Nghiên Cứu Biến Tính Khoáng Sét Bentonite Di Linh – Lâm Đồng Làm Vật Liệu Hấp Phụ

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG SÉT BENTONITE DI LINH - LÂM ĐỒNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ Người thực : ĐỖ XUÂN THỌ Lớp : MTC Khóa : 57 Chuyên ngành : Khoa học môi trường Giáo viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN NGỌC TÚ Hà Nội – 2016 ii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Phân loại số khoáng sét thường gặp dựa theo thành phần nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (không kể Si) Bảng 3.1 Thiết kế thí nghiệm .20 Bảng 3.2 Thiết kế thí nghiệm .21 Bảng 3.3 Thiết kế thí nghiệm .22 Bảng 4.1.Kết phân tích thành phần khoáng bentonite Di Linh tự nhiên .23 Bảng 4.3 Kiểm định sai khác có ý nghĩa công thức nhiệt độ với công thức đối chứng 30 Bảng 4.4 Kiểm định sai khác có ý nghĩa công thức nhiệt độ khác 30 Bảng 4.5 Giá trị khả trao đổi cation công thức biến tính với NaCl thời gian ngâm (meq/100g) 34 Bảng 4.6 Kiểm định sai khác có ý nghĩa công thức nhiệt độ khác 43 Bảng 4.7 Kiểm định tương quan hồi quy yếu tố nồng độ, thời gian tới giá trị CEC 43 Bảng 4.9 Kiểm định sai khác có ý nghĩa công thức biến tính với NaCl nhiệt độ với bentonite tự nhiên .49 Bảng 4.11 Kiểm định hiệu biến tính bentonite thí nghiệm với nhiệt độ NaCl kết hợp nhiệt độ 51 Bảng 4.12 Kiểm định hiệu biến tính bentonite thí nghiệm với NaCl NaCl kết hợp nhiệt độ 51 i DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Đơn vị cấu trúc mạng tương ứng tứ diện SiO4, bát diện MeO6 Hình 2.2 Cấu trúc không gian mạng lưới montmorillonit Hình 2.3 Sự thay đổi CEC trình hoạt hóa axit (Oenal, 2007) 14 Hình 2.4 Ảnh chụp SEM oxit silic không phủ bọc (a) phủ bọc (b) 17 Hình 4.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X bentonite Di Linh tự nhiên 24 Hình 4.2 Giá trị trung bình khả trao đổi cation công thức nhiệt độ khác 26 Hình 4.3 Chiều hướng thay đổi giá trị khả trao đổi công thức nhiệt độ khác 27 Hình 4.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X bentonite Di Linh thực biến tính với nhiệt độ .29 Hình 4.6 Giá trị khả trao đổi cation trung bình công thức thời gian nồng độ .35 Hình 4.8 Giá trị CEC công thức nồng độ NaCl thời gian biến tính 38 Hình 4.9 So sánh giá trị CEC công thức có hiệu biến tính cao với bentonite tự nhiên .41 Hình 4.11 Giá trị CEC trung bình công thức trước sau biến tính với nhiệt độ .46 Hình 4.12 So sánh giá trị CEC bentonite tự nhiên với công thức thí nghiệm cho hiệu cao thí nghiệm 47 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CEC: Dung lượng cation trao đổi MMT: Montmorillonite ii DL: Khoáng sét tách từ mẫu đất lấy Di Linh - lâm Đồng TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam NXB: Nhà xuất KHCN: Khoa học công nghệ ĐHNN: Đại học Nông nghiệp ĐHKHTN: Đại học khoa học tự nhiên SEM: Ảnh hiển vi điện tử quét X-RAY: Phương pháp nhiễu xạ tia X d001: Khoảng cách cấu trúc khoáng sét bentonite iii PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài Bentonite loại khoáng sét tự nhiên, thuộc nhóm smectit gồm montmorilonit số khoáng khác Bentonite có tính chất đặc trưng dễ trương nở, có khả kết dính, khả hấp phụ tốt, trơ, nhớt dẻo Do tính chất mà bentonite ứng dụng từ xa xưa làm đồ gia dụng (bát đĩa, nồi, chum, vại ) Ngày nay, bentonite ứng dụng rộng rãi nghành công nghiệp như: lọc dầu, thực phẩm, dệt nhuộm, chất tẩy rửa Ngoài ra, bentonite sử dụng làm chất kết dính, khuôn đúc luyện kim, chất khử kim loại độc hại nước làm vật liệu hấp phụ Bentonite loại khoáng sét có khả hấp phụ cao đáp tốt nhu cầu cho việc dùng làm vật liệu hấp phụ Tuy nhiên, điều kiện bình thường bentonite dễ trương nở có nước, kết dính hạt sét không bền nhiệt độ cao Để nâng cao khả hấp phụ ứng dụng rộng rãi bentonite thường thực biến tính vật lý hóa học Việc biến tính làm thay đổi cấu trúc, tính chất khả hấp phụ bentonite dùng cho việc hấp phụ Bentonite loại khoáng sét có cấu trúc 2:1 với thành phần chủ yếu montmorillonit Khoáng sét bentonite có cấu trúc tinh thể kết tinh dạng phiến Các đơn vị cấu trúc tinh thể khoáng sét phiến silic ôxít (phiến tứ diện) phiến gipxit (phiến bát diện) Mỗi vi phiến silic ôxít bao gồm ion Si+4 nằm ion O-2 bao quanh; phiến gipxit gồm ion Al+3 ion Mg+2 (ở cầu bruxit-Mg(OH)2) ion âm bao quanh O -2 và/hoặc nhóm OH- Các khối đơn vị liên kết với tạo thành dạng phiến mỏng (vi phiến) theo thứ tự phiến bát diện nằm phiến tứ diện có khoảng cách định Trong sở biến tính vật lý làm thay đổi khoảng cách lớp liên kết Khoáng sét bentonite đối tượng nghiên cứu nhiều việc chế tạo vật liệu hấp phụ giá thành rẻ, dễ kiếm, có khả hấp phụ cao sau xử lý biến tính Thực tế, nguồn khoáng sét bentonite Việt Nam dồi phát nhiều nơi Cổ Định (Thanh Hóa), Di Linh (Lâm Đồng), Bình Thuận, Mộc Châu v.v Với mục đích tìm điều kiện thích hợp để thực biến tính khoáng sét bentonite nhằm tạo loại vật liệu có dung lượng cation trao đổi cao, dùng làm vật liệu hấp phụ Vì vậy, em chọn đề tài: “Nghiên cứu biến tính khoáng sét Bentonite Di Linh - Lâm Đồng làm vật liệu hấp phụ” 1.2 Mục đích yêu cầu nghiên cứu 1.2.1 Mục đích Tìm điều kiện biến tính khoáng sét bentonite thích hợp để thu vật liệu có dung tích hấp phụ cao, có khả ứng dụng xử lý môi trường 1.2.2 Yêu cầu - Đánh giá hiệu hấp phụ khoáng sét bentonite sau thực phương pháp biến tính - Phương pháp thực bố trí thí nghiệm đòi hỏi phải có tính xác, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu PHẦN II TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu chung khoáng sét 2.1.1 Nguồn gốc tự nhiên Khoáng vật sét loại khoáng vật hình thành tự nhiên từ trình phong hóa chỗ khoáng vật silicat nhôm silicat đá magma đá biến chất hình thành từ sản phẩm phong hóa trôi dạt đến khu vực lắng đọng để tạo thành trầm tích Khoáng sét hình thành theo nhiều đường khác, ví dụ hydrat hoá khoáng nguyên sinh silicat, thuỷ nhiệt hoá đá silicat, thuỷ nhiệt hoá đá bazan, tổng hợp nhân tạo Thời kỳ chưa có phương pháp phân tích đại, khoáng sét biết đến chủ yếu dựa thành phần hóa học Nó hỗn hợp bao gồm SiO 2, Al2O3, H2O số oxit kim loại kiềm kiềm thổ, sắt, mangan, kẽm…, có kích thước hạt vài micromet Dựa vào thành phần hoá học, tính chất hoá lý đặc biệt cấu trúc tinh thể cấu trúc lớp, khoáng sét có 100 loại khác 2.1.2 Thành phần khoáng sét tự nhiên Khoáng sét loại silicat có cấu trúc lớp, hình thành từ tứ diện oxit silic (bao gồm nguyên tử Silic liên kết với nguyên tử Oxi) liên kết với mạng bát diện (thường bao gồm nguyên tử nhôm, sắt Magie liên kết với nguyên tử oxi) 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 lượng Al Si Ngoài có nguyên tố khác Fe, Mg, K, Na, Ca Tuỳ vào hàm lượng chúng sét mà phân biệt loại sét khác Trong thành phần khoáng sét chứa nguyên tố silic (Si) nhôm (Al), hàm lượng Al Si Ngoài có nguyên tố khác như: sắt (Fe), Magie (Mg), Kali (K), Natri (Na), Canxi (Ca) v.v Tùy theo hàm lượng chúng có mặt khoáng sét mà phân biệt loại khoáng sét khác Thông thường, để nhận biết nhanh loại khoáng sét, người ta thường dựa vào có mặt nguyên tố Al, Fe, Mg (không kể Si) thành phần Bảng 2.1 Phân loại số khoáng sét thường gặp dựa theo thành phần nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (không kể Si) Sét trương nở Tên khoáng sét Sét không trương nở Nguyên tố có nhiều Tên thành phần Beidellit Al Montmorillonit Al (Mg , Fe2+ ít) Nontronit Fe3+ Saponit Mg, Al Vermiculit Mg, Fe2+ (ít) khoáng Nguyên tố có nhiều sét Illit Glauconit Chrolit Berthierin Kaolinit thành phần K, Al (Fe, Mg ít) K, Fe2+, Fe3+ Mg, Fe, Al Fe2+, Al (Mg ít) Al Nguồn: Nguyễn Hữu Thành, 2006 2.1.3 Cấu trúc khoáng sét tự nhiên 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 , Me Al, Fe, Mg Hình 2.1 Đơn vị cấu trúc mạng tương ứng tứ diện SiO4, bát diện MeO6 (Nguồn: Giáo trình thổ nhưỡng, PGS.TS Trần Văn Chính, NXB: ĐHNNHN, 2006) Các nguyên tử oxy góp chung nằm mặt phẳng gọi oxy đáy Các nguyên tử oxy đáy liên kết xếp cho tạo nên lỗ cạnh mà đỉnh hình cạnh nguyên tử oxy Mạng cấu trúc bát diện hình thành từ đơn vị cấu trúc bát diện MeO qua nguyên tử oxy theo không gian hai chiều Các phương pháp phân tích đại tìm cấu trúc tinh thể kết tinh dạng phiến khoáng sét Các đơn vị cấu trúc tinh thể khoáng sét phiến silic ôxít (khối mặt) phiến gipxit (khối mặt) Mỗi vi phiến silic ôxít bao gồm ion Si+4 nằm ion O-2 bao quanh; phiến gipxit gồm ion Al+3 ion Mg+2 (ở cầu bruxit-Mg(OH)2) ion âm bao quanh O-2 và/hoặc nhóm OH- Các khối đơn vị liên kết với tạo thành dạng phiến mỏng (vi phiến) theo cấu trúc mạng chiều Mạng vi phiến khối tứ diện SiO4 liên kết với thông qua nguyên tử oxy gọi vi phiến tứ diện (tetrahedral sheet) mạng vi phiến khối bát diện MO6 gọi vi phiến bát diện (octahedral sheet) Mạng bát diện mạng tứ diện liên kết với qua oxy đỉnh chung, theo quy luật trật tự định để tạo khoáng sét có cấu trúc khác cấu trúc 1:1, cấu trúc 2:1 cấu trúc 2:1+1 2.1.4 Phân loại khoáng sét theo cấu trúc Khoáng sét loại khoáng vật có tự nhiên, với trữ lượng lớn thường tập trung thành mỏ Các khoáng vật sét tạo thành kết trình phong hoá, biến đổi hoá học Khoáng sét hình thành từ tứ diện oxyt silic xếp thành mạng hình lục giác, liên kết với mạng bát diện Hạt sét có kích thước nhỏ, tác dụng với nước tạo thành vật liệu dẻo Cách phân loại khoáng sét thường sử dụng dựa trình hồi x nồng độ 3,934 x thời nồng độ + 3,934 x thời quy gian gian Xét ảnh hưởng yếu tố nồng độ tới hiệu biến tính qua giá trị CEC, ta nhận thấy mức ý nghĩa trường hợp đạt 0,0083 < 0,05 Vậy giá trị CEC có liên quan tuyến tính với mức nồng độ NaCl, phương trình thể tuyến tính biễu diễn bảng Xét ảnh hưởng yếu tố thời gian tới hiệu biến tính qua giá trị CEC, ta nhận thấy mức ý nghĩa trường hợp đạt 0,3662 > 0,05 Do vậy, liên quan tuyến tính giá trị CEC đến thời gian ngâm chưa có ý nghĩa Xét tổng hợp hai yếu tố thời gian nồng độ, ta nhận thấy mức ý nghĩa trường hợp 0,0187 < 0,05 Vậy nên, giá trị CEC có liên quan tuyến tính đến nồng độ thời gian ngâm thực thí nghiệm Phương trình biểu diễn mối liên hệ tuyến tính thể bảng 4.7 Ngoài ra, thực việc đo diện tích bề mặt vật liệu phương pháp Brunauer-Emmet-Teller (BET) khoa Hóa dầu – Đại học Bách khoa Hà Nội cho kết tổng giá trị diện tích bề mặt khoáng sét Bentonite Di Linh sau biến tính với nồng độ NaCl 3M thời gian biến tính 34.5615 m²/g Kết cho thấy có thay đổi đáng kể diện tích bề mặt khoáng sét theo chiều hướng tăng lên sau biến tính Biến tính với nồng độ NaCl 3M thời gian biến tính cho vật liệu có diện tích bề mặt tăng gấp lần so với bentonite tự nhiên Kết hợp với giá trị trung bình thể bảng 4.5, ta thấy với nồng độ NaCl 3M thời gian biến tính cho, giá trị khả trao đổi cation vật liệu thu cao Do vậy, việc dùng NaCl biến tính cho loại vật liệu có khả hấp phụ tốt việc xử lý hấp phụ 44 4.4 Biến tính vật liệu bentonite với NaCL nhiệt độ Dựa hiệu biến tính nhiệt thu thí nghiệm 1, công thức biến tính cho kết CEC cao thí nghiệm tiến hành thử nghiệm theo thí nghiệm (nhiệt độ) Cation Na + có kích thước nhỏ linh động, dễ trương nở nhiệt độ cao Việc dùng Na + dùng nhiệt độ để biến tính nhằm nâng khung cấu trúc, mở rộng khoảng hở khoảng cách lớp d001 Thí nghiệm tiến hành nhằm đánh giá hiệu nhiệt độ nồng độ muối NaCl mức cho vật liệu biến tính tốt Bảng 4.8 Giá trị khả trao đổi cation công thức thí nghiệm trước sau nung nhiệt độ khác (meq/100g) Công thức NaCL 1,5M - NaCL 2M - NaCL 2,5M - NaCL 3M - không nung 64 72 66.67 80.67 Nhiệt độ 150°C 200°C 82.7 77.8 80 99.1 53.3 54.2 67.6 89.8 250°C 75.6 52 54.7 86.7 300°C 73.8 87.1 84 61.8 Có thể thấy ứng với công thức nồng độ NaCl - thời gian biến tính, nhiệt độ nung khác cho hiệu biến tính khác Đối với công thức có nồng độ NaCl thời gian biến tính 1,5M - giờ, nhiệt độ nung khác cho hiệu biến tính tốt hẳn so với việc không nung Giá trị tối ưu công thức nhiệt độ 150°C đạt 82,7 (meq/100g) cao so với không nung 64(meq/100g) Ở công thức có nồng độ NaCl thời gian biến tính 2M - giờ, nhiệt độ nung khác cho giá trị CEC khác nhau, với nhiệt độ 250°C kết xác định dung lượng trao đổi cation thu thấp 52 (meq/100g), thấp so với không nung, giá trị cao thu 99,1 (meq/100g) ứng với nhiệt độ nung 200°C Ở hai công thức lại, nhiệt độ nung cho vài giá trị hiệu so với ban đầu Cụ thể, với công thức NaCl 3M - giờ, giá trị 45 khả trao đổi cation thu mức cao so với công thức lại như: 89.9 meq/100g 86,7 meq/100g Giá trị cao so với vật liệu thu thí nghiệm chưa thực biến tính với nhiệt độ Điều chứng tỏ, tác dụng việc dùng nhiệt độ để biến tính sau trình ngâm khoáng sét bentonite với NaCl thu vật liệu biến tính tốt Hình 4.11 Giá trị CEC trung bình công thức trước sau biến tính với nhiệt độ Có thể nhận thấy rằng, không hẳn việc nung mẫu bentonite sau biến tính với NaCl cho hiệu cao Khi nhiệt độ cao, khoảng hở vượt giới hạn liên kết phiến tứ diện bát diện khoáng sét, cấu trúc đổ vỡ liên kết thân khoáng sét, không gian rỗng bên bị thu hẹp Điều dẫn đến dung lượng cation trao đổi giảm hẳn so với trước Việc biến tính đạt hiệu cao nhiệt độ thích hợp, cation Na+ co dãn trương nở vừa phải, cấu trúc khoảng cách mở rộng giới hạn cho phép, không gian lớp mở rộng thêm, dẫn đến lượng cation trao đổi tăng hiệu đạt tối ưu 46 Nồng độ NaCl đầu vào thí nghiệm ảnh hưởng tới hiệu thu Thông thường, lượng Na+ khoáng sét thấp thực nung, Na+ trương nở cấu trúc lớp nâng không đồng độ mở rộng khoảng hở không cao, hiệu biến tính có không nhiều Nồng độ vừa phải đảm bảo cho việc nâng khung diễn từ từ khoảng hở hơn, hiệu cao Sự thay đổi lên xuống gia nhiệt nhiệt độ khác mức nồng độ tác động hai yếu tố Ở mức nhiệt vừa phải gây chèn ép thân cation Na +, làm giảm sức ép tới cấu trúc, hiệu qua giá trị CEC thu thấp Tuy nhiên, nhiệt độ cao hơn, cation mở rông nữa, tiếp xúc va chạm cation lúc tạo điều kiện cho việc nâng khung đẩy mạnh Chính hiệu thu mức nhiệt nung cao tốt Hình 4.12 So sánh giá trị CEC bentonite tự nhiên với công thức thí nghiệm cho hiệu cao thí nghiệm Dựa vào hình 4.4b, ta thấy giá trị dung lượng cation trao đổi mẫu thực biến tính với với NaCl nhiệt độ cao so với tự nhiên nhiều 47 Dùng NaCl kết hợp nhiệt độ để biến tính bentonite Di Linh ban đầu thực tế đem lại hiệu thể qua giá trị khả trao đổi cation khoảng cách d001 cấu trúc khoáng sét Hình 4.13 Giản đồ nhiễu xạ tia X bentonite Di Linh thực biến tính với NaCl kết hợp nhiệt độ Kết cho thấy rằng, giá trị d 001 = 15,816A° góc quét 2-Theta mẫu bentonite đặc trưng cho biến tính với NaCl kết hợp nhiệt độ cao giá trị 15,480A° bentonite tự nhiên Điều rằng, mẫu bentonite dùng NaCl kết hợp nhiệt độ để biến tính, khoảng cách cấu trúc thay đổi theo chiều hướng tăng lên Do đó, cấu trúc lớp nâng lên không gian bên mở rộng theo làm tăng giá trị khả trao đổi cation khoáng sét sau thực biến tính Tuy nhiên, chênh lệch khoảng cách thu so với bentonite tự nhiên không nhiều So 48 sánh với hai giá trị thí nghiệm 16,723 A° thí nghiệm 16.821 A° giá trị d001 thí nghiệm thu thấp Thực kiểm định sai khác có ý nghĩa công thức biến tính với NaCl kết hợp nhiệt độ so với bentonite chưa biến tính ta bảng sau: Bảng 4.9 Kiểm định sai khác có ý nghĩa công thức biến tính với NaCl nhiệt độ với bentonite tự nhiên Kiểm định Tự nhiên trung bình 19.5 phương sai 0.84 t thống kê t tiêu chuẩn (1 đuôi) t tiêu chuẩn (2 đuôi) Có thể thấy có sai khác có ý nghĩa Ngâm NaCl nung 73.7625 220.4798333 -14.47129175 1.745883676 2.119905299 hai trường hợp, với giá trị khả trao đổi cation trung bình đạt 73,7625 meq/100g cao hẳn so với 19,5 meq/100g bentonite tự nhiên Kết biến tính với NaCl nhiệt độ thu tốt Thực việc đo diện tích bề mặt vật liệu phương pháp Brunauer-Emmet-Teller (BET) khoa Hóa dầu – Đại học Bách khoa Hà Nội cho kết tổng giá trị diện tích bề mặt khoáng sét Bentonite Di Linh sau biến tính nhiệt độ 200°C mẫu bentonite biến tính thí nghiệm với nồng độ NaCl 2M thời gian biến tính 22.5944 m²/g Kết cho thấy có thay đổi đáng kể diện tích bề mặt khoáng sét theo chiều hướng tăng lên sau biến tính thấp so với thí nghiệm biến tính với nhiệt độ NaCl Biến tính với nồng độ NaCl 2M thời gian biến tính kết hợp nhiệt độ 200°C cho vật liệu có diện tích bề mặt tăng gấp 3,3 lần so với bentonite tự nhiên Nhìn chung, vật liệu sau biến tính với NaCl kết hợp nhiệt độ đem lại giá trị CEC cao so với bentonite ban đầu ứng dụng tốt việc hấp phụ 49 4.5 So sánh hiệu biến tính khoáng sét bentonite thí nghiệm dựa giá trị CEC Các phương pháp biến tính thí nghiệm cho hiệu tạo vật liệu hấp phụ tốt so với bentonite tự nhên thể thông qua giá trị CEC cao Tuy nhiên, cần có so sánh kiểm định để xem xét phương án cho hiệu tối ưu nhất, thể qua dung lượng trao đổi cation cao giá trị tổng diện tích trao bề mặt để lựa chọn phương pháp biến tính phù hợp 4.5.1 So sánh hiệu biến tính với nhiệt độ biến tính với NaCl So sánh kiểm định hiệu nhóm độc lập hai thí nghiệm, ta dùng phép phân tích phần mềm excel thu kết bảng đây: Bảng 4.10 Kiểm định hiệu biến tính bentonite thí nghiệm với nhiệt độ với NaCl Kiểm định Trung bình Phương sai t thống kê t tiêu chuẩn Nhiệt độ 70,75833 279,4663 NaCl 43,29 402,0108 3,8438 2,055 Kết cho thấy giá trị tuyệt đối t thống kêt > t tiêu chuẩn, sai khác hiệu hai thí nghiệm có ý nghĩa Giá trị khả trao đổi cation trung bình thí nghiệm với nhiệt độ 70,75833 meq/100g > 43,29 meq/100g thí nghiệm với NaCl Qua đó, thấy việc biến tính với nhiệt độ đem lại vật liệu tốt so với việc biến tính với NaCl.Vì vậy, để thu vật liệu có khả trao đổi cation tốt hai phương pháp nên chọn việc biến tính bentonite với nhiệt độ 4.5.2 So sánh hiệu biến tính nhiệt độ biến tính NaCl kết hợp nhiệt độ 50 Bảng 4.11 Kiểm định hiệu biến tính bentonite thí nghiệm với nhiệt độ NaCl kết hợp nhiệt độ So sánh kiểm định hiệu nhóm độc lập hai thí nghiệm, ta dùng phép phân tích phần mềm excel thu kết bảng sau: Kiểm định Trung bình Phương sai t thống kê t tiêu chuẩn Nhiệt độ 70,75833 279,4663 NaCl + nhiệt độ 73,7625 220,4798333 0,788931771 0,39891404 Kết cho thấy giá trị t thống kê > t tiêu chuẩn, sai khác hiệu hai thí nghiệm có ý nghĩa Điều cho thấy việc biến tính với NaCl kết hợp nhiệt độ cho hiệu biến tính cao so với việc biến tính với nhiệt độ thông thường Dựa vào giá trị trung bình CEC ta thấy chênh lệch Cụ thể, giá trị CEC trung bình việc biến tính với nhiệt độ 70,75833 meq/100g < 73,7625 meq/100g việc biến tính với NaCl kết hợp nhiệt độ Do đó, muốn thu vật liệu biến tính cho khả trao đổi cation tốt nên lựa chọn việc biến tính khoáng sét bentonite với NaCl kết hợp nhiệt độ 4.5.3 So sánh hiệu biến tính NaCl biến tính NaCl kết hợp nhiệt độ So sánh kiểm định hiệu nhóm độc lập hai thí nghiệm, ta dùng phép phân tích phần mềm excel thu kết bảng đây: Bảng 4.12 Kiểm định hiệu biến tính bentonite thí nghiệm với NaCl NaCl kết hợp nhiệt độ Kiểm định Trung bình Phương sai t thống kê NaCl 43,29 4,020108 NaCl + nhiệt độ 73,7625 220,0479333 4,885417254 51 t tiêu chuẩn 2,042272456 Kết cho thấy giá trị t thống kê > t tiêu chuẩn, sai khác hiệu hai thí nghiệm có ý nghĩa Giá trị trung bình dung lượng trao đổi cation thí nghiệm kết hợp biến tính với NaCl nhiệt độ 73,7625 (me/100g) cao nhiều so với việc biến tính dùng NaCl 43,29 (me/100g) Do vậy, hiệu biến tính việc dùng NaCl nhiệt độ tốt Kết hợp kết so sánh trên, đưa nhận xét thí nghiệm 3, biến tính bentonite với NaCl kết hợp với nhiệt độ cho hiệu cao thông qua việc thu giá trị CEC cao Trong hai phương pháp biến tính lại, việc biến tính với nhiệt độ tỏ tốt biến tính bentonite với NaCl Tuy nhiên, việc thực biến tính dùng nhiệt độ đem lại hiệu cao so với việc kết hợp biến tính với NaCl kết hợp nhiệt độ, giá trị trung bình CEC không chênh lệch nhiều (70,75833 meq/100g 73,7625 meq/100g) chứng tỏ hai vật liệu có khả hấp phụ gần Ngoài ra, kết việc xác định diện tích bề mặt khoảng cách cho thấy biến tính thí nghiệm tỏ tốt Điều cho thấy rằng, khả hấp phụ vật liệu thu sau biến tính thí nghiệm tốt Với việc dùng nhiệt độ NaCl để biến tính thời gian chi phí thực so với thí nghiệm kết hợp NaCl nhiệt độ Do với mục đích sử dụng hấp phụ hóa học hay vật lý, mẫu bentonite biến tính nhiệt độ với giá trị khả trao đổi, diện tích bề mặt khoảng cách tương đối cao chọn biến tính với nhiệt độ tốt PHẦN V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Trong điều kiện nghiên cứu từ kết thu thí nghiệm trên, đưa số kết luận nhau: 52 Khoáng sét bentonite sau biến tính vật lý thí nghiệm với nhệt độ, với NaCl với NaCl kết hợp nhiệt độ đem lại hiệu thể qua giá trị dung lượng trao đổi cation trao đổi tăng so với ban đầu Đối với việc biến tính với NaCl, nồng độ dung dịch thích hợp 3M với thời gian biến tính giờ, giá trị CEC đạt 80,67 meq/100g Biến tính bentonite với nhiệt độ thích hợp 250°C giá trị CEC thu 92,46 meq/100g Ngoài ra, việc kết hợp biến tính với NaCl nhiệt độ thu giá trị CEC đạt 99,1 meq/100g với điều kiện biến tính NaCl 2M thời gian nhiệt độ 200°C Tại nhiệt độ cao 300°C, giá trị khả trao đổi cation vật liệu biến tính thu giảm, Giá trị CEC thay đổi nhanh có thay đổi nhiệt độ biến tính Với việc dùng NaCl biến tính khoáng sét bentonite, để đạt hiệu cao với việc thu vật liệu có CEC cao ổn định với giá trị nồng độ NaCl cao cần thời gian biến tính ngắn Tổng diện tích bề mặt, khoảng cách d 001 thu từ phương pháp biến tính với nhiệt độ NaCl cao so với việc biến tính dùng NaCl kết hợp nhiệt độ bentonite tự nhiên Để tạo vật liệu hấp phụ phương pháp biến tính khoáng sét bentonite dùng nhiệt độ dễ thực cho hiệu tốt phương pháp biến tính thực 5.2 Kiến nghị Từ kết trên, việc tạo vật liệu hấp phụ tốt dựa việc biến tính bentonite, nên lựa chọn biến tính bentonite với NaCl kết hợp với nhiệt độ Tuy nhiên điều kiện khả năng, thời gian kinh phí nên đề tài chưa đưa sâu xem xét yếu tố ảnh hưởng nghiên cứu vận tốc lắc, khối lượng sét sử dụng, thời gian nung thích hợp Nên dùng khoáng sét bentonite sau biến tính để hấp phụ kim loại nặng đất nghiên cứu nhận thấy sau biến tính vật liệu thu 53 có khả hấp phụ cao Khoáng sét bentonite lại có trữ lượng lớn, trồng có tác dụng cố định kim loại nặng cải tạo thành phần giới đất, tăng hàm lượng cation trao đổi cho đất Cuối tác giả hi vọng nghiên cứu tác giả góp phần vào việc tìm chế tạo loại vật liệu tốt có khả xử lý ô nhiễm đạt hiệu cao tích cực với môi trường 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu tham khảo tiếng Việt Văn Đình Đệ, nghiên cứu sử dụng khoáng sét tự nhiên Việt Nam trình chuyển hoá hợp chất hữu cơ, Tuyển tập báo cáo hội nghị hoá học toàn quốc lần thứ 3- Tập II, 1998 Nguyễn Hữu Đỉnh Trần Thị Đà, Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử NXB Giáo dục, 1999 Nguyễn Văn Bình, Hoạt tính xúc tác bentonit Thuận Hải biến tính phản ứng chuyển hóa số hợp chất hữu cơ, Luận án tiến sĩ Hóa học, ĐHKHTN, 1999 Lê Huy Bá, Phương pháp nghiên cứu khoa học Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM, 2000 Trịnh Hân, Tinh thể học đại cương Nhà xuất ĐH THCN, 1979 Từ Văn Mặc, Phân tích Hoá Lý NXB Khoa học kỹ thuật, 1995 Hoàng Trọng Mai, Khoáng vật học NXB ĐH THCN, 1972 Đỗ Thị Thanh Vân Trịnh Hân, Khoáng vật học NXB ĐHQGHN, 2003 Nguyễn Hữu Phú, Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản NXB khoa học kỹ thuật, 1998 10 Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Trọng Nghĩa, Thân Văn Liên, Điều chế sét hữu từ bentonit Bình Thuận cetyl trimetyl amoni bromua, Tạp chí hoá học T46, số 2A, 2008 11 Lê Tự Hải (2008) Nghiên cứu trình biến tính bentonit Thuận Hải ứng dụng để hấp phụ ion Mn2+ nước Tạp chí khoa học Công nghệ - Trường ĐH Đà Nẵng, (26) 12 Sổ tay phân tích đất, nước, phân bón, trồng Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, NXB Nông nghiệp, 1998 55 13 Văn Sơn Thọ, Văn Đình Đệ, Đào Văn Tường, Nghiên cứu số tính chất vật lí Diatomit Phú Yên; Tạp chí KH & CN trường Đại học kỹ thuật; số 22, 1999 14 Phạm Thị Hà Thanh Nghiêm Xuân Thung, Bentonite: Tài nguyên, công nghệ chế biến ứng dụng Việt Nam, Tạp chí Khoa học & cong nghệ 65(03): 159 - 164 15 Nguyễn Tiến Quý, Nguyễn Văn Tấu, Phạm Ngọc Thuy, Một vài thông tin ngắn hoạt hóa Bentonit Thuận Hải T Khoa học kỹ thuật nông nghiệp, 2, 38-39, 1994 16 Đặng Tuyết Phương, Nghiên cứu cấu trúc tính chất hóa lý số ứng dụng bentonit Thuận Hải Việt Nam, 1994 17 Nguyễn Văn Thơi, Lâm Vĩnh Ánh, Đặng Văn Dương, Tuyển tập hội nghị hoá học toàn quốc lần III, 1998 18 Phạm Trung Tính, Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng (Fe2+, Mn2+ UO22+) bentonit Di Linh- Lâm Dồng hoạt hóa, khóa luận tốt nghiệp, ĐH Quốc Gia Hà Nội, trường ĐH KHTN, 2003 B Tài liệu tham khảo tiếng nước 19 Vinsova H., Jedinakova-Krızova V., Kolarikova I., Adamcova J., Prikryl R., Zeman J (2008) The influence of temperature and hydration on the sorption 20 D.E., Essington M.E., Mullen M.D., Ammons J.T (2001) Fly ash and lime stabilized biosolid mixtures in mine spoil reclamation: simulated weathering J Environ Qual 30, 608–616 21 Hamidpour M., Kalbasi M, Afyuni M., Shariatmadari H., Holm P.E., Hansen H.C.B (2010) Sorption hysteresis of Cd(II) and Pb(II) on natural zeolite and bentonite Journal of Hazardous Materials, 181 (13), 686-691 56 22 Khaled E M., Stucki J W (1991) Effects of iron oxidation state on cation fixation in smectites: Soil Sci Soc Am J 55, 550-554 23 Wu G., Li L.Y (1998) Modeling of heavy metal migration in sand/bentonite and the leachate pH effect Journal of Contaminant Hydrology, 33 (3-4), 313-336 24 Kozar S., Bilinski H., Branica M., Schwuger M J (1992) Adsorption of Cd(II) and Pb(II) on bentonite under estuarine and seawater conditions The Science of The Total Environment, 121, 203-216 25 Karapinar N., Donat R (2009) Adsorption behaviour of Cu2+ and Cd2+ onto natural bentonite Desalination, 249 (1), 123-129 26 Vlasova M., I Leon, Y Enrıquez Mendez, G Dominguez-Patino, M Kakazey, M Dominguez-Patino, M.V Nikolic, M.M Ristic Monitoring of transformations in bentonite after NaOH-TMA treatment Ceramics International 33 (2007) 405–412.Cruz-Guzman, M., Celis, R., Hermosin, M.C., Koskinen, W.C., Nater, E.A., Cornejo, J., 2006 Heavy metal adsorption by montmorillonites modified with natural organic cations Soil Sci Soc Am J., 70, 215-222 57 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM Chuẩn bị khoáng sét ngâm NaCl lắc mẫu Chuẩn bị tiến hành chiết xác định CEC Chuẩn độ xác định CEC 58 ... Di Linh - lâm Đồng TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam NXB: Nhà xuất KHCN: Khoa học công nghệ ĐHNN: Đại học Nông nghiệp ĐHKHTN: Đại học khoa học tự nhiên SEM: Ảnh hiển vi điện tử quét X-RAY: Phương pháp... tương ứng tứ diện SiO4, bát diện MeO6 (Nguồn: Giáo trình thổ nhưỡng, PGS.TS Trần Văn Chính, NXB: ĐHNNHN, 2006) Các nguyên tử oxy góp chung nằm mặt phẳng gọi oxy đáy Các nguyên tử oxy đáy liên kết