tiểu luận động học xúc tác tìm HIỂU về xúc tác KHOÁNG sét

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA -VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN TÌM HIỂU VỀ XÚC TÁC KHOÁNG SÉT MONTMORILLONITE & KAOLINITE Giảng viên hướng dẫn : Th.S.DIỆP KHANH Sinh viên thực hiện: NHÓM Lớp : DH11H2 Khoá : 2011-2015 TP Vũng Tàu, tháng 12 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA -VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN TÌM HIỂU VỀ XÚC TÁC KHOÁNG SÉT MONTMORILLONITE & KAOLINITE Giảng viên hướng dẫn: Th.S.DIỆP KHANH Sinh viên thực hiện: NHÓM Lớp : DH11H2 Khoá : 2011-2015 TP Vũng Tàu, tháng 12 năm 2013 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, dầu mỏ khí tự nhiên tài nguyên chiến lược giữ vai trò quan trọng hoạt động kinh tế sống người Mỗi biến động cán cân dầu khí ảnh hưởng đến kinh tế, trị xã hội Trong điều kiện nguồn khoáng sản dần cạn kiệt, việc khai thác chế biến sản phẩm dầu khí theo hướng tốt nhất, hiệu nhất, có giá trị kinh tế cao vấn đề quan tâm trọng Một hướng cho vấn đề tìm loại xúc tác tốt cho trình chế biến Sử dụng xúc tác tạo nhiều sản phẩm kinh tế mà giảm lượng chất thải không mong muốn, kiểm soát trình tốt thúc đẩy phát triển khoa học kỹ thuật-công nghệ Chính nghiên cứu xúc tác đề tài tâm điểm cho nhà khoa học Đối với Việt Nam, nước có nguồn tài nguyên dầu khí tương đối dồi việc nghiên cứu xúc tác vấn đề quan trọng Phù hợp với điều kiện đất nước, đáp ứng yêu cầu xúc tác, xúc tác khoáng sét nước ta quan tâm phát triển Từ năm 1937, Eugene Houdry người cải tiến quy trình chuyển hóa dầu mỏ việc sử dụng sét làm xúc tác nhằm tạo sản phẩm xăng có trị số octan cao Sau đó, nhôm silic tổng hợp vô định hình phát triển ứng dụng phổ biến đến năm 1960 Xúc tác khoáng sét vừa có giá thành rẻ, mà biến tính cho hoạt tính xúc tác cao loại xúc tác trước Chúng loại xúc tác rắn, vừa có tâm axit Bronsted vừa có tâm axit Lewis nên ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực, có hóa dầu CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ KHOÁNG SÉT 1.1 Giới thiệu khoáng sét  Clay loại khoáng đất sét tự nhiên bentonite tổng hợp bao gồm nhóm nhôm, magie, ion silic ngậm nước mà chứa Na+, Ca+, K+ ion khác  Dựa dạng cấu trúc, khoáng sét phân thành loại Đó :  Vô định hình: Nhóm Allophane (Al2O3.SiO2.nH2O)  Kết tinh: Phân chia theo cấu trúc ta loại hai lớp ( cao lanh, dickite, nacrite, kaolinite) loại ba lớp (như montmorillonite, sauconite, nontronite…)  Loại hỗn hợp nhiều lớp nhóm chlorite  Loại cấu trúc chuỗi polygoskite… 1.2 Thành phần khoáng sét  Theo phiên họp Ủy ban danh pháp quốc tế tổ chức Copenhagen năm 1960 khoáng sét loại silicat có cấu trúc lớp, hình thành từ tứ diện oxit silic liên kết với mạng bát diện Hạt sét có kích thước nhỏ, tác dụng với nước thành vật liệu dẻo Trong thành phần khoáng sét chứa nguyên tố silic nhôm hàm lương Al Si Ngoài chứa nguyên tố khác K, Na, Ca, Fe, Mg…Tùy vào hàm lượng chúng sét mà phân biệt loại sét khác  Hiện người ta biết khoảng 40 loại khoáng sét  Để nhận biết nhanh loại khoáng sét, dựu có mặt nguyên tố Al, Fe, Mg nguyên tố silic có thành phần Bảng : Phân loại khoáng sét dựa thành phần nguyên tố chủ yếu Al, Fe, va Mg Sét trương nở Tên khoáng sét Tên nguyên tố có nhiều thành phần Beidellit Al Montmorillonit Al(Mg, Fe2+ ít) Nontronit Fe3+ Saponit Mg, Al Vermiculit Mg, Fe2+ (ít) 1.3 Cấu trúc khoáng sét Sét không trương nở Tên khoáng Tên nguyên tố có sét nhiều thành phần Illit K, Al(Fe, Mg ) Glauconit K, Fe2+, Fe3+ Chrolit Mg, Fe, Al Berthierin Fe2+, Al (Mg ít) Kaolinit Al  Khoáng sét tự nhiên có cấu trúc lớp hai chiều Các lớp cấu trúc khoáng sét hình thành từ hai đơn vị cấu trúc Đơn vị thứ tứ diện SiO4 đơn vị thứ hai bát diện MeO với Me Al Fe hay Mg (Hình 1.1) a Cấu trúc tứ diện(SiO4) b Cấu trúc bát diện MeO6 Hình 1.1: Đơn vị cấu trúc tứ diện bát diện Cấu trúc tứ diện thường cấu trúc SiO44- thành phần loại khoáng SiO2 nên ta có tỉ lệ bán kính hai ion O2- ion Si4+ 0,3, điều có nghĩa ion Si4+ vào lỗ trống tứ diện mà nút mạng sở ion O2- Nhìn vào cấu trúc SiO4 ta thấy số phối trí 4, tức diện tích ion silicate chia cho ion phối tử Như vậy, ion O2- dư điện tích âm, để cân điện tích, phối tử phải liên kết với hai cation trung tâm(Si4+) số phối trí Si4+ lúc 4.1/2 = phối tử,ta thấy diện tích cân Hình 1.2: Mô tả cấu trúc lớp tứ diện Do silic có điện tích lớn ,nếu hình thành cầu đôi,hai ion gần tương tác điện mạnh với nhau, tứ diện nối với cầu đơn O, hình thành cấu trúc lớp Các oxi tạo cầu đơn nằm mặt phẳng gọi oxi đáy Việc tạo cầu đơn không gian thực cho oxi đáy tạo thành hình lục giác với đỉnh O2- Cấu trúc (b) cấu trúc bát diện, ion trung tâm thường Al3+, Fe2+, Mg2+ … Ở xét đại diện Al3+, tỉ lệ bán kính với anion O2- 0,41 Với tỉ lệ Al3+ nằm hai lỗ trống tứ diện bát diện, tùy theo số phối trí là Nhưng khoáng sét số phối trí bền Al3+ Với số phối trí 6, cấu trúc đơn vị cân điện tích Mỗi ion phối tử dư 1,5 điện tích âm có hình thành cầu đơn cầu đôi Nếu hình thành cầu đôi, hai cation Al3+ có điện tích không đủ lớn nên tương tác tĩnh điện chúng chưa đủ để làm cho hệ thống không bền vững Hình 1.3: Mô tả cấu trúc cầu đôi hai bát diện Như sau hình thành cầu đôi, điện tích dư ion phối tử -1, điện tích âm làm bền proton H +, cấu trúc đoen vị bát diện cân điện tích.Trong cấu trúc bát diện này, Al 3+ chiếm hai phần ba lỗ trống bát diện với khuynh hướng đặc khít, cation hóa trị hai Mg 2+ có khả lấp đầy lỗ trống bát diện Nếu lớp bát diện chứa ion hóa trị hai tất vị trí gọi trioctahedral Cấu trúc bát diện dioctahedra hai phầnba lỗ trống chiếm cation hóa trị ba Hình 1.4: Lớp bát diện trioctahedral dioctahedral Mạng bát diện tứ diện liên kết với qua oxy đỉnh chung, theo quy luật trật tự định để Mạng bát diện tứ diện liên kết với qua oxy đỉnh chung, theo quy luật trật tự định để tạo khoáng sét có cấu trúckhác cấu trúc 1:1, cấu trúc 2:1 cấu trúc 2:1+1 Hình 1.5 Cấu trúc khoáng sét loại 1:1 2:2 Chương 2: Montmorillonite - sét trắng 2.1 Khái niệm:  Montmorillonite loại nanoclay tìm thấy giới Montmorillon, Pháp năm 1874 Nó thuộc nhóm smectit, với loại khoáng khác cao lanh, paly gorskit, sepiolit loại khoáng quan trọng công nghiệp  Montmorillonite loại khoáng vật phyllosilicat mềm thông thường tạo thành tinh thể vi thể tạo khoáng vật sét  Khoáng smectite thường gọi tên betonite, tên sét chứa chủ yếu loại khoáng Smectite họ khoáng bao gồm hai loại quan trọng là: * natri montmorillonite * canxi montmorilloinite  Công thức hóa học: Mx(Al4-xMgx)Si8O20(OH)4 với x mức thay đồng hình từ 0,5 – 1,3 Một số tài liệu công bố thành phần hóa học MMT có: Al = 9,98% ; Si = 20,78% ; H = 4,10% ; O = 65,12% 2.2 Cấu trúc:  Cấu trúc Montmorillonite đưa Marshall MMT gồm đơn vị tạo thành tứ diện silic bát diện trung tâm nhôm Tấm tứ diện bát diện nối với theo cách đỉnh tứ diện silica lớp hydroxyl bát diện tạo thành lớp chung Các nguyên tử lớp chung cho hai tấm, trở thành oxy thay cho hydroxyl Do đề cập đến loại khoáng sét có ba lớp với lớp T-O-T làm nên cấu trúc đơn vị a b c Hình 2.1 Cấu trúc montmorillonite Các đơn vị Si-Al-Si xếp liên tục theo hướng tinh thể (a) (b) xếp chồng đơn vị lên đơn vị khác theo hướng tinh thể (c) Trong việc xếp chồng lên đơn vị này, lớp oxy đon vị đặt sát với oxy đơn vị liền kề Đó nguyên nhân gây ssoa liên kết yếu dễ tách đơn vị Tính bật cấu trúc clay là: nước phân tử có cực xen vào làm cho mạng lưới mở rộng theo hướng (c) Do kích thước trục ‘c’ loại MMT có giá trị nhỏ từ 9,6 Ao nguyên tử phân cực xen lớp đơn vị lớp Không gian trục ‘c’ (độ dày lớp nanoclay) thay đổi tùy thuộc vào cation có mặt xen lớp silic Khoảng cách sở (khoảng cách bản) hai lớp nanoclay tổng độ dài chiều dài lớp nanoclay với khoảng cách hai lớp nanoclay (gọi tắt khoảng cách d) Độ dày tinh thể từ 300 Ao đến vài micromet lớn hơn, tùy thuộc loại silicate Hình 2.2 Montmorillonite    Công thức MMT là: (Si 7,8Alo,2)IV(Al3,4Mg0,6)VIO20(OH)4 thành phần lý thuyết nguyên liệu là: SiO 66,7%, Al2O3 28,3%, H2O 5% Do điện tích lớp mạng montmorillonite là: [7,8 (+4)] + [0,2 (+3)] + [3,4 (+3)] + [0,6 (+2)] + [20 (-2)] + [4 (-1)] = - 0,8 điện tích/đơn vị lớp Kết điện tích âm trung hòa cation có khả trao đổi hấp phụ lớp đơn vị xung quanh ccas cạnh chúng MMT loại sét khoáng với thay chất đồng hình Các cation có khả trao đổi chất lớp 2:1 có điện tích âm cân sinh thay đồng hình Các lực hấp phụ cation trao đổi nhanh cation Na+ Ca2+ tạo thành phức khối cầu ổ phía bề mặt mà dễ trao đổi với ion tan cấu tạo cation dung dịch hay thay đổi Thêm vào việc trao đổi cation có thay đổi pH phụ thuộc vào hấp thụ kim loại MMT Quá trình hấp phụ, ion hấp phụ liên kết với bề mặt đất sét cách chia sẻ một vài phối tử (thường oxy) với cation hấp thụ phức tách Cùng với tăng pH hay nồng độ cation hấp phụ, kết tủa kim 2.4.3   2.4.4  2.4.5  2.4.6 2.4.7   Đất sét vừa thể tính axit Bronsted lẫn axit Lewis: Tính axit Bronsed nhóm – OH bề mặt gây nên Tính axit Lewis ion Al3+ gây nên Độ bền nhóm cho tính axit Bronsted phụ thuộc vào thành phần sét Chỉ số axit thấp giá trị CEC cho thấy dung môi không phân cực khe hở lớp sét không môi trường hiệu cho phản ứng axit – bazơ Tính axit bề mặt giảm lượng nước tự có sét cao Các nhóm nhận điện tử hay gây oxy hóa định khu bờ cấu trúc tinh thể sét Nhóm có sét cao Các nhóm nhận điện tử hay gây oxy hóa định khu bờ cấu trúc tinh thể sét Nhóm ion Fe3+ mặt tinh thể tạo nên Các cation kim loại đa hóa trị Cu 2+, Ag+, Fe3+ hay Ru3+ làm tinh thể sét có tính khử Tương tác bề nặt rắn đất sét với phân tử chất hữu phụ thuộc vào tính kỵ nước tính chất ưa kỵ nước bề mặt phụ thuộc vào việc chọn lựa hợp lý cation trao đổi Khả tạo cấu trúc xốp rỗng chiều: Cấu trúc mang đặc tính zeolite Quá trình thực biến đổi cấu trúc khoáng sét sang cấu trúc rỗng xốp áp dụng rộng rãi có cấu trúc 2:1, mật độ điện tương đối thấp, có cation trao đổi ban đầu có điện tích Khả hấp thụ: Nhờ có nhóm chức bờ bề mặt phân bố đều, nên có khả hấp thụ nhiều chât hữu cơ: họ xeton, kim loại nặng… Khả xúc tác trao đổi cation khác tạo thành chất xúc tác cho nhiều trình Các tượng vật lý: Sự rã: tượng đất sét bị mềm cuối tạo thành khối mềm nhão Hiện tượng tạo đất sét dạng paste (hồ), để rã tốt người ta dùng nước có khuấy trộn Sự rã thường kèm theo tăng thể tích nhiệt độ khối vật liệu Sự trương: tượng tăng thể tích đất sét ngâm nước Nguyên nhân hấp thụ nước vào tạo mạng tinh thể, đặc biệt mạng tinh thể khoáng MMT có khả trương Lượng sét trương phụ thuộc vào nhiều yếu tố:  Loại lượng khoáng diện đất sét Những ion có khả trao đổi kết hợp với đất sét Hình dáng kích thước hạt Cấu tạo khối sét Các muối tan nước Các phụ gia thêm vào khối sét trương Đất sét trương dung môi hữu Đặc biệt amin béo hiệu trương cao có dây ankyl dài từ 10 nguyên tử cacbon trở lên MMT giãn nở có khả hấp thụ cao có đặc điểm, tính chất khác có giá trị Nhiệt ẩm: tượng phát sinh nhiệt sét trộn vói nước hay dung môi hữu Nhiệt ẩm gọi hiệu ứng Pouillet Ứng dụng ba tượng rã, trương sinh nhiệt ẩm là: Tác dụng tẩy: làm giảm sức căng bề nặt nước.ứng dụng tính chất tạo thành hỗn hợp đất sét với xà phòng, có tác dụng tẩy rửa xà phòng, thêm đất sét vào để hạ giá thành Tác dụng chuyển sang nhũ tương: đất sét có hoạt tính chuyển thành thể nhũ tương mạnh, nghĩa tổng hợp dầu nước nhanh chóng tách pha trì thể nhũ tương cho khoảng 1% đất sét vào         2.5 Biến tính khoáng sét MMT  MMT chất vô cơ, có tính ưa nước Trong polyme để chế tạo vật liệu nanocompozit chất hữu thường có tính kỵ nước Do vậy, nanoclay khó trộn hợp với polyme Để tăng tương hợp nanoclay polyme người ta phải biến tính nanoclay Có số phương pháp (kỹ thuật) dùng để biến tính nanoclay, thông dụng phương pháp trao đổi ion 2.5.1 Phương pháp trao đổi ion   Như nói trên, lực liên kết lớp clay lực liên kết Van der Waals Đây loại lực liên kết vật lý, có lượng liên kết nhỏ Do gắn kết lớp sét với nên phân tử khác xen vào khoảng lớp sét cách dễ dàng Để làm cho MMT trở nên kị nước, tương hợp tốt với polyme, cation khoảng lớp clay thay chất hoạt động bề mặt cation ankyl amoni hay ankyl photphat Các cation thay thông    dụng Na+, Ca2+¬, Mg2+, H+, K+ NH4+ Quá trình thay xảy sau: Khi biến tính chất hoạt động bề mặt cation đầu mang điện dương hướng phía mặt sét (do tương tác điện Culông) mạch ankyl hướng Ở ta quan tâm đến đại lượng sử dụng nhiều khảo sát trình trao đổi cation CEC (khả trao đổi cation) clay Đó số cation lớn trao đổi, số loại sét cụ thể Nó tính mili đương lượng cho gam (meq/g) thông dụng mili đương lượng cho 100 gam (meq/100g) Trong hệ đơn vị SI đơn vị đặc trưng cho khả Culong/gam (C/g), 1meq = 96,5 C/g Khả trao đổi cation hiển thị pH = Khả trao đổi cation montmorillonit nằm khoảng 80 ÷ 150 meq/g Sau biến tính hữu cơ, bề mặt sét trở nên kị nước phần, lượng bề mặt giảm nên tương hợp với polyme hữu Kích thước nhóm ankyl lớn tính kỵ nước clay cao khoảng cách lớp nanoclay tăng Sự xếp mạch ankyl khoảng lớp sét phụ thuộc vào yếu tố mật độ điện tích sét loại chất hoạt động bề mặt Mạch ankyl dài, mật độ điện tích sét lớn khoảng cách d lớn Mạch ankyl xếp song song với bề mặt sét tạo nên cấu trúc đơn lớp (khi mạch ankyl ngắn), hai lớp (khi mạch ankyl trung bình), giả ba lớp (khi mạch ankyl dài) (Hình 3) Tuy nhiên mạch ankyl không nằm song song mà lại nằm chéo so với bề mặt clay, tạo cấu trúc paraffin Cấu trúc paraffin đơn lớp hai lớp (Hình 4).Khi mật độ điện tích clay cao chất hoạt động bề mặt có kích thước lớn thường tạo thành dạng lớp giống chất lỏng Với dạng đơn lớp, hai lớp, giả ba lớp, khoảng cách sở lớp clay tương ứng d = 13,2; 18,0; 22,7Å thể xếp không trật tự, giống chất lỏng Với dạng praffin, xếp có trật tự hơn, mạch ankyl không nằm song song với mặt clay mà nằm chéo với ion dương vị trí đối 2.5.2 Một số phương pháp biến tính khác  Ngoài phương pháp trao đổi ion, người ta dùng số chất hoạt động bề mặt để biến tính sét mà tiêu biểu số hợp chất silan  Silan: Silan thường sử dụng chế tạo vật liệu nanocompozit sở polyeste không no nanoclay Silan monome silicon hữu đặc trưng công thức hoá học R–SiX3 Trong đó, R nhóm chức hữu gắn vào Si, X nhóm bị thuỷ phân để tạo thành nhóm silanol Silan phản ứng với bề mặt chất vô tạo nên liên kết oxan hydro Các bề mặt có đặc trưng chứa nhóm OH gắn vào nguyên tử Si Al Trong nanoclay, nhóm OH xuất bề mặt lớp clay Silan trước tiên chuyển thành hợp chất silanol phản ứng thuỷ phân Sau silanol phản ứng với nhóm OH bề mặt clay tạo thành liên kết oxan liên kết hydro  Các chất khác Một số chất biến tính sét khác sử dụng trực tiếp lúc chế tạo vật liệu polyme-nanocompozit chất tham gia trực tiếp vào phản ứng trùng hợp xúc tác phản ứng trùng hợp Ví dụ chế tạo vật liệu polyme-nanocompozit sở polystyren nanoclay, người ta sử dụng amino metyl styren LFRP (chất khơi mào phản ứng trùng hợp gốc tự sống) làm chất biến tính cho sét 2.6 Ưu điểm nhược điểm khoáng sét MMT:  Ngày xu hướng nghiên cứu tìm xúc tác công nghiệp giải đáp ứng yêu cầu sau:  Giá thành rẻ  Có hoạt tính xúc tác cao, ổn định  Có độ chọn lọc cao  Thời gian sống xúc tác phải dài  Có độ bền nhiệt, bền hóa học, học cao  Xúc tác phải dễ điều chế có khả tái sinh  Xúc tác phải độc với người 2.6.1 Ưu điểm:  Theo yêu cầu sét khoáng MMT hoàn toàn có đủ khả để làm xúc tác công nghiệp giá thành rẻ có vài chi phí phát sinh để hoạt hóa axit giá thành rẻ nhiều zeolit, có môi trường tương thích, độ chọn lọc cao, tái sử dụng, hoạt động đơn giản 2.6.2 Nhược điểm:  Bên cạnh ưu điểm số nhược điểm như: tổng thể tích lỗ xốp Na – montmorillonite nhỏ khoảng 0,12 ± 0,006 cm3/g để cải thiện, ổn định lổ xốp sét khoáng ta chống Sét chống tăng diện tích bề mặt, thể tích lổ xốp, tăng độ bền khung sét, bền nhiệt (tùy vào chất chống), cải thiện hoạt tính xúc tác để tăng khả hấp phụ xúc tác chúng, giúp phân tử ngoại lai dễ thâm nhập vào lớp sét hơn, phản ứng isome hóa lại cần phải chống phản ứng isome hóa phản ứng mà tạo phân tử mạch nhánh nên để thực phản ứng cho phân tử iso chui khỏi mao quản 2.7   Hình 2.3.Sự xâm nhập phân tử ngoại lai vào hai lớp sét Điều chế: Nguyên liệu đất sét loại smectitec Đất sét tinh chế biến tính dung dịch H2SO4 2M theo tỉ lệ 1:20 đun 70 độ C khuấy lọc rửa sản phẩm nước cất đến hết ion (SO4)2- sấy khô nhiệt độ 70 độ C nghiền qua ray 100 mesh,thu MMT biến tính 2.8 Ứng dụng   Nó sử dụng công nghiệp khoan dầu thành phần dung dịch khoan, làm cho hồ trở nên nhớt giúp cho mũi khoan mát giúp loại bỏ chất rắn khoan Nó sử dụng chất bổ sung vào đất để giữ nước loại đất dễ bị khô hạn, để xây dựng đê hay đập đất ngăn rò rỉ chất lỏng Nó sử dụng thành phần khuôn đúc    cát chất hút ẩm để loại bỏ ẩm từ không khí loại khí Tương tự loại đất sét khác, MMT nở thêm nước vào Tuy nhiên, số MMT giãn nở đáng kể loại đất sét khác nước thẩm thấu vào không gian phân tử liên lớp hút bám kèm theo Lượng giãn nở chủ yếu kiểu cation trao đổi chứa mẫu vật Sự diện natri cation trao đổi thịnh hành làm cho đất sét giãn nở tới vài lần thể tích gốc Vì thế, MMT natri sử dụng thành phần tác nhân không nổ để bóc tách đá mỏ đá tự nhiên nhằm hạn chế lượng chất thải để phá hủy kết cấu bê tông mà việc sử dụng thuốc nổ Tính chất giãn nở làm cho bentonit chứa montmorillonit hữu ích vật liệu trám lổ hổng đất nhằm chống nước khoan giếng nước lớp lót bảo vệ cho bãi rác Các sử dụng khác bao gồm để làm tác nhân chống đóng vón thức ăn cho gia súc, sản xuất giấy để giảm thiểu hình thành lắng đọng thành phần hỗ trợ trì thoát nước Montmorillonit sử dụng hóa mỹ phẩm Nó biết đến khả hút bám sử dụng thành công thử nghiệm khoa học để loại bỏ atrazin từ nước Đất sét Montmorillonite sử dụng rộng rãi trình xúc tác Chất xúc tác cracking xúc tác sử dụng đất sét montmorillonite 60 năm Axit dựa chất xúc tác khác sử dụng axit xử lý đất sét montmorillonite [ CHƯƠNG KHOÁNG SÉT KAOLINITE 3.1 Khái niệm:  Kaolinit khoáng vật sét với công thức hóa học Al2Si2O5(OH)4, hình thành trình phong hóa fenspat, chủ yếu octodaz anbit Quá trình phong hóa gọi trình kaolin hóa 3.2 Cấu trúc   Kaolinit khoáng vật silicat với tứ diện liên kết thông qua nguyên tử ôxy với bát diện alumina Các loại đất sét giàu kaolinit gọi đất sét trắng, đất sét cao lanh, cao lanh hay kaolin Kaolinit khoáng kaolin thông dụng Trong kaolinit, có hình thành liên kết hydrogen lớp đồng thời liên kết bên lớp bền vững mạng tinh thể rắn ổn định, kích thước tinh thể tương đối lớn 3.3 Thông số vật lý        Độ cứng: 1,5 – Tỷ trọng (g/cm3): 2.58-2.60 Độ cứng theo thang Mohs: Nhiệt độ nóng chảy: 1750-1787 0C Màu sắc: thường có màu trắng, đỏ, nâu xanh nhạt Độ co giãn dung lượng trao đổi cation thấp Mềm, dạng đất, ngấm nước có tính dẻo 3.4 Tính chất đặc trưng Kích thước tương đối bốn khoáng vật sét phổ biến với tỷ diện tích chúng nêu hình Khoáng vật Kaolinit có kích thước lớn với bề dày khoảng 1μm, khoáng vật monmorilonit có kích thước nhỏ với bề dày khoảng vài nm (nanometer) Với tinh thể có kích thước trung bình gọi đường kính (dạng tròn) nên thực tế, tỷ diện tích khác biệt so với tính toán nhiều Dĩ nhiên, kích thước hạt phụ thuộc nhiều vào trình phong hóa nhân tố khác, giá trị thường dùng trị số trung bình Từ ta thấy rằng, bề mặt hoạt động phụ thuộc vào đường kính hạt, chẳng hạn khoáng vật monmorilonit có mức độ hoạt động mạnh khoáng vật kaolinit 3.5 Biến đổi cấu trúc   Các loại sét kiểu kaolin trải qua chuỗi biến đổi pha tác động nhiệt không khí điều kiện áp suất thông thường Sự khử hydroxyl thu nhiệt (hay nói cách khác khử nước) bắt đầu 550-600 °C để sinh metakaolin (Al2Si2O7) trật tự, hydroxyl (-OH) tiếp diễn quan sát tới 900 °C góp phần vào ôxi hóa metakaolin (Bellotto ctv., 1995) Do bất đồng lịch sử liên quan tới chất pha metakaolin, nghiên cứu bao quát chung dẫn tới đồng thuận chung metakaolin hỗn hợp đơn giản silica (SiO2) vô định hình alumina (Al2O3), mà cấu trúc vô định hình phức tạp trì số trật tự phạm vi dài (nhưng cách chặt chẽ không kết tinh) chồng đống lớp lục giác (Bellotto ctv., 1995) 2Al2Si2O5(OH)4 —> 2Al2Si2O7 + 4H2O Nung nóng tiếp tới 925-950 °C chuyển hóa metakaolin thành dạng spinel khuyết nhôm-silic (Si3Al4O12), nói tới cấu trúc kiểgama-alumina: 2Al2Si2O7 —> Si3Al4O12 + SiO2 Khi nung nóng tới khoảng 1.050 °C, pha spinel (Si3Al4O12) kết nhân chuyển đổi thành mullit (3Al2O3•2SiO2) cristobalit (SiO2) có độ kết tinh cao: 3Si3Al4O12 —> 2Si2Al6O13 + 5SiO2 3.6 Phản ứng hình thành  Quá trình phân giải từ tràng thạch thành kaolin Dưới góc độ hóa học, phenpat phân giải thành kaolin theo phương trình phản ứng sau: K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + H2O ——-> Al2O3.2SiO2.2H2O + K2O3 + 4SiO2 CaO.Al2O3.6SiO2 + CO2 + H2O ——-> Al2O3.2SiO2.2H2O + CaCO3 + 4SiO2 Trong trình phong hóa, tác động CO2 H2O liên kết Al2O3 SiO2 không bị bẻ gẫy bền vững, phân tử kaolin chịu thuỷ phân cao, không hòa tan nước trầm tích thành mỏ có lẫn SiO2 Đối với phenpat kiềm thổ, SiO2 lẫn CaCO3 (nếu pH môi trường phong hóa nhỏ CaCO3 từ từ phân giải cho CaO cho CO2 Chính CO2 lại tác nhân tiếp tục phong hóa phenpat) 3.7 Ứng dụng  Kaolin loại khoáng sản quan trọng có nhiều ứng dụng lĩnh vực công nghiệp khác nhau, công nghiệp gốm sứ Việt Nam số quốc gia có tiềm lớn khoáng sản Kaolin phân bố rộng rãi phổ biến nhiều nơi lãnh thổ nước ta, có Đông Bắc Bộ Có thể nói, miền Đông Bắc Bộ đứng sau Đông Nam Bộ tiềm Kaolin Cho đến nay, nhiều mỏ Kaolin Đông Bắc Bộ tìm kiếm, thăm dò, khai thác phục vụ cho ngành công nghiệp nước xuất Với tiềm lớn chất lượng tốt, Kaolin Đông Bắc Bộ nước ta giữ vị trí đặc biệt quan trọng ngành công       nghiệp khai khoáng nói riêng nghiệp phát triển kinh tế, xã hội nói chung Vì vậy, từ cần có kế hoạch điều tra tổng thể để đánh giá cách đầy đủ tiềm tài nguyên Kaolin Đông Bắc Bộ, làm sở cho quy hoạch công tác thăm dò, khai thác, chế biến, góp phần sử dụng hợp lý, tiết kiệm có hiệu nguồn nguyên liệu Kaolin khu vực, phục vụ thiết thực cho phát triển kinh tế – xã hội Sản xuất vật liệu chịu lửa: Trong ngành sản xuất vật liệu chịu lửa, người ta dùng Kaolin để sản xuất gạch chịu lửa, gạch nửa Axit đồ chịu lửa khác Trong ngành luyện kim đen, gạch chịu lửa làm Kaolin chủ yếu dùng để lót lò cao, lò luyện gang, lò gió nóng Các ngành công nghiệp khác cần gạch chịu lửa với khối lượng hơn, chủ yếu để lót lò đốt, nồi luyện kim màu công nghiệp hoá học, nhà máy lọc dầu, công nghiệp thuỷ tinh sứ, nhà máy xi măng lò nung vôi Có thể nói, ngành sản xuất vật liệu chịu lửa Alumosilicat ngành sử dụng nhiều Kaolin Để có sản phẩm chịu lửa phải cần tới 1, Kaolin Trong công nghiệp sản xuất giấy, Kaolin làm cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt Loại giấy thông thường chứa 20% Kaolin, có loại giấy chứa tới 40% Kaolin Thường giấy tiêu tốn tới 250-300 kg KaolinTrong công nghiệp sản xuất giấy, Kaolin làm cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt Loại giấy thông thường chứa 20% Kaolin, có loại giấy chứa tới 40% Kaolin Thường giấy tiêu tốn tới 250-300 kg Kaolin Trong công nghiệp cao su, Kaolin có tác dụng làm tăng độ rắn, tính đàn hồi, cách điện, độ bền cao su Yêu cầu Kaolin làm chất độn cao su phải có hàm lượng: Fe2O3 < 0,75%, SO4- < 0,4%; độ hạt < 1.670 lỗ /cm2; độ ẩm < 1% Trong sản xuất da nhân tạo (giả da), Kaolin có tác dụng làm tăng độ bền, độ đàn hồi Để làm chất độn da nhân tạo, Kaolin qua rây No15 phải có độ trắng > 85%, hàm lượng Fe2O3 < 0,75%, SO4- < 0,4%; độ ẩm < 5% Trong sản xuất sơn, Kaolin làm tăng độ sệt gây mờ lớp sơn Nó phải có tỉ trọng: 2,6 g/cm3; cỡ hạt: 2,4-5 m < 58%; độ dung dầu: 46,5-59 cm3/100 g; không lẫn chất kiềm Axit trạng thái tự Trong sản xuất xà phòng, Kaolin có tác dụng đóng rắn sản xuất, hấp thụ dầu mỡ sử dụng Lĩnh vực sản xuất xà phòng yêu cầu Kaolin có độ hạt rây 0, 053 mm lớn 90%; không lẫn cát, không lắng cặn trước giờ, hàm lượng Fe2O3 từ 2-3%, TiO2 1%; chất Bazơ trao đổi 0,8-2% Carbonat 15-20%    Trong sản xuất thuốc trừ sâu, sử dụng Kaolin có độ khuếch tán lớn, sức bám tốt, trơ hoá học, hợp chất sắt thấp, độ hạt 22 m từ 40-75% Trong sản xuất đĩa mài, người ta nén hỗn hợp hạt mài (bột Corinđon, bột kim cương) với hỗn hợp Kaolin, thạch anh, Felspat nung 1.350 oC Yêu cầu Kaolin phải đạt Al2O3 + TiO2 > 38%; Fe2O3 < 1,8%; độ chịu lửa > 1.730 oC Trong lĩnh vực sử dụng khác, Kaolin sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng trắng, chất trám xây dựng Để sản xuất nhôm kim loại phương pháp nhiệt điện, sử dụng Kaolin với thành phần Al2O3 không 30%, SiO2 không 47%, Fe2O3 không 0,5%, TiO2 không 0,3%, CaO + MgO không 0,6%, K2O + Na2O không 0,5% Để sản xuất phèn nhôm, yêu cầu Kaolin chưa qua nung phải chứa Al2O3 tối thiểu 36%… MỤC LỤC Mở đầu: Trang Chương Tổng quan khoáng sét 1.1 Giới thiệu khoáng sét 1.2 Thành phần khoáng sét 1.3 Chương Cấu trúc khoáng sét Montmorillonite 2.1 Khái niệm 2.2 Cấu trúc 2.3 Các thông số vật lý 2.4 Tính chất đặc trưng MMT 2.4.1 Tính chất chịu xạ hạt nhân 2.4.2 Kích thước hạt 2.4.3 Tính axit 2.4.4 Khả tạo cấu trúc xốp rỗng ba chiều 2.4.5 Khả hấp thụ 2.4.6 Khả xúc tác 2.4.7 Các tượng vật lý 2.5 Biến tính MMT 10 2.5.1 Phương pháp trao đổi ion 2.5.2 Một số phương pháp biến tính khác 2.6 Ưu điểm, nhược điểm MMT 2.6.1 Ưu điểm MMT 2.6.2 Nhược điểm MMT 2.7 Điều chế MMT 2.8 Ứng dụng Chương Kaolinite 3.1 Khái niệm 12 14 15 3.2 Cấu trúc 3.3 Thông số vật lý 3.4 Tính chất đặc trưng 3.5 Biến đổi cấu trúc 3.6 Phản ứng hình thành 3.7 Ứng dụng 16 DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH BẢNG Phân loại khoáng sét dựa thành phần ba nguyên tố Al, Fe, Mg HÌNH 1.1 Đơn vị cấu trúc tứ diện bát diện HÌNH 1.2 Mô tả cấu trúc lớp tứ diện HÌNH 1.3 Mô tả cấu trúc lớp bát diện HÌNH 1.4 Lớp bát diện trioctahedral dioctahedral HÌNH 1.5 Cấu trúc khoáng sét loại 2:1 2:2 HÌNH 2.1 Cấu trúc Montmorillonite HÌNH 2.2 Montmorillonite HÌNH 2.3 Sự xâm nhập phần tử ngoại lai vào hai lớp sét DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO • • • Đồ án Nghiên cứu, tổng hợp đặc trưng xúc tác Pt/Montmorillonite chống zirconia sunfat hóa (ZrO2/SO42-) củaVũ Thị Quỳnh Trang, Trường Đại học Mỏ-Địa chất – K49 http://en.wikipedia.org/wiki/Montmorillonite DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 3 Phạm Chí Hải Lữ Văn Hồng Hậu Hồ Xuân Hiệp Lê Văn Hiệp Nguyễn Ngọc Hiếu Nguyễn Thị Hiếu Phạm Văn Hoan 1152010059 1152010067 1152010071 1152010072 1152010076 1152010077 1152010078 Nguyễn Quốc Hoang Nguyễn Văn Huân 10 Phạm Lý Hùng 1152010079 1152010082 1152010088 [...]... sét 2.6 Ưu điểm và nhược điểm của khoáng sét MMT:  Ngày nay xu hướng nghiên cứu tìm ra xúc tác mới trong công nghiệp là giải đáp ứng được các yêu cầu sau:  Giá thành rẻ  Có hoạt tính xúc tác cao, ổn định  Có độ chọn lọc cao  Thời gian sống của xúc tác phải dài  Có độ bền nhiệt, bền hóa học, cơ học cao  Xúc tác phải dễ điều chế và có khả năng tái sinh  Xúc tác phải ít độc với người 2.6.1 Ưu... + MgO không quá 0,6%, K2O + Na2O không quá 0,5% Để sản xuất phèn nhôm, yêu cầu Kaolin chưa qua nung phải chứa Al2O3 tối thiểu 36%… MỤC LỤC Mở đầu: Trang Chương 1 Tổng quan về khoáng sét 1.1 Giới thiệu về khoáng sét 1.2 Thành phần của khoáng sét 1 1.3 Chương 2 Cấu trúc của khoáng sét 2 Montmorillonite 2.1 Khái niệm 2.2 Cấu trúc 2.3 Các thông số vật lý 2.4 Tính chất đặc trưng của MMT 2.4.1 Tính chất... đất sét montmorillonite trong hơn 60 năm Axit dựa chất xúc tác khác cũng sử dụng axit xử lý đất sét montmorillonite [ CHƯƠNG 3 KHOÁNG SÉT KAOLINITE 3.1 Khái niệm:  Kaolinit là một khoáng vật sét với công thức hóa học Al2Si2O5(OH)4, được hình thành do quá trình phong hóa của fenspat, chủ yếu là octodaz và anbit Quá trình phong hóa trên được gọi là quá trình kaolin hóa 3.2 Cấu trúc   Kaolinit là khoáng. .. 0,12 ± 0,006 cm3/g và để cải thiện, ổn định các lổ xốp của sét khoáng là ta chống Sét chống tăng diện tích bề mặt, thể tích lổ xốp, tăng độ bền khung của sét, bền nhiệt (tùy thộc vào bản chất chống), cải thiện được hoạt tính xúc tác để tăng khả năng hấp phụ và xúc tác của chúng, giúp các phân tử ngoại lai dễ thâm nhập vào trong các lớp của sét hơn, nhất là đối với phản ứng isome hóa thì chúng ta lại... để giảm thiểu sự hình thành các lắng đọng và cũng như là thành phần hỗ trợ sự duy trì và thoát nước Montmorillonit cũng đã từng được sử dụng trong hóa mỹ phẩm Nó được biết đến vì khả năng hút bám của nó và từng được sử dụng thành công trong các thử nghiệm khoa học để loại bỏ atrazin từ nước Đất sét Montmorillonite đã được sử dụng rộng rãi trong quá trình xúc tác Chất xúc tác cracking xúc tác đã sử... sinh nhiệt khi sét trộn vói nước hay các dung môi hữu cơ Nhiệt ẩm nay còn được gọi là hiệu ứng Pouillet Ứng dụng của ba hiện tượng rã, trương và sinh nhiệt ẩm là: Tác dụng tẩy: làm giảm sức căng bề nặt của nước.ứng dụng của tính chất này là tạo thành hỗn hợp của đất sét với xà phòng, có cùng tác dụng tẩy rửa như xà phòng, thêm đất sét vào để hạ giá thành Tác dụng chuyển sang nhũ tương: đất sét có hoạt... đặc trưng của MMT 2.4.1 Khả năng chịu bức xạ hạt nhân: Khi chiếu xạ trung tâm hoạt động A (Si-O) và B (Al – O – Al) xuất hiện ở khoáng MMT thấp hơn ở các khoáng sét khác Sự xuất hiện các tâm hoạt động làm khoáng có bề mặt riêng tăng và thay đổi tính tan MMT có cấu trúc 2:1 có ít sự thay đổi và chịu bức xạ hạt nhân tốt hơn khoáng kaoline có cấu trúc 1:1 Sự phá hủy MMT khi bị chiếu xạ với bức xạ liều cao... nhân tố khác, nhưng giá trị thường dùng là trị số trung bình Từ đó ta thấy rằng, bề mặt hoạt động phụ thuộc vào đường kính hạt, chẳng hạn khoáng vật monmorilonit có mức độ hoạt động mạnh hơn khoáng vật kaolinit 3.5 Biến đổi cấu trúc   Các loại sét kiểu kaolin trải qua một chuỗi các biến đổi pha dưới tác động của nhiệt trong không khí ở điều kiện áp suất thông thường Sự khử hydroxyl thu nhiệt (hay... là đối với mạng tinh thể của khoáng MMT có khả năng trương được Lượng sét trương được còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:  Loại và lượng khoáng hiện diện trong đất sét Những ion có khả năng trao đổi kết hợp với đất sét Hình dáng và kích thước hạt Cấu tạo của khối sét Các muối tan trong nước Các phụ gia thêm vào khối sét đã trương Đất sét có thể trương trong các dung môi hữu cơ Đặc biệt đối với amin béo... biến đổi cấu trúc khoáng sét sang cấu trúc rỗng xốp được áp dụng rộng rãi do có cấu trúc 2:1, mật độ điện tương đối thấp, có cation trao đổi ban đầu có điện tích Khả năng hấp thụ: Nhờ có các nhóm chức ở bờ và bề mặt phân bố đều, nên nó có khả năng hấp thụ được nhiều chât hữu cơ: họ xeton, kim loại nặng… Khả năng xúc tác do nó có thể trao đổi các cation khác nhau tạo thành chất xúc tác cho nhiều quá ... HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN TÌM HIỂU VỀ XÚC TÁC KHOÁNG SÉT MONTMORILLONITE & KAOLINITE Giảng viên hướng dẫn: Th.S.DIỆP KHANH Sinh viên thực hiện: NHÓM Lớp : DH11H2 Khoá : 201 1-2 015... nghiệm khoa học để loại bỏ atrazin từ nước Đất sét Montmorillonite sử dụng rộng rãi trình xúc tác Chất xúc tác cracking xúc tác sử dụng đất sét montmorillonite 60 năm Axit dựa chất xúc tác khác... Thời gian sống xúc tác phải dài  Có độ bền nhiệt, bền hóa học, học cao  Xúc tác phải dễ điều chế có khả tái sinh  Xúc tác phải độc với người 2.6.1 Ưu điểm:  Theo yêu cầu sét khoáng MMT hoàn