Nghiên cứu khả năng hấp phụ mangan trong dung dịch nước trên Bentonit Bình Thuận

hoa ly

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cam ñoan

Lời cảm ơn

Mục lục 3

MỞ ðẦU 3

PHẦN NỘI DUNG 5

Chương I: TỔNG QUAN VỀ BENTONIT I.1 Thành phần khoáng và thành phần hóa học của Bentonit 5

I.2 Cấu trúc của montmorilonit 6

I.3 Khả năng biến tính của Bentonit 11

I.3.1 Biến tính giữ nguyên lớp nhôm silicat 11

I.3.2 Biến tính làm biến ñổi cấu trúc lớp của nhôm silicat 12

I.3.3 Tính chất cấu trúc hấp phụ 13

I.4 Khả năng hấp phụ và tách loại Mn2+ trong dung môi nước bằng Bentonit 14

I.4.1 Cơ chế hấp phụ 14

I.4.2 Nhiệt ñộng học của quá trình hấp phụ 14

I.4.3 Khả năng hấp phụ- ðối tượng hấp phụ 15

I.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng 15

a Ảnh hưởng của pH 15

b Ảnh hưởng của nhiệt ñộ 16

c Ảnh hưởng của thời gian 16

d Ảnh hưởng của kích thước hạt, ñiều kiện khuấy trộn 16

e.Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng chất hấp phụ và thể tích của dung dịch hấp phụ :( m/V ) 16

I.5 Những ứng dụng chủ yếu của Bentonit 17

I.5.1 Bentonit dùng làm chất hấp phụ 17

I.5.6 Bentonit ñược dùng vào một số ứng dụng khác 19

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM II.1 Dụng cụ- hóa chất 20

II.2 Thành phần hóa học của mẫu quặng sử dụng ñể nghiên cứu 20

II.3 Phương pháp nghiên cứu 21

II.3.1 Phương pháp trắc quang phân tích Magan 21

II.3.2 Phương pháp xác ñịnh hấp dung của Mangan trong dung dịch 22

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN III.1 Xác ñịnh nồng ñộ Mn2+ trong dung dịch 25

III.2 Xác ñịnh thời gian ñạt cân bằng hấp phụ 26

III.3 Ảnh hưởng của khối lượng Bentonit dùng ñể hấp phụ 28

III.4 Ảnh hưởng của nồng ñộ chất bị hấp phụ 29

III.5 Ảnh hưởng của pH 31

III.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng chất hấp phụ và thể tích của dung dịch hấp phụ m/V 32

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

PHỤ LỤC P1

PHẦN I: MỞ ðẦU

1 Lý do chọn ñề tài

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 ðặc biệt là các chất có ñộc tính ñối với con người, ñộng vật, thực vật Ví dụ: các kim loại nặng (Pb, Hg, As…), các chất phóng xạ, các chất hữu cơ (phênol, dẫn xuất halogen…)

Theo [1] xét về mặt dinh dưỡng mangan là nguyên tố vi lượng, nhu cầu dinh dưỡng mỗi ngày từ 30-50µg/kg trọng lượng cơ thể Nhưng nếu hàm lượng lớn lại gây ñộc hại cho con người Mangan gây ñộc mạnh với nguyên sinh chất của tế bào, ñặc biệt là tác ñộng lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận và bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ ñộc nặng gây tử vong

Mangan ñi vào môi trường nước do quá trình rửa trôi, xói mòn và do các chất thải công nghiệp luyện kim, acquy, phân hóa học…

Theo [3] tiêu chuẩn WHO quy ñịnh trong nước uống hàm lượng mangan không quá 0,1 mg/l ðể xác ñịnh hàm lượng mangan có thể sử dụng các phương pháp phân tích hóa học

ðể tách các ion kim loại nặng khỏi môi trường nước người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau: kết tủa, oxi hoá- khử, ñiện hoá, hấp phụ, chiết, trao ñổi ion, hấp phụ bằng vi sinh vật…Trong ñó hấp phụ các kim loại nặng bằng các chất hấp phụ khác nhau như: than hoạt tính, các khoáng sét có nguồn gốc tự nhiên…ñược sử dụng khá phổ biến Bentonit là loại vật liệu có khả năng hấp phụ tốt các tác nhân ñộc hại trên nên ñược sử dụng phổ biến làm chất hấp phụ làm sạch nước Ngoài ra, bentonit còn ñược sử dụng ñể tẩy màu, chế dung dịch khoan, trong công nghiệp giấy…

Nước ta có trữ lượng bentonit tương ñối lớn, ở một số mỏ như Di Linh-Lâm ðồng, Thuận Hải - Bình Thuận… Do ñó, việc nghiên cứu khả năng sử dụng nguồn tài nguyên này ñể phục vụ cho nền kinh tế quốc dân là rất quan trọng Mặc khác, hiện nay nguy cơ nhiễm mangan là rất lớn Do ñó, việc nghiên cứu khả năng hấp phụ của bentonit ñối với mangan là một ñiều ñược nhiều nhà làm khoa học quan

tôi chọn ñề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ mangan trong dung dịch nước trên Bentonit Bình Thuận”

2 Mục ñích nghiên cứu

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ mangan trên bentonit Bình Thuận

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng hấp phụ: nồng ñộ bentonit, nồng ñộ Mn2+ trong dung dịch nước, pH của dung dịch hấp phụ, thời gian hấp phụ,

tỷ lệ thể tích của dung dịch hấp phụ và khối lượng bentonit dùng ñể hấp phụ

3 ðối tượng nghiên cứu

Khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hấp phụ

4 Giả thuyết khoa học

Nếu ñề tài nghiên cứu thành công, kết quả nghiên cứu sẽ có thể ứng dụng vào trong thực tiễn ñể loại bỏ mangan trong nước sinh hoạt

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ mangan trong dung dịch nước trên bentonit Bình Thuận

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hấp phụ của mangan trong dung dịch nước trên bentonit

6 Phạm vi nghiên cứu

Do giới hạn về thời gian nên tôi chỉ nghiên cứu khả năng hấp phụ mangan trên bentonit Bình Thuận và ảnh hưởng của pH, nồng ñộ, dung môi, thời gian ñến quá trình hấp phụ

7 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp thống kê số liệu

- Phương pháp phổ UV-VIS

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BENTONIT

I.1 THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA BENTONIT

Theo [9] bentonit là nguồn loại khoáng sét tự nhiên, có thành phần chính là montmorilonit Vì vậy có thể gọi bentonit theo thành phần chính là montmorilonit Công thức ñơn giản nhất của montmorilonit Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào ñơn vị cấu trúc Công thức lý tưởng của montmorilonit là Si8Al4O20(OH)4 cho một ñơn vị cấu trúc Tuy nhiên, thành phần của montmorilonit luôn khác với thành phần biểu diễn lý thuyết do có sự thay thế ñồng hình của các ion kim loại như Al3+, Fe2+,

Mn2+… vào vị trí Si4+ trong tứ diện SiO4 và của Al3+ trong bát diện AlO6

Như vậy, thành phần hóa học montmorilonit với sự có mặt Si, Al và O, còn

có các nguyên tố khác như: Fe, Zn, Mg, Na, K…ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng khác như:Ti, Tl,… trong ñó có tỷ lệ Al2O3: SiO2 từ 1:2 ñến 1:4

Ngoài thành phần chính là montmorilonit, trong bentonit thường còn chứa một số khoáng sét khác như hectorit, saponit, zeolite, mica, kaoline, beidilite, nontronite… và một số khoáng phi sét: canxi, pirit, manhetit, các muối kiềm và một

số chất hữu cơ khác

Mẫu quặng bentonit nguyên khai ñược chỉ ra trong hình 1.1, mẫu quặng bentonit ñã qua tinh chế ñược chỉ ra trong hình 1.2 Màu sắc của khoáng vật cũng khác nhau phụ thuộc vào thành phần nguyên tố của nó trong khoáng vật sét sử dụng

(a) (b)

Hình 1.1 Mẫu quặng bentonit nguyên khai

Hình 1.2 Mẫu quặng bentonit ñã qua tinh chế I.2 CẤU TRÚC CỦA MONTMORILONIT

I.2.1 Dạng không gian của montmorilonit

Theo [10 ] công thức phân tử chung của montmorilonit ñược biết thông

thường là (M nH O)(Al Mg )Si O (OH)x+ 2 4-y x 4 10 2, trong ñó M+ = Na+, K+, Mg2+, hay Ca2+,

trong ñiều kiện lý tưởng, x = 0,33

Trong công thức của montmorilonit, các nguyên tử Si nằm ở tâm mạng tứ

diện, còn các nguyên tử Al nằm ở tâm mạng bát diện (trong trường hợp mạng nhôm

silicat là trung hòa ñiện) Công thức khai triển của montmorilonit ñược trình bày

như hình 1.3

(a) (b)

(c)

Hình 1.3.Công thức khai triển không gian của montmorilonit lý tưởng

I.2.2 Cấu trúc tinh thể của montmorilonit

Các loại khoáng sét ñều ñược cấu tạo từ những tấm tứ diện SiO4 ( hình 1.4a)

và những tấm bát diện MeO6, với Me là các nguyên tố Al, Mg, Fe… ( hình 1.4 b)

Hình 1.4 (a) ñơn vị cấu trúc tứ diện (b) ñơn vị cấu trúc bát diện

Các tấm tứ diện ñược liên kết thành mạng tứ diện qua nguyên tử oxi theo không gian hai chiều của hai nguyên tử oxi góp chung nằm trên mặt phẳng và còn ñược gọi là oxi ñáy Các oxi ñáy liên kết và sắp xếp với nhau tạo thành một “lỗ” sáu cạnh, ở mỗi ñỉnh của sáu cạnh là nguyên tử oxi và ñược gọi là oxi ñỉnh

Hình 1.5 Mạng tứ diện

Hình 1.6 Sự sắp xếp “lỗ” sáu cạnh của oxi ñáy trong mạng tứ diện

Giống như mạng tứ diện, mạng bát diện ñược tạo thành từ các bát diện qua nguyên tử oxi theo không gian hai chiều

Hình 1.7 (a) ñơn vị cấu trúc tứ diện (b) ñơn vị cấu trúc bát diện

Cấu trúc tinh thể của montmorilonit ñược chỉ ra trong hình 1.8, mạng tinh thể của montmorilonit gồm có lớp hai chiều trong ñó lớp Al2O3 (hoặc MgO) bát diện nằm ở trung tâm giữa hai lớp SiO2 tứ diện nằm ở ñầu nguyên tử oxi vì thế nguyên

tử oxi ở lớp bát diện cũng thuộc lớp tứ diện Nguyên tử Si trong lớp tứ diện thì phối trí với 4 nguyên tử oxi ñịnh vị ở 4 gốc của tứ diện Nguyên tử Al hoặc Mg trong lớp bát diện thì phối trí với 6 nguyên tử oxi hoặc nhóm hydroxyl (OH) ñịnh vị ở 6 góc

của bát diện ñều Ba lớp này chồng lên nhau hình thành một tiểu cầu sét hoặc một ñơn vị cơ sở của nanoclay Bề dày của tiểu cầu có kích thước khoảng 1nm và chiều dài của tiểu cầu thay ñổi từ hàng trăm ñến hàng ngàn nm Trong tự nhiên, những tiểu cầu sét xếp chồng lên nhau tạo thành khoảng cách giữa các lớp, khoảng cách này thường gọi là khoảng cách “van de Van”, là khoảng không gian giữa hai lớp sét

Sự hình thành nanoclay trong tự nhiên có sự thay thế ñồng hình, nguyên tử Si hoá trị 4 trong lớp tứ diện ñược thay thế một phần bởi nguyên tử Al hoá trị 3 và nguyên

tử Al hoá trị 3 trong lớp bát diện thì ñược thay thế một phần bằng các nguyên tử có hoá trị 2 như Fe và Mg Sự thiếu hụt ñiện tích dương trong ñơn vị cơ sở, dẫn ñến bề mặt của các tiểu cầu sét mang ñiện tích âm ðiện tích âm này ñược cân bằng bởi các ion kim loại kiềm và kiềm thổ (chẳng hạn như ion Na+ và Ca2+) chiếm giữ khoảng cách không gian giữa các lớp này Như vậy, khả năng trao ñổi cation của montmorilonit là tương ñương với ñiện tích của các lớp Những ion nằm giữa các lớp này có thể thay thế bằng cation hữu cơ Khi thay thế ion vô cơ giữa các lớp sét bằng các ion hữu cơ làm cho sét thích hợp với polymer hữu cơ Sự thay thế ñồng hình bên trong mạng tinh thể bằng các nguyên tố khác nhau hoặc thay ñổi ở các vị trí khác nhau ñưa ñến có nhiều loại khoáng chất ñất sét montmorilonit, notronite, saponite, hectorite…

Trong hình 1.3 cho thấy sự thay thế ñồng hình của một số ion Al, Fe, Mg…trong tứ diện và bát diện, cũng như khoảng cách của lớp sét Khoảng cách của một lớp montmorilonit ñược chỉ ra trong hình 1.3 là khoảng 9,5A0 ( Grim, 1953), còn khoảng cách của sét khô (làm khô ở 700C) là 12,6 A0

Hình 1.8: Cấu trúc của montmorilonit cho thấy hai lớp tứ diện trộn lẫn với một lớp

bát diện Những chấm ñen chỉ ra vị trí của sự thay thế ñồng hình trong bát diện và

tứ diện (Grim, 1953)

I.3 KHẢ NĂNG BIẾN TÍNH CỦA BENTONIT

I.3.1 Biến tính giữ nguyên cấu trúc của lớp nhôm silicat

ðặc trưng cơ bản của bentonit là tính chất trao ñổi, tính chất ñó có ñược là do:

- Sự thay thế ñồng hình Si4+ bằng Al3+ trong mạng tứ diện và Al3+ bằng Mg2+trong mạng lưới bát diện làm xuất hiện ñiện tích âm trong mạng lưới cấu trúc Khả năng trao ñổi mạnh hay yếu phụ thuộc lượng ñiện tích âm trên bề mặt và số lượng ion trao ñổi Nếu số lượng ñiện tích âm trên bề mặt càng lớn, số lượng cation trao ñổi càng lớn thì dung lượng trao ñổi ion càng lớn

- Khả năng trao ñổi của lớp nhôm silicat còn phụ thuộc vào hóa trị và bán kính cation Cation hóa trị thấp dễ trao ñổi hơn cation hóa trị cao theo dãy sau:

Tuy nhiên khả năng trao ñổi của nhôm silicat chủ yếu vẫn phụ thuộc vào ñiện tích âm bề mặt và lượng ñiện tích âm trong mạng lưới Bề mặt của bentonit gồm bề mặt trong và bề mặt ngoài

- Khả năng trao ñổi ion bề mặt ngoài phản ánh kích thước tinh thể, phụ thuộc vào sự ñứt gãy liên kết và sự khuyết tật bề mặt Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng trao ñổi càng lớn

- Khả năng trao ñổi bề mặt trong phản ánh lượng ñiện tích âm trên mạng lưới

và khả năng hấp phụ của bentonit Nó phụ thuộc vào lượng cation bù trừ trong mạng lưới Số lượng cation càng lớn thì khả trao ñổi càng lớn

Theo [8], dung lượng trao ñổi cation dao ñộng từ 80-150mgñl/100g Dung lượng trao ñổi anion dao ñộng từ 15-40 mgñl/100g

Ngoài ra sự trao ñổi ion của bentonit còn liên quan ñến sự thay thế các

nguyên tử hyñro trong các nhóm hyñroxyl của montmorilonit Theo [8], trong một

số nghiên cứu thì ñỉnh của các tứ diện SiO2 hướng ra phía ngoài của lớp cấu trúc Ở ñỉnh này nguyên tử oxi bị thay thế bởi các nhóm hyñroxyl và các nhóm này ñảm nhiệm việc duy trì liên kết giữa các lớp và góp phần vào sự cân bằng ñiện tích Trong cấu trúc của montmorilonit còn có các nhóm hydroxyl khác nữa nằm ở ñỉnh của các bát diện Al2O3 Trong sáu ñỉnh của bát diện có hai ñỉnh là nhóm OH còn bốn ñỉnh kia là oxi ñược chỉ ra trong hình 1.9

Al

O Si O

Al O

O O

H

(I) (II) (III)

Hình 1.9 Sự ñịnh hướng của các nhóm OH trong montmorillonit

Nhóm hyñroxyl trong liên kết Si-O-Al (III) có tính trao trao ñổi mạnh nên có tính quyết ñịnh ñến trao ñổi cation H+

I.3.2 Biến tính làm biến ñổi cấu trúc lớp của nhôm silicat

Khoáng bentonit tự nhiên chứa nhiều tạp chất như các muối canxi (CaCO3), ñolomit (MgCO3), một số oxit như: Fe2O3, FeO, TiO… và các tạp chất khác

Khi dùng các tác nhân hoá học (acid, kiềm) ñể hoà tan các chất có trong khung xốp, loại bớt các kim loại kiềm, kiềm thổ có trong mạng tinh thể tạo thành hệ thống lỗ xốp mới hoặc phá huỷ cấu trúc cũ (hoạt hoá bằng kiềm) ñể hình thành cấu trúc mới xốp hơn

Theo nhiều kết quả nghiên cứu trên bentonit cho biết:

- Việc hoạt hoá bằng kiềm sẽ mạnh nhất là ở nhiệt ñộ cao và nó dễ làm phá

vỡ cấu trúc cũ, do vậy khả năng hấp phụ và xúc tác của bentonit sẽ mất

- Riêng hoạt hoá bentonit bằng axit mạnh với nồng ñộ, nhiệt ñộ và thời gian thích hợp nó sẽ loại bỏ tạp chất trong khung xốp của bentonit nhưng không phá vỡ cấu trúc không gian của nó Các axit vô cơ thường ñược sử dụng ñể hoạt hoá bentonit là axit HCl, H2SO4

Khi ñược xử lý bằng axit thì sẽ sinh ra những tâm acid Các cation bù trừ nằm trong lớp cấu trúc bị loại ra và ñược thay thế bởi ion H+ của axit ñể trung hoà ñiện tích âm trên nhôm Ion H+ ñịnh vị trên nhôm nhưng do có ñộ linh ñộng cao nên

nó dẽ dàng tác kích vào các liên kết Al-O và Si-O (do bán kính nguyên tử Al lớn hơn bán kính nguyên tử Si) nên một phần liên kết Al-O bị ñứt hình thành nên các tâm acid Bronsted và tâm acid Lewis Quá trình hình thành tâm acid ñược ñưa ra trong hình 1.10

có ñường kính ñủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào ñược Dựa vào ñiều này người

ta sử dụng các ñiều kiện hoạt hóa sao cho có thể dùng bentonit làm vật liệu tách chất ðây cũng là ñiểm khác nhau giữa bentonit và chất hấp phụ khác

Do sự dư hóa trị trên các nguyên tử của các nút tinh thể cho nên bentonit là một chất hấp phụ phân cực và vì vậy nó sẽ ưu tiên hấp phụ các chất phân cực Tuy nhiên bentonit vẫn có khả năng hấp phụ các chất không phân cực do lực VandeWalls và tương tác hấp phụ chủ yếu là tương tác cảm ứng Bề mặt bentonit có diện tích tương ñương lớn bao gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong Bề mặt trong bao gồm bề mặt của các lớp nhôm silicat chồng lên nhau và ñược ngăn cách bằng các cation kim loại ñền bù ñiện tích trên bề mặt lớp bentonit Bề mặt ngoài ñược xác ñịnh bởi bề mặt của các mao quản chuyển tiếp Các mao quản này ñược tạo nên do

sự tiếp xúc của các hạt bentonit và có kích thước khoảng 40-90A0 Diện tích của bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước của các hạt bentonit, hạt càng nhỏ thì diện tích

bề mặt ngoài càng lớn Khả năng trao ñổi ion lớn cùng với khả năng hấp phụ tốt mà

ta có một loại vật liệu xử lý kim loại nặng rất hiệu quả từ bentonit

Các ion kim loại nặng có thể ñược hấp phụ trên bề mặt bentonit hoặc trong các khe giữa các lớp Cơ chế hấp phụ có thể bao gồm cả cơ chế hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Bentonit có thể hấp phụ kim loại nặng theo hai cách khác nhau:

a Hấp phụ các cation vào khe giữa các lớp: do bentonit có cấu trúc lớp, lại

có thể có sự thay thế các ion Al3+và Si4+ trong mạng lưới của bentonit bằng các ion

có ñiện tích dương bé hơn là do mạng lưới mang ñiện tích âm, ñồng thời trên bề mặt của các lớp có thể có tồn tại các nhóm OH có khả năng trao ñổi ion H+ ñối với các cation có mặt trong dung dịch nước Việc hấp phụ các cation vào trong khe giữa các lớp phụ thuộc vào kích thước của khe trống, kích thước của các cation, bản chất của cation

b Hấp phụ các cation trên bề mặt của các hạt bentonit: lúc này, các cation

có tham gia hình thành các phức chất cầu nội thông qua nhóm Si-O và Al-O tại bề mặt của bentonit Ở ñây có cả sự trao ñổi ion và hấp phụ bằng lực VandeWalls Vì vậy dung lượng hấp phụ trong trường hợp này phụ thuộc nhiều vào ñiện tích bề mặt của bentonit

Cả hai ñiều kiện hấp phụ trên thực hiện tốt trong môi trường axit

I.4.2 Nhiệt ñộng học của quá trình hấp phụ

Hấp phụ là một quá trình tự diễn biến, vì vậy quá trình hấp phụ luôn kèm theo sự giảm năng lượng tự do của hệ, ∆G (∆F) < 0 Do kết quả của sự ñịnh cư trên

bề mặt của các phân tử chất bị hấp phụ nên số bậc tự do của chúng giảm và do ñó entropi của hệ giảm (hệ chuyển tự vô trật tự sang có trật tự)

Theo nhiệt ñộng học thì:

- Nếu quá trình ñẳng tích:∆F = ∆U - T∆S

- Nếu quá trình ñẳng áp: ∆G = ∆H -T∆S

Hai hàm F và S ñều giảm, do ñó U cũng phải giảm Do vậy, quá trình hấp phụ luôn toả nhiệt

Hấp phụ xảy ra kèm theo quá trình toả nhiệt nên quá trình hấp phụ xảy ra tốt khi nhiệt ñộ thấp Do ion kim loại ñược sonvat hóa tốt vì vậy ñể cho ion kim loại ñược hấp phụ chúng phải mất một phần lớp vỏ hydrat của chúng Quá trình ñehydrat này ñòi hỏi năng lượng Năng lượng của quá trình ñehydrat hóa ñược cung cấp bởi sự hấp phụ tỏa nhiệt Sự loại bỏ nước khỏi ion là quá trình thu nhiệt, do giá trị năng lượng tự do o

G

∆ âm nên sự thu nhiệt của quá trình ñesolvat vượt quá nhiệt

ñộ do sự hấp phụ phát ra

I.4.3 Khả năng hấp phụ - ðối tượng bị hấp phụ

Do bentonit là vật liệu xốp có cấu trúc lớp, chúng có các ñiện tích bù trừ trong mạng lưới nên có khả năng hấp phụ các ion kim loại Khả năng hấp phụ của bentonit phụ thuộc vào ñiện tích âm bề mặt và lượng cation bù trừ trong mạng lưới

Bentonit có thể hấp phụ tốt các ion kim loại nặng, khả năng hấp phụ các ion

là khác nhau Nó phụ thuộc vào ñiện tích và bán kính ion Ion có ñiện tích có giá trị thấp dễ trao ñổi hơn ion có hóa trị cao

Theo [6] ñối với các cation cùng hóa trị, bán kính càng nhỏ (kể cả vỏ solvat) thì khả năng trao ñổi càng lớn có thể sắp xếp theo trật tự sau:

Trong dung dịch nước, thứ tự hấp phụ ưu tiên là:

- Cation hoá trị 1: Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+

- Cation hoá trị 2: Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+

- Anion hoá trị 1: F-<Cl-<Br-<NO3-<I

-I.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng

b Ảnh hưởng của nhiệt ñộ

Nhiệt ñộ cũng ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình hấp phụ kim loại Do quá trình hấp phụ là tỏa nhiệt nên khi nhiệt ñộ tăng thì không có lợi cho quá trình hấp phụ, sự hấp phụ thuận lợi khi nhiệt ñộ thấp, nhưng các ion kim loại trong dung dịch nước bị bao phủ bởi các lớp sonvat, vì vậy ñể hấp phụ lớp sonvat này phải bị phá

vỡ, quá trình phá vỡ này thuận lợi khi nhiệt ñộ tăng Như vậy trong quá trình hấp phụ nhiệt ñộ có ảnh hưởng trái ngược nhau, tăng nhiệt ñộ thì thuận lợi cho sự phá

vỡ lớp sonvat bao bọc ion, làm dễ dàng hơn cho sự hấp phụ ion, nhưng không thuận lợi về mặt nhiệt ñộng học của quá trình hấp phụ Nếu nhiệt ñộ quá thấp thì quá trình hấp phụ thuận lợi về mặt ñộng học nhưng mà nếu nhiệt ñộ thấp quá thì lớp sonvat bao bọc kim loại không bị phá bỏ nên sự hấp phụ khó xảy ra Cho nên nhiệt ñộ trong quá trình hấp phụ cần có giá trị thích hợp ñể cho sự hấp phụ xảy ra tốt nhất

c Ảnh hưởng của thời gian

Thời gian có ảnh hưởng mạnh ñến dung lượng hấp phụ của bentonit Với nồng ñộ và thể tích ion kim loại, khối lượng của bentonit xác ñịnh ñến khoảng thời gian nào ñó dung lượng hấp phụ của bentonit không thay ñổi Thời gian ñó là thời gian ñạt cân bằng hấp phụ ñược thiết lập

d Ảnh hưởng của kích thước hạt, ñiều kiện khuấy trộn

Sự hấp phụ tăng với sự tăng diện tích bề mặt, tức là diện tích tiếp xúc giữa ion kim loại và chất hấp phụ Vì vậy ñể cho sự hấp phụ kim loại ñạt kết quả tốt kích thước hạt phải thật nhỏ, mịn Mặt khác ta biết rằng bentonit là khoáng sét nó có ñặc ñiểm là dẻo và dính nên trong dung dịch nó thường bám kết lại với nhau, làm giảm khả năng hấp phụ, vì vậy phải tiến hành khuấy ñể chúng phân tán ñều vào dung dịch nước, làm cho sự tiếp xúc giữa ion kim loại và bentonit tốt hơn

e Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng chất bị hấp phụ và thể tích dung dịch hấp phụ: m/V

Tỷ lệ khối lượng chất bị hấp phụ và thể tích của dung dịch hấp phụ ảnh hưởng ñến khả năng hấp phụ của ion kim loại trên bentonit, với mỗi kim loại có một tỷ lệ xác ñịnh là tối ưu, phụ thuộc vào nồng ñộ của kim loại, bản chất chất hấp phụ, nhiệt ñộ, nồng ñộ, nồng ñộ các chất ñiện ly và thời gian hấp phụ

f Ảnh hưởng của các chất ñiện ly trong môi trường nước

Ảnh hưởng của chất ñiện ly ñối với sự hấp phụ của bentonit với các ion khác nhau là khác nhau Nhưng, nói chung nồng ñộ các chất ñiện ly trong dung dịch tăng khả năng hấp phụ bị giảm ñi Do sự tạo phức của các chất ñiện ly với các ion kim loại, sự thủy phân, ảnh hưởng của sự khuếch tán ñến ion kim loại

I.5 NHỮNG ỨNG DỤNG CHỦ YẾU CỦA BENTONIT

Trên thế giới việc ứng dụng bentonit vào công nghiệp là khá ña dạng, phong phú và rất hữu ích

- Trong công nghiệp tinh chế thực vật ñể sản xuất dầu mỡ, bơ, xà phòng, việc

sử dụng bentonit làm chất hấp phụ là ưu việt hơn hẳn phương pháp khác là phương pháp rửa kiềm Lượng bentonit mất ñi trong quá trình tinh chế chỉ bằng 0,5% so với lượng dầu tinh chế Ngoài ra phương pháp bentonit còn có mức hao phí dầu thấp do tránh ñược phản ứng thủy phân

- Trong công nghiệp hóa than bentonit ñược sử dụng ñể tinh chế benzen thô

và các bán sản phẩm khác

- Với tư cách là một chất hấp phụ ñặc biệt tốt, bentonit còn ñược sử dụng rộng rãi ñể sản xuất nhiên liệu lỏng tổng hợp, sản xuất các chất màu sản xuất các vitamin,…