Phương pháp biến tính hữu cơ hoá khoáng sét, phản ứng trao đổi ion, chế tạo vật liệu nano clay hữu cơ ,... là những nội dung chính trong bài thuyết trình Phương pháp tổng hợp nano clay hữu cơ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài thuyết trình để nắm bắt chi tiết.
Phương pháp tổng hợp nano clay hữu cơ Sinh viên: Đỗ Thị Nga Bùi Thị Hiền Lớp: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học K10 1. Phương pháp biến tính hữu cơ hố khống sét Khống sét có rất nhiều ứng dụng thực tiễn dựa trên cơ sở việc biến tính bề mặt của sét rất dễ dàng. Gần đây các nhà khoa học đã sử dụng khống sét với thành phần chính là Montmorillonit để làm vật liệu gốc chế tạo vật liệu nanocomposit hữu cơ lai vơ cơ. Có nhiều cách cải biến khống sét bentonit 2 :1 trong đó bao gồm cải biến làm tăng tính chất của khống sét như : Sự hấp thụ bề mặt Trao đổi ion với các cation vơ cơ và những tổ hợp hữu cơ Trao đổi ion với các cation hữu cơ Liên kết anion vơ cơ với hữu cơ Ghép các hợp chất lai hữu cơ lại với nhau Phản ứng với các axit Polyme hóa các lớp với polyme hóa nội hạt Tách lớp và tái kết tụ của khống sét tẩy bẩn Các phương pháp xử lý vật lý như làm khơ lạnh chân khơng, siêu âm, plasma Nhóm đi R MMT + + Na Na + Na Nhóm đầu R Na MMT + + MMT Na + Na+ Na+ Na+ MMT Mơ hình hóa hữu cơ khống sét MMT 2. Phản ứng trao đổi ion Biến tính clay là chuyển các clay từ dạng ưa nước sang ưa hữu cơ với những gốc thế hữu cơ khác nhau và có khả năng trương nở trong dung mơi hữu cơ, khuếch tán và tương hợp tốt trong các polyme thơng qua q trình hòa tan trong dung mơi hữu cơ hoặc q trình nóng chảy. Q trình tương tác giữa các chất MMT hữu cơ với các dung mơi hữu cơ hóa MMT tạo lên vật liệu ưa dầu. Đấy chính là q trình trao đổi ion Na+, K+ với nhóm mang điện tích dương, phần đầu của hợp chất hữu cơ mà điển hình là nhóm amonium với phần đi là các gốc hữu cơ khác nhau. Phần đi của hợp chất có tính ưa dầu là tác nhân đẩy xa khoảng cách giữa các lớp khống sét. Trong dung dịch nước phản ứng hữu cơ hóa khống sét phụ thuộc nhiều vào q trình trương nở của MMT. Q trình này có thể chia làm hai giai đoạn Giai đoạn 1: khoảng cách giữa các lớp sét tăng 1 2,2A0, ngun nhân do hiện tượng hidrat hóa các ion dương Na+, K+ Giai đoạn 2: MMT chứa các ion (+) hóa trị 1 tiếp tục trương nở hình thành lực phát tán trên bề mặt do hình thành lớp điện tích kép. Lực này lớn hơn lực Van der Walls dẫn tới tách li các lớp MMT. Lực liên kết chính là lực phần dưới lớp trên với mặt trên lớp dưới, trạng thái này hình thành như dạng paste hoặc gel. Khi lượng nước càng tăng thì liên kết bề mặt “dưới” – “trên” các lớp yếu đi dẫn tới trạng thái tách li. Phản ứng hữu cơ hóa MMT được thực hiện ở giai đoạn này bằng phản ứng trao đổi ion: MMTNa+ + R4N+X MMTN+R4 + Na+X Phản ứng trên chỉ xảy ra với khống sét có cấu trúc 2:1, đặc biệt Montmorillonite (MMT) và Vermeculite có dung lượng trao đổi ion lớn nhất tương đương 80100 meq/100g và 100 150meq/100g. Cơng thức hố học Tên gọi điểm chảy (0C) CH3N+H3Cl CH3 (CH2)2 NH2 CH3 (CH2)3 NH2 CH3 (CH2)7 NH2 CH3 (CH2)9 NH2 CH3 (CH2)11 NH2 CH3 (CH2)15 NH2 CH3 (CH2)17 NH2 HOOC (CH2)5 NH2 HOOC (CH2)11 NH2 Methylamine hydrochloride Propyl amine Butyl amine Octyl amine Decyl amine Dodecyl amine Hexadecyl amine Octadecyl (hoặc Stearyl) amine Axit 6 Aminohexanoic Axit 12 Aminododecanoic 228 83 50 3 13 30 46 57 205 186 Một số chất hữu cơ làm tác nhân ưa dầu hoả khoáng sét 3. Chế tạo vật liệu nano clay hữu cơ Sơ đồ công nghệ chế tạo vật liệu nano clay hữu cơ Clay bột Nước Khuếch tán trong nước Khuấy trộn (clay dạng huyền phù) Dung dịch alkyl Thành phẩm amoni Trao đổi ion Lọc Sấy khô 800C Lọc Rửa Vật liệu nano MMT hữu cơ hay nano clay hữu cơ được chế tạo dựa vào cơ chế phản ứng trao đổi ion, giữa cation hữu cơ amoni với ion kim loại Na+ hoặc K+ tồn tại trong lớp giữa cấu trúc MMT. Tác nhân để chế tạo nano clay hữu cơ được sử dụng chủ yếu là alkylamoni với bậc thế có thể là bậc 1, bậc 2, bậc 3 Ion alkylamoni có thể trao đổi hồn tồn với các cation trên bề mặt. CnH2n+1N+H3Cl + MMTNa+ MMTN+H3CnH2n+1 + NaCl (MMTN+H3CnH2n+1: Sét hữu cơ) Khả năng trao đổi phụ thuộc: điện tích và kích thước của các phân tử amin. Với nhóm alkyl có kích thước càng dài càng đẩy xa khoảng cách, cấu tạo gốc R càng cồng kềnh thì khả năng trao đổi càng khó, mặt khác R như nhau khoảng cách 3.2 Ảnh hưởng của một số nhóm thế trong muối amoni Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ Ronghen cho thấy ảnh hưởng của gốc thế khi có cùng số cacbon thì khoảng cách giữa hai lớp MMT tăng lên theo thứ bậc của amoni 4. Các phương pháp phân tích cấu trúc 4.1 Phổ hồng ngoại Phổ hồng ngoại là phương pháp nhanh nhạy để có thể nghiên cứu cấu trúc nano clay hữu cơ Bằng việc xác định phổ hồng ngoại của vật liệu clay – bentonit và nanoclay hữu cơ chứng minh được sự hình thành nano clay hữu cơ từ phản ứng hữu cơ hóa clay 4.2 Hình thái học Với độ phân giải cao ta thấy các lớp clay sắp xếp xen kẽ bởi những hợp chất hữu cơ. Những nano clay này có khả năng phân tán cao trong mơi trường hữu polyme 5. Tính chất ưa dầu của clay hữu cơ 5.1 Sự phụ thuộc hiệu số hấp thụ nước với số lượng cacbon trong gốc thế alkyl Tính chất hấp thụ nước của MMTR với số cacbon khác nhau 5.2 S ựượ ph ụ thuộc c ủa hiệều s ố hấp thụ n ướốc Số l ng nhóm th ế càng nhi u (trialkyl) thì hi ệu s hấp thụ nước giảm nhưng khơng lớn lắm và khả năng của nano clay hữu cơ vào số nhóm thế khuếch tán và trùng hợp polyme càng cao alkyl 6. Ứng dụng Nanocomposite Epoxy/Clay ứng dụng làm lớp phủ bảo vệ kim loại Các loại polyme trong polyme clay nanocomposit ứng dụng trong lớp phủ bảo vệ là các polyme nhiệt dẻo, có trọng lượng phân tử tương đối thấp như: polyeste, polyarcrylic, polyuretan, epoxy Lớp phủ clay nanocomposit có tính ưu việt như: Có tính che chắn, bảo vệ chống ăn mòn cao Khả năng chống xước, chịu mài mòn Có độ thấm oxi và hơi nước thấp Có tính chất cơ lí, độ bền cao và có khả năng chống ... bentonit và nanoclay hữu cơ chứng minh được sự hình thành nano clay hữu cơ từ phản ứng hữu cơ hóa clay 4.2 Hình thái học Với độ phân giải cao ta thấy các lớp clay sắp xếp xen kẽ bởi những hợp ... 46 57 205 186 Một số chất hữu cơ làm tác nhân ưa dầu hoả khống sét 3. Chế tạo vật liệu nano clay hữu cơ Sơ đồ cơng nghệ chế tạo vật liệu nano clay hữu cơ Clay bột Nước Khuếch tán trong nước ... Trao đổi ion với các cation vơ cơ và những tổ hợp hữu cơ Trao đổi ion với các cation hữu cơ Liên kết anion vơ cơ với hữu cơ Ghép các hợp chất lai hữu cơ lại với nhau Phản ứng với các axit