Nghiên cứu khả năng hấp phụ mn2+ trên bentonit cổ định – thanh hóa

Bentonite là một loại khoáng chất công nghiệp, được cấu tạo chủ yếu từ các khoáng vật nhóm sét smectic gồm có montmorillonite và một số khoáng chất khác.. Bảng 1.1.Thành phần khoáng vật

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Thân Văn Liên – Phó Viện trưởng Viện Công nghệ Xạ Hiếm đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ

em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các anh chị trong Trung tâm Công nghệ chế biến quặng phóng xạ - Viện Công nghệ Xạ Hiếm trong thời gian qua đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp

Và trong suốt thời gian này, em đã được sự hướng dẫn tận tình, quan tâm

và giúp đỡ của thầy cô bộ môn cũng như các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Môi Trường để em có thể hoàn thành tốt công việc học tập của em

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Phú Thọ, ngày……tháng… năm 2016

Sinh viên

Hoàng Thành Đạt

i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Phú Thọ, ngày……tháng……năm 2016

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về bentonite 2

1.1.1 Thành phần khoáng vật và thành phần hoá học 2

1.1.1.1.Thành phần khoáng vật của bentonite: 2

Bảng 1.1.Thành phần khoáng vật của bentonite 2

Cổ Định – Thanh Hóa 2

Hinh 1.1: Mẫu bentonite a) mẫu quặng bentonite nguyên khai b) Mẫu bentonite đã được nghiền phân cấp sơ bộ 3

1.1.1.2.Thành phần hóa học của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa 3

Bảng 1.2 Thành phần hóa học bentonite Cổ Định – Thanh Hóa 3

1.1.2 Cấu trúc của montmorillonite 4

Hinh 1.2: Cấu trúc của tinh thể sét montmorillonite theo Alexandre và Dubois (2000) 6

Hình 1.3 Cấu trúc của MMT cho thấy hai lớp tứ diện trộn lẫn với một lớp bát diện Những chấm đen chỉ ra vị trí của sự thay thế đồng hình trong hình bát diện và tứ diện (Grim, 1953) 6

1.1.3 Khả năng biến tính của montmorillonite 6

1.1.3.1 Biến tính giữ nguyên cấu trúc 6

Hinh 1.4.Cấu tạo các đỉnh bentonite 8

1.1.3.2 Biến tính làm biến đổi cấu trúc lớp nhôm silicate 8

1.1.4.Khả năng trương nở của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa 8

1.1.5.Tính dẻo của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa 8

Bảng 1.3 Bảng phân loại tính dẻo của đất 9

1.1.6 Hoạt hóa bentonite Cổ Định – Thanh Hóa: 9

iii

Bảng 1.4 Hàm lượng MMT sau khi đã hoạt hóa bằng Na2CO3 11

Hình 1.6 : Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc giữa hàm lượng montmorillonite và hàm lượng Na2CO3 khan 12

1.1.7 Cấu trúc hấp phụ 12

1.1.8 Giá cả và nhu cầu về bentonite 13

1.2 Sự hấp phụ của các ion kim loại nặng từ môi trường nước của bentonite 13

1.2.1.Cơ chế hấp phụ 13

1.2.2 Khả năng hấp phụ 14

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng 14

1.2.3.1 Ảnh hưởng của pH 14

1.2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 15

1.2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian 15

1.2.3.4 Ảnh hưởng của kích thước hạt bentonite và điều kiện khuấy trộn 15

1.2.3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ bentonite/dung dịch (tỷ lệ R/L) 16

1.2.3.6 Ảnh hưởng của các chất điện li trong môi trường nước 16

1.3 Ứng dụng của bentonite 16

1.3.1 Làm chất hấp phụ 16

1.3.2 Chế tạo dung dịch khoan 16

1.3.3 Làm chất độn, chất màu trong công nghiệp sản xuất các vật liệu tổng hợp 17

1.3.4 Trong công nghiệp rượu, bia 17

1.3.5 Trong công nghiệp tinh chế nước 17

1.3.6 Một số ứng dụng khác 17

1.3.7 Ứng dụng trong chế tạo sét hữu cơ 18

Hinh 1.7.Quá trình trao đổi cation giữa alkylammonium và cation đầu tiên xen kẽ vào giữa các tiểu cầu sét (Kornmann, 1998) 18

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Đối tượng nghiên cứu 18

Bảng 2.1: Thành phần hóa học bentonite Cổ Định – Thanh Hóa 19

2.2 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hóa chất 19

2.2.1 Dụng cụ và thiết bị 19

2.2.2 Hoá chất 19

2.3 Phương pháp nghiên cứu 20

2.3.1 Phương pháp xác định mangan trong dung dịch 20

2.3.2.1.Phương pháp trắc quang phân tích mangan 20

Hình 2.1 Đường chuẩn Mn 22

2.3.2 Phương pháp xác định hấp dung của bentonite đối với Mn2+ 22

2.3.2.1 Phương pháp xác định hấp dung của Bentonit đối với Mn2+ 22

Hình 2.2 Đường hấp phụ đẳng nhiệt .23

Hình 2.3 Dạng tuyến tính của phương trình Lăng mua 23

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ 24

Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa mật độ quang và thời gian đạt cân bằng hấp phụ 25

Hình 3.1 Đồ thì thể hiện sự phụ thuộc của hấp phụ vào thời gian 25

3.2.Ảnh hưởng của lượng bentonit dùng để hấp phụ 26

Bảng 3.2 Kết quả sự phụ thuộc hấp dung vào lượng bentonit 26

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào lượng bentonit 27

3.3 Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ 27

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc của hấp dung A vào nồng độ của dung dịch Mn2+ 27

Hình 3.3 Mối quan hệ giữa hấp dung và nồng độ dung dịch Mn2+ 28

3.4 Ảnh hưởng của pH 29

Bảng 3.4 Kết quả sự phụ thuộc hấp dung vào pH 29

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa hấp dung và pH 30

3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dung dịch hấp phụ và lượng bentonit : V/m 30

Bảng 3.5 Sự thay đổi hấp dung A đối với Mn với các tỉ lệ V/m khác nhau 30

Hình 3.5 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ mg/g trên bentonit vào tỷ lệ 31

V/m 31

KẾT LUẬN 31

v

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

Bảng 2.1: Thành phần hóa học bentonite Cổ Định – Thanh Hóa Error: Reference source not found

Bảng 2.2: Quan hệ giữa mật độ quang D và nồng độ Mn2+ 21 Bảng 3.1 : M ố i qu a n h ệ g i ữ a mậ t đ ộ q u a n g v à t h ờ i g i a n đ ạ t c â n b ằ n g h ấ p p h ụ

Error: Reference source not foundB

ả n g 3.2 K ế t quả s ự p hụ t h u ộc h ấ p du n g v à o l ư ợ ng b e n t on i t Error: Reference source not found

B

ả n g 3.3 S ự p h ụ t h u ộ c c ủ a h ấ p du n g A v à o nồ n g đ ộ c ủ a d un g d ị c h Mn 2+

Error: Reference source not foundBảng 3.4 Kết quả sự phụ thuộc hấp dung vào pH Error: Reference source not found

B

ả n g 3.5 S ự t h a y đổ i h ấ p d u n g A đ ố i v ớ i Mn v ớ i c á c t ỉ l ệ V / m k h á c n h a u

Error: Reference source not found

vii

DANH MỤC HÌNH

Hinh 1.1:Mẫu bentonite a) mẫu quặng bentonite nguyên khai b) Mẫu

bentonite đã được nghiền phân cấp sơ bộ Error: Reference source not foundHinh 1.2: Cấu trúc của tinh thể sét montmorillonite theo Alexandre và Dubois (2000) Error: Reference source not foundHình 1.3 Cấu trúc của MMT cho thấy hai lớp tứ diện trộn lẫn với một lớp bát diện Những chấm đen chỉ ra vị trí của sự thay thế đồng hình trong hình bát diện và tứ diện (Grim, 1953) Error: Reference source not foundHinh 1.4 Cấu tạo các đỉnh bentonite Error: Reference source not foundHình 1.5: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc giữa hàm lượng montmorillonite và hàm lượng dung dịch Na2CO3 Error: Reference source not foundHình 1.6 : Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc giữa hàm lượng montmorillonite và hàm lượng Na2CO3 khan Error: Reference source not found

Hinh 1.7.Quá trình trao đổi cation giữa alkylammonium và cation đầu tiên xen kẽ vào giữa các tiểu cầu sét (Kornmann, 1998) Error: Reference source not found

Hình 2.1 Đường chuẩn Mn 22 Hình 2.2 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Error: Reference source not foundHình 2.3 Dạng tuyến tính của phương trình Lăng mua Error: Reference source not found

Error: Reference source not foundH

ìn h 3.3 M ố i qu a n h ệ g i ữ a h ấ p d u n g v à nồn g đ ộ d un g d ị c h M n 2 + Error: Reference source not found

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa hấp dung và pH Error: Reference source not found

H

ì n h 3.5 S ự p hụ t h u ộc c ủa d ung l ư ợ n g h ấ p ph ụ m g / g t r ê n b e n t o n i t v à o t ỷ l ệ

Error: Reference source not found

ix

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp, thương mại, dịch vụ… thì thế giới cũng đang phải đương đầu với với một vấn đề hết sức cấp bách: đó là ô nhiễm kim loại nặng

Từ nguồn thải của các nhà máy công nghiệp, kim loại nặng có thể có mặt trong rất nhiều đối tượng, ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến sinh vật

và sức khỏe con người Tuy nhiên, một lượng lớn kim loại nặng có mặt trong nước chính là nguồn nước thải của các nhà máy chưa qua xử lý

Để tách các ion kim loại nặng khỏi môi trường nước người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau : kết tủa, oxi hóa- khử, điện hóa, hấp phụ, chiết, trao đổi ion, hấp phụ bằng vi sinh vật Trong đó hấp phụ các kim loại nặng bằng các chất hấp phụ khác nhau như: than hoạt tính các khoáng sét có nguồn gốc tự nhiên…được sử dụng khá phổ biến Bentonite là một loại khoáng chất công nghiệp, được cấu tạo chủ yếu từ các khoáng vật nhóm sét smectic gồm có montmorillonite và một số khoáng chất khác Bentonit có khả năng trao đổi cation lớn và có khả năng hấp phụ cao cho nên bentonite có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Bentonite có nhiều ứng dụng trong thực tế và đã được xử lý làm vật liệu

để xử lý kim loại nặng trong nước thải

Tất cả những điều vừa trình bày trên đã nói lên ý nghĩa khoa học và thực

tiễn cũng như lý do của việc lựa chon đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu khả

năng hấp phụ Mn 2+ trên bentonit Cổ Định – Thanh Hóa” Mục tiêu nghiên

cứu của đồ án này là:

- Biết được cấu taọ và ứng dụng của bentonit

- Biết được các phương pháp hoạt hóa bentonit

- Biết được quá trình hấp phụ các ion kim loại của bentonit

- Biết được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của bentonit

Đồ án gồm có các nội dung sau:

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

- Kết luận

- Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về bentonite

1.1.1 Thành phần khoáng vật và thành phần hoá học

1.1.1.1.Thành phần khoáng vật của bentonite:

Thành phần khoáng vật của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia rơnghen và nhiệt vi sai Kết quả được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1.Thành phần khoáng vật của bentonite

Tuy nhiên không chỉ khoáng sét montmorilonite; ngoài ra còn một số khoáng sét rất có ý nghĩa khác mà trong bentonite ở Cổ Định đều chứa một hàm lượng đáng kể như hydromica (vermiculit) 10%, Chlorit 7 - 10 % … Ngoài khoáng sét có cấu truc lưới tinh thể trong bentonite còn chứa một lượng đáng kể keo sét vô định hình khác nhất là các hợp chất đa dạng như: Si,

Al, Fe, Mg, …

Bentonite là một nguồn khoáng vật phân tán rộng rãi và hàm lượng lớn trong tự nhiên, chính vì quan trọng trong công nghiệp được sử dụng với số lượng lớn Trong cả giá trị lẫn số lượng sự sản xuất hàng năm, bentonite là một trong số khoáng chất được khai thác nhiều nhất trên thế giới

Bentonite là nguồn khoáng sét thiên nhiên, được cấu tạo chủ yếu từ khoáng vật sét thuộc nhóm smectic Thành phần chính của bentonite là montmorillonite (MMT), ngoài ra còn có một số khoáng chất khác như quartz, cristobate, Feldespar, Calcite, Halite, Zeolite, mica, kaoline,… Đôi khi

2

người ta còn gọi khoáng bentonite là montmorillonite Công thức đơn giản nhất của montmorillonite (Al2O3.4SiO2.nH2O) ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc Công thức lý tưởng của montomrillonite là Si8Al4O20(OH)4 cho một đơn

vị cấu trúc Tuy nhiên, thành phần hoá học của montmorillonite luôn khác với thành phần biểu diễn theo lý thuyết do có sự thay thế đồng hình của các cation kim loại như Al3+, Fe2+, Mg2+,… với Si trong tứ diện và Al trong bát diện.Như vậy thành phần hoá học của montmorillonite với sự có mặt của Si, Al còn có các nguyên tố khác: Mg, Fe, Na, Ca,…Ngoài ra còn có một số nguyên

tố vi lượng khác như: Ti, Tl, Trong đó tỷ lệ của Al2O3 : SiO2 dao động từ 1:2 đến 1:4 Mẫu quặng bentonite nguyên khai và đã được nghiền sơ bộ chỉ ra trong hình 1.1

Hinh 1.1: Mẫu bentonite a) mẫu quặng bentonite nguyên khai b) Mẫu bentonite

đã được nghiền phân cấp sơ bộ.

1.1.1.2.Thành phần hóa học của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa

Các mẫu bentonite nguyên khai lấy về từ mỏ Cổ Định – Thanh Hóa sau khi

xử lý mẫu được tiến hành phân tích hóa học tổng số, hóa lý học và hoạt hóa

để khảo sát các đặc tính hóa học Kết quả phân tích xem các bảng 1.2

Bảng 1.2 Thành phần hóa học bentonite Cổ Định – Thanh Hóa.

Kiềm thổ chiếm chủ yếu trong hệ hấp phụ - trao, độ bão hòa bazơ cao, nhưng ion kali và natri trong hệ hấp phụ thấp Trong sét bentonite Cổ Định – Thanh Hóa, Mg chiếm tỷ lệ tuyệt đối, cũng phải tính đến một tỷ lệ không nhỏ các dạng hydroxit Fe có trong bentonite Cổ Định khi độ ẩm của sét cao.

Tuy nhiên có thể nhận định rằng bentonit Việt Nam là loại bentonite kiềm thổ và với hàm lượng keo sét trong quặng nguyên khai rất cao, tỷ diện lớn cộng với những tính chất hóa lý ưu việt của khoáng sét montmorillonite, hydromica, … cho thấy nó là những nguyên liệu lý tưởng để cải tạo đất cát, đất bạc màu và một số đất nhiệt đới đã bị rửa trôi thoái hóa có thành phần cơ giới nhẹ, ngoài ra cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu tham gia vào chế tạo thức an gia súc bổ sung, các loại phân bón, thuốc trừ sâu và xử lý thanh sạch môi trường

1.1.2 Cấu trúc của montmorillonite

Khoáng sét xuất hiện trong tự nhiên mà với sự biến thiên trong thành phần phụ thuộc trên những nhóm của họ và nguồn gốc của chúng Công thức phân

x.nH2O ) (Al2-yMgx)Si4O10(OH)2 , trong đó M+ là cation trao đổi giữa lớp, M+ = Na+ , K+ , Mg2+ , hay Ca2+

(Brindley & Brown, 1980) Lý tưởng, x = 0.33 Sét được sử dụng cho sự điều chế nanoclay thuộc nhóm sét smetic mà cũng được biết như phyllosilicate 2:1,

mà thành phần chung nhất là MMT {Si4[Al1,67Mg0,33]O10(OH)2.nH2O.M0,33; M=Na, K hoặc Ca} và hectorit {Si4[Mg2,7Li0,3]O10(OH)2.M0,4; M = Na} , trong

4

đó chỗ bát diện là thay thế đồng hình Nhóm sét smetic khác là beidilit {[Si3,67Al0,33]Al2O10(OH)2.nH2O.M0,33; M = Na, K hoặc Ca}, nontronit {[Si3,67Al0,33]Fe2O10(OH)2.M0,33; M = Na, K or Ca} và saponit {[Si3,67Al0,33]Mg3O10(OH)2.M0,33; M = Na, K or Ca} mà trong chỗ tứ diện có sự thay thế đồng hình.

Cấu trúc tinh thể MMT được chỉ ra trong hình 1.2, mạng tinh thể của

nguyên tử oxi của lớp tứ diện cũng thuộc lớp bát diện Nguyên tử Si trong lớp

tứ diện thì phối trí với 4 nguyên tử oxy định vị ở bốn góc của tứ diện Nguyên

tử Al hoặc Mg trong lớp bát diện thì phối trí với 6 nguyên tử oxy hoặc nhóm hyđroxyl (OH) định vị ở 6 góc của bát diện đều Ba lớp này chồng lên nhau hình thành một tiểu cầu sét hoặc một đơn vị cơ sở của nanoclay Bề dày của tiểu cầu khoảng 1nm và chiều dài của tiểu cầu thay đổi từ hàm trăm đến hàng nghìn nm Trong tự nhiên, những tiểu cầu sét sắp xếp chồng lên nhau tạo thành khoảng cách giữa các lớp, khoảng cách này thường được gọi là khoảng

“Van der Waals”, là khoảng cách giữa khoảng không gian giữa các lớp sét Sự hình thành nanoclay trong tự nhiên có sự thay thế đồng hình, nguyên tử Si hoá trị 4 trong lớp tứ diện được thay thế một phần bởi nguyên tử Al hoá trị 3

và nguyên tử Al hoá trị 3 trong lớp bát diện thì được thay thế một phần bởi các nguyên tử có hoá trị 2 như Fe và Mg Sự thiếu hụt điện tích dương trong đơn vị cơ sở, kết quả dẫn đến bề mặt của các tiểu cầu sét mang điện tích âm Điện tích âm được cân bằng bởi các ion kim loại kiềm và kiềm thổ (chẳng hạn

lớp này có thể thay thế bởi các cation hữu cơ Khi thay thế ion vô cơ giữa lớp sét bằng ion hữu cơ làm cho sét thích hợp với polymer hữu cơ Sự thay thế đồng hình bên trong mạng tinh thể mạng tinh thể bằng các nguyên tố khác nhau hoặc thay đổi ở các vị trí khác nhau đưa đến có nhiều loại khoáng chất đất sét montmorillonite: MMT, nontronite, saponit, hectorite, sauconite, beidellite, volkhonskoite, pimelite

Trong hình 1.2 cho thấy sự thay thế đồng hình của một số ion Al, Fe, Mg,

…trong tứ diện và bát diện, cũng như khoảng cách của lớp sét Khoảng cách

của một lớp MMT đã chỉ ra trong hình 1.2 khoảng 9,5A (Grim, 1953), còn okhoảng cách của d(001) của sét khô (làm khô ở 70oC) là 12,6A o

Hinh 1.2: Cấu trúc của tinh thể sét montmorillonite theo Alexandre và Dubois

(2000)

Hình 1.3 Cấu trúc của MMT cho thấy hai lớp tứ diện trộn lẫn với một lớp bát

diện Những chấm đen chỉ ra vị trí của sự thay thế đồng hình trong

hình bát diện và tứ diện (Grim, 1953).

1.1.3 Khả năng biến tính của montmorillonite

1.1.3.1 Biến tính giữ nguyên cấu trúc

Đặc trưng cơ bản của bentonite là tính chất trao đổi, tính chất đó có được

Mg2+ trong bát diện làm xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới cấu trúc Khả năng trao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng điện tích bề mặt và số lượng ion trao đổi Nếu số lượng điện tích âm trên bề mặt càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi cation càng lớn.

- Khả năng trao đổi ion của nhôm silicate còn phụ thuộc vào hoá trị và bán kính cation Cation hoá trị thấp dễ trao đổi hơn cation hoá trị cao

Ngoài ra sự trao đổi ion của bentonite còn liên quan đến sự thay thế các nguyên tử hiđro trong các nhóm hyđroxy của montmorillonite Theo một số

nguyên tử oxy bị thay thế bởi các nhóm hyđroxyl, và các nhóm này đảm nhiệm việc duy trì liên kết yếu giữa các lớp và góp phần vào sự cân bằng điện tích Trong montmorillonite còn có các nhóm hyđroxyl khác nửa nằm ở các

Al

O Si O

Al O

O O

H

Hinh 1.4.Cấu tạo các đỉnh bentonite

Trong đó nhóm hyđroxyl của liên kết Si-OH (I) không có khả năng trao đổi hiđro, nhóm hyđroxyl trao đổi hiđro, nhóm hyđroxyl của liên kết Al-OH (II) có tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu, nhóm hyđroxyl trong liên kết Si-O-Al (III) có tính trao đổi mạnh nên có tính quyết định đến sự trao đổi cation H+

1.1.3.2 Biến tính làm biến đổi cấu trúc lớp nhôm silicate

dolomite (MgCO3) một số oxit khác như Fe2O3, FeO, TiO2,…

Hoạt hoá bentonite là dung kiềm hoặc axit có thể hoà tan một só oxit lưỡng tính như Al2O3, Fe2O3, để tạo trên bề mặt sét những lỗ xốp và những trung tâm hoạt động Việc sử dụng nồng độ kiềm hoặc axit cao có khả năng hoà tan nhôm oxit làm thay đổi cấu trúc của bentonite Tuỳ theo điều kiện sử dụng mà chúng ta có thể biến tính giữ nguyên cấu trúc hoạt biến đổi cấu trúc của lớp nhôm silicate

1.1.4.Khả năng trương nở của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa

Khả năng trương nở của bentonite là sự tăng thể tích của chúng trong quá trình được làm ẩm ướt Khi bị ẩm ướt, trên bề mặt những phân tử bentonite hình thành các liên kết hờ, lực dính kết giữa chúng bị giảm làm cho những phân tử hạt bentonite càng xa nhau, từ đó làm tăng thể tích của chúng Tính trương nở liên quan đến nhiều tính chất khác như thành phần cấp hạt, thành phần khoáng vật, thành phần hóa học kết quả phân tích độ trương nở của bentonite Cổ định cho thấy thông số này của bentonite là 30,5 – 41 %.Trương nở kéo theo làm giảm độ xốp, làm giảm độ thấm, nhờ tính chất ưu việt này mà một số loại đất có vấn đề như đất cát pha, đất xám bạc màu nên được trộn với bentonite, đất sẽ được cải thiện chế độ nước, tăng khả năng giữ

ẩm, giảm độ thấm, cải thiện trạng thái cấu trúc, giảm khả năng bốc hơi lý học, tăng cường sự hoạt động của vi sinh vật và cải thiện nhiều tính chất khác cho đất

1.1.5.Tính dẻo của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa.

Ở trạng thái mà độ ẩm bentonite có khả năng tạo được những hình dạng nhất định và giữ nguyên được trạng thái hình dạng đó khi không có lực tác động bên ngoài gọi là độ dẻo (hay còn gọi là tính dẻo hoặc tính tạo hình) của bentonite Tính dẻo được đăc trưng bằng số dẻo (tính theo độ ẩm đất) tức là

8

hiệu số giữa giới hạn trên (còn gọi là giới hạn chảy dưới) và giới hạ dưới (còn gọi là giới hạn về thành sợi) Phân loại đất theo tính dẻo được thể hiện trong bảng 1.3.

Bảng 1.3 Bảng phân loại tính dẻo của đất.

1.1.6 Hoạt hóa bentonite Cổ Định – Thanh Hóa:

Trong giới hạn của đề tài em chỉ sử dụng phương pháp hoạt hóa bằng sôđa

Hoạt hóa bằng dung dịch Na 2 CO 3 :

Khả năng hấp phụ của bentonite phụ thuộc vào điều kiện hoạt hóa nó như: bản chất của Na2CO3, nồng độ, thời gian hoạt hóa và cở hạt

Ở đây em cố định các yếu tố khác để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố

là nồng độ Na2CO3, thời gian hoạt hóa, mức độ khuấy trộn

10%

Thời gian hoạt hóa từ 60 phút đến 120 phút

Tốc độ khuấy 140 vòng/phút

Tiến hành hoạt hóa ở nhiệt độ phòng

Quá trình hoạt hóa được tiến hành trên thiết bị hoạt hóa gồm:

Thiết bị khuấy với cánh khuấy thủy tinh

Bình phản ứng bằng thủy tinh loại 1 lit

Mô tả cách hoạt hóa:

Lấy 99 gam bentonite cho vào bình thủy tinh có dung tích là 1 lít thêm 350ml nước cất vào bình Hỗn hợp bentonite và nước được khuấy bằng máy khuấy có cánh làm bằng chất liệu thủy tinh trong thời gian 10 phút Cân 1

đã đủ thời gian hoạt hóa lấy cánh khuấy ra và rữa lại sản phẩm bằng nước cất

( để tách hết Na2CO3 còn dư) lấy sản phẩm đem lắng gạn, sấy khô đến 100oC, đánh tơi, nghiền nhỏ lấy mẫu phân tích xác định hàm lượng montmorillonite

Để có được hàm lượng montmorillonite cao trong bentonite thì em tiến hành một số thí nghiệm để xác định được tỷ lệ hoạt hóa giữa bentonite và sôđa để

có được hàm lượng montmorillonite cao nhất và tỷ lệ R/L thể hiện trong bảng sau

10

Hình 1.5: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc giữa hàm lượng montmorillonite và

hàm lượng dung dịch Na 2 CO 3 Hoạt hóa bentonite Cổ Định bằng tinh thể Na 2 CO 3

10%, 15%, 20% Rồi ủ trong thời gian khoảng 15 ngày trong môi trường nhiệt

MMT sau khi đã hoạt hóa

Bảng 1.4 Hàm lượng MMT sau khi đã hoạt hóa bằng Na 2 CO 3

kết quả về hàm lượng MMT tốt nhất trong bentonite thì chúng ta tiến hành

Hình 1.6 : Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc giữa hàm lượng montmorillonite và

hàm lượng Na 2 CO 3 khan.

1.1.7 Cấu trúc hấp phụ

Chính vì bentonite có cấu trúc tinh thể và độ phân tán cao cho nên có cấu trúc xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn Cấu trúc lỗ xốp ảnh hưởng rất lớn đến tính chất hấp phụ của các chất, đặc trưng của nó là tính chất chọn lọc chất bị hấp phụ Chỉ có những phân tử nào có đường kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào được Dựa vào điều này người ta có thể hoạt hoá sao cho có thể dùng bentonite làm vật liệu tách chất Đây cũng là điểm khác nhau giữa chất hấp phụ khác và bentonite

Do sự dư hoá trị trên các nguyên tử của các nút mạng tinh thể cho nên bentonite là một chất hấp phụ phân cực và vì vậy nó sẽ ưu tiên hấp phụ các chất phân cực Tuy nhiên bentonite vẫn có thể hấp phụ các chất không phân cực do lực Van der Waals và tương tác hấp phụ chủ yếu là tương tác cảm ứng

Bề mặt bentonite có điện tích tương đối lớn bao gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong Bề mặt trong bao gồm bề mặt của các lớp nhôm silicate chồng lên nhau

và được ngăn cách bằng các cation kim loại bù đắp điện tích trên bề mặt bentonite Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt của các mao quản chuyển tiếp Các mao quản này được tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonite và

12