Nghiên cứu quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit và dodexylamin

Thành phần hóa học của bentonite, với sự có mặt của các nhómchức OH, O trên bề mặt các lớp sét, làm cho bentonite có dung lợng trao đổi cationlớn, có khả năng hấp thu các ion và phân tử

Cỏc sột smectite (smectic clays) hoặc phyllosilicates cú liờn kết khỏ yếu giữacỏc lớp và cỏc lớp ở dạng vảy nhỏ Mỗi lớp bao gồm hai lỏ tứ diện silic đioxit (cúchung đỉnh) với một lỏ bỏt diện nhụm oxit (aluminosilicate) hoặc magiờ oxit (magiờsilicate) cú chung cạnh Bentonite là loại khoáng chất aluminosilicate có cấu trúc lớpdạng 2:1 Chiều dày của một lớp sét bentonite là 0.96nm, khe giữa 2 lớp sét khi không

có các ion thâm nhập là ~0.25nm Khi có các ion vô cơ hoặc hữu cơ thâm nhập vàokhe giữa 2 lớp sét, khoảng cách này có thể tăng lên đến 4,0-4,5nm, thậm chí có thểhơn nữa (7-8nm) [3] Độ rộng của khe giữa các lớp trong nanoclay phụ thuộc vào bảnchất và kích thớc của phần tử thâm nhập, mức độ thâm nhập và điều kiện điều chế

Chính cấu trúc lớp đã làm cho bentonite có tính trơng nở mạnh, có bề mặt riênglớn, có tính dẻo cao Thành phần hóa học của bentonite, với sự có mặt của các nhómchức OH, O trên bề mặt các lớp sét, làm cho bentonite có dung lợng trao đổi cationlớn, có khả năng hấp thu các ion và phân tử phân cực vô cơ và hữu cơ lên các bề mặtgiữa các lớp, làm cho nó có khả năng solvat hoá bất thờng và có thể làm thay đổi tính

lu biến của các chất lỏng một cách mạnh mẽ Nhờ các đặc điểm về cấu trúc và tínhchất hoá lí đặc biệt đó, đồng thời bentonite lại tồn tại phổ biến trong tự nhiờn và giỏthành rẻ mà bentonite cũng nh các sản phẩm xuất phát từ nó, trong đó có nanoclay, đã

đợc nghiên cứu nhiều và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đờisống

Hiện nay, xu hớng phát triển nghiên cứu mở rộng ứng dụng của bentonite là sửdụng bentonite đã đợc làm giàu, hoạt hoá để điều chế các vật liệu nanoclay Có hailoại nanoclay đợc điều chế và ứng dụng là: sét hữu cơ (organoclays) và sét chống(pillared clays)

Organoclay là loại sản phẩm của quá trình tơng tác giữa một loại chất hữu cơphân cực, phổ biến nhất là các amin bậc 4, với một loại sét có cấu trúc lớp thuộc nhómsét smectite, phổ biến nhất là bentonite Các organoclay do vừa chứa các chất vô cơ,vừa chứa các chất hữu cơ nên đợc sử dụng làm chất chống sa lắng trong sơn, mực in, Các

organoclay còn đợc sử dụng làm nguyên liệu điều chế sét chống vànanocomposite sét/polime)

Sét chống là sản phẩm của sự tơng tác giữa các sét smectite, đặc biệt làbentonite, với các muối của các cation vô cơ có khả năng tạo polioxocation (cácaligome), nh nhôm, silic, crom, titan, zirconi, … Các vật liệu sét chống, do có bề mặt Các vật liệu sét chống, do có bề mặt

riêng lớn, đợc sử dụng chủ yếu làm vật liệu xúc tác hoặc chất mang xúc tác, vật liệuhấp phụ, … Các vật liệu sét chống, do có bề mặt

Ngoài ra, từ organoclay, ngời ta có thể điều chế ra các nanocomposite với chấtnền là bentonite và pha tăng cờng là polime hoặc ngợc lại Các vật liệu này có nhiềutính chất quý giá: bền cơ học, bền nhiệt, bền hoá, và đợc sử dụng làm cách vật liệucách nhiệt, chịu nhiêt, bền hoá, chống cháy, chống oxi hoá,

Ở nước ta bentonite được phỏt hiện ở nhiều nơi: Cổ Định (Thanh Hoỏ), Di Linh(Lõm Đồng), Thuận Hải, Mộc Chõu v.v với trữ lượng dồi dào Trong đú mỏbentonite Thuận Hải cú trữ lượng lớn hàng trăm triệu tấn, mới được tỡm thấy năm

1987 Việc nghiờn cứu đỏnh giỏ khả năng sử dụng bentonite ở nước ta mới chỉ là bướcđầu Vỡ vậy việc nghiờn cứu khai thỏc, làm giàu, hoạt hoỏ và biến tớnh loại tài nguyờnquý giỏ này của đất nước, biến nú thành vật liệu sử dụng cú hiệu quả trong cỏc lĩnhvực của nền kinh tế quốc dõn là nhiệm vụ của cỏc nhà khoa học nước nhà

Vỡ vậy trong luận văn này chỳng tụi muốn đặt vấn đề Nghiờn cứu cỏc yếu tốảnh hưởng đến quỏ trỡnh điều chế sột hữu cơ từ bentonit-phỏp,thuận hải và một sốamin đặc biệt là Dodexylamin

Từ đú tỡm điều kiện thớch hợp để điều chế sột hữu cơ cú kớch thước d001≥ 3nm,và mức độ xõm nhập của chỳng là ≥ 35%.sau đú ỏp dụng cỏc điều kiện thớch hợp trờn để xỏc định mức độ xõm nhập của lượng Dodexylamin vào bentonit- thuận hải

PHẦN I : TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ BENTONITE 2,3

Hỡnh 1.Hỡnh ảnh minh hoạ mẫu bentonite tự nhiờn

Bentonite là loại khoáng sét tự nhiên cú thành phần chính là montmorilonite Vìvậy có thể gọi bentonite theo thành phần chính là montmorilonit Công thức đơn giảnnhất của montmorilonite là Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc.Công thức lí tởng của montmorilonite là Si8Al4O20(OH)4 cho một đơn vị cấu trúc Tuynhiên thành phần của montmorilonite luôn khác với thành phần biểu diễn lí thuyết do

có sự thay thế đồng hình của ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+… Các vật liệu sét chống, do có bề mặt với ion Si4+ trong tứdiện SiO4 và Al3+ trong bát diện AlO6 Ngoài thành phần chính là montmorilonite trongbentonite còn chứa một số khoáng sét khác nh hectorit, saponit và một số khoáng phisét: canxit, pirit, manhetit, các muối kiềm và một số chất hữu cơ khác

Khoỏng sột cú chứa cỏc nguyờn tố chớnh là silic (Si) và nhụm (Al), nhưng hàmlượng nhụm ớt hơn silic Ngoài ra, cũn cú cỏc nguyờn tố khỏc như sắt (Fe), magiờ(Mg), kali (K), natri (Na), canxi (Ca),… tựy theo hàm lượng cú mặt của chỳng mà ta

cú cỏc loại sột khỏc nhau [1,3]

Bảng 1: Thành phần nguyờn tố cơ bản của sột ( khụng kể Si)

Tờn khoỏng sột Nguyờn tố cú nhiều

trong thành phần Tờn khoỏng sột

Nguyờn tố cú nhiềutrong thành phần

Montmorillonit Al (ít Mg, Fe2+) Glauconit K,Fe3+,Fe2+

Nontronit Fe3+ Celadonit K,Fe2+,Mg, Fe3+, Al

Vermiculit Mg,Fe2+,Al,(ít Fe3+) Berthierin Fe2+, Al3+, (ít Mg)

Kaolinit (7,2 Å) AlHalloysit (10,1 Å) Al

1.1.1 CẤU TR C CÚC C ỦA SET BENTONIT

Bằng cách chụp SEM và TEM các hạt khoáng sét, người ta thấy các hạt sét có cấu trúcdạng mỏng nhưng dài và rộng [8,9] Tất cả đều được tạo ra từ các tứ diện 4

4

SiO 

vàmột lớp bát diện MeO6, với Me là các kim loại Al, Fe, Mg…

Hình 1: Đơn vị cấu trúc cơ bản của sét

Hình 2: Mạng tứ diện

Hình 3: Sự sắp xếp “lỗ” sáu cạnh của oxi trong mạng tứ diện

Tương tự như mạng tứ diện, mạng bát diện được tạo thành từ các bát diện quanguyên tử oxi theo không gian hai chiều

Hình 4: Mạng cấu trúc bát diện

Mạng bát diện và mạng tứ diện liên kết với nhau qua các oxi đỉnh theo nhữngquy luật trật tự nhất định để tạo ra những khoáng sét có cấu trúc tinh thể khác nhau:Cấu trúc 1:1, cấu trúc 2:1, và cấu trúc 2:1 + 1 [3]

a) Cấu trúc 1:1 triocta b) Cấu trúc 1:1 diocta

c) Cấu trúc 2:1 triocta d) Cấu trúc 2:1 diocta

e) Cấu trúc 2:1+1 Hình 5: Các loại cấu trúc của khoáng sét

Nhóm khoáng sét 1:1, cấu trúc lớp cơ bản gồm một mạng lưới tứ diện liên kếtvới một mạng lưới bát diện Đại diện cho nhóm này là kaolinit, … (hình 5a, 5b)

Nhóm khoáng sét 2:1, cấu trúc lớp cơ bản gồm một mạng lưới bát diện nằmgiữa hai mạng lưới tứ diện Đại diện cho nhóm này là montmorillonit, vermiculite, …(hình 5c, 5d)

Nhóm khoáng sét 2:1+1, cấu trúc lớp cơ bản gồm ngoài một lớp cấu trúc tương

tự nhóm 2:1, còn thêm một mạng lưới bát diện (hình 5e) Đại diện cho nhóm này làclorit

Trong cùng nhóm, khoáng sét có thể được chia thành phân nhóm: diocta vàtriocta Đối với dạng diocta, trong mạng bát diện cứ ba vị trí tâm bát diện thì có hai vịtrí bị chiếm bởi ion hoá trị 3 (ví dụ như Al3+), còn một vị trí bỏ trống Còn dạngtriocta thì mỗi vị trí tâm bát diện bị chiếm bởi một ion hoá trị 2 (thường là Mg2+)

Cấu trúc tinh thể

Khoáng sét chứa hàm lượng cao montmorillonit được gọi là bentonite Đôi khinói bentonite người ta cũng hiểu là nói về montmorillonit Montmorillonit làaluminosilicat lớp tự nhiên có cấu trúc lớp 2:1, dạng diocta [11] Cấu trúc tinh thể củamontmorillonit gồm hai mạng lưới tứ diện liên kết với một mạng bát diện ở giữa tạonên một đơn vị tế bào cấu trúc cơ bản Trong trường hợp này mạng aluminosilicattrung hoà điện tích thì công thức khai triển của montmorillonit có dạng được đưa ratrên hình 6

Khi các nguyên tử nhôm ở phân lớp bát diện được thay thế bằng các nguyên tửmagie, như vậy trên bề mặt montmorillonit sẽ xuất hiện các điện tích âm, các điện tích

âm này được đền bù bởi các cation có khả năng trao đổi như Na+, K+,Mg2+ Giữa cáclớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hấp phụ Mỗi lớp cấu trúc được phát triểnliên tục trong không gian theo 2 hướng trục a và b (2 chiều) Các lớp cấu trúc được

chồng xếp song song với nhau và tự ngắt quãng (trong không gian) theo trục c, các lớpcation và nước hấp phụ tạo nên một mạng lưới không gian ba chiều của tinh thểmontmorillonit.

Sự thay thế này dẫn tới sự xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới Điện tích đó được

bù trừ bởi các cation nằm ở khoảng không gian giữa hai lớp Đó là các cation Na+, K+,

Ca2+, Mg2+, Fe2+… chúng bị hydrát bởi các phân tử nước ở khoảng giữa hai lớp cấutrúc Người ta nhận thấy rằng điện tích âm trong mạng lưới của montmorillonit xuấthiện chủ yếu ở mạng bát diện do sự thay thế đồng hình của ion Al3+ bằng ion Mg2+ứng với tỉ lệ Mg : Al ~ 1 : (4 - 5) Điện tích âm ở mạng tứ diện do sự thay thế ion Si4+bởi ion Al3+ ứng với tỉ lệ Al : Si ~ 1: (15 – 30) Vì vậy điện tích âm của mạng phân bốsâu trong lớp cấu trúc mà không nằm ở bề mặt ngoài của lớp cấu trúc nên năng lượngliên kết của các cation trao đổi nằm ở giữa các lớp

Hỡnh 7 Sơ đồ cấu trỳc lớp khụng gian của mạng lưới montmorilonite

Với cỏc lớp cấu trỳc mạng thấp, cỏc cation cú thể chuyển động tự do giữa cỏcmặt phẳng tớch điện õm và cú thể trao đổi với cỏc cation khỏc tạo ra khả năng biến tớnhmontmorillonit Lượng cation trao đổi của montmorillonit dao động trong khoảng 0,7

 1,2 mg đlg/g Cỏc phõn tử nước dễ dàng xõm nhập khoảng khụng gian giữa cỏc lớp

và làm thay đổi khoảng cỏch giữa chỳng theo hướng trục c Khoảng cỏch này cựng vớichiều dày của một lớp cấu trỳc được gọi là khoảng cỏch cơ bản cú thể thay đổi từ 10Åtrong montmorillonit đờhydrat húa hoàn toàn đến ~20Å tuỳ thuộc vào lượng nước bịhấp phụ vào khoảng khụng gian giữa hai lớp Khoảng cỏch này cú thể tăng đến ~30 Åkhi thay thế cỏc cation trao đổi bởi cỏc ion vụ cơ phõn cực, cỏc phức cơ kim, cỏc phõn

tử oligome, cỏc polyme vụ cơ, cỏc phõn tử hữu cơ …

1.1.2 TÍNH CHẤT CỦA SẫT BENTONITE

a Khả năng trao đổi của bentonite

Sự thay thế đồng hình của Si bằng Al trong mạng tứ diện và Al bằng Mgtrong mạng lới bát diện làm xuất hiện điện tích âm trong mạng lới cấu trúc Khả năngtrao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc lợng điện tích âm bề mặt và số lợng ion trao đổi Nếu

số lợng điện tích âm bề mặt càng lớn, số lợng cation trao đổi càng lớn thì dung lợngtrao đổi càng lớn

Khả năng trao đổi ion của lớp nhôm silicat còn phụ thuộc vào hoá trị và bánkính cation Cation hoá trị thấp dễ trao đổi hơn cation hoá trị cao : Me+ > Me2+ > Me3+

Đối với cation cùng hoá trị bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn, có thểsắp xếp theo trật tự sau : Li+ > Na+ > K+ > Cu2+ > Fe2+ > Al3+

Tuy nhiên khả năng trao đổi của aluminosilicat chủ yếu vẫn phụ thuộc vào điệntích âm bề mặt và lợng điện tích âm trong mạng lới Bề mặt của bentonit gồm bề mặttrong và bề mặt ngoài Khả năng trao đổi ion bề mặt ngoài phản ánh kích thớc tinh thể,phụ thuộc vào sự đứt gãy liên kết và khuyêt tật bề mặt Kích thớc hạt càng nhỏ thì khảnăng trao đổi càng lớn Khả năng trao đổi bề mặt trong phản ánh lợng điện tích âmtrên mạng lới và khả năng hấp phụ của bentonit Nó phụ thuộc vào lợng cation bù trừtrong mạng lới Số lợng cation càng lớn thì khả năng trao đổi càng lớn Dung lợng trao

đổi cation của sét dao động từ 80 đến 150 mgđl/ 100g Dung lợng trao đổi anion dao

động từ 15 đến 40 mlđl/100g sét

Ngoài ra, sự trao đổi ion của bentonie còn liên quan đến sự thay thế các nguyên

tử hydro trong các nhóm hydroxyl của montmorilonite Theo một số nghiên cứu thì

đỉnh của các tứ diện SiO2 hớng ra ngoài của lớp cấu trúc ở đỉnh này các nguyên tử oxi

bi thay thế bởi các nhóm hydroxyl và các nhóm này đảm nhiệm việc duy trì liên kếtyếu giữa các lớp và góp phần vào sự cân bằng điện tích Trong montmorilonite còn cócác nhóm hydroxyl khác nữa nằm ở đỉnh của các bát diện Al2O3 Trong 6 đỉnh của bátdiện có 2 đỉnh là nhóm OH còn 4 đỉnh kia là oxi, trong đó nhóm hydroxyl của liên kếtSi- OH (I) không có khả năng trao đổi hidro Nhóm hydroxyl của liên kết Al- OH (II)

có tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu Nhóm hydroxyl trong liên kết Si-O-Al (III)

có tính trao đổi mạnh nên có tính quyết định đến trao đổi cation H+

b Tính chất trơng nở

Khi nớc bị hấp phụ vào giữa các lớp sẽ làm thay đổi chiều dày lớp cấu búc tỏch.Tính chất này đợc gọi là tính chất trơng nở Sự trơng nở phụ thuộc vào bản chấtkhoáng sét, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình trong các lớp bát diện và sự có mặtcủa các ion trong môi trờng phân tán Lợng nớc đợc hấp phụ vào giữa các lớp phụthuộc cào khả năng hydrat hoá của các cation [4]

Khi bentonite hấp phụ hơi nớc hay tiếp xúc với nớc, các phân tử nớc sẽ xâmnhập vào bên trong các lớp, làm khoảng cách này tăng lên từ 12,5Å đến 20 tuỳ thuộcÅvào loại bentonite và lợng nớc bị hấp phụ Sự tăng khoảng cách d001 đợc giải thích do

sự hydrat hoá của các cation giữa các lớp

Độ trơng nở của bentonite phụ thuộc vào bản chất cation trao đổi trên bề mặtlớp sét Ví dụ, ion Na+ với điện tích +1 có thể liên kết với 1 tâm tích điện âm trên 1 lớpsét Do vậy khi bị hydrat hoá, bentonite Na có khả năng trơng nở từ khoảng cách ban

đầu giữa 2 phiến sét là từ ~10 Å đến ít nhất 17 Å

Cation Ca+2 sẽ liên kết với 2 tâm tích điện âm trên 2 phiến sét do vậy khibentonite Ca bị hydrat hoá, khoảng cách giữa 2 phiến sét chỉ tăng từ 12,1 Å đến 17 Å

Điều này hạn chế sự trơng nở hay khả năng tạo độ nhớt của bentonite Ca Độ trơng nởcủa bentonite Ca từ 100 đến 150% còn đối với bentonite Na từ 1400 đến 1600% [4].

Khi đa các cation vô cơ (các cation đa diện tích ở dạng polioxocation) hoặc cáccation hữu cơ (đặc biệt là các cation của các amin bậc 4), khe giữa các lớp sét đ ợc tănglên đến 3040 Å, có khi đến 5040 Å, tạo điều kiện cho các phân tử hoặc ion của cácchất phản ứng (các chất hữu cơ, các monome, các polime) có thể thâm nhập một cáchkhá dễ dàng, vì vậy có thể ứng dụng chúng làm vật liệu xúc tác hoặc điều chế các vậtliệu composite có tính năng đặc biệt và đợc ứng dụng trong các lĩnh vực chống cháy,vật liệu xốp, bền cơ, bền hoá học, làm chất chống sa lắng trong sơn, mục in, v.v… Các vật liệu sét chống, do có bề mặt

c Tính chất hấp thu cấu trúc

Do bentonite có cấu cấu trúc tinh thể và độ phân tán cao nên có cấu cấu trúc xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn Cấu cấu trúc lỗ xốp ảnh hởng rất lớn đến tính chất

hấp phụ của các chất, đặc trng của nó là tính chọn lọc chất bị hấp phụ Chỉ có phân tửnào có đờng kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào đợc Dựa vào điều này ngời ta

có thể hoạt hoá sao cho có thể dùng bentonite làm vật liệu tách chất Đây cũng là một

điểm khác biệt giữa bentonite và chất hấp phụ khác

Do sự d hoá trị trên các nguyên tử của các nút tinh thể cho nên bentonite là chấthấp phụ phân cực, vì vậy nó sẽ u tiên hấp phụ các chất phân cực Tuy nhiên bentonitevẫn có thể hấp phụ các chất không phân cực do lực Vander Wall và tơng tác hấp phụchủ yếu là tơng tác cảm ứng Bề mặt bentonite có diện tích tơng đối lớn bao gồm bềmặt ngoài và bề mặt trong Bề mặt trong bao gồm bề mặt của các lớp silicat chồng lênnhau và đợc ngăn cách bởi các cation kim loại đền bù điện tích trên bề mặt lớp maoquản chuyển tiếp Các mao quản này đợc tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonite

và có kích thớc khoảng 40 đến 90 Diện tích của bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thÅ

-ớc của các hạt bentonite, hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn Khả năngtrao đổi ion lớn cùng với khả năng hấp phụ tốt mà ta có một loại vật liệu xử lí kim loạinặng rât hiệu quả

d Tớnh kết dớnh

Bentonit cú khả năng kết dớnh mạnh nờn người ta thường sử dụng bentonit làmchất gắn kết Trong cỏc xưởng đỳc gang, bentonit được cho vào để vờ viờn bột quặngtrước khi đưa vào lũ nung, hoặc làm chất kết dớnh trong khuụn cỏt để đỳc

a, b,

Hình 2 Ứng dụng của bentonit: làm chất kết dính để vê viên quặng (a),

làm khuôn đúc (b)

e Tính trơ

Bentonit trơ và bền hoá học nên có thể ăn được Người ta dùng bentonit làmchất độn trong dược phẩm, thức ăn gia súc và mỹ phẩm, làm chất lọc sạch và tẩy màucho bia, rượu vang và mật ong

a, b,

Hình 4 Ứng dụng của bentonit làm phụ gia trong xi măng (a)

và điều chế dung dịch khoan (b)

1.1.3 ỨNG DỤNG CỦA SÉT BENTONIT

1.1.3.1 Làm chất mang xúc tác [1, 3].

Bentonit có bề mặt riêng lớn, có khả năng hấp phụ mạnh nên nó có thể đượcdùng làm chất mang xúc tác trong các phản ứng hữu cơ Mạng lưới cấu trúc củabentonit mang điện tích âm do sự thay thế đồng hình của các ion Si4+ bằng ion Al3+ ởtâm tứ diện và ion Mg2+ thay thế ion Al3+ ở tâm bát diện Các ion thay thế Al3+, Mg2+

có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện tích âm của chúng không được bù trừ bởi cácion dương Do vậy tâm axit Liwis được tạo thành từ ion Al3+ và ion Mg2+ ở các đỉnh,các chỗ gãy nứt và các khuyết tật trên bề mặt bentonit Nếu lượng Al3+ và Mg2+ tănglên ở bề mặt bentonit sẽ làm tăng độ axit Liwis của chúng

Trên bề mặt bentonit tồn tại các nhóm hiđroxyl Các nhóm hiđroxyl có khảnăng nhường proton để hình thành trên bề mặt bentonit những tâm axit Bronsted Sốlượng nhóm hiđroxyl có khả năng tách proton tăng lên sẽ làm tăng độ axit trên bề mặtcủa bentonit

1.1.3.2 Làm vật liệu hấp phụ [2, 3]

Bentonit được dùng rộng rãi làm chất hấp phụ trong nhiều ngành công nghiệp.Trong công nghiệp lọc dầu, lượng bentonit được sử dụng rất lớn, bao gồm bentonit tựnhiên và bentonit đã hoạt hóa Lượng bentonit tự nhiên tiêu tốn cho quá trình lọc dầu

là 25% lượng dầu, phải có cùng với một lượng bentonit đã hoạt hoá bằng 10% khốilượng dầu Việc sử dụng bentonit làm chất hấp phụ là ưu việt hơn hẳn phương pháp cũ

là phương pháp rửa kiềm Lượng bentonit mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng

0,5% lượng dầu được tinh chế Ngoài ra, phương phỏp dựng bentonit cũn cú mức haophớ dầu thấp do trỏnh được phản ứng thuỷ phõn.

Trong cụng nghiệp hoỏ than, bentonit được sử dụng để tinh chế benzen thụ vàcỏc bỏn sản phẩm khỏc

Với tư cỏch là một chất hấp phụ đặc biệt tốt bentonit cú thể tạo ra cỏc dungdịch khoan với chất lượng đặc biệt cao và chi phớ nguyờn liệu thấp Vỡ thế, cựng với

sự phỏt triển của ngành thăm dũ và khai thỏc dầu, lượng bentonit được sử dụng trongviệc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng, và ngày nay ở Mỹ nú 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 thụng qua độ nhớt được tăng ởnồng độ chất rắn thấp; tạo huyền phự với cỏc tỏc nhõn và mựn khoan gõy lắng khingừng lưu chuyển dung dịch khoan vỡ một lớ do nào đú; ngăn cản sự mất dung dịchvào cỏc tầng cú ỏp suất thấp, thấm nước nhờ việc tạo nờn lớp bỏnh lọc khụng thấmnước trờn thành lỗ khoan (lớp bỏnh lọc này khụng chỉ ngăn khỏi bị mất dung dịch màcũn cú tỏc dụng như một cỏi màng làm bền thành lỗ khoan)

Ngoài ra bentonit cũn cú một số ứng dụng khỏc như,dựng để làm chất hấp phụtrong xi măng, điều chế dung dịch khoan,làm chất lọc cho bia,chất độn trong thuốc,vàthức ăn cho gia sỳc,chất chống sa lắng trong sơn.v.v như đả nờu ở mục (tớnh chất củasột bentonit)

1.2 GIỚI THIỆU VỀ SẫT HỮU CƠ

Sét hữu cơ là sản phẩm đợc tạo thành bởi sự thay thế cation vô cơ trong smectit

có thể trao đổi với cation hữu cơ của nhiều dạng khác nhau Cation hữu cơ đợc sử dụngphổ biến nhất là cation amoni thế 4 lần (QACs) của dạng [(CH3)3NR]+ hoặc[(CH3)2NR2]+, trong đó R là ankyl hoặc nhóm hydrocacbon thơm Liên kết của cáccation hữu cơ với lớp silicat của montmorillonit tạo thành một tập hợp hữu cơ, vô cơ cónhiều tính chất đặc biệt Sản phẩm sét hữu cơ bền về mặt hoá học và khả năng hấp phụtrội hơn hẳn khiến chúng trở thành tiềm năng hữu ích trong nhiều ứng dụng Trongcông nghiệp dầu khí, sét hữu cơ đợc sử dụng với vao trò chất tạo cấu búc tỏch chodung dịch khoan gốc dầu, dung dịch Paker, chất làm sạch dầu trong nhũ tơng dầu nớc.Ngoài ra, sét hữu cơ đợc sử dụng làm chất phụ gia sản xuất mỡ bôi trơn, sơn, mực, mỹphẩm, chất chống thấm [2]

Sột hữu cơ được sản xuất bằng biến tớnh bentonit với cỏc amin bậc 1, bậc 2, bậc

3 và bậc 4 cú mạch thẳng, nhỏnh và vũng Đầu nitơ của amin là đầu ưa nước, tớch điệndương, và trao đổi ion với natri hoặc canxi giữa cỏc lớp sột Cỏc amin sử dụng là loạimạch dài cú 12-18 nguyờn tử C

Thành phần chớnh của sột hữu cơ là bentonit, tro nỳi lửa đó biến đổi hoỏ học màgồm chủ yếu khoỏng sột montmorillonit Bentonit ở trạng thỏi tự nhiờn cú thể hấp thụgấp 7 lần khối lượng của nú trong nước, sau khi xử lý chỉ cú thể hấp thụ từ 5 đến 10%khối lượng của nú trong nước, nhưng là 40 đến 70% trong dầu, dầu nhờn, và cỏchidrocacbon bị clo hoỏ kị nước và tan hạn chế khỏc

Khi cho sột hữu cơ vào trong nước, cỏc cation hữu cơ được hoạt húa và kộo dàivuụng gúc với cỏc lớp sột ở trong nước Ion clo hoặc brom gắn lỏng lẻo với mạchcacbon Do đú cỏc ion natri mà bị thay thế bởi đầu nitơ tớch điện dương sẽ liờn kết vớiion Cl- tạo thành muối NaCl bị rửa đi Sản phẩm là chất hoạt động bề mặt trung tớnhvới 1 bazơ rắn là sột hữu cơ

1.2.1 C ẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA SẫT HỮU CƠ

Sự tơng tác của khoáng sét với các hợp chất hữu cơ đã đợc nhiều nhà khoa họcnghiên cứu Bản chất của sự tơng tác này là hấp phụ vật lí các chất hữu cơ phân cực

nh ancol và liên kết ion giữa các cation và anion trên bề mặt và ở góc cạnh của các lớpsét (hình 5) Tuy nhiên sự hấp phụ các phân tử hữu cơ lên các trung tâm điện tích dơngphân bố ở bề mặt cạnh và góc phiến sét thờng rất nhỏ nên ít đợc xem xét [4]

Sự hấp phụ các chất hữu cơ phân cực nh rợu bậc thấp, glycol và các amin trên

bề mặt phiến sét có chứa các trung tâm mang điện tích âm cũng tơng tự nh hấp phụ

n-ớc ở cùng một mức năng lợng hấp phụ nh nhau Vì vậy các hợp chất hữu cơ phân cựckhi tiếp xúc với các khoáng sét sẽ dễ dàng đẩy và chiếm chỗ các phân tử n ớc nằm ởkhoảng không gian giữa 2 lớp sét tạo thành sét hữu cơ

Các phân tử liên kết yếu với oxi bề mặt của đỉnh tứ diện đơn vị cấu búc tỏch sétbằng lực Vander Walls Do vậy các phân tử hữu cơ phân cực trên bề mặt lớp sét rấtlinh dộng và dễ dàng bị thay thế bằng các phân tử khác

Sự sắp xếp, bố trí các phân tử hữu cơ trong khoảng không gian giữa hai lớp sétphụ thuộc vào độ phân cực của chất hữu cơ Phân tử có độ phân cực mạnh thì nằmsong song, còn phân tử ít phân cực hoặc không có mạch hydrocacbon dài thì nằmvuông góc với bề mặt phiến sét Tuy nhiên đối với mạch hydrocacbon quá dài thì phân

tử hữu cơ sẽ nằm nghêng một góc 70O so với bề mặt phiến sét Đối với phân tử hữu cơ

có mạch phân nhánh nối với vòng thơm cho đến nay ngời ta vẫn cha biết đợc cách bốtrí, sắp xếp của chúng nh thế nào trong khoảng không gian giữa hai lớp sét

Các phân tử trong khoảng không gian giữa hai lớp sét có thể bị xếp thành lớp

đơn hoặc lớp kép tuỳ thuộc vào số nguyên tử trong mạch hydrocacbon Mạchhydrocacbon có số nguyên tử C <13 thì phân tử hữu cơ chỉ che phủ phiến sét bằng lớp

đơn phân tử, còn số nguyên tử C >13 thì các phân tử hữu cơ xếp thành 2 lớp Có thể

minh hoạ sự định hớng và sắp xếp các phần tử hữu cơ phân cực trong không gian giữahai phiéu sét nh hình 12:

Hình12: Sự định hớng và sắp xếp các phân tử hữu cơ trong không gian giữa hai lớp sét

Sau khi hấp phụ các phân tử hữu cơ, sét hữu cơ trở nên a dầu, vì vậy sét hữu cơkhông trơng nở và phân tán trong nớc Ngời ta ứng dụng tính chất này để làm keo tụhuyền phù sét bằng các chất hữu cơ phân cực

Sự khác biệt giữa tơng tác của các cation hữu cơ phân cực với khoáng sét là sựthay thế các cation vô cơ nằm ở giữa hai lớp sét bằng các cation hữu cơ và khi đó hìnhthành 1 liên kết chặt chẽ giữa cation hữu cơ và bề mặt khoáng sét Hiện tợng này gọi làhấp phụ trao đổi Nhóm amin của cation hữu cơ gắn vào bề mặt lớp đất sét còn đuôihidrocacbon sẽ thay thế các phân tử H2O đã bị hấp phụ trớc đó và nằm song song hoặcvuông góc với bề mặt sét Sự hấp phụ trao đổi các cation hữu cơ không bị giới hạn bởidung tích trao đổi cation của sét Với hợp chất amin bậc 4 có 3 nhóm hydrocacbonmạch dài thì montmorillonit có thể hấp phụ một lợng lớn cation hữu cơ bằng 2,5 lầndung lợng trao đổi cation của sét Khi đó amin bậc 4 d bị hấp phụ vật lí bởi lực VanderWalls lên trên các cation hữu cơ đã bị hấp phụ từ trớc Theo [12] các cation amin bậc 4

có chứa hydro, RN+H3 bị giữ trên bề mặt sét bằng liên kết giữa nguyên tử hydro củacation amin với oxy đỉnh trên tứ diện SiO4 của lớp sét Với mạch hydrocacbon có nC <

8 thì lợng amin bị hấp phụ tơng đơng dung lợng trao đổi cation của khoáng sét Còn

nC >8 thì lợng amin bị hấp phụ sẽ lớn hơn dung tích trao đổi cation của sét Khi đó cáccation amon bị hấp phụ sẽ xếp thành 2 lớp Sự có mặt các phân tử hữu cơ sau khi bịhấp phụ đã làm thay đổi khoảng cách cơ bản d001 giữa hai lớp sét Sét hữu cơ cókhoảng cách cơ bản d001 lớn hơn hẳn so với bentonite ban đầu

1.2.2 ỨNG DỤNG CỦA SẫT H ỮU CƠ

1.2.2.1 Làm chất hấp phụ

Sột hữu cơ cú chức năng tương tự như cacbon hoạt tớnh, nhựa trao đổi ion vàmàng lọc để tỏch dầu/nước Bột sột ưa dầu cú thể là 1 hợp phần hoặc nguyờn liệu chớnhcủa bột sột đụng tụ (flocculent) Chỳng là chất hấp phụ cực mạnh để loại bỏ dầu, chấthoạt động bề mặt và cỏc dung mụi, bao gồm metyl etyl xeton, t-butyl ancol (TBA) vàcỏc chất khỏc

Năm 1985, trên tờ Wolfe có bài “Tương tác của các amin béo với montmorillonit

để nâng cao khả năng hấp phụ chất ô nhiễm hữu cơ” Người ta đã nghiên cứu việc loại

bỏ 11 chất ô nhiễm hữu cơ gồm butanol, hexanol, octanol, benzen, toluen, nitrobenzen,phenol, clorofom, dimetylphtalat, axetandehit và axeton bằng sét hữu cơ 11 chất ônhiễm hữu cơ được xử lý với sét hữu cơ điều chế từ các amin bậc một propylamoni(PA), dodecylamoni (DA) và dodecyldiamoni (DDA) Nghiên cứu nhiễu xạ XRD củacác loại sét hữu cơ khác nhau được bão hoà với nước và các chất ô nhiễm cho thấy “sựxen đầy vào” của các phân tử chất ô nhiễm giữa các lớp sét

Nghiên cứu năm 1993 của Kukkadapu và của Boyd năm 1995 đã điều chế tetrametylphopho (TMP) và sét-tetrametylamoni (TMA) để nghiên cứu khả năng hấpphụ benzen, toluen và hơi cacbon tetraclorua Dung dịch trong nước của benzen, toluen,etylbenzen, styren, xylen và cacbon tetraclorua cũng được nghiên cứu Thấy rằng sự hấpphụ của hơi hữu cơ bằng sét hữu cơ khô cao hơn trong dung dịch trong nước

sét-1.2.2.2 Làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu cơ [8, 13, 16]

Khác với bentonit thông thường, bentonit hữu cơ trương nở và tạo gel trong dungmôi hữu cơ Nhờ vậy bentonit hữu cơ ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Ví dụ:Trong công nghiệp dầu khí bentonit hữu cơ được dùng làm chất tạo cấu trúc cho dungdịch khoan, trong sơn lưu hóa nhiệt, chất làm sạch dầu trong nhũ tương dầu/nước.Ngoài ra, bentonit hữu cơ có cấu tạo vừa có khả năng tan trong nước vừa có khả năngtan trong dung môi hữu cơ nên khi kết hợp với các phần tử trong sơn sẽ tạo huyền phù.Bentonit hữu cơ có cấu trúc rất ổn định ngay cả khi trong dung dịch có mặt một lượnglớn các cation kim loại Độ bền của các bentonit hữu cơ chứa các cation amin bậc 4 mộtphần là do lực Van der Walls giữa các mạch hiđrocacbon với bề mặt sét Vì vậy, huyềnphù bentonit hữu cơ trong dầu khá ổn định nhiệt, điều này cho phép bentonit hữu cơ cóứng dụng trong việc làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu cơ như sơn, dầu, mực

in, dầu nhờn…

1.2.2.3 Làm vật liệu composit [7, 9, 10, 15]

Vật liệu sét hữu cơ có những ứng dụng trong công nghiệp, cụ thể hơn là cho vàopolime, chất dẻo, nhựa để tạo ra vật liệu nanocomposit có sức bền cấu trúc được nângcao Cũng có thể sử dụng sét hữu cơ làm phụ gia lưu biến như chất ức chế sự cháy Hơnnữa, tính chất của vật liệu này là dễ phân tán hơn nhiều, ví dụ trong polime, do sự phân

bố điện tích tối ưu hơn, tính chất kị nước và sự tách lớp

1.3 ĐIỀU CHẾ SẫT HỮU CƠ

1.3.1 CÁC NGUYấN LIỆU ĐỂ ĐIỀU CHẾ SẫT HỮU CƠ

Nguyên liệu chính để sản xuất sét hữu cơ gồm có:

- Các khoáng sét có cấu búc tỏch lớp thuộc họ smectite nh: montmorilonite,chlorite, vermiculite, nontronite, hectorite, saponite và beidellite, tốt nhất làmontmorilonite

- Hợp chất amin bậc 4 có công thức tổng quát :

Trong đó R1, R2, R3, R4 là gốc hydrocacbon mạch thẳng no hoặc không no từ C1

đến C18 hoặc có 1 gốc là arylankyl nh benzen X là Cl- hoặc Br-… Các vật liệu sét chống, do có bề mặtHợp chất amin phổbiến để sản xuất sét hữu cơ: dimetyl diankyl amoniclorua Me2[C18H37]2N+Cl-,cetyltrimetyl amoni brommua CTAB, hexa dexyl trimetyl amoni HDTMA,

- Ngoài ra người ta cũn cú thể sử dụng thờm một số phụ gia để làm tăng khảnăng thõm nhập của cation hữu cơ như: ure, axit sunphamic, cỏc hỗn hợp của ure vớiaxit sunphamic ở cỏc tỷ lệ khỏc nhau

a sột bentonit trong tự nhiờn và ở việt nam

Bentonite là một nguồn khoáng thiên nhiên, đợc cấu thành chủ yếu từ cáckhoáng vật sét thuộc nhóm smectit bao gồm montmorillonite và một số khoáng khác

nh kaolin, mica, quartz, cristobalite, feldspar, calcite, illite… Các vật liệu sét chống, do có bề mặt trong đó montmorillonite

là thành phần chính của bentonite Có 2 loại khoáng bentonite chính, đó là bentonitekiềm (chứa ion kiềm Na

+, K

+, ) và bentonite kiềm thổ (chứa các ion Ca

+2, Mg

+2, ).Các mỏ quặng bentonite khác nhau thờng có hàm lợng montmorillonite khác nhau,theo các số liệu đã công bố cho thấy hàm lợng montmorillonite trong bentonite có thểdao động trong một khoảng rộng, ví dụ ở mỏ bentonite kiềm Tuy Phong - Bình Thuận

- Việt Nam hàm lợng montmorillonite trong bentonite chỉ khoảng15-20%, trong lúc đó

mỏ bentonite kiềm Wyoming ở Mĩ có hàm lợng montmorillonite lên tới hơn 80%.Trong thực tế, tuỳ theo mục đích sử dụng cho từng lĩnh vực mà đòi hỏi về hàm l ợngmontmorillonite cũng khác nhau, nh khi dùng làm khuôn đúc trong ngành cán thép

-hoặc để sử dụng trong nông nghiệp, … Các vật liệu sét chống, do có bề mặt thì có thể dùng bentonite nguyên khai hay chỉqua khâu xử lý quặng sơ bộ, còn nếu dùng cho mục đích làm chất xúc tác, sử dụngtrong ngành y, dùng để chế tạo nanoclay, … Các vật liệu sét chống, do có bề mặt thì đòi hỏi phải làm làm sạch, làm giàubentonite để nâng hàm lợng montmorillonite trong bentonite lên cao

* Hoạt húa bằng kiềm

Phương phỏp hoạt húa bằng kiềm là dựng kiềm hoà tan một số oxit lưỡng tớnhnhư Al2O3, Fe2O3 để tạo trờn bề mặt sột những lỗ xốp và những trung tõm hoạt động.Tuy nhiờn một số liờn kết bị đứt tạo cấu trỳc khỏc và một số chất khỏc khụng bị hoàtan bị loại do sa lắng Mặt khỏc khi hàm lượng kim loại kiềm lớn thỡ hoạt tớnh xỳc tỏccủa giảm do ion natri đầu độc cỏc tõm axit Do vậy phương phỏp hoạt hoỏ bằng kiềm

ớt được dựng, chỉ khi do một nhu cầu cụ thể nào đú, vớ dụ cần tớnh chất đặc trưng bazơcủa thỡ người ta mới dựng tới phương phỏp này

* Hoạt húa bằng axit

Trong thực tế người ta thường hoạt hoỏ bằng cỏc axit vụ cơ: H2SO4, HCl,

H3PO4 Theo khảo sỏt thỡ việc hoạt hoỏ bằng HCl cho kết quả tốt nhất Khuấy khoỏngsột trong dung dịch HCl 15 đến 20% với tỉ lệ rắn:lỏng thớch hợp Axit hũa tan cỏc tạpchất, chuyển chỳng vào dung dịch nước theo cỏc phản ứng sau:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + CO2MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + CO2 + CO2

Fe2O3 + 6HCl = 2 FeCl3 + 3H2OPhương phỏp hoạt húa khoỏng sột bằng axit tạo ra cỏc vật liệu cú độ axit caohơn do H+ đẩy cỏc cation Na+, K+, Ca2+,… ra khỏi cấu trỳc sột và thay thế bằng cỏcproton H+, lỳc đú H+ liờn kết với oxi ở cầu nối làm tăng độ axit, vỡ vậy làm tăng hoạttớnh xỳc tỏc của sột

Kết hợp hoạt hoỏ bằng axit với xử lớ bằng natri đithionit cho hiệu quả cao,ngoài tỏc dụng như trờn, Fe2O3 cũn bị loại bởi phản ứng:

5Fe2O3 + 2NaS2O4 + 14HCl = 4FeSO4 + 6FeCl2 + NaCl + 7H2O

Phương phỏp này cho hiệu quả cao do Fe2O3 là tạp chất hàm lượng cao và khú

bị loại bỏ Fe2O3 là chất kết dớnh quartz với montmorillonit sau khi bị loại, quartz sẽlắng xuống làm giàu montmorillonit

Những đặc điểm cấu trúc của khoáng vật đã cho phép ứng dụngmontmorillonite hoạt hoá và biến tính để chế tạo hàng loạt vật liệu nanocomposite -các loại chất dẻo và cao su có độ bền cơ và nhiệt cao có khả năng ứng dụng thực tiễn

to lớn

Các sản phẩm hoạt hoá và biến tính montmorillonite cũng đợc ứng dụng ngàycàng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau: dùng làm chất hấp phụ và chế tạo xúc táctrong công nghệ hoá học và xử lý môi trờng, chất bảo lu trong công nghiệp giấy, chất

lu biến trong công nghiệp sơn và mực in, chế tạo dung dịch khoan cho công nghiệpdầu khí và xây dựng, chất làm khuôn đúc trong công nghiệp luyện kim, chất giữ ẩm vàchất mang các yếu tố vi lợng cho sản xuất nông nghiệp, phụ gia sản xuất dợc phẩm,

mỹ phẩm, … Các vật liệu sét chống, do có bề mặt

Sản lợng montmorillonite hoạt hoá và biến tính mỗi năm trên thế giới hàng triệutấn Các nớc sản xuất hàng đầu là Mỹ, các nớc thuộc Liên xô cũ, Hy Lạp, Trung Quốc Montmorillonite hoạt hoá và biến tính đ

… Các vật liệu sét chống, do có bề mặt ợc bán trên thị trờng gồm hàng chục loạikhác nhau Từ năm 2000 Trung Quốc bắt đầu chế tạo sản phẩm nano trên cơ sởmontmorillonite cho polyme Nhiều cơ sở chế tạo montmorillonite hoạt hoá và biếntính với công suất từ 5000 đến 8000 tấn

Việt Nam có tài nguyên chứa khoáng vật montmorillonite đa dạng về chủngloại, với trữ lợng hàng trăm triệu tấn Tuy nhiên mới đợc khai thác ở quy mô nhỏ vàdùng chủ yếu ở dạng thô, cha có sản phẩm đạt chất lợng cao và ổn định, phạm vi ứngdụng còn rất hạn chế Nhu cầu montmorillonite hoạt hoá và biến tính cho ngành côngnghiệp giấy, sơn, v.v cho các nghiên cứu triển khai công nghệ vật liệu cao hiện đợc

đáp ứng bằng nhập ngoại, với những khó khăn về giá cả và giao dịch, Nhiều đề tàiứng dụng vật liệu này chỉ đợc thực hiện với lợng nhỏ và kết quả không thể triển khaivào thực tế Những khó khăn này có thể khắc phục đợc bằng cách tự chế tạo từ tàinguyên trong nớc

Để mở rộng một cách hiệu quả việc sử dụng montmorillonite hoạt hoá và biếntính và tạo khả năng đáp ứng nhu cầu lớn trong tơng lai về vật liệu này cho các ngànhcông nghiệp và đời sống, cần tạo đợc sản phẩm montmorillonite hoạt hoá và biến tính

từ nguồn tài nguyên thiên nhiên

Đối với những mỏ bentonite kiềm có hàm lợng cao nh bentonite kiềmWyoming (Mỹ) ngời ta có thể trực tiếp sử dụng mà không cần qua giai đoạn làm giàu,hoặc biến tính nó để thu đợc sản phẩm cho những mục đích khác nhau Đối với loạiquặng bentonite có hàm lợng montmorillonite thấp ngời ta sử dụng phơng pháp tuyểntrọng lợng lợng nh của các tác giả ở công trình (2) hoặc phơng pháp ớt nh của các tácgiả ở Mĩ ở các công trình (3,4) Theo phơng pháp n y bentonite đày bentonite đ ợc pha với nớc theo

một tỉ lệ thích hợp Sử dụng chất phân tán (NaPO ) để làm lắng các khoáng phi séttheo nhiều giai đoạn, sau đấy huyền phù mịn đợc lọc, sấy khô và nghiền mịn để thusản phẩm, một số tác giả khác sử dụng phơng pháp tuyển thuỷ xyclon, xử lý nhiệt vàhoá học để nâng cao hàm lợng Tuy vậy, ở trên thế giới các mỏ bentonite kiềm thờng

có hàm lợng montmorillonite lớn hơn trong bentonite kiềm Tuy Phong-Bình Thuậncủa chúng ta nên có thể trực tiếp chế biến bentonite thô mà không qua giai đoạn làmgiàu Có lẻ chính vì lẻ đó, nên các công trình nghiên cứu về làm giàu, làm sạchbentonite kiềm để nâng cao hàm lợng montmorillonite -Na của các tác giả trên thế giớikhông nhiều

Ngợc lại, trên thế giới lại có nhiều khoáng bentonite kiềm thổ (chúa các cationCa

+2

, Mg

+2

, … Các vật liệu sét chống, do có bề mặt) với hàm lợng montmorillonite cao, trong lúc đó vì bentonite kiềm đợc

sử dụng trong nhiều lĩnh vực với các mục đích khác nhau cho nên đã có rất nhiềunghiên cứu để chuyển hoá bentonite kiềm thổ về dạng bentonite kiềm Những nghiêncứu này đã có từ trớc những năm 1950 tại nhiều nớc nh Mỹ, Liên Xô cũ, Có thể kể

đến những nghiên cứu của các tác gả (1), (2), Ngày nay công nghệ chuyển hoábentonite kiềm thổ sang dạng bentonite kiềm đã đợc đa vào nhiều nhà máy vận hành

và sản xuất ra hàng trăm nghìn tấn sản phẩm cho những lĩnh vực khác nhau, nh ở HànQuốc mỗi năm sản xuất hơn 800 nghìn tấn sản phảm bentonite hoạt hoá cho nhữngmục đích khác nhau Phơng pháp hoạt hoá để chuyển benonite kièm thổ về dạngbentonite kiềm nh sau: quặng bentonite kièm thổ đợc phân cấp, đập, nghiền đến cỡhạt thích hợp Sau đấy quặng đợc trộn đều với tác nhân hoạt hoá (là các muối của natri

nh Na2CO3, NaCl, ) theo một tỉ lệ thích hợp và nung hỗn hợp trong lò quay với nhiệt

độ trong khoảng 300-500

0

C, sản phẩm hoạt hoá sau đấy đợc đóng bao và đa đi sửdụng Một điều đáng lu ý ở đây là quặng bentonite kiềm thổ trên thế giới thờng cóhàm lợng montmorillonite cao nên quặng đợc đa vào hoạt hoá ngay mà không qua gia

đoạn làm giàu, còn đối với quặng bentônte kiềm thổ Di Linh-Lâm Đồng của chúngta,

do hàm lợng montmorillonite không cao (khoảng 40-50%) nên để sử dụng cho một sốmục đích chế tạo vật liệu cao thì trớc khi hoạt hoá nên làm giàu quặng để nâng hàm l-ợng montmorillonite.

Ngời ta cũng sử dụng các tác nhân hoạt hoá khác nh axit vô cơ (H2SO4, HNO3,HCl) và các chất hữu cơ khác để hoạt hoá bentonite kiềm và bentonite kiềm thổ nhằmthu nhạn các sản phẩm hoạt hoá cho những mục đích sử dụng khác nhau

b Cỏc tỏc nhõn hữu cơ:

đối với Bentonit trong tự nhiờn thụng thường thỡ độ tinh khiết của chỳng khụngđược cao,do đú người ta phải dựng cỏc tỏc nhõn như axớt vụ cơ hoặc hữu cơ để nõnghàm lượng montmorillonite cú độ tinh khiết tương đối chuẩn

Để thực hiện được điều đú chỳng ta thường sữ dụng cỏc cỏch sau:

- Sự hấp phụ bề mặt

- Trao đổi ion với những cation vô cơ và những tổ hợp hữu cơ

- Trao đổi ion với các cation hữu cơ

- Ghép các hợp chất lai hữu cơ lại với nhau

- Phản ứng với các axit

- Polyme hoá giữa các lớp với polyme hoá nội hạt

- Tách lớp và tái kết tụ của khoáng sét tẩy bẩn

Các tác nhân để biến tính khoáng sét thờng đợc sử dụng là tác nhân hữu cơ vàtác nhân vô cơ, trong đó có nhiều công trình về bién tính khoáng bentonite, sử dụngtác nhân hữu cơ

Sét chứa chất hữu cơ (nanoclay hữu cơ) đợc các nhà khoa học nghiên cứu trongkhoảng 50 năm nay, nhng cấu búc tỏch, cơ chế trơng nở và sự phân tán của chúngtrong các dung môi hữu cơ vẫn cha đợc hiểu rõ Sét hữu cơ còn gọi là sét a dầu là sảnphẩm phản ứng trao đổi giữa các ion kim loại nh Na+, Ca++ nằm ở giữa các phiến sétvới các muối amin bậc 4 Sét hữu cơ đợc điều chế từ sét dạng smectit (bentonit) đã đợctinh chế ớt để loại bỏ các thành phần khoáng phi sét thô Vữa sét này có thành phầnkhoáng montmorillonite Na, Ca, Mg Các ion Na+, Ca++, Mg++ đợc coi nh là các iontrao đổi Dung tích trao đổi ion của sét này phải đạt ít nhất là 75 meq/100g sét khô Sét

nên đợc sử dụng tốt nhất ở dạng montmorillonite- Na (sét này có khả năng trơng nở rấttốt) Trộn sét với amoni bậc 4 hoặc hỗn hợp ammoni của chúng (2M2HT:dimethylbihydrogenated tallow ammonium chloride) cùng với một chất pha loãng(metanol, axeton, propylen glycol, dietylen glycol, v.v… Các vật liệu sét chống, do có bề mặt), chất này là chất phân cực đ-

ợc cho vào nhằm tăng cờng khả năng trơng nở của sét trong các dung môi hữu cơ Sự

có mặt của cation bậc 4 trong không gian giữa hai phiến sét không chỉ làm cho khoảngcách d001 của khoáng sét thay đổi mà còn làm cho sét có tính a dầu

1.3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐI ỀU CHẾ SẫT HỮU CƠ:

Sự tương tỏc giữa khoỏng sột với cỏc chất hữu cơ đó được nhiều nhà khoa họcnghiờn cứu Bản chất của sự tương tỏc này là hấp phụ vật lớ cỏc chất hữu cơ phõn cựcnhư ancol và liờn kết ion giữa cỏc cation và anion trờn bề mặt và ở gúc cạnh của cỏclớp sột Tuy nhiờn sự hấp phụ cỏc cation hữu cơ lờn cỏc trung tõm điện tớch dươngphõn bố ở bề mặt, cạnh, gúc phiến sột thường rất nhỏ nờn ớt được xem xột

Sự hấp phụ cỏc chất hữu cơ phõn cực như cỏc ancol bậc thấp, glicol và cỏcamin trờn bề mặt phiến sột cũng tương tự như hấp phụ nước ở cựng một mức nănglượng hấp phụ như nhau Vỡ vậy cỏc chất hữu cơ phõn cực khi tiếp xỳc với khoỏng sột

sẽ dễ dàng đẩy và chiếm chỗ cỏc phõn tử nước nằm ở khoảng khụng gian giữa cỏc lớptạo thành bentonit hữu cơ

Fukushima và Inagaki đó chứng minh rằng phản ứng trao đổi cú thể được ứngdụng để thay thế cỏc ion vụ cơ trao đổi trong khe giữa cỏc lớp với chất hoạt động bềmặt ankyl amoni (dioctadecyldimetyl amoni) (hỡnh 5) Cỏc chất hoạt động bề mặtthõm nhập vào sẽ làm tăng khoảng cỏch giữa cỏc lớp (được xỏc định bằng độ giảm vịtrớ pic của montmorillonit trương nở với chất hoạt động bề mặt ankyl amoni trong mẫuXRD)

Hinh 5 Sự trao đổi giữa cỏc ion vụ cơ với cation hữu cơ

Sự tương tác cũng làm thay đổi sự phân cực của các lớp bằng sự giảm nănglượng 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 bềmặt cũng sẽ ảnh hưởng đến khoảng cách cơ bản giữa các lớp Ở mật độ điện tích nhỏhơn, chất hoạt động bề mặt thâm nhập vào tạo thành một đơn lớp trong khe giữa cáclớp Khi mật độ điện tích tăng lên có thể tạo ra hai lớp, ba lớp chất hoạt động bề mặttrong khe giữa các lớp Ở những dung lượng trao đổi cation rất cao (≥120miliđươnglượng gam/100g) và các chất hoạt động bề mặt có mạch cacbon dài (>15C) sự thâmnhập có thể được sắp xếp như cấu trúc loại parafin Các đầu điện tích dương gắn chặtvào bề mặt lớp sét, còn đuôi hữu cơ lấp đầy khoảng không gian giữa các lớp (hình 6 )

Vì vậy mà khoảng cách cơ bản d001 của bentonit hữu cơ sẽ lớn hơn bentonit ban đầu

Hinh 6 Cấu trúc của sét hữu cơ

Trong đề tài n ày, chúng tôi sử dụng chất hữu cơ dode xylamin làm tác nhânhoạt động bề mặt để khuếch tán vào các khe mạng của bentonit

Quá trình điều chế sét hữu cơ thường được tiến hành trong dung dịch nước(còn gọi là phương pháp ướt)

Phương pháp ướt là phương pháp trao đổi giữa cation hữu cơ với bentonit đãhoạt hoá trong môi trường nước Bentonit tự nhiên đã là một chất hấp phụ trao đổinhưng để nâng cao tính hấp phụ, tẩy trắng và hoạt tính xúc tác người ta cần tìm cáchlàm tăng bề mặt riêng, tăng độ xốp hay thay đổi bản chất bề mặt của nó Tất cả cáccách làm với mục đích đó được gọi là sự hoạt hóa bentonit Có nhiều phương pháphoạt hoá bentonit áp dụng cho từng loại bentonit và mục đích hoạt hóa nhưng có 3phương pháp chính là: hoạt hoá bằng kiềm, hoạt hóa bằng axit và hoạt hóa bằng nhiệt

Sét hữu cơ trong công trình nghiên cứu [16] được điều chế bằng cách trộncation hữu cơ với sét tạo thành huyền phù, tốt nhất ở nhiệt độ từ 20 đến 100oC, trongthời gian đủ để cation hữu cơ phản ứng trao đổi với các hạt sét, sau đó lọc, rửa và sấy

khụ Sột phõn tỏn tốt trong nước ở nồng độ từ 1 đến 10%, tốt nhất là 2 đến 7%, ly tõmhuyền phự để loại tạp chất khụng phải sột mà cú thể chiếm tới 15% thành phần sột banđầu, khuấy mạnh huyền phự và gia nhiệt ở nhiệt độ từ 60 đến 80oC,

Phương phỏp hoạt húa bentonit bằng axit đó được mụ tả trong nhiều đề tài [2,17] Trong cụng trỡnh [2], bentonit được hoạt hoỏ như sau: bentonit Thuận Hải sơ chế(dạng natri) được nghiền nhỏ, tạo huyền phự 5% trong nước, để yờn 24h, tỏch bỏ phần

sa lắng Phần cũn lại được ly tõm, rửa sạch bằng nước cất, sấy khụ ở 110oC trong 3h.Bentonit tinh chế thu được đem hoạt hoỏ bằng dung dịch axit HCl (tỉ lệ rắn : lỏng là

1 : 4), khuấy mạnh ở 80oC trong 4h, rồi lọc gạn, rửa sạch tới trung tớnh bằng nước cất,đem sấy khụ ở 110oC trong 3h thu được mẫu sột biến tớnh bằng axit

Phương phỏp tổng hợp bentonit hữu cơ theo tỏc giả cụng trỡnh [17] khi sử dụngcation hữu cơ cetyltrimetyl amoni: những lượng chất cetyltrimetyl amoni bromua hoặccetyltrimetyl amoni hiđroxyl thờm vào 25 ml nước cất và 1g đất sột đó được họat húabằng axit, tạo huyền phự Hỗn hợp được khuấy qua đờm ở nhiệt độ phũng Sau đú lọc,rửa bằng nước cất để loại bỏ chất hoạt động bề mặt cũn dư và làm khụ ở nhiệt độphũng

Tuy nhiờn trong quỏ trỡnh tổng hợp sột hữu cơ cũn cú cỏc yếu tố làm ảnh hưởngđến quỏ trỡnh điều chế của chỳng như:

1.3.3 Các yếu tố ảnh hởng trong quá trình điều chế sét hữu cơ.

Sự có mặt phân tử hữu cơ sau khi bị hấp phụ đã làm thay đổi khoảng cách cơ bản d001 giữa 2 lớp sét Khoảng cách này phụ thuộc vào thành phần dung dịch, nồng độ tác nhân hữu cơ, lợng chất hoạt động bề mặt Nghiên cứu các yếu

tố ảnh hởng đến sản phẩm sét hữu cơ, trớc hết khảo sát các yếu tố nh nồng độ huyền phù bentonite, thời gian khuấy trộn, nhiệt độ phản ứng, pH dung dịch… Các vật liệu sét chống, do có bề mặt Chất lợng sản phẩm đợc đánh giá thông qua hình ảnh chụp giản đồ Rơnghen.

1.3.3.1 Ảnh hởng của cấu hình phân tử hữu cơ [4]

Theo tác giả công trình [4], nếu chất hữu cơ là amin mạch thẳng có số nguyên tử cacbon nC <13 thì doo1 là 13,6 Còn 13 <nC < 18 thì d Å 001 là 17,6 Å(d001 của sét khô khoảng 12 ) Đồng thời tác giả cũng nhận thấy cation hữu cơ Å cũng có kích thớc càng lớn và cấu búc tỏch cồng kềnh thì càng khó bị khử hấp phụ ra khỏi bề mặt bentonite Vì vậy organclay tạo thành trên cơ sở amin bậc 4 (đặc biệt là cation amin bậc 4 có 14 nC <18) rất bền vững dới tác dụng của dung môi và nhiệt

1.3.3.2 Ảnh hởng của nồng độ tác nhân hữu cơ [1]

Theo tác giả công trình [1], nếu nồng độ CTAB thấp quá thì sét hữu cơ không có khả năng trơng nở vì mạch đuôi hidrocacbon của amin nằm sát với bề

mặt silicat của lớp sét ở nồng độ cao, quá trình tạo keo bị ức chế Điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu của các công trình nghiên cứu trình bày trong [7] Theo tác giả công trình [1], nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng dần làm biến

đổi cấu búc tỏch d001 từ 1,62 tới 2,36 nm Khi nồng độ ban đầu lớn hơn 1,86 mmol/g, khoảng cách d001 đạt tới 3,62 nm Với CTMABr, khoảng cách d001 tăng

từ 1,53 tới 1,84 nm khi nồng độ đạt tới 1,78 mmol/g Những sự thay đổi thu đợc

là do sự sắp xếp cation CTMA thành hai lớp vào giữa các lớp silicate (Lagaly,

1986)

1.3.3.3 Ảnh hởng của nhiệt độ phản ứng.

Sự hấp phụ của cation hữu cơ trên bề mặt bentonite cũng tăng theo nhiệt

độ ở nhiệt độ thấp phản ứng diễn ra khó vì ở nhiệt độ này các hợp chất amin ở trạng thái đông đặc ở vùng nhiệt độ cao huyền phù bentonite có hiện tợng đặc lên do hiệu ứng keo tụ.

1.3.3.4 Ảnh hởng của điều kiện rửa.

Khi nghiên cứu sự hấp phụ và khử hấp phụ hàng loạt muối amin nh cetyl

piridyl brommua, cetyltrimetylbrommua, dodecylpiridylbrommua trên bentonite, W.U.Malik, S.K.Srivastava [12] đã tìm thấy quy luật :

- Lợng cation amin bị hấp phụ trên bề mặt không bị giới hạn bởi dung lợng trao đổi ion của bentonite.

- Ái lực hấp phụ của bentonite đối với các muối amin tăng tỉ lệ theo kích thớc của cation hữu cơ nhờ sự tăng lực Vander Walls giữa bề mặt sét và phân tử amin.

Đồng thời theo thời gian, cation hữu cơ có kích thớc càng lớn và cấu búc tỏch cồng kềnh thì càng khó bị khử hấp phụ ra khỏi bề mặt bentonite Vì vậy sét hữu cơ tạo thành trên cơ sở amin bậc 4 có 14 < nC < 18 rất bền vững dới tác dụng của dung môi và nhiệt Do vậy theo dự đoán của chúng tôi, khi tiến hành rửa nhiều lần bằng nớc cất cũng không ảnh hởng nhiều đến kích thớc của sét hữu cơ.

1.3.3.5 Ảnh hởng của pH dung dịch.

pH dung dịch có ảnh hởng tới chất lợng sét hữu cơ ở pH cao (từ 9 đến 10), bentonite Na bị trơng 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 dơng sẽ chuyển dần thành điện tích âm, điện tích âm tạo điều kiện cho các cation hấp phụ lên các cạnh, lợng cation tham gia vào phản ứng trao đổi tốt hơn Do vậy quá trình hấp phụ cation hữu cơ vào giữa các lớp bentonite xảy ra tốt hơn.

1.3.3.6 ảnh hởng của thời gian khuấy trộn

Thời gian khuấy có ảnh hởng đến chất lợng sét hữu cơ Bản chất của sự

t-ơng tác giữa phân tử hữu cơ với bentonite là sự khuếch tán các cation hữu cơ vào giữa hai lớp sét Thời gian khuấy trộn càng lâu, khả năng khuếch tán của cation hữu cơ vào các lớp bentonite càng lớn khoảng cách cơ bản d001 càng tăng

1.3.3.7 ảnh hởng của nhiệt độ sấy, nung [7]

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 > 200OC, các lớp cấu búc tỏch giảm mạnh vì sự phân huỷ của chất hoạt

động bề mặt Giá trị này tiếp tục giảm khi tăng nhiệt độ tới 425OC Điều đó có thể đợc giải thích do có liên quan tới sự phân bố dị thể của cation hoạt động bề mặt vào giữa các lớp silicat 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 trờng giống nh 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 Tuy nhiên Lee & Kim (2003) đã đề xuất việc tăng khoảng trống liên quan tới quá trình đề hydrat và loại bỏ các phân tử nớc.

1.4.CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU SẫT VÀ SẫT HỮU CƠ

Để khảo sỏt cấu trỳc, tớnh chất của vật liệu sột hữu cơ tổng hợp được, người tathường sử dụng cỏc phương phỏp nghiờn cứu sau:

1.4.1 Phương phỏp nhiễu xạ tia X

Phương phỏp nhiễu xạ tia X được ứng dụng để nghiờn cứu cấu trỳc của vật liệuorganoclay tổng hợp được Ngoài ra phương phỏp này cũn được ứng dụng để xỏc địnhđộng học của quỏ trỡnh chuyển pha, kớch thước hạt và xỏc định trạng thỏi đơn lớp bềmặt của chất xỳc tỏc ụxit kim loại trờn chất mang

1.4.1.a Nguyờn tắc

Nhiễu xạ tia X là một phương phỏp quan trọng trong việc nghiờn cứu cấu trỳctinh thể Cỏc bước súng của tia X nằm trong khoảng 1 đến 50 Ao Chỳng cú nănglượng lớn nờn xuyờn vào chất rắn Khi chiếu tia X vào cỏc mạng tinh thể, cỏc tia Xphản xạ từ 2 mặt cạnh nhau cú hiệu quang trỡnh;

 = BC + CD = 2BC = 2dsin

Hình 21: Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể chất rắn

Khi tia X lan truyền trong chất rắn

Khi các tia này giao thoa với nhau ta sẽ thu được cực đại nhiễu xạ thoả mãnphương trình Vulf-bragg:

 = 2dsin = n

Trong đó:

d : khoảng cách giữa hai mặt song song

 : là góc giữa tia X và mặt phẳng pháp tuyến

n : là số bậc phản xạ ( n = 1,2,3 …)

Như vậy khoảng cách giữa các mạng lưới tinh thể là :

nd2.sin

Từ giản đồ nhiễu xạ tia X có thể thu được một số thông tin quan trọng như: mức

độ trật tự của tinh thể, khoảng cách giữa các mao quản

Các phuơng pháp phân tích nhiệt trọng lượng và nhiệt vi sai có thể cho ta thôngtin về quá trình chuyển pha và chuyển cấu trúc của mẫu nghiên cứu,mà chúng ta có

th ể minh hoạ qua sơ đồ sau.

Sơ đồ khối của một thiết bị phân tích nhiệt được bày trên hình 7

Hình 7 Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt

Trên giản đồ nhiệt người ta thường quan tâm đến 2 đường cong quan trọng làDTA và đường TG Đường DTA cho biết sự xuất hiện của các hiệu ứng nhiệt cònđường TG cho biết sự biến đổi khối lượng mẫu trong quá trình gia nhiệt Mỗi quá trìnhhoá học hoặc vật lý thường kèm theo hiệu ứng nhiệt tương ứng (toả nhiệt hoặc thunhiệt) và được nhận biết trên đường DTA Các quá trình này có thể kèm theo sự thayđổi khối lượng của mẫu (quá trình thăng hoa, bay hơi, phân huỷ nhiệt.v.v.) hoặc khôngkèm theo sự thay đổi khối lượng (quá trình chuyển pha, phá vỡ mạng tinh thể v.v.) vàchỉ có các quá trình làm thay đổi khối lượng mẫu mới được ghi lại trên đường TG

Khi kết hợp các dữ liệu thu được từ hai đường TG và DTA, có thể dự đoánnhững giai đoạn xảy ra trong quá trình nung mẫu, xác định nhiệt độ chuyển pha và độbền nhiệt của vật liệu

Phương pháp nhiệt vi sai là phương pháp rất phổ biến để nghiên cứu sự biến đổipha cũng như các phản ứng xảy ra trong quá trình gia nhiệt vật chất (với tốc độ tăngnhiệt đều đặn) Sự biến đổi này được ghi nhận bằng các hiệu ứng nhiệt (thu nhiệt hoặc

Chất so sánh

DTA

T

toả nhiệt) và các hiệu ứng mất khối lượng xảy ra trong quá trình đun nóng Đồ thị biểudiễn sự biến đổi này gọi là giản đồ DTA, TGA Mỗi chất đều có các giản đồ DTA vàTGA đặc trưng Tại nhiệt độ đặc trưng cho một hiệu ứng nhiệt nào đó người ta quan sátthấy sự thay đổi khối lượng mẫu, chủ yếu là do mất nước hấp phụ trên bề mặt hoặctrong cấu trúc hoặc do phân huỷ một phần cấu trúc của khoáng sét Có 3 hiệu ứng thunhiệt đặc trưng cho bentonit trong quá trình nung mẫu Hiệu ứng thu nhiệt thứ nhất xảy

ra trong khoảng nhiệt độ từ 110oC→ 220oC tương ứng với quá trình tách nước vật lí ởkhoảng giữa các lớp cấu trúc và trên bề mặt của hạt sét Hiệu ứng thứ hai xảy ra trongkhoảng nhiệt độ từ 500oC → 720oC tương ứng với quá trình phá vỡ liên kết của cácnhóm hiđroxyl trong mạng cấu trúc, dẫn đến sự mất nước hóa học trong bentonit Hiệuứng thứ ba đặc trưng nhất trong bentonit xảy ra trong khoảng nhiệt độ từ 700oC→

900oC, lúc này mạng tinh thể của bentonit sẽ bị thiêu kết và nóng chảy ở 1200oC→

1300oC

1.5 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN.

1.5.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Trong khoá luận này,mục tiêu của chúng tôi là nghiên cứu quá trình điều chế séthữu cơ từ bentonit và các amin,sau đó dùng các phương pháp như phân tích nhiệt hoặcXRD để xác định mức độ xâm nhập của amin,và kích thước(doo1)

1.5.2 CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

a nghiên cứu quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit- pháp được tiến hành như sau:

+ khảo sát quá trình ảnh hưởng của nồng độ dodexylamin xâm nhập vào bentonitđến kích thước (doo1)

+ khảo sát quá tình ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến kích thước (doo1)+ khảo sát quá trình ảnh hưởng của lượng bentonit đến kích thước (doo1)

+ khảo sát quá trình ảnh hưởng của pH trong dung dịch đến kích thước (doo1)+ khảo sát quá trình ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến kích thước (doo1)

b Nghiên cứu quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit-thuận hải

trong quá trình điều chế bentonit-thuận hải này chúng tôi không tiến hành khảosát theo từng bước,như trong quá trình điều chế bentonit-pháp vừa nêu ở trên,mà chỉ sữdụng các điều kiện chuẩn thích hợp trong quá trình khảo sát đó, để điều chế sét hữu cơ

từ bentonit-thuận hải với hai hàm lượng khác nhau (bentonit có hàm lượng 75%, vàbentonit có hàm lượng > 94%)

c xác định mức độ xâm nhập của lượng dodexylamin cho cả ba loại thông quagiản đồ phân tích nhiệt,và xác định độ hụt khối của sét hữu cơ trong quá trình nungmẫu

C12H27N khối lượng phân tử M=185,36 g/mol, d=0,8 g/ml, Axit HCl đặc 36% của(Trung Quốc), NaOH 0,1M (Trung Quốc), chất chỉ thị (Quỳ Tím),nước cất

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị

* Dụng cụ

- Bình định mức các loại.

- Cốc thuỷ tinh, đũa thuỷ tinh

- Pipet các loại và ống ly tâm

- Ống đong các loại

- Chén nung

- Cối mã não

* Thiết bị

- Máy ly tâm Hettich EBA 8 của Prolabo (Pháp)

- Máy khuấy từ gia nhiệt Veia của Cole Parmer Instrument Company (Mỹ)

- Máy đo pH

- Tủ sấy chân không Labtech của Hàn Quốc (có điều khiển nhiệt độ).

- Lò nung (có điều khiển nhiệt độ) Volcah MC 25 (Prolabo - Pháp)

- Máy nhiễu xạ tia X SIEMENS D5005 (Đức)

- Cân phân tích (± 0,0001g) Mettler Toledo (Thuỵ sĩ)

2.2 phương pháp nghiên cứu

2.2.1 phương pháp thực nghiệm để điều chế sét hữu cơ

Trong khóa luận này chúng tôi lựa chọn phương pháp điều chế bentonit hữu cơbằng phương pháp ướt

2.2.1.1 Điều chế sét hữu cơ từ Bentonit-Pháp và Dodexylamin

Dodexylamin có công thức tổng quát C12H27N khối lượng phân tử M=185,36 g/mol,d=0,8 g/ml

Bentonit-pháp đả được hoặt hóa và làm giàu có độ tinh khiết cao

Để điều chế được sét hữu cơ từ bentonit và dodexylamin chúng tôi tiến hành nhưsau

Trước hết ta chuyển toàn bộ lượng dodexylamin (chất lỏng) sang muối (tồn tại ởdạng rắn)

Bằng chách hút chính xác lượng dodexylamin cần dùng và một lượng thể tích axit

HCl(36%) đặc theo tỉ lệ 1:1 (dod ylaex min

Hòa tan lượng muối khan ở trên vào 60ml nước cất cho đến lúc tạo thành dung dịchtrong suốt,tiếp tục điều chỉnh pH,thể tích,nhiệt độ khuấy ,thời gian khuấy … cho phùhợp

Cho một lượng bentonit-pháp vào dung dịch muối vừa hòa tan ở trên tiếp tục khuấyhuyền phù ở nhiệt độ thời gian cần xác định, sau đó lọc lấy phần rắn li tâm,rửa năm lầnbằng nước cất được đun nóng, để loại bỏ phần dodexylamin còn dư,lấy phần rắn chovào tủ sấy của Memmert Đưc,sấy khoảng ở 110oc trong vòng 12h-16h cho đến khô,lấy

ra nghiền mịn đem chụp XRD để xác định thành phần kích thước(doo1) giửa các lớp