi trơn, sơn, mực, mỹ phẩm, chất chống thấm,…

Trang 28

1.2.6 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ bằng phương pháp khuếch 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 được áp dụng chủ yếu đối với các tác nhân hữu cơ hóa là các muối amoni hữu

cơ và các photphoni hữu cơ Cơ chế phản ứng hữu cơ hóa sét MMT bằng các muối amoni

và photphoni hữu cơ đã được nhiều nhà khoa học quan tâm [4], [5], [15]

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 và phổ hồng ngoại [11], [15]

- Ảnh hưởng của cấu hình phân tử hữu cơ

Nếu chất hữu cơ là amin mạch thẳng có số nguyên tử cacbon nC < 13 thì d001 là 13,6 Å Còn 13 < nC < 18 thì d001 là 17,6 Å 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 nồng độ tác nhân hữu 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 [6]

- 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

Trang 29

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 nhiệt 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 điều kiện 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:

- 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 [4], [18]

- Ảnh hưởng của nhiệt 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 huỷ 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

pH phản ứng 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

Trang 30

với cation hữu cơ dễ dàng hơn Ngoài ra ở pH cao trên các cạnh của phiến sét các trung tâm tích điện dương sẽ 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 [3], [8]

1.3 Giới thiệu về tetrađecyltrimetyl amoni bromua

Tetrađecyltrimetyl amoni bromua (TMAB) là một muối amoni bậc bốn, có công thức phân tử là C17H38BrN Ở điều kiện thường TMAB là chất bột màu trắng, tan trong nước tạo thành dung dịch không màu Phân tử khối: 336,4 g/mol, nhiệt độ nóng chảy:

245 ÷ 250oC

1.4 Giới thiệu về phenol đỏ

Công thức phân tử: C19H14O5S

Công thức cấu tạo:

Hình 1.6: Công thức cấu tạo của phenol đỏ

Khối lượng mol: 354,38 g/mol Điểm nóng chảy > 300°C

Độ tan là 0,77 g/L trong nước (ở nhiệt độ 100°C) và 2,9 g/L trong etanol Điều kiện lưu trữ: từ 5°C tới 30°C

Trang 31

Hình 1.7: Cân bằng phản ứng của phenol vàng và phenol đỏ

Phenol đỏ tồn tại như một tinh thể màu đỏ, ổn định trong không khí Nó là một axit yếu với pKa = 8,00 ở 20°C

Phenol đỏ (còn được gọi là phenolsulfophthalein) được sử dụng như một chỉ số

pH, màu sắc của nó thể hiện một sự chuyển đổi dần dần từ màu vàng sang màu đỏ trên dải pH = 6,8 ÷ 8,2 Ở pH > 8,2 phenol đỏ có màu hồng tươi (fuchsia)

Phenol có ứng dụng lớn trong y học, sử dụng trong khử trùng phẫu thuật, sử dụng 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 (làm dầu nóng, làm thuốc giảm đau trong chứng viêm thấp khớp, đau cơ) Phenol, ankylphenol

và polyphenol là những nguyên liệu thô quan trọng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác nhau như: thuốc nhuộm, dược phẩm, chất dẻo, chất chống oxi hóa

Mặc dù có nhiều ứng dụng nhưng con người khi tiếp xúc với phenol dặc biệt là phenol đỏ trong không khí có thể bị kích ứng đường hô hấp, đau đầu, cay mắt, thậm chí gây tử vong, phenol đỏ là các chất độc gây ô nhiễm môi trường hàng đầu, chúng có thể gây hại đến sinh vật ngay ở nồng độ thấp, ở nồng độ cao có thể hủy diệt toàn bộ hệ sinh thái Phenol đi vào trong môi trường đất, nước và không khí là kết quả của các quá trình tự nhiên và các hoạt động của con người Trong môi trường đất, phenol được tìm thấy chủ yếu nhờ quá trình sa lắng bao gồm sa lắng khô và sa lắng ướt Trong đất thì

cả 2 loại vi sinh vật đất hiếu khí và kị khí đều có khả năng phân hủy phenol như một chất nền tăng trưởng, tuy nhiên khả năng phân hủy phenol nhanh thường thấy ở các loài sinh vật hiếu khí Sự tồn tại của phenol trong môi trường đất thường từ 2 đến 5 ngày Trong môi trường nước, phenol đi vào môi trường nước qua hoạt động xả thải trực tiếp của các nguồn công nghiệp, sa lắng từ không khí, ngấm từ đất vào nguồn nước

Trang 32

ngầm Phenol trong nước có thể tồn tại trong nước một tuần, hoặc nhiều hơn Mặt khác phenol liên kết tạo kết tủa sắt (III) hình thành trầm tích lắng đọng Phenol trong môi trường nước có khả năng gây ra độc cao, có thể thấy sự kiện tháng 6 năm 2016, Công

ty gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh đã gây ra thảm họa nghiêm trọng về hệ sinh thái biển Việt Nam nguyên nhân là do trong quá trình luyện cốc đã sinh ra các chất độc như xyanua và phenol Các chất này đã đi theo đường nước thải và gây nên hiện tượng cá chết hàng loạt tại 4 tỉnh miền Trung Phenol đi vào trong môi trường không khí qua khí thải của các ngành công nghiệp sản xuất, sử dụng và xử lý sản phẩm có chứa phenol và sự phân hủy của thực vật Phenol tồn tại trong không khí trong vòng 1,5 đến 2 ngày nó không di chuyển xa trong bầu khí quyển do bị loại bỏ khỏi bầu khí quyển bằng phản ứng oxi hóa với hyđroxyl và gốc nitrat, quang phân, lắng đọng ướt

1.5.2 Phân loại hấp phụ

Tùy theo bản chất và lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người

ta chia hấp phụ thành hai loại là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Trong hấp phụ vật lý các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với tiểu phân (nguyên

tử, phân tử, ion ) ở bề mặt chất hấp phụ bởi lực Van-đec-van

Nói cách khác, hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị khu trú trên bề mặt chất hấp phụ và bị giữ trên bề mặt này bằng những liên kết yếu như lực các phân tử (lực Van-đec-van) và liên kết hiđro, sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch và nhiệt hấp phụ này nhỏ khoảng 8 Kcal/mol

Trang 33

Trong hấp phụ hóa học có những lực hóa trị mạnh (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí) liên kết các phân tử bị hấp phụ với những tiểu phân của chất hấp phụ thành hợp chất bề mặt Nói cách khác, hấp phụ hóa học xảy ra khi chất bị hấp phụ tạo với chất hấp phụ hợp chất hóa học trên bề mặt pha hấp phụ Lực hóa học khi

đó là lực liên kết hóa học

Sự hấp phụ hóa học là luôn luôn bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ hóa học lớn,

có thể đạt tới giá trị 200 Kcal/mol

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ:

- Khối lượng phân tử

- Cấu trúc phân tử

- Loại và số lượng các nhóm chức

- Diện tích bề mặt riêng

- Số lượng vi lỗ có trong vật liệu

- pH của môi trường hấp phụ và pH của vật liệu

- Khối lượng vật liệu hấp phụ

- Thời gian hấp phụ

- Nồng độ chất hấp phụ

1.5.3 Cân bằng hấp phụ và dung lượng hấp phụ

Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch và có thể biểu diễn tương tự dưới dạng như một phản ứng hoá học

Trang 34

bề mặt của chất hấp phụ bằng tốc độ di chuyển của chúng ra ngoài pha lỏng hoặc khí Khi đó, quá trình hấp phụ đạt tới trạng thái cân bằng

+ 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 dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước

( Ci Cf ) V q

m





(1.1) Trong đó:

q: Dung lượng hấp phụ (mg/g)

V: Thể tích dung dịch (l)

m: Khối lượng chất hấp phụ (g)

Ci: Nồng độ dung dịch đầu (mg/l)

Cf: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)

Cũng có thể biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất hấp phụ trên một đơn vị diện tích bề mặt chất hấp phụ

S m

V C C

- H: là hiệu suất hấp phụ (%)

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

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

.100

o cb cb

Trang 35

1.5.4 Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ

Phương trình động học hấp phụ

Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau:

- Khuếch tán của các chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ

- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ

- Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định toàn bộ quá trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định

Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:

dx v dt

x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l)

t: thời gian (giây)

: hệ số chuyển khối

Ci: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu (mg/l)

Cf: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/l)

k: hằng số tốc độ hấp phụ

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g)

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt

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 dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung

Trang 36

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:

m = (Ci - Cf) V (1.5) Trong đó:

m: Lượng chất bị hấp phụ (g)

Ci: Nồng độ đầu của chất bị hấp phụ (mg/l)

Cf: Nồng độ cuối của chất bị hấp phụ (mg/l)

V: Thể tích của dung dịch cần hấp phụ (l)

Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt thường được sử dụng như: Langmuir,

Freundlich, Brunauer-Emmelt-Teller (BET),

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 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

1

f m

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:

Trang 37

b q

C q q

C

f f

1

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Đây là phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay vật lý Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ:

q = k.Cf1/n (1.11) Trong đó:

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

n: Hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

Phương trình Freundlich phản ánh khá tốt 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

Để xác định các hằng số, đưa phương trình trên về dạng đường thẳng:

lgq = lgk + lgCf (1.12) Đây là phương trình đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lgCf

n 1

Trang 38

Dựa vào đồ thị ta xác định được các giá trị k và n

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Sự phụ thuộc lgq vào

lgCf

tg = 1/n (1.13)

OM = lgk (1.14) Trong đề tài này chúng tôi tiến hành khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

lgq

M

Cf(mg/l)0

q (mg/g)

tg β

Trang 39

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ

2.1.1 Hóa chất

- Bentonit Ấn Độ (thành phần trong bảng 1.2)

- Tetrađecyltrimetyl amoni bromua (Sigma Aldrich), công thức phân tử:

C17H38BrN, công thức cấu tạo: CH3(CH2)13N(Br)(CH3)3

- Phenol đỏ: C19H14O5S (Trung Quốc)

- Các dung dịch HCl 0,1M; NaOH 0,1M; AgNO3 0,1M

- Nước cất

2.1.2 Dụng cụ

- Cốc chịu nhiệt các loại, đũa, thìa thủy tinh, pipet, ống đong, cối sứ, bình hút

ẩm, nhiệt kế,

- Cân điện tử, tủ sấy, máy khuấy từ, máy đo pH, máy lắc,

2.2 Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ trong môi trường nước

Trong đề tài này chúng tôi điều chế sét hữu cơ bằng phương pháp ướt Cách tiến hành như sau: cho 1,0 gam bentonit Ấn Độ vào 100 ml nước, khuấy trong 2 giờ, để yên trong 24 giờ cho sét trương nở tối đa tạo huyền phù bentonit 1%

TMAB được khuấy tan hoàn toàn trong 50 ml nước ở nhiệt độ 40 ÷ 50oC theo khối lượng khảo sát nhất định

Cho từ từ từng giọt dung dịch muối TMAB vào huyền phù bentonit 1%, điều chỉnh pH của dung dịch bằng dung dịch HCl 0,1M hoặc dung dịch NaOH 0,1M đến giá trị khảo sát

Tiếp tục khuấy ở nhiệt độ, thời gian, pH, tỉ lệ khối lượng TMAB/bentonit khảo sát trên máy khuấy từ Sau thời gian phản ứng, hỗn hợp được để ổn định trong 12 giờ tại nhiệt độ phòng Sét hữu cơ sau đó được lọc, rửa với nước cất để loại bỏ TMAB, ion bromua, kiểm tra bằng dung dịch AgNO3 0,1M Sản phẩm đem đi sấy khô ở 80oC trong

2 ngày, sau đó nghiền mịn thu được sét hữu cơ Đánh giá các mẫu sản phẩm sét hữu cơ thu được bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp phân tích nhiệt (TGA), phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Trang 40

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp sét hữu cơ

2.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của

bent-A và sét hữu cơ điều chế

Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ

Cách tiến hành: Lấy 0,05 gam phenol đỏ pha với nước nóng ở khoảng 70oC rồi chuyển vào bình định mức 1000ml rồi để được dung dịch 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, 3mg/l, 4mg/l, 5mg/l, 6 mg/l, 7 mg/l, 8 mg/l, 9 mg/l, 10 mg/l Đo độ hấp thụ quang của phenol

đỏ ở bước sóng 432nm

Khảo sát ảnh hưởng của pH

Cách tiến hành: Chuẩn bị 13 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình

0,05gam bent-A và 50ml dung dịch phenol đỏ có nồng độ ban đầu 50mg/l Các mẫu được điều chỉnh pH từ 1 ÷ 13 bằng dung dịch NaOH 0,1M hoặc HCl 0,1M; lắc đều trong khoảng thời gian 60 phút ở nhiệt độ phòng Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ phenol đỏ còn lại

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

Khuếch tán trong nước

Nghiền mịn

Làm khô

Rửa Khuấy trộn tạo huyền phù

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	2,97 MB