Nghiên cứu sự hấp phụ một vài ion kim loại nặng trên bentonit di linh được biến tính

Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Trường đại học sư phạm hà nội Khoa hóa học Lời cảm ơn Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Hoa Hữu Thu giao đề tài tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trình hoàn thành khóa luận Em xin chân thành Nguyễn cảm ơn thị thầythủy cô, anh chị phòng thí nghiệm môn hóa học Dầu mỏ - trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian làm thí nghiệm Nghiên cứu hấp phụ vài ion kim loại nặng Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội II gia đình, bạn bè giúp đỡ, động viên bentonit di linh biến tính tham gia góp ý kiến để em hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2009 Sinh viên khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành : hóa lí Nguyễn Thị Thanh Thủy Hà Nội, 05-2009 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II PGS.TS Hoa Hữu Thu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Trường đại học sư phạm hà nội Khoa hóa học - Nguyễn thị thủy Nghiên cứu hấp phụ vài ion kim loại nặng bentonit di linh biến tính khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành : hóa lí hướng dẫn khoa học : PGS Ts Hoa hữu thu Hà Nội, 05-2009 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II PGS.TS Hoa Hữu Thu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Mở đầu Từ xa xưa người biết sử dụng loại sét tự nhiên để chế tạo vật dụng: dụng cụ nấu nướng, bình đựng, đồ trang sức để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt Một số loại khoáng sét sử dụng nhiều Bentonit Do đặc tính ứng dụng Bentonit cao mà việc nghiên cứu sử dụng Bentonit quan tâm, phát triển rộng rãi Bentonit khai thác với quy mô lớn để phục vụ kinh tế Do tính đặc thù khả ứng dụng Bentonit nhiều lĩnh vực khác nên việc quan tâm, nghiên cứu ngày phát triển rộng rãi.Bentonit sử dụng nhiều làm vật liệu xây dựng, vật dụng trang trí, đồ gia dụng, sử dụng làm vật liệu hấp phụ, vật liệu trao đổi ion trình xử lý nước Trong công nghiệp Bentonit sử dụng nhiều công nghiệp dầu khí, thực phẩm, mỹ phẩm Trong lĩnh vực Bentonit sử dụng làm chất mang, chất xúc tác phản ứng tổng hợp hữu Ngoài Bentonit loại vật liệu rẻ tiền Nhờ vào khả hấp phụ trao đổi ion tốt nên nhiều phương pháp xử lý mà người ta làm thay đổi nhiều tính chất hóa học vật lý như: vật liệu có tính axit cao, có độ xốp lớn Khả xúc tác hấp phụ tuyệt vời Bentonit gây ấn tượng mạnh mẽ thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học Các trình biến đổi hóa học diễn lòng đất tác dụng tầng khoáng sét toán mà người chưa giải được, thúc giục nhà khoa học khám phá tiềm bí ẩn khoáng sét Việc nghiên cứu tính chất ứng dụng khoáng sét nói chung Bentonit nói riêng tiếp tục nước ta Bentonit phát nhiều nơi: Cổ Định (Thanh Hoá), Di Linh (Lâm Đồng), Sông Ba v.v với trữ lượng dồi Bentonit chống polioxocatrion kim loại, có cấu trúc hai chiều tương tự zeolit, họ vật liệu rây phân tử, có độ chọn lọc hình học tốt Việc chọn Bent Di Linh để biến tính nhằm mục đích tìm vật liệu có khả hấp phụ tốt cho yêu cầu xử lí môi trường thiết thực Trên sở thực đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ vài ion kim loại nặng Bentonit Di Linh biến tính” Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II PGS.TS Hoa Hữu Thu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C CHƢƠNG I giới thiệu sét 1.1 Sự hình thành sét tự nhiên Về mặt địa chất học, khoáng sét sản phẩm trình phong hóa loại đá gốc, chủ yếu đá hoa cương (granit) Đây loại đá đa khoáng, thành phần fenspart, thạch anh mica Fenspart khoáng vật phổ biến tất loại đá, chiếm tới 50% khối lượng vỏ trái đất, cứng Chính fenspart nguồn gốc loại khoáng sét Về có trình địa chất dẫn tới hình thành khoáng sét tự nhiên: - Quá trình thời tiết - Quá trình kết tủa từ dung dịch đậm đặc (như hồ muối, hẻm kín) - Quá trình hình thành trầm tích (dưới tác động trình nhiệt hóa học) - Quá trình biến đổi thủy nhiệt (tương tác đá- nước) nhiệt độ cao tác động nhiệt đá từ tính Tất trình trình tương tác đá - nước Các thông số cho tất môi trường địa chất nhau, tỷ lệ Đá/Nước thành phần đá nhiệt độ mà trình xảy Về bản, khoáng nhiệt độ rút từ điều kiện tương tác bề mặt trái đất – không khí hay trái đất- nước Nhiệt độ 40C hình thành đáy đại dương khoảng 50C hình thành đất liền tới giới hạn mà tìm thấy khoáng sét gần 2000C loại đá trẻ Thí dụ, hình thành khoáng sét kaolinit từ fenspart qua trình phong hóa hay trình tương tác khoáng fenspart dung dịch nước axit sau: K – fenspart + H+  Sét ngậm nước + K+ + Si4+ hay 3KAlSi3O8 + 6H+  Al3Si3O10(OH)6 + 3K+ + Si4+ Phương trình đầy đủ trình hình thành kaolinit tự nhiên sau: KAlSi3O8 + 5H2O  KOH + HAlSi3O8 fenspart 2HAlSi3O8 + 5H2O  Al2O3.2SiO2.2H2O + 4H2SiO3 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II PGS.TS Hoa Hữu Thu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C kaolinit Đây trình trao đổi ion H+ với cation tan nước đá cũ (fenspart) Các phản ứng thủy phân dùng để minh họa độ bền tương đối loại khoáng theo thông số hóa học Sự hình thành khoáng sét khác sở trình phong hóa tương tự Các khoáng sét có hai tính chất khác với khoáng khác Đó kích thước hạt (nhỏ  m) chúng có cấu trúc lớp Tùy thuộc vào thành phần nguyên tố hóa học, cấu trúc lớp khả trương phồng lớp sét, nhà địa chất chia khoáng sét thành nhóm, phân nhóm khác Khoáng sét có cấu trúc đơn giản gồm phân lớp tứ diện silic nối với phân lớp bát diện nhôm (cấu trúc 1:1) kaolinit Quá trình hình thành khoáng sét tự nhiên trình phong hóa vật lý hóa học nói có trình phong hóa sinh học, nghĩa rễ lan truyền mặt đất làm cho đá biến chất mủn thành khoáng sét Các sản phẩm phong hóa tích tụ dần tạo nên mỏ, mỏ cao lanh, mỏ bentonite (mỏ sét giàu khoáng montmorillonite), Các khoáng sét có màu khác nguyên tố thị hay lẫn trầm tích khác có màu khác nhau, kể mùn hữu 1.2 Phân loại khoáng sét Các nhà địa chất học chia khoáng sét thành hai kiểu chính: sét trương phồng không trương phồng Vì tất khoáng sét điều chứa SiO2, với hàm lượng chủ yếu tác dụng nhận biết khoáng sét Nói chung, nguyên tố Al, Mg, Fe, K nguyên tố Na Ca có hàm lượng nhỏ , chúng có tác dụng thị nhận kiểu khoáng sét Bảng trình bày cách phân loại khoáng sét vào khả trương phồng thành phần nguyên tố Al, Mg, Fe, K, Na, Ca không kể SiO2 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II PGS.TS Hoa Hữu Thu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Bảng 1: Phân loại khoáng sét dựa thành phần hóa học tính chất trương nở sét Sét trƣơng nở Nguyên tố có Tên khoáng nhiều sét thành phần Beidellit Al Montmorillonit Al (ít Mg, Fe2+) Nontronit Fe3+ Saponit Mg, Al Mg,Fe2+,Al,(ít Fe3+) Vermiculit Sét không trƣơng nở Nguyên tố có Tên khoáng nhiều sét thành phần Illit K, Al, ( Fe, Mg) Glauconit K, Fe3+, Fe2+ K, Fe2+, Mg, Fe3+, Celadonit Al Clorit Mg, Al, Fe Fe2+, Al3+, (ít Berthierin Mg) Kaolinit Al Halloysit Al Seppiolit Mg, Al Palygoskit Mg, Al Talc Mg, Fe2+ 1.3 Cấu trúc khoáng sét 1.3.1 Cấu trúc chung Khoáng sét có chứa nguyên tố Silic(Si) nhôm(Al), hàm lượng nhôm silic Ngoài ra, có nguyên tố khác sắt(Fe), magie(Mg), kali(K), natri(Na), canxi(Ca), tùy theo hàm lượng có mặt chúng mà ta có loại sét khác Hiện người ta biết gần 40 loại khoáng sét khác Có thể nhận biết nhanh loại khoáng dựa có mặt ba nguyên tố Al, Fe, Mg nguyên tố Si theo bảng thành phần Cấu trúc sét cách chụp SEM TEM hạt khoáng sét, người ta thấy hạt sét có cấu trúc dạng mỏng dài rộng Tất tạo từ tứ diện SiO44 lớp bát diện MeO6 , với Me kim loại Al, Fe, Mg Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II PGS.TS Hoa Hữu Thu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C a) Đơn vị cấu trúc tứ diện SiO4 b) Đơn vị cấu trúc bát diện MeO6 Hình 1: Đơn vị cấu trúc sét Hình 2: Mạng tứ diện Hình 3: Sự xếp “lỗ” sáu cạnh oxi mạng tứ diện Tương tự mạng tứ diện, mạng bát diện tạo thành từ bát diện qua nguyên tử oxi theo không gian hai chiều Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II PGS.TS Hoa Hữu Thu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Hình 4: Mạng cấu trúc bát diện Mạng bát diện mạng tứ diện liên kết với qua oxi đỉnh theo quy luật trật tự định để tạo khoáng sét có cấu trúc tinh thể khác 1.3.2 Cấu trúc sét 2:1 cấu trúc lớp gồm mạng lưới bát diện nằm hai mạng lưới tứ diện Đại diện cho nhóm montmorillonit, vermiculite, a) Cấu trúc 2:1 triocta b) Cấu trúc 2:1 diocta Hình 5: Các loại cấu trúc khoáng sét Trong nhóm, khoáng sét chia thành phân nhóm: diocta triocta Đối với dạng diocta, mạng bát diện ba vị trí tâm bát diện có hai vị trí bị chiếm ion hoá trị ( ví dụ Al3+), vị trí bỏ trống Còn dạng triocta vị trí tâm bát diện bị chiếm ion hoá trị (thường Mg2+) 1.4 Bentonit bentonit Việt Nam Bentonit loại khoáng sét quý, có cấu trúc lớp tương đối xốp Hầu hết bentonit Việt Nam giàu nhôm , nên làm phụ gia công nghiệp chế biến xà phòng, giấy, thuốc trừ sâu Một số vùng khoáng sét thuộc loại giàu canxi vùng Đông Ba, Di Linh cho loại sét quý sử dụng làm chất hấp phụ, xúc tác công nghiệp tẩy màu, tẩy dầu mỡ, công nghiệp thực phẩm, phân bón tổng hợp Một số vùng khoáng sét giàu magie số lớp vùng Di Linh vùng đồng sông Cửu Long sử dụng công nghiệp khai thác chế biến dầu khí Khoáng sét chứa hàm lượng cao Montmorillonit gọi Bentonit Đôi nói Bentonit người ta hiểu nói Montmorillonit Montmorillonit ( Bentonit ) aluminosilicat lớp tự nhiên có cấu trúc lớp : 1, dạng điocta Cấu trúc tinh thể montmorillonit gồm hai mạng lưới tứ Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 10 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C diện liên kết với mạng bát diện tạo nên đơn vị tế bào cấu trúc Trong trường hợp mạng aluminosilicat trung hoà điện tích công thức khai triển Montmorillonit có dạng : Lớp tứ diện Silic Lớp bát diện nhôm Lớp tứ diện Silic Hình 6: Công thức triển khai Montmorillonit Khi nguyên tử nhôm phân lớp bát diện thay nguyên tử magie, bề mặt Montmorillonit xuất điện tích âm, điện tích âm đền bù cation có khả trao đổi Na+, K+,Mg2+ Giữa lớp cấu trúc cation trao đổi nước hấp phụ Mỗi lớp cấu trúc phát triển liên tục không gian theo hướng trục a b (2 chiều) Các lớp cấu trúc chồng xếp song song với tự ngắt quãng (trong không gian) theo trục c, lớp cation nước hấp phụ tạo nên mạng lưới không gian ba chiều tinh thể Montmorillonit Chiều dày lớp cấu trúc Montmorillonit 9,6 Ao Nếu kể lớp cation trao đổi nước hấp phụ chiều dày lớp hấp phụ khoảng 15Ao Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 11 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Hình 7: Sơ đồ không gian mạng lưới cấu trúc Montmorillonit Trong mạng lưới cấu trúc Montmorillonit thường xảy thay đồng hình cation mạng lưới bát diện chủ yếu thay cation Al3+ cation Mg2+ mạng lưới tứ diện, phần không lớn cation Si4+ bị thay cation Al3+ Fe3+ Al thay Si mạng tứ diện lớn 10% Sự thay dẫn tới xuất điện tích âm mạng lưới Điện tích bù trừ cation nằm khoảng không gian hai lớp Đó cation Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+ chúng bị hydrat phân tử nước khoảng hai lớp cấu trúc Người ta nhận thấy điện tích âm mạng lưới Montmorillonit xuất chủ yếu mạng bát diện thay đồng hình ion Al3+ ion Mg2+ ứng với tỉ lệ Mg : Al ~ : (4 - 5) Điện tích âm mạng tứ diện thay ion Si4+ ion Al3+ ứng với tỉ lệ Al : Si ~ 1: (15 – 30) Vì điện tích âm mạng phân bố sâu lớp cấu trúc mà không nằm bề mặt lớp cấu trúc nên lượng liên kết cation trao đổi nằm lớp Với lớp cấu trúc mạng thấp, cation chuyển động tự mặt phẳng tích điện âm trao đổi với cation khác tạo khả biến tính Montmorillonit Lượng cation trao đổi Montmorillonit dao động khoảng 0,7 – 1,2 mg đlg/g Các phân tử nước dễ dàng xâm nhập khoảng không gian lớp làm thay đổi khoảng cách chúng theo hướng trục c Khoảng cách với chiều dày lớp cấu trúc gọi khoảng cách thay đổi từ 10 Ao Montmorillonit đehydrat hóa hoàn toàn đến ~20 Ao tuỳ thuộc vào lượng nước bị hấp phụ vào khoảng Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 12 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C CHƢƠNG III: KếT QUả Và THảO LUậN 3.1 Các kết biến tính sét Di Linh 3.1.1 Thành phần khoáng Bảng 2: Thành phần khoáng Bent.DL nguyên khai (sét 1), Bent.DL xử lí sơ (sét 2) Bent.DL xử lí phương pháp hóa học (sét 3) Mẫu Kí hiệu TP khoáng Monmorillonit Illit Kaolinit Thạch anh Felspat Gơtít Canxit Sét 69 10 3 - Sét 68 5 Sét 67 10 3 - Kết cho thấy thành phần chủ yếu sét Di Linh Monmorillonit (khoảng 70%) Các loại khoáng khác Illit, kaolinit, thạch anh, thay đổi Nói chung thành phần mẫu có thay đổi trình xử lí 3.1.2 Thành phần hóa học Bảng : Thành phần hóa học Bent.DL nguyên khai (sét 1), Bent.DL xử lí sơ (sét 2) Bent.DL xử lí phương pháp hóa học (sét 3) TT Số TN Kí hiệu Sét Sét Sét SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO MKN 50,5 17,67 7,00 50,82 16,52 8,12 54,32 15,90 6,37 0,8 0,48 0,26 0,78 2,83 2,16 2,36 0,98 1,88 18,79 18,93 17,96 Na2O 0,51 0,36 1,39 Dựa vào bảng ta thấy: thành phần SiO2 mẫu sét có thay đổi, hàm lượng % tăng lên theo cấp độ xử lí đồng thời khoáng sét khác Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 34 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C có thành phần phần trăm giảm dần Tuy nhiên ta thấy thành phần Al2O3 có thay đổi, trình xử lí hóa học nhiều làm ảnh hưởng tới ion Al cấu trúc sét 3.1.3 Bent DL _Al13 Ta thấy thành phần Bentonit Monmorillonit, tạp chất Fe2O3 bị loại gần hết Khi chưa chống, góc nhỏ chưa có peak mà có peak không rõ ràng ứng với góc 2è = 50 Khi đưa ion Kengin Al13 vào cột chống ta thấy góc 2è = 60 peak rõ ràng đồng thời xuất peak góc nhỏ Điều thấy khoảng cách lớp sét tăng mạnh sau thực chống Al13 3.2 Kết nhiễu xạ tia Rơnghen(XRD) Huyen K48B-Mau Thủy SP2 800 700 600 d=11.800 400 d=2.407 d=4.035 d=4.466 200 d=2.817 d=3.344 d=42.757 d=36.029 300 d=3.240 Lin (Counts) 500 100 10 20 30 40 2-Theta - Scale File: Toan 48A-mau2-7-5.raw - Type: Locked Coupled - Start: 1.000 ° - End: 40.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.7 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.0 00-003-0014 (D) - Montmorillonite - MgO·Al2O3·5SiO2·xH2O - Y: 8.34 % - d x by: - WL: 1.5406 00-033-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 9.02 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 113.0 Hình15 Giản đồ nhiễu xạ tia Rơnghen Bent-Al Như kết X-ray cho phép kết luận việc chống sét thành công Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 35 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C 3.3 Kết nghiên cứu phân tích nhiệt vi sai Đối với Bentonit mà thành phần chủ yếu Montmorillonit, phương pháp phân tích nhiệt vi sai cho phép theo dõi hiệu ứng nhiệt đường DTA Thông thường Montmorillonit, đường DTA có: Peak nước khoảng nhiệt độ trên100oC Đó nước bị hydrat hóa bề mặt sét Peak thu nhiệt nhóm OH mạng lưới nhiệt độ o 600 C Peak thu nhiệt khoảng 800oC,tương ứng với vết nước cuối mạng sét Cuối peak phát nhiệt 9000C thay đổi pha tinh thể Trên 1000oC, Montmorillonit bị phá hủy Hình 16: Giản đồ phân tích nhiệt mẫu Bent-Al Đối với mẫu Bent-Al, tăng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng lên 700oC, ta thấy xuất peak thu nhiệt tương ứng với giảm trọng lượng sau: - nhiệt độ 110,7093oC ứng với nước bề mặt làm giảm 18,335% khối lượng mẫu, lượng nước bị hydrat hóa lớn Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 36 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C 1032.8 - nhiệt độ 509,7533oC tương ứng với nước cấu trúc sét tương ứng với giảm trọng lượng 4,56% Như khoảng nhiệt độ cấu trúc sét giữ nguyên, không bị biến đổi 3.4 Kết IR Kết ghi phổ hồng ngoại vật liệu : Bent.DL Bent.Dl_Al13 0.55 0.50 468 0.45 531 0.40 913 3622.9 795 0.20 0.15 0.10 695 1639.3 0.25 3437.5 0.30 3697.6 Abs orbance 0.35 0.05 0.00 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Hình 17: Giản đồ phân tích phổ IR mẫu Bent.DL Hình 18: Giản đồ phân tích phổ IR mẫu Bent.DL_Al13 Kết thu cho thấy vật liệu Bent.DL Bent.DL_Al13 có khả hấp phụ nước tôt Tất vật liêu tồn nhóm OH cấu trúc liên kết Si-O lớp sét với băng hấp thụ vùng ~ 1639 cm-1 10321036 cm-1 tương ứng.Băng dao động đặc trưng cho AlBd-OH 913-919 cm-1 thấy xuất mẫu Cũng tương tự nhóm cấu trúc Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 37 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C MgBd-OH thụ vùng 615-695 cm-1 Đây nhóm cấu trúc đặc trưng cho Montmorillonite Bent Tất kết chứng tỏ vật liệu tổng hợp thành công 3.5 Kết nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét(SEM) Các ảnh SEM mẫu Bentonit, Bent-Al: Hình17: Hình ảnh SEM khoáng sét Di Linh Hình 18: Hình ảnh SEM Bent_Al13 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 38 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Từ ảnh thu cho thấy hạt sét có cấu trúc lớp,các lớp sét hay lớp sét chồng lên Bentonit tự nhiên sau chống nhôm Thu hạt sét tách biệt nhỏ chúng giữ cấu trúc lớp Cấu trúc làm tăng bề mặt kích thước lỗ xốp sét chống Từ ảnh ta thấy rõ xếp hạt sét tập hợp hạt sét hình thành hạt lớn 3.6 Kết nghiên cứu hấp phụ kim loại Sau hấp phụ khoảng thời gian xác định,huyền phù ly tâm 20 phút (tốc độ 3500 vòng/ phút) phân tích nồng độ ion kim loại (Cu2+, Cr3+) dung dịch thu phương pháp hấp phụ nguyên tử máy AAS khoa Hóa học - trường ĐH Khoa học tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội Hiệu suất trình hấp phụ (%H) tính theo công thức : C0 - Cf %H =  100 % C0 Trong : C0 : nồng độ ion kim loại (Cu2+, Cr3+) trước xử lí Cf : nồng độ ion kim loại (Cu2+, Cr3+) cân sau xử lí 3.6.1 Sự ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Kết thu cho Bent.DL_Al13 hấp phụ ion kim loại Cu2+, Cr3+ thay đổi pH dung dịch thể bảng hình 3.6.1.1 Ion kim loại Crom Bảng : Bảng nồng độ hiệu suất hấp phụ Cr3+ Bent.DL_Al13 thay đổi pH pH C0 Cf %H 50 35,42 29,16 50 27,4 45,2 50 3,475 93,05 50 2,09 95,82 50 1,52 96,96 50 3,45 93,1 50 10,89 78,23 Ta thấy, thay đổi pH từ - 8, dung lượng hấp phụ ion Cr3+ Bent.DL_Al13 thay đổi Trong khoảng pH từ - 4, trình hấp phụ Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 39 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C diễn nhanh đạt cân pH = Dung lượng hấp phụ giảm dần pH = giảm mạnh pH > Điều giải thích hình thành hợp chất hyđroxyl Cr(OH)3 mức pH > 7, cản trở ion Cr3+ khuếch tán bề mặt sét, giảm dung lượng hấp phụ 3.6.1.2 Ion kim loại đồng Bảng : Bảng nồng độ hiệu suất hấp phụ Cu2+ Bent.DL_Al13 thay đổi pH pH C0 Cf %H 50 26,1 47,8 50 6,9 86,2 50 1,92 96,16 50 1,105 97,79 50 1,985 96,03 50 4,71 90,58 50 9,465 81,07 pH = 2, việc hấp phụ Cu2+ Bent.DL_Al13 diễn nhanh chóng, đạt tới 47,8 % Dung lượng hấp phụ tăng dần đạt cân hấp phụ pH = 5, giảm khoảng pH ≥ Sở dĩ điều xảy hấp phụ cạnh tranh H+ tích điện dương bề mặt Bent.DL_Al13 vùng pH thấp, vùng pH ≥ có xuất kết tủa Cu(OH)2 nên hiệu suất hấp phụ giảm Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 40 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Kết so sánh hiệu suất hấp phụ Cr3+ Cu2+ ảnh hưởng pH dung dịch thể hình 19 Hình 19 : ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất hấp phụ Cr3+ Cu2+ Bent.DL_Al13 Ta thấy thay đổi pH hiệu suất hấp phụ Cu2+ Bent.DL_Al13 cao đồng hấp phụ Cr3+ 3.6.2 Nghiên cứu xác định thời gian đạt cân hấp phụ Kết thu cho Bent.DL_Al13 hấp phụ ion kim loại Cu2+, Cr3+ thay đổi thời gian hấp phụ thể bảng hình 3.6.2.1 Ion Cr3+ Bảng 6: Nồng độ dung dịch hiệu suất hấp phụ Cr3+ Bent.Dl_Al13 thay đổi thời gian khuấy T 30 60 90 120 150 180 360 C0 50 50 50 50 50 50 50 Cf 7,95 3,945 3,965 1,68 1,465 1,575 1,715 %H 84,1 92,11 92,07 96,64 97,07 96,85 96,57 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 41 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Khi thay đổi thời gian khuấy, hiệu suất hấp phụ Cr3+ Bent.DL_Al13 thay đổi đạt cân hấp phụ 150’ Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 42 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C 3.6.2.2 Ion Cu2+ Bảng 7: Nồng độ dung dịch hiệu suất hấp phụ Cu2+ Bent.Dl_Al13 thay đổi thời gian khuấy t C0 Cf %H 30 50 4,4 91,2 60 50 2,62 94,76 90 50 0,99 98,02 120 50 1,075 97,85 150 50 1,17 97,66 180 50 1,16 97,68 360 50 1,205 97,59 Khi thay đổi thời gian khuấy, hiệu suất hấp phụ Cr3+ Bent.DL_Al13 thay đổi đạt cân hấp phụ 90’ Kết so sánh hiệu suất hấp phụ Cr3+ Cu2+ thay đổi thời gian hấp phụ thể hình 20 Hình 20 : ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ Cr3+ Cu2+của Bent.DL_Al13 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 43 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Nhìn vào hình … ta thấy thay đổi thời gian khuấy hiệu suất hấp phụ Cu 2+ Bent.DL_Al13 xảy tôt so với Cr 3+ Sự tương tác Cu2+diễn nhanh chóng bắt đầu(30’ đạt 91,2%) đạt cân hấp phụ thời gian ngắn (90’) Trong Cr3+ đạt 84,1% 30’ đầu phải tới 150’ đạt cân hấp phụ 3.6.3 Khả hấp phụ Xét khả hấp phụ ion kim loại cách thay đổi nồng độ ban đầu dung dịch Kết thu cho Bent.DL_Al13 hấp phụ ion kim loại Cu2+, Cr3+ thay đổi nồng đọ ban đầu dung dịch thể bảng hình 3.6.3.1 Ion Cr3+ Bảng 8: Khả hấp phụ Cr3+ Bent.DL_Al13 C0 Cf %H 30 3,465 93,07 50 1,81 96,38 70 1,48 97,04 90 1,925 96,15 110 1,89 96,22 130 2,11 95,78 Dung lượng hấp phụ Cr 3+ Bent.DL_Al13 có thay đổi nhỏ thay đổi nồng độ ban đầu dung dịch Hiệu suất hấp phụ cao đạt 97,04% nồng độ ban đầu 70 ppm 3.6.3.2 Ion Cu2+ Bảng 8: Khả hấp phụ Cu2+ Bent.DL_Al13 C0 30 50 70 90 Cf 2,645 1,495 1,74 2,42 %H 94,71 97,01 96,52 95,16 110 3,99 92,02 130 4,535 90,93 Hiệu suất hấp phụ Cu2+ Bent.DL_Al13 thay đổi thay đổi nồng độ dung dich ban đầu Hiệu suất hấp phụ cao đạt 97,01% ứng với nồng độ ban đầu 50 ppm giảm mạnh nồng độ Cu2+ tăng Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 44 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Kết so sánh hiệu suất hấp phụ Cr3+ Cu2+ thay đổi nồng độ C0 ban đầu thể hình 21 Hình 21 : Khả hấp phụ Cr3+ Cu2+của Bent.DL_Al13 Thực nghiệm cho thấy: +, Với ion Cr3+ : cân hấp phụ đạt pH = 6, thời gian khuấy 150’ nồng độ ban đầu C0 = 70 ppm Đó điều kiện tối ưu tiến hành hấp phụ Cr3+ Bent.Dl_Al13 +, Với ion Cu2+ : cân hấp phụ đạt pH = 5, thời gian khuấy 90’ nồng độ ban đầu C0 = 50 ppm Đó điều kiện tối ưu tiến hành hấp phụ Cu2+ Bent.Dl_Al13 Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 45 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Kết luận Từ kết nghiên cứu thu rút số kết luận sau: Đã xử lý sét tự nhiên Di Linh nhằm nâng cao hàm lượng Montmorillonit phương pháp hóa học Từ Bent-Na tổng hợp loại sét chống Bent-Al Đã đặc trưng cấu trúc vật liệu thu phương pháp vật lý: XRD, phân tích nhiệt vi sai DTA nhiệt trọng lượng DTG, SEM Đã khảo sát khả hấp phụ kim loại Cu2+ Cr3+ loại vật liệu tổng hợp Kết cho thấy Bent_Al13 có khả hấp phụ tốt nhiều so với Bentonit thô Kết mở hướng sử dụng vật liệu sét chống để hấp phụ xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 46 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Tài liệu tham khảo Trần Kim Phượng, (1992) Nguyên liệu khoáng phục vụ công nghiệp dầu khí, Tạp chí hoạt động khoa học, số Đặng Tuyết Phương, Nghiên cứu cấu trúc, tính chất hoá lý số ứng dụng Bentonit Thuận Hải Luận án phó tiến sĩ, Viện Hóa Học (1995) Trương Minh Lương, Nghiên cứu xử lí biến tính Bentonit Thuận Hải làm xúc tác cho phản ứng ankyl hóa hiđrocacbon thơm, Luận án tiến sĩ,Viện Hóa Học Công Nghiệp (2001) Trần Thị Như Mai, Xúc tác nhômsilicat biến tính số ion kim loại chuyển tiếp phản ứng chuyển hóa toluene etylbenzen, Luận án phó tiến sĩ, Đại học Tổng Hợp Hà Nội (1993) Tạ Đình Vinh, Nghiên cứu sử dụng sét Bentonit Việt Nam để pha chế dung dịch khoan, Luận án phó tiến sĩ (1991) Lê Thị Hồng Huệ, Điều chế khảo sát vài đặc trưng đất sét Lâm Đồng chống polication Zirconnium từ quặng Zircon Việt Nam, Luận án thạc sĩ, Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh (2002) Trần Đình Kiên, Giáo trình dung dịch khoan, ĐHBK G.Erlt, H.Kn1/2 Zinger, J.Barracrtlt, (1990), Pillared Layered Structures (Ed: I.V.Mitchell), Elsevier, P.167 SR Ghate and MS Chinnah, Adsorption chatarization of Bentonit and use in drying inshell pecans, Transaction of the American Society of agriniltaral engineers, Vol 27, No2, p 635 – 640 (1984) 10 McBride, Processes of heavy and transition metal sorption by soil minerals soil solution interface, Nato ASI series Vol 190 (1991) 11 M Sychev, VHJ de Beer, Some aspects of the preparation and catalytic activity of chromia pillared montmorillonit, Zeolites and relaed microporous materials, State of the art (1994) Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 47 PGS.TS Hoa Hữu Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Thanh Thủy - K31C Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 48 PGS.TS Hoa Hữu [...]... khi kết thúc phản ứng chỉ cần lọc hỗn hợp phản ứng có thể tách xúc tác rắn Một tính chất quan trọng khác của Bentonit và Bentonit biến tính là tính chất hấp phụ Bentonit và Bentonit biến tính được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp làm chất hấp phụ tẩy trắng, hấp phụ xử lí nước thải công nghiệp, đặc biệt là xử lí các kim loại nặng trong nước Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội II Thu 14 PGS.TS Hoa Hữu Khóa... của Bentonit mang điện tích âm do sự thay thế đồng hình của ion Si4+ bằng ion Al3+ ở tâm tứ di n và ion Mg2+ thay thế ion Al3+ ở bát di n Các ion kim loại chuyển tiếp thay thế Al3+ và Mg2+ có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện tích âm của chúng không được bù trừ bởi các ion dương Do vậy tâm axit Liuyt được tạo thành từ ion Al3+ và ion Mg2+ ở các đỉnh, các chỗ gãy nứt và các khuyết tật trên bề mặt Bentonit. .. thể tăng đến ~30Ao khi thay thế các cation trao đổi bởi các ion vô cơ phân cực, các phức cơ kim, các phân tử oligome, các polyme vô cơ, các phân tử hữu cơ 1.5 ứng dụng của Bentonit và Bentonit biến tính làm chất hấp phụ trao đổi Khi biến tính Bentonit bằng cách hoạt hóa axit hay trao đổi với các cation đa hóa trị sau đó xử lý nhiệt người ta thu được Bentonit có tính chất axit có thể dùng làm xúc tác... ảnh thu được sẽ phản ánh di n mạo của bề mặt vật liệu 2.1.4.2 Thực nghiệm Phương pháp chụp hiển vi điện tử quét, SEM được thực hiện trên máy JEOS JSM – 5410 LV Scanning Electron Microscope, Nhật – Trung tâm khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý - Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội 2.1.5 Các phương pháp nghiên cứu hấp phụ các catrion kim loại nặng 2.1.5.1 Ion kim loại Crom 2.1.5.1.1 Sự ảnh... hình học của polioxocation kim loại Có nhiều phương pháp chống Bentonit để tạo nên lớp nhômsilicat xốp Có thể chống bằng các đơn kim loại như Al, Cu, Cr, Ti và cũng có thể chống bằng polioxocation hỗn hợp các kim loại như Al-Cr, Cr-Ti, 2.1.3.2 Chống bằng các polioxocation kim loại đa hóa trị Việc chống có thể bằng cách cho dung dịch huyền phù Bentonit tiếp xúc với một dung dịch ion Keggin [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+... PHƢƠNG PHáP BIếN TíNH BENTONIT Và NGHIÊN CứU 2.1 Các phƣơng pháp biến tính Bentonit Nhờ tính chất có thể trao đổi với các cation, polioxocation vô cơ và hữu cơ dẫn đến ứng dụng đặc biệt của các khoáng sét từ vật liệu tẩy màu đến các loại xúc tác axit, xúc tác đa chức năng, các vật liệu sét hữu cơ, vật liệu sét chống với các lỗ xốp trung bình (mesopores) Nhưng yếu điểm của các vật liệu xúc tác, hấp phụ dùng... kẽ bằng các phức kim loại chuyển tiếp ở dạng các polioxocation Xúc tác axit rắn thu được vẫn giữ được hoạt tính tốt ở nhiệt độ cao và mạng nhômsilicat không bị sập Người ta tiên hành chống Montmorillonit bằng các polioxocation kim loại đa hóa trị hoặc các polioxocation nhiều kim loại đa hóa trị Tuỳ thuộc vào liên kết hoá học giữa các lớp nhômsilicat với các pillar khác nhau mà tạo ra được nhiều kiểu... zeolit từ cao lanh qua giai đoạn hoạt hóa kiềm 2.1.2 Biến tính sét tự nhiên bằng axit 2.1.2.1 Cách biến tính Trong thực tế, để tăng tính chất hấp phụ, xúc tác của sét tự nhiên, người ta thường biến tính chúng bằng cách họat hóa với axit vô cơ H2SO4, HCl, H3PO4 Tuy nhiên theo từng loại sét ta phải dùng các axit thích hợp Thông thường các sét được biến tính về dạng axit bằng axit HCl 10-15%, nếu nồng độ... có tính xúc tác Nhóm hydroxyl của liên kết Al-OH (II) có tính axit yếu nên chỉ tác dụng với các bazơ hữu cơ mạnh như piridin Nhóm hydroxyl trong liên kết Si-O(H)-Al (III) có tính axit mạnh, có khả năng hấp phụ bazơ yếu Khả năng trao đổi ion của nhômsilicat còn phụ thuộc vào hoá trị và bán kính cation Các cation hoá tri thấp dễ trao đổi hơn các cation hoá trị cao: Me+> Me2+ >Me3+ Đối với các cation... 14000C sẽ tạo nên các spinen 2.1.1 .Biến tính sét tự nhiên bằng kiềm 2.1.1.1 Cách biến tính Khoáng sét tự nhiên chứa nhiều tạp khoáng như canxit, đolomit, một số oxit sắt, TiO2, Biến tính sét bằng kiềm nghĩa là hoạt hoá sét bằng dung dịch kiềm nhằm hoà tan một số yếu tố có tính lưỡng tính như nhôm tạo nên các nhôm hiđroxit tự do Mặc dù hoạt hoá sét bằng kiềm không thể loại được các oxit sắt, TiO2, canxi, ... Bent Di Linh để biến tính nhằm mục đích tìm vật liệu có khả hấp phụ tốt cho yêu cầu xử lí môi trường thiết thực Trên sở thực đề tài: Nghiên cứu hấp phụ vài ion kim loại nặng Bentonit Di Linh biến. .. tách xúc tác rắn Một tính chất quan trọng khác Bentonit Bentonit biến tính tính chất hấp phụ Bentonit Bentonit biến tính sử dụng phổ biến công nghiệp làm chất hấp phụ tẩy trắng, hấp phụ xử lí nước... phạm hà nội Khoa hóa học - Nguyễn thị thủy Nghiên cứu hấp phụ vài ion kim loại nặng bentonit di linh biến tính khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành : hóa lí hướng dẫn