Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM CHU THỊ HIỂN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT BÌNH THUẬN VỚI PROPYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA VÀ BƢỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC[.]
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM CHU THỊ HIỂN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT BÌNH THUẬN VỚI PROPYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA VÀ BƢỚC ĐẦU THĂM DỊ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC THÁI NGUYÊN, NĂM 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM CHU THỊ HIỂN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT BÌNH THUẬN VỚI PROPYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA VÀ BƢỚC ĐẦU THĂM DỊ ỨNG DỤNG Ngành: Hóa vơ Mã số: 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Hà Thanh THÁI NGUYÊN, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit bình thuận với propyltriphenylphotphoni bromua bƣớc đầu thăm dị ứng dụng" cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Thái Ngun, tháng 04 năm 2018 Tác giả luận văn Chu Thị Hiển Xác nhận Trƣởng khoa Hóa Học Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn Khoa học PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan TS Phạm Thị Hà Thanh i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn cô giáo - TS Phạm Thị Hà Thanh người tận tình bảo, giúp đỡ hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, thầy Khoa Sau Đại học, thầy cô BGH Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trình học tập, nghiên cứu để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo cán phịng thí nghiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam bạn học viên giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Vì thời gian có hạn, khả nghiên cứu cịn hạn chế nên kết nghiên cứu cịn nhiều thiếu xót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, giáo bạn quan tâm tới vấn đề trình bày luận văn, để luận văn hồn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 04 năm 2018 Tác giả Chu Thị Hiển ii MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình .vi MỞ ĐẦU .1 Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Bentonit 1.1.1 Thành phần hóa học cấu trúc bentonit 1.1.2 Tính chất bentonit 1.1.3 Ứng dụng bentonit 1.1.4 Các phương pháp hoạt hóa bentonit 1.1.5 Giới thiệu bentonit Bình Thuận- Việt Nam 1.2 Sét hữu .9 1.2.1 Giới thiệu sét hữu .9 1.2.2 Cấu trúc sét hữu 10 1.2.3 Các hợp chất hữu sử dụng để điều chế sét hữu 12 1.2.4 Tính chất sét hữu 13 1.2.5 Ứng dụng sét hữu 14 1.2.6 Các phương pháp điều chế sét hữu 16 1.3 Giới thiệu phenol đỏ 19 1.3.1 Tổng quan phenol 19 1.3.2 Một số thành tựu xử lý hợp chất phenol 20 1.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ .22 1.4.1 Xác định dung lượng hấp phụ cân hiệu suất hấp phụ 22 Dung lượng hấp phụ cân .22 1.4.2 Các mơ hình q trình hấp phụ 22 iii Chƣơng THỰC NGHIỆM 25 2.1 Hóa chất, dụng cụ 25 2.1.1 Hóa chất .25 2.1.2 Dụng cụ, máy móc 25 2.2 Thực nghiệm 26 2.2.1 Khảo sát trình điều chế sét hữu 26 2.2.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ phenol đỏ bent-BT sét hữu điều chế 27 2.3 Các phương pháp nghiên cứu .28 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28 2.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng (%) cation hữu sét hữu 28 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 29 2.3.4 Phương pháp trắc quang 29 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Điều chế sét hữu 30 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng .30 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng PTPB/bentonit 32 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch 34 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng .36 3.2 Đánh giá cấu trúc đặc điểm sét hữu điều chế điều kiện tối ưu 38 3.2.1 Nghiên cứu phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 39 3.2.2 Nghiên cứu phương pháp phân tích nhiệt 40 3.2.3 Nghiên cứu phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 42 3.3 Khảo sát khả hấp phụ phenol đỏ sét hữu điều chế 43 3.3.1 Xây dựng đường chuẩn phenol đỏ 43 3.3.2 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 44 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng bentonit, sét hữu điều chế 45 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ phenol đỏ 46 3.3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 48 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt, kí hiệu Nội dung PTPB Propyltriphenylphotphoni bromua ETPB Etyltriphenylphotphoni bromua Bent Bentonit Bent-BT Bentonit Bình Thuận MMT Montmorillonit Sét HC Sét hữu XRD X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Thành phần hóa học bentonit Bình Thuận [12] Bảng 1.2: Ảnh hưởng độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001 diện tích sét bị che phủ 11 Bảng 3.1: Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu 31 Bảng 3.2: Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng PTPB/bentonit đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu điều chế 33 Bảng 3.3: Ảnh hưởng pH dung dịch đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu 36 Bảng 3.4: Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu 37 Bảng 3.5: Kết phân tích giản đồ nhiệt bent-BT sét hữu điều chế điều kiện tối ưu 41 Bảng 3.6: Số liệu xây dựng đường chuẩn phenol đỏ 43 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào thời gian 44 Bảng 3.8: Ảnh hưởng khối lượng bentonit, sét hữu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ phenol đỏ 45 Bảng 3.9: Ảnh hưởng nồng độ đầu phenol đỏ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ sét hữu Error! Bookmark not defined Bảng 3.10: Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir b bentBT sét hữu điều chế 50 v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể : MMT Hình 1.2: Sự định hướng ion ankylamoni lớp silicat 10 Hình 1.3: Sự xếp cation hữu kiểu đơn lớp, hai lớp giả ba lớp 11 Hình 1.4: Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian phenol đỏ 20 Hình 1.5: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 24 Hình 1.6: Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf .24 Hình 2.1: Quy trình tổng hợp sét hữu .26 Hình 3.1: Giản đồ XRD bent-BT mẫu sét hữu điều chế nhiệt độ 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC 30 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo nhiệt độ phản ứng mẫu sét hữu điều chế 31 Hình 3.3: Giản đồ XRD bent-BT mẫu sét hữu điều chế tỉ lệ khối lượng PTPB/ bentonit 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 32 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo tỉ lệ khối lượng PTPB/bentonit mẫu sét hữu điều chế .33 Hình 3.5: Giản đồ XRD bent-BT mẫu sét hữu điều chế dung dịch có pH 7, 8, 9, 10, 11 .35 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo pH dung dịch .35 Hình 3.7: Giản đồ XRD bent-BT mẫu sét hữu phản ứng thời gian giờ, giờ, giờ, giờ, 37 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo thời gian phản ứng .37 Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu bent-BT 39 Hình 3.10: Giản đồ XRD sét hữu điều chế điều kiện tối ưu 39 Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt bent-BT 40 Hình 3.12: Giản đồ phân tích nhiệt sét hữu điều chế điều kiện tối ưu 40 Hình 3.13: Ảnh SEM bent-BT (a), sét hữu điều chế (b) 42 Hình 3.14: Đường chuẩn phenol đỏ 43 vi Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ bent-BT sét hữu điều chế 44 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng bent-BT, sét hữu điều chế đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ 46 Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu phenol đỏ đến khả hấp phụ phenol đỏ bent-BT sét hữu điều chế 47 Hình 3.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir bent-BT phenol đỏ .48 Hình 3.19: Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ phenol đỏ bent-BT 48 Hình 3.20: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir sét hữu điều chế phenol đỏ 49 Hình 3.21: Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ phenol đỏ sét hữu điều chế 49 vii MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm môi trường nước ln vấn đề nóng bỏng gây xúc dư luận Nguyên nhân chủ yếu ô nhiễm chất thải từ nông nghiệp, giao thông vận tải,… đặc biệt từ khu công nghiệp thải môi trường lượng lớn chất hữu độc hại Các chất thải tương đối bền vững khó bị phân hủy sinh học, làm ô nhiễm nguồn nước, gây tổn hại tới sức khỏe người Trước thực trạng đó, nhà khoa học ngồi nước khơng ngừng nghiên cứu điều chế vật liệu có khả hấp phụ tốt, có tính vượt trội, nhằm khắc phục hạn chế vật liệu hấp phụ thông thường than hoạt tính, zeolit (than hoạt tính zeolit có kích thước mao quản nhỏ, khơng thích hợp cho việc hấp phụ chất có kích thước lớn cấu trúc cồng kềnh), đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải hữu môi trường nước Bentonit (bent) loại khoáng sét tồn tự nhiên, có cấu trúc lớp, có diện tích bề mặt lớn nên có khả hấp phụ nhiều loại cation vô hữu Nhờ khả hấp phụ trao đổi ion tốt bentonit nên phương pháp xử lý khác nhau, người ta tạo vật liệu có chức khác Vật liệu sét hữu tổng hợp từ pha bent chất tạo cấu trúc dẫn xuất tetraankylamoni dẫn xuất tetraankylphotphoni (bậc 1, 2, có mạch thẳng, mạch nhánh mạch vòng) Mạch hiđrocacbon ch n vào lớp bent s làm tăng khả hấp phụ vật liệu với chất hữu cơ, đặc biệt chất hữu mạch vòng, chất có phân tử khối lớn, cấu trúc cồng kềnh Trong đó, sét hữu với dẫn suất tetraankylphotphoni bậc bốn có đặc tính ưu việt so với hợp chất tương tự nitơ, ổn định nhiệt, lực với hợp chất phân cực cao tương tác chọn lọc với chất lỏng hữu Bên cạnh nguồn tài nguyên bentonit Việt Nam phong phú, dồi phân bố từ Bắc vào Nam với trữ lượng lớn như: Thuận Hải- Bình Thuận, Cổ Định-Thanh Hóa, Di Linh- Lâm Đồng … Do với mục đích điều chế sét hữu có khả hấp phụ tốt, đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải hữu môi trường nước chọn đề tài: “Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Bình Thuận với propyltriphenylphotphoni bromua bƣớc đầu thăm dị ứng dụng Chúng tơi hy vọng kết thu s góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu vật liệu sét hữu Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Bentonit 1.1.1 Thành phần hóa học cấu trúc bentonit Thành phần khoáng vật: Bentonit loại khoáng sét thiên nhiên, thuộc nhóm smectit Thành phần bentonit montmorillonit (MMT), ngồi cịn có số khống chất khác hectorit, saponit, zeolit, mica, kaolin, beidilit, canxi, pirit, manhetit, muối kiềm số chất hữu khác Thành phần hóa học: Cơng thức đơn giản MMT Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc Công thức lý tưởng MMT Si8Al4O20(OH)4 cho đơn vị cấu trúc Tuy nhiên thành phần hóa học MMT khác với thành phần biểu diễn lý thuyết có thay đồng hình ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+, với ion Si4+ tứ diện SiO4 Al3+ bát diện AlO Khống sét tự nhiên có thành phần phụ thuộc vào nguồn gốc chúng Thành phần hóa học MMT với thành phần chủ yếu ngun tố Si Al cịn có ngun tố khác Fe, Zn, Mg, Na, K, tỉ lệ Al 2O3 : SiO2 dao động từ : đến : [8], [11], [17] Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể : MMT Cấu trúc: Cấu trúc tinh thể MMT biểu diễn hình 1.1, mạng tinh thể MMT có cấu trúc lớp hai chiều gồm bát diện Al2O3 (hoặc MgO) trung tâm hai tứ diện SiO2 Các có chung nguyên tử O đỉnh Nguyên tử Si tứ diện phối trí với nguyên tử O định vị bốn góc tứ diện Nguyên tử Al (hoặc Mg) bát diện phối trí với ngun tử O nhóm hiđroxyl (OH) định vị góc bát diện Độ dày lớp MMT khoảng 9,6Å Trong không gian lớp cấu trúc cịn tồn phân tử nước nước có xu hướng tạo vỏ hiđrat với cation Các lớp liên kết với lực Van-đec-van [18], [22] Trong MMT, cation trao đổi với cation dung dịch với dung lượng trao đổi cation khác tùy thuộc vào mức độ thay đồng hình mạng Lực liên kết cation thay đổi nằm lớp cấu trúc mạng Các cation (Na+, K+, Li+,…) chuyển động tự mặt phẳng tích điện âm phản ứng trao đổi ion ta biến tính MMT Lượng trao đổi ion MMT dao động khoảng 70 ÷ 150 mgđl/100g Q trình xâm nhập cation vào không gian hai lớp MMT làm giãn khoảng cách sở lên vài chục Å tùy thuộc vào loại cation [17], [19], [21] 1.1.2 Tính chất bentonit Thành phần bentonit MMT loại khống vật phyllosilicat, tương đối mềm có màu thay đổi từ trắng đến vàng phụ thuộc vào thành phần Fe cấu trúc khoáng Sự xếp thành phần cấu trúc tứ diện hay bát diện định đến tính chất sét Tính chất đặc trưng quan trọng bentonit là: khả trương nở, hấp phụ trao đổi ion Khả trương nở Cấu trúc lớp hai chiều khống sét làm cho chúng có có khả hấp phụ lượng nước lớn Mặt khác, lực hút Van-đec-van lớp sét nằm phía yếu có độ hụt điện tích dương thay đồng hình xảy tứ diện bát diện làm cho nước ion trao đổi xâm nhập vào chia tách lớp mạng, làm gia tăng chiều dày lớp cấu trúc Vì MMT dễ bị trương nở gặp nước Mức độ trương nở phụ thuộc vào chất khoáng sét, cation trao đổi, thay đồng hình cation ion môi trường phân tán Khả trương nở nước bentonit chứa Na cao nhiều bentonit chứa K, Ca hay Mg Khi nước xen vào mạng lưới khoáng sét yếu tố quan trọng để tính liên kết, huyền phù, nén số tính chất khác MMT Đặc tính vật lý bentonit ảnh hưởng số lượng lớp nước nằm khoảng không gian lớp sét (chứa lớp hay nhiều lớp nước) Nhiệt độ nước hấp phụ nước nằm lớp sét nhiệt độ thấp (100 - 200oC) Mất nước cấu trúc 450 - 500oC hoàn toàn 600 - 750oC Tiếp tục nung đến 800 - 900oC dẫn đến cấu trúc tinh thể tan rã tạo chất cristobalit, cordienrit, mullit,… phụ thuộc vào thành phần cấu trúc khoáng ban đầu Khả hấp phụ trương nở MMT nhanh chóng nung nóng đến nhiệt độ giới hạn, khoảng từ 105 đến 390oC, tuỳ thuộc vào cation trao đổi lớp Khả hấp phụ nước ảnh hưởng đến việc sử dụng giá trị thương mại bentonit [14], [19], [28], [34] Hấp phụ Tính chất hấp phụ bentonit định đặc tính bề mặt, cấu trúc rỗng kích thước hạt chúng, tương tác chất bị hấp phụ với tâm hoạt tính bề mặt Bentonit có diện tích bề mặt riêng lớn gồm diện tích bề mặt ngồi diện tích bề mặt Trong diện tích bề mặt xác định bề mặt không gian lớp cấu trúc tinh thể Diện tích bề mặt ngồi phụ thuộc vào kích thước hạt, hạt nhỏ diện tích bề mặt lớn Sự hấp phụ bề mặt bentonit xảy với chất bị hấp phụ ion vô cơ, chất hữu dạng ion chất hữu phân cực Các chất hữu phân cực có kích thước khối lượng nhỏ bị hấp phụ cách tạo phức trực tiếp với cation trao đổi nằm lớp sét liên kết với cation qua liên kết với nước Nếu chất hữu phân cực có kích thước khối lượng phân tử lớn, chúng kết hợp trực tiếp vào vị trí oxi đáy tứ diện mạng lưới tinh thể lực Van-đec-van liên kết vị trí hiđro Sự hấp phụ chất hữu không phân cực, polyme đặc biệt vi khuẩn xảy bề mặt bentonit Do bentonit có cấu trúc lớp độ phân tán cao nên có cấu trúc rỗng phức tạp bề mặt riêng lớn Cấu trúc xốp ảnh hưởng lớn đến tính chất hấp phụ chất, đặc trưng tính chọn lọc chất bị hấp phụ Chỉ có phân tử có đường kính đủ nhỏ so với lỗ xốp chui vào Dựa vào điều người ta hoạt hóa cho dùng bentonit làm vật liệu tách chất Đây điểm khác bentonit chất hấp phụ khác [18], [28], [30], [36] Khả trao đổi ion Sự thay đồng hình Si4+ với Al3+ tứ diện Al3+ cho Mg2+ Fe2+ bát diện nên lớp cấu trúc có điện tích âm, điện tích cân số cation khác K+, Ca2+, Mg2+ định vị khoảng không gian lớp Các cation liên kết lỏng lẻo với bề mặt lớp sét, MMT có dung lượng trao đổi cation tương đối cao (100meq/100g), ảnh hưởng đến kích thước hạt Khả trao đổi cation làm cho khống bentonit khơng trao đổi với cation vơ mà có liên kết với phân tử hữu như: điquat, paraquat, protein [35] Khả trao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc lượng điện tích âm bề mặt, chất ion trao đổi pH cảu môi trường trao đổi Nếu lượng điện tích âm bề mặt lớn, nồng độ cation trao đổi cao dung lượng trao đổi lớn Khả trao đổi phụ thuộc vào hóa trị bán kính cation trao đổi - Cation hóa trị thấp dễ trao đổi cation hóa trị cao: Me+ > Me2+ > Me3+ - Đối với cation có hố trị bán kính nhỏ khả trao đổi lớn, xếp theo trật tự sau: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Fe2+ > Al3+ Nhờ tính chất trao đổi ion mà người ta biến tính bentonit để tạo vật liệu có tính chất xúc tác hấp phụ tính chất hóa lí hồn tồn khác tùy thuộc vào mục đích sử dụng chúng [14] 1.1.3 Ứng dụng bentonit Với tính chất đặc trưng trên, bentonit ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, sau số ứng dụng chính: Làm chất hấp phụ Bentonit sử dụng làm chất hấp phụ nhiều ngành cơng nghiệp: cơng nghiệp lọc dầu, thăm dị khai thác dầu, cơng nghiệp hóa than, cơng nghiệp tinh chế nước, công nghiệp sản xuất rượu bia, Cụ thể: - Trong công nghiệp lọc dầu, lượng bentonit sử dụng lớn, bao gồm bentonit tự nhiên bentonit hoạt hóa Lượng bentonit tự nhiên tiêu tốn cho trình lọc dầu 25% lượng dầu Lượng bentonit trình tinh chế 0,5% lượng dầu tinh chế Ngoài ra, phương pháp dùng bentonit cịn có mức hao phí dầu thấp tránh phản ứng thu phân [10] - Trong công nghiệp hóa than bentonit sử dụng tinh chế benzen thô sản phẩm khác Với tư cách chấp hấp phụ đặc biệt tốt, bentonit tạo dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao chi phí ngun liệu thấp Vì thế, với phát nghành thăm dò khai thác dầu, lượng bentonit sử dụng việc chế tạo dung dịch khoan ngày tăng ngày Mĩ chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonit nước Những chức quan trọng bentonit dung dịch khoan là: + Làm tăng sức chở (mang) dung dịch khoan thông qua độ nhớt tăng nồng độ chất rắn thấp + Tạo huyền phù với tác nhân mùn khoan gây lắng ngừng lưu chuyển dung dịch khoan lý + Ngăn cản dung dịch vào tầng có áp suất thấp, thấm nước nhờ việc tạo nên lớp bánh lọc không thấm nước thành lỗ khoan Lớp bánh lọc không ngăn khỏi bị dung dịch mà có tác dụng màng làm bền thành lỗ khoan - Trong công nghiệp tinh chế nước để làm kết tủa vẩn đục, hấp phụ ion gây độc vi khuẩn, chất hữu có hại nước, có khả khử tính cứng nước với giá thành tương đối rẻ [13] - Làm chất hấp phụ protein rượu bia, làm nguyên liệu điều chế sét chống, làm chất độn, chất kết dính thức ăn chăn nuôi, chất mang dược phẩm, Trong công nghiệp chế biến rượu vang chế phẩm từ rượu vang sử dụng bentonit hoạt hóa làm chất hấp phụ làm giảm 30% đến 40% chi phí Bentonit khơng hấp phụ chất hữu cơ, chất béo, sản phẩm phụ khơng mong muốn q trình lên men mà hấp phụ ion sắt, đồng tác nhân gây bệnh rượu lại không làm hương vị rượu, bia [5], [6], [12], [18], [30] Làm chất độn Do bentonit có tính trương nở mạnh nên ứng dụng làm chất độn sản xuất sơn, sản xuất giấy Việc sử dụng bentonit vài thập kỉ gần làm thay đổi đáng kể ngành công nghiệp giấy Trước kia, giấy thường chứa xấp xỉ 50% xenlulozơ hàm lượng kaolin ngun chất có giấy khơng thể vượt q 45% Nếu trộn thêm 10% bentonit kiềm vào kaolin nâng hàm lượng chất độn lên 60% Làm chất xúc tác Do có thành phần hóa học lớp aluminosilicat bị biến đổi nên bentonit ứng dụng làm chất xúc tác lĩnh vực tổng hợp hữu Vì tạo thành tâm axit Lewis từ ion Al3+ ion Mg2+ đỉnh, chỗ gãy nứt khuyết tật bề mặt bentonit nên lượng Al3+ Mg2+ tăng lên bề mặt bentonit s làm tăng độ axit Lewis chúng Bên cạnh đó, bề mặt bentonit tồn nhóm hiđroxyl, nhóm hiđroxyl có khả nhường proton để hình thành bề mặt tâm axit Bronsted, số lượng nhóm hiđroxyl có khả tách proton tăng lên s làm tăng độ axit bề mặt bentonit [11] Xử lý chất thải Trong lĩnh vực xử lý chất thải, chất thải phóng xạ Bentonit bổ xung ion Al3+, Fe3+, Mg2+, Ca2+,… để tăng hoạt tính, dùng để xử lý kiềm, axit, nước thải [3], [23] Đây lĩnh vực sử dụng truyền thống lâu nay, bentonit chủ yếu làm chất kết ngưng xúc tiến q trình đơng quanh bùn thải Nó chất lọc có hiệu nước thải có nhiều chất khơng tan, chất lơ lửng chất trôi Các loại nước thải sau xử lý bentonit cho hiệu tốt: chất dầu hòa tan dầu dạng nhũ tương; chất phân tán dạng phức chất hữu (nước thải giặt giũ, đãi quặng); nước thải công nghiệp từ công nghiệp chế biến thực phẩm, chăn nuôi gia súc, gia cầm Đối với chất thải có nhiễm hóa chất, sử dụng bentonit có hiệu tốt trường hợp nước bị nhiễm khuếch tán acrylat [38] Làm nguyên li u u ch s t h u Các khống sét có cấu trúc lớp thuộc họ smectit như: MMT, chlorit, vermiculit, hectorit, saponit, beidelit sử dụng làm nguyên liệu điều chế sét hữu Trong số đó, sử dụng rộng rãi để điều chế sét hữu tính chất đặc biệt nó, chẳng hạn dung lượng trao đổi ion cao, có khả trương nở mạnh, có tính chất hấp phụ diện tích bề mặt lớn [10] Một số ứng dụng khác Nhờ đặc tính trương nở mạnh tính dẻo bentonit người ta cịn sử dụng bentonit cơng trình thủy lợi đê điều, mương máng cơng phịng thủ đất Với khả chịu nhiệt độ cao, bentonit sử dụng làm tác nhân liên kết sản xuất đạm làm khuôn đúc Điều đặc biệt, bentonit dùng làm phụ gia thuốc tiêu hóa thức ăn giúp điều tiết axit Do có khả hút ẩm trở lại nên bentonit dùng làm chất chống ẩm sau sấy khô Hiện nghiên cứu khả sử dụng bentonit ngày phát triển rộng rãi [11], [14], [36] 1.1.4 Các phƣơng pháp hoạt hóa bentonit Bentonit tự nhiên chất hấp phụ, trao đổi để nâng cao tính hấp phụ, tẩy trắng, hoạt tính xúc tác người ta cần tìm cách làm tăng bề mặt Tất cách làm với mục đích gọi hoạt hóa bentonit Có nhiều phương pháp hoạt hóa bentonit áp dụng cho loại bentonit mục đích hoạt hóa, có phương pháp là: hoạt hóa kiềm, hoạt hóa nhiệt, hoạt hóa axit vơ cơ, hoạt hóa chất hữu [14], [26] Ho t hóa ng nhi t Nguyên tắc phương pháp dùng nhiệt để tách nước khỏi mạng lưới tinh thể đất sét đốt cháy chất bẩn, chất mùn đó, đồng thời làm nứt phần tinh thể để tạo thành mạng lưới đất sét khe rãnh làm tăng bề mặt, tăng độ xốp Tuy vậy, hoạt hóa bentonit nhiệt, không nung đến nhiệt độ cao nhiệt độ cao bentonit s bị giảm khả hấp phụ tẩy trắng Đối với loại sét có khoảng nhiệt độ thích hợp hoạt hóa riêng từ 110 - 150oC Ho t hóa ng axit v Đây phương pháp hoạt hóa hiệu nên thường sử dụng rộng rãi thực tế Trong q trình hoạt hóa axit, người ta dùng axit vơ thơng dụng như: HCl, HNO 3, H2SO4 Ho t hóa ng ki m Dùng kiềm hòa tan số oxit lưỡng tính Al O3 để tạo bề mặt lỗ xốp trung tâm hoạt động Tuy nhiên số liên kết nhôm silicat bị đứt tạo thành cấu trúc khác số chất khác không bị hòa tan sa lắng Mặt khác hàm lượng kim loại kiềm lớn hoạt tính xúc tác nhôm silicat giảm ion Na+ đầu độc trung tâm axit Do phương pháp hoạt hóa kiềm sử dụng, trường hợp đặc biệt mà người ta sử dụng phương pháp Ho t hóa ng chất h u Khi bentonit hoạt hóa chất hữu s tạo lớp bao phủ tối ưu chất hữu bề mặt bentonit Vì có khả hấp phụ tốt chất hữu 1.1.5 Giới thiệu bentonit Bình Thuận- Việt Nam Ở nước ta bentonit phát nhiều nơi: Cổ Định (Thanh Hóa), Di Linh (Lâm Đồng), Bình Thuận, Mộc Châu với trữ lượng dồi Trong mỏ bentonit Bình Thuận có trữ lượng lớn hàng trăm triệu tấn, tìm thấy năm 1987 Bình Thuận đặc trưng khí hậu khơ nóng, lượng mưa nơi phân bố rộng rãi đá magma giàu kiềm (giàu Na K) Với đặc điểm bentonit tạo thành hai trình thủy phân trình hấp phụ trao đổi cation Trữ lượng khai thác Nha Mé khoảng 42 triệu thung lũng Vĩnh Hảo khoảng 33 triệu [5] Hàm lượng MMT-Na sét Bình Thuận thấp, khoảng từ 12% đến 20% Tạp chất chủ yếu khoáng sét canxit, thạch anh vi tinh thể, phenspat, cao lanh Bảng 1.1 giới thiệu thành phần hóa học bentonit Bình Thuận [11] Bảng 1.1 Thành phần hóa học bentonit Bình Thuận [12] Thành phần hóa học Hàm lượng (% trọng lượng) SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 FeO CaO MgO K2O Na2O CO2 68,4 5,8 9,26 2,1 0,49 0,48 1,51 1,26 1,87 3,31 1.2 Sét hữu 1.2.1 Giới thiệu sét hữu Sét hữu sản phẩm tạo thành thay cation vô số sét thuộc nhóm smectit trao đổi với cation hữu nhiều dạng khác Cation hữu sử dụng gồm cation amoni hữu (bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4, mạch thẳng, mạch nhánh mạch vòng), aminoaxit, ancol,… cation amoni hữu bậc dùng phổ biến Cụ thể loại khống sét MMT, beidelit nontronit chế hóa với dung dịch muối amoni hữu khác Khoáng sét hấp phụ cation hữu cơ, làm tăng khoảng cách lớp so với loại khoáng sét làm bão hòa cation nhỏ canxi hiđro Liên kết cation hữu với lớp silicat MMT tạo thành tập hợp hữu - vơ cơ, có tính chất đặc biệt ưa hữu cơ, nên có khả hấp phụ hợp chất hữu môi trường lỏng trội hẳn khiến chúng trở thành tiềm hữu ích nhiều ứng dụng Hiện nay, ứng dụng quan trọng sét hữu lĩnh vực điều chế polime nanocompozit Việc thêm sét hữu vào mơi trường polime s làm tăng tính chất hóa học, vật lý học mơi trường làm giảm giá thành số trường hợp Điển hình sét hữu thay chất độn (fillers) talc thủy tinh t lệ 3:1 Ví dụ, việc sử dụng 5% sét hữu thay cho 1550% chất độn canxi cacbonat để làm giảm giá thành làm tăng tính chất học Sét hữu vật liệu thương mại ưu để điều chế polime nanocompozit, chiếm khoảng 70% khối lượng sử dụng [13] 1.2.2 Cấu trúc sét hữu Sự xếp phân tử hữu lớp sét phụ thuộc vào điện tích lớp, cấu trúc bề mặt, mức độ trao đổi khoáng sét chiều dài mạch ion hữu Hình 1.2 cho thấy ion hữu xếp tạo lớp phẳng (đơn kép) bề mặt silicat Ngoài ra, tùy thuộc vào chiều dài mạch ankyl mật độ gói ghém cho thấy tạo thành cấu trúc nghiêng với mạch ankyl hướng xa bề mặt silicat Với lớp “3 phân tử”, số đầu mạch chồng chập lên đầu mạch khác, nên khoảng cách lớp xác định chiều dày ba mạch ankyl (Bergaya cộng sự, 2006; Lagaly, 1981) [26], [33] Hình 1.2: Sự định hƣớng ion ankylamoni lớp silicat Năm 1976, Lagaly cộng [33] nghiên cứu tạo thành lớp đơn, lớp kép lớp “3 phân tử” ion ankylamoni khoảng không gian lớp MMT nhận thấy khoảng cách sở ankylamoni MMT phụ thuộc vào chiều dài mạch ankylamoni (hình 1.3) 10 ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM CHU THỊ HIỂN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT BÌNH THUẬN VỚI PROPYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA VÀ BƢỚC ĐẦU THĂM DỊ ỨNG DỤNG Ngành: Hóa... tài: ? ?Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Bình Thuận với propyltriphenylphotphoni bromua bƣớc đầu thăm dị ứng dụng Chúng tơi hy vọng kết thu s góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu vật liệu sét. .. 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Hà Thanh THÁI NGUYÊN, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit bình thuận với propyltriphenylphotphoni