Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ Bentonit Trung Quốc với Tetrađecyltrimetylamoni Bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  TETRAĐECYLTRIMETYLAMONI BROMUA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thái Nguyên, năm 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  TETRAĐECYLTRIMETYLAMONI BROMUA Chun ngành : HỐ VƠ CƠ Mã số : 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Thái Ngun, năm 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn tận TS. , cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô ; , Đại học Quốc gia Hà Nội; , và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Thu Hƣờng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc với tetrađecyltrimetylamoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng” là do bản thân tôi thực hiện và chưa từng được ai công bố trên bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái nguyên, tháng 04 năm 2014 Tác giả Xác nhận Xác nhận của trƣởng khoa chuyên môn của ngƣời hƣớng khoa học TS. Thanh i Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục i Danh mục chữ viết tắt, kí hiệu ii Danh mục bảng biểu iii Danh mục các hình iv 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về bentonit 3 1.1.1. Thành phần của bentonit 3 1.1.2. Cấu trúc của bentonit 3 1.1.3. Tính chất của bentonit 5 1.1.4. Ứng dụng của bentonit 7 1.1.5. Một số phương pháp hoạt hóa bentonit 8 1.1.6. Nguồn tài nguyên bentonit 9 1.2. Sét hữu cơ 11 1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ 11 1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ 12 1.2.3. Tính chất của sét hữu cơ 14 1.2.4. Ứng dụng của sét hữu cơ 15 1.2.5. Tổng hợp sét hữu cơ 16 1.3. Giới thiệu về phenol đỏ 20 1.3.1. Cấu tạo và tính chất 20 1.3.2. Ứng dụng và tác hại của phenol đỏ 22 1.3.3. Một số thành tựu xử lý các hợp chất phenol 23 1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 24 1.4.1. Khái niệm 24 1.4.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học 24 1.4.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ 25 1.4.4. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ 26 Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM 30 2.1. Hóa chất, dụng cụ 30 2.1.1. Hóa chất 30 2.1.2. Dụng cụ, máy móc 30 2.2. Thực nghiệm 31 2.2.1. Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ 31 - 32 2.3. Các phương pháp nghiên cứu 33 (XRD) 33 2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt 33 2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 33 2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 33 2.3.5. Phương pháp xác định hàm lượng cation hữu cơ trong sét hữu cơ 34 2.3.6. Phương pháp trắc quang 34 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1. Điều chế sét hữu cơ 35 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 35 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TĐTA/bentonit 37 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch 40 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 42 3.2. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 44 p nhiễu xạ tia X (XRD) 44 3.2.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại 46 3.2.3. Nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt 48 3.2.4. Nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 50 51 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ 51 3.3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 52 54 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ 56 3.3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 57 KẾT LUẬN 60 61 64 ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU Chữ viết tắt, kí hiệu Nội dung MMT Montmorillonit TĐTA Tetrađecyltrimetylamoni bromua Bent-TQ ) Shc Sét hữu cơ XRD X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X SEM iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d 001 và diện tích sét bị che phủ 14 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d 001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 36 Vì vậy nhiệt độ phù hợp được lựa chọn cho quá trình điều chế sét hữu cơ là 50 o C. 37 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TĐTA/bentonit đến giá trị d 001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 39 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị d 001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 41 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d 001 43 - 49 Bảng 3.6: Số liệu xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ 51 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian 53 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ 55 đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ phenol đỏ 55 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của bentonit và sét hữu cơ 56 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể 2:1 của MMT 4 Hình 1.2: Sự định hướng của các ion ankylamoni trong các lớp silicat 13 Hình 1.3: Sự sắp xếp các cation hữu cơ kiểu đơn lớp, hai lớp và giả ba lớp 13 Hình 1.4: Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ 20 Hình 1.5: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 28 Hình 1.6: Sự phụ thuộc của C f /q vào C f 28 Hình 1.7: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 29 Hình 1.8: Sự phụ thuộc lgq vào lgC f 29 Hình 2.1: Quy trình tổng hợp sét hữu cơ 31 Hình 3.1: Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ điều chế lần lượt ở các nhiệt độ 30 o C, 40 o C, 50 o C, 60 o C, 70 o C 35 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d 001 theo nhiệt độ phản ứng của các mẫu sét hữu cơ điều chế 36 Hình 3.3: Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ được điều chế ở các tỉ lệ TĐTA/ bentonit lần lượt là 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 38 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d 001 theo tỉ lệ TĐTA 38 - 6, 7, 8, 9, 10, 11 40 001 41 - ứng trong thời gian 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 42 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d 001 theo thời gian phản ứng 43 [...]... gia súc, Năm 1980, Công ty bắt đầu sản xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit – Na Từ đầu năm 1990 đã phát triển và sản xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit - Ca Năm 1996, Công ty đã xây dựng một dây chuyền sản xuất sét hữu cơ lớn nhất của Trung Quốc Từ năm 1999, bắt đầu phát triển và sản xuất các loại sản phẩm sét hữu cơ dễ phân tán và trở thành công ty đầu tiên của Trung Quốc sản xuất vật liệu tiên tiến... phân tử khối 1 Do vậy có khả năng hấp phụ tốt, đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải hữu cơ trong môi trường nước, chúng tôi đã chọn đề tài: Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc với tetrađecyltrimetylamoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về bentonit 1.1.1 Thành phần của bentonit - Thành phần khoáng vật: chính là montmorillonit (MMT), có thành phần... nhà khoa học nghiên cứu phản ứng trao đổi cation giữa bentonit với các muối amoni hữu cơ và sự tương quan giữa tỷ lệ bề mặt phiến sét bị che phủ bằng các cation hữu cơ với số lớp cation hữu cơ sắp xếp trong không gian giữa hai phiến sét Khi bề mặt phiến sét bị che phủ hơn 50% thì các cation hữu cơ bắt đầu sắp xếp thành hai lớp 1.2.3 Tính chất của sét hữu cơ 1.2.3.1 Tính hấp phụ phân tử hữu cơ trong môi... - bentonit với các đặc tính tuyệt vời có thể được sử dụng làm chất hấp phụ trong quá trình tinh chế kháng sinh 1.2.5.2 Các phương pháp điều chế sét hữu cơ Quá trình tổng hợp sét hữu cơ được dựa trên cơ chế của các phản ứng có thể xảy ra giữa khoáng sét với các hợp chất hữu cơ Phản ứng thay thế xảy ra khi các phân tử nước giữa các lớp sét được thay thế bởi các phân tử phân cực Các hợp chất hữu cơ trung. .. vậy quá trình hấp phụ cation hữu cơ vào giữa các lớp bentonit xảy ra tốt hơn Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Bản chất của tương tác giữa phân tử hữu cơ với bentonit là sự khuếch tán các cation hữu cơ vào giữa hai lớp sét nên thời gian phản ứng có ảnh hưởng đến chất lượng sét hữu cơ Khi thời gian phản ứng tăng, sự khuếch tán và hấp phụ của cation hữu cơ vào bentonit tăng lên và sau đó đạt giá trị bão... [3],[6],[9] Tổng hợp sét hữu cơ bằng phương pháp khô Các phân tử chất hữu cơ có thể được chèn vào giữa các lớp sét khô bởi phản ứng ở trạng thái rắn Phương pháp này có ưu điểm là không sử dụng dung môi trong quá trình điều chế và có khả năng ứng dụng trong công nghiệp Phản ứng ở trạng thái rắn đầu tiên của sét và cation hữu cơ được báo cáo bởi Ogawa và cộng sự Breakwell và cộng sự cũng sử dụng phương pháp... 1.2 Sét hữu cơ 1.2.1 Giới thiệu về sét hữu cơ Sét hữu cơ là sản phẩm của quá trình tương tác giữa các khoáng có cấu trúc lớp thuộc nhóm smectit, đặc trưng nhất là bentonit với các hợp chất hữu cơ phân cực hoặc các cation hữu cơ, nhất là các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4 có mạch thẳng, mạch nhánh và mạch vòng Các nghiên cứu về tương tác giữa các khoáng sét và các hợp chất hữu cơ đã được thực hiện từ. .. của sét hữu cơ - một phần cũng là do lực hút Vanđecvan giữa các mạch hữu cơ với bề mặt hạt sét Hiệu ứng này tăng nhanh theo chiều dài mạch hữu cơ, một phần khác là do độ bền nhiệt động học của các cation amoni bậc 4 trên bề mặt các hạt sét lớn hơn so với độ bền nhiệt động học của chúng được tương đối ổn định nhiệt, nó có thể sử dụng ở nhiệt độ lên tới 250oC 1.2.4 Ứng dụng của sét hữu cơ Sét hữu cơ. .. [11] Sét hữu cơ cũng được sử dụng làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu cơ do sét hữu cơ có khả năng trương nở và tạo gel trong dung môi hữu cơ Hiện nay, sét hữu cơ ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như đã được dùng làm chất tạo cấu trúc cho dung dịch khoan trong công nghiệp dầu khí, trong sơn lưu hóa nhiệt, chất làm sạch dầu trong nhũ tương dầu nước Ngoài ra, sét hữu cơ còn được sử dụng. .. thấm…[9] 1.2.5 Tổng hợp sét hữu cơ 1.2.5.1 Các hợp chất hữu cơ được sử dụng để điều chế sét hữu cơ Các muối ankyl amoni bậc bốn Các muối ankyl amoni bậc bốn là loại hợp chất hữu cơ được sử dụng nhiều nhất để điều chế sét hữu cơ Chúng là chất hoạt động bề mặt kiểu cation và được tổng hợp bằng cách ankyl hóa hoàn toàn amoniac hoặc các amin Các ion ankylamoni bậc bốn thường được sử dụng nhiều hơn các ion . đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải hữu cơ trong môi trường nước, chúng tôi đã chọn đề tài: Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc với tetrađecyltrimetylamoni bromua và bước đầu thăm. bentonit 9 1.2. Sét hữu cơ 11 1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ 11 1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ 12 1.2.3. Tính chất của sét hữu cơ 14 1.2.4. Ứng dụng của sét hữu cơ 15 1.2.5. Tổng hợp sét hữu. bắt đầu sản xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit – Na. Từ đầu năm 1990 đã phát triển và sản xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit - Ca. Năm 1996, Công ty đã xây dựng một dây chuyền sản xuất sét hữu