Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và khả năng hấp phụ metylen xanh của sét hữu cơ từ bentonit thanh hóa với heptyltriphenyl photphoni bromua

Xã hội ngày càng phát triển thì lượng chất thải sinh hoạt, công nghiệp cũng tăng lên theo cấp số nhân. Lượng thải càng nhiều nhưng các hệ thống xử lý tập trung không đủ để giải quyết, kèm theo các thói quen xả thải không tập chung đã làm ô nhiễm môi trường nước vô cùng nghiêm trọng. Theo Unicef cho biết, tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam đang đứng TOP 5, chỉ sau Trung Quốc, Philippines, Indonesia,Thái Lan có lượng rác thải đổ ra sông, ra biển nhiều nhất thế giới hiện nay. Theo như Trung tâm Tư vấn Phát triển bền vững Đà Nẵng cho biết, có khoảng 19 ngàn tấn rác thải nhựa trên ngày, cho thấy môi trường nước đang phải gồng mình để chịu đựng sự ô nhiễm nghiêm trọng. Khi chung sống với nguồn nước ô nhiễm, con người dễ bị mắc các bệnh liên quan đến vấn đề về da, tiêu hóa, tiêu chảy và nguy cơ mắc bệnh ung thư là khá cao. Theo đánh giá chung tại một số địa phương, những ca bị mắc ca mắc bệnh ung thư hay viên miễn phụ khoa, tiêu hóa đường ruột hay da thường cao hơn so với những nơi có nguồn nước sạch. Tỉ lệ người mắc thường chiếm tới 4050% một con số cực kỳ cao, đáng báo động khi nguồn nước sử dụng đang bị ô nhiễm. Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ được ứng dụng phổ biến trong việc làm sạch nước thải bị ô nhiễm. Đa phần nước thải chứa nhiều chất hữu cơ phát sinh từ nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất,… mà các phương pháp khác không thể xử lý triệt để. Dựa vào hiệu quả xử lý, chi phí đầu tư thấp cũng như khả năng hấp phụ các chất khá cao nên sử dụng phương pháp này phù hợp nhất. Các vật liệu hấp phụ thường dùng:  Than hoạt tính: diện tích tiếp xúc với bề mặt nước thải lớn.  Nhôm hoạt tính: thường sử dụng hấp phụ ẩm và hoạt động ở nhiệt độ cao.  Silica gel: thường dùng để xử lý axit, dạng hạt, xốp.  Alumin silicat: ứng dụng chủ yếu trong quá trình tách nhưng hiệu quả chưa cao do đó khó áp dụng ở quy mô lớn. Sét hữu cơ là sản phẩm được tạo thành bởi quá trình thay thế các cation vô cơ trong lớp giữa của bentonit bằng cation hữu cơ có kích thước lớn. Cation hữu cơ thường được sử dụng là các cation amoni hữu cơ (bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4), các aminoaxit, gần đây các muối photphoni cũng được nghiêm cứu. So với bentonit ban đầu, sét hữu cơ có khoảng cách giữa các lớp (d001) và diện tích bề mặt lớn hơn, đặc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ THỊ HƯỜNG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH CỦA SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT THANH HÓA VỚI HEPTYLTRIPHENYL PHOTPHONI BROMUA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ THỊ HƯỜNG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH CỦA SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT THANH HĨA VỚI HEPTYLTRIPHENYL PHOTPHONI BROMUA Ngành: Hóa vơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Hà Thanh THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc khả hấp phụ metylen xanh sét hữu từ bentonit Thanh Hóa với heptyltriphenylphotphoni bromua" cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết nghiên cứu luận văn hoàn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Thái Ngun, tháng năm 2020 Tác giả Lê Thị Hường i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Thị Hà Thanh - người tận tình bảo, giúp đỡ hướng dẫn em suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo Khoa Hóa học giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi q trình học tập, nghiên cứu để em hồn thành luận văn Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, giáo cán phịng thí nghiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, Th.s Hồng Tiến Phúc anh chị học viên giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Vì thời gian có hạn, khả nghiên cứu cịn hạn chế nên kết nghiên cứu cịn nhiều thiếu xót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo bạn để luận văn hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 08 năm 2020 Tác giả Lê Thị Hường ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu bentonit 1.1.1 Thành phần cấu trúc bentonit 1.1.2 Tính chất bentonit 1.1.3 Ứng dụng bentonit 1.1.4 Nguồn bentonit giới Việt Nam 1.2 Sét hữu 10 1.2.1 Giới thiệu sét hữu 10 1.2.2 Cấu trúc sét hữu 11 1.2.3 Tính chất ứng dụng sét hữu 13 1.2.4 Tổng hợp sét hữu 15 1.2.5 Một số yếu tố ảnh hưởng trình điều chế sét hữu phương pháp khuếch tán dung dịch nước 17 1.3 Giới thiệu metylen xanh 18 1.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 20 1.4.1 Hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 20 1.4.2 Cân hấp phụ, dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ 21 1.4.3 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt - Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .22 Chương 2: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 2.1 Hóa chất, dụng cụ phương pháp nghiên cứu 24 2.1.1 Hóa chất 24 2.1.2 Dụng cụ 24 2.1.3 Các phương pháp nghiên cứu 24 iii 2.2 Tổng hợp sét hữu 26 2.2.1 Quy trình điều chế sét hữu 26 2.2.2 Đánh giá cấu trúc đặc điểm sét hữu điều chế điều kiện tối ưu .26 2.3 Khảo sát khả hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu 31 2.3.1 Xây dựng đường chuẩn metylen xanh 31 2.3.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu 32 KẾT LUẬN 41 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu, viết tắt Tên gọi bent-TH Bentonit Thanh Hóa CEC Dung lượng trao đổi cation d001 Khoảng cách hai mặt mạng HTPB Heptyltriphenylphotphoni bromua MMT Montmorillonit SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét XRD Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại số khoáng sét thường gặp dựa vào thành phần ba nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (không kể Si) Bảng 1.2 Tóm tắt số cơng trình Kwolek cộng (2003),Tang cộng (2003), Yilmaz (2004) Lee (2004) 13 Bảng 2.1 Kết phân tích hiệu ứng khối lượng bent-TH sét hữu tổng hợp 29 Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn metylen xanh 31 Bảng 2.3 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào pH bent-TH sét hữu 32 Bảng 2.4 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào thời gian 34 Bảng 2.5 Ảnh hưởng khối lượng bent-TH, sét hữu tổng hợp đến dung lượng hiệu suất hấp phụ metylen xanh 35 Bảng 2.6 Ảnh hưởng nồng độ metylen xanh ban đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ sét hữu 37 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể 2:1 MMT Hình 1.2 Quá trình trao đổi cation dung dịch MMT Hình 1.3 Lớp bentonit sau bị hiđrat hóa Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo muối ankyl amoni 10 Hình 1.5 Q trình hữu hóa khống sét 11 Hình 1.6 Sự định hướng ion ankyl amoni lớp silicat: 11 Hình 1.7 Cấu trúc sét nanocompozit 14 Hình 1.8 Xử lí nước nhiễm Cu2+, Ni2+, Cd2+ 15 Hình 1.9 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 23 Hình 1.10 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf 23 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp sét hữu 26 Hình 2.2 Giản đồ XRD bent-TH 27 Hình 2.3 Giản đồ XRD sét hữu tổng hợp 27 Hình 2.4 Giản đồ phân tích nhiệt bent-TH 28 Hình 2.5 Giản đồ phân tích nhiệt sét hữu tổng hợp 28 Hình 2.6 Ảnh SEM bent-TH (a); sét hữu tổng hợp (b) 30 Hình 2.7 Đường chuẩn metylen xanh 31 Hình 2.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH dung dịch 33 Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian 34 Hình 2.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng bent-TH, sét hữu điều chế đến dung lượng hấp phụ metylen xanh 36 Hình 2.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ metylen xanh ban đầu đến khả hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu điều chế 38 Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir bent-TH metylen xanh 38 Hình 2.13 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ metylen xanh bent-TH 39 Hình 2.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir sét hữu điều chế metylen xanh 39 Hình 2.15 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ metylen xanh sét hữu điều chế 40 vii MỞ ĐẦU Xã hội ngày phát triển lượng chất thải sinh hoạt, công nghiệp tăng lên theo cấp số nhân Lượng thải nhiều hệ thống xử lý tập trung không đủ để giải quyết, kèm theo thói quen xả thải khơng tập chung làm ô nhiễm môi trường nước vô nghiêm trọng Theo Unicef cho biết, tình trạng nhiễm nguồn nước Việt Nam đứng TOP 5, sau Trung Quốc, Philippines, Indonesia,Thái Lan có lượng rác thải đổ sông, biển nhiều giới Theo Trung tâm Tư vấn Phát triển bền vững Đà Nẵng cho biết, có khoảng 19 ngàn rác thải nhựa ngày, cho thấy môi trường nước phải gồng để chịu đựng nhiễm nghiêm trọng Khi chung sống với nguồn nước ô nhiễm, người dễ bị mắc bệnh liên quan đến vấn đề da, tiêu hóa, tiêu chảy nguy mắc bệnh ung thư cao Theo đánh giá chung số địa phương, ca bị mắc ca mắc bệnh ung thư hay viên miễn phụ khoa, tiêu hóa đường ruột hay da thường cao so với nơi có nguồn nước Tỉ lệ người mắc thường chiếm tới 40-50% số cao, đáng báo động nguồn nước sử dụng bị ô nhiễm Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ ứng dụng phổ biến việc làm nước thải bị ô nhiễm Đa phần nước thải chứa nhiều chất hữu phát sinh từ nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất,… mà phương pháp khác xử lý triệt để Dựa vào hiệu xử lý, chi phí đầu tư thấp khả hấp phụ chất cao nên sử dụng phương pháp phù hợp Các vật liệu hấp phụ thường dùng:  Than hoạt tính: diện tích tiếp xúc với bề mặt nước thải lớn  Nhôm hoạt tính: thường sử dụng hấp phụ ẩm hoạt động nhiệt độ cao  Silica gel: thường dùng để xử lý axit, dạng hạt, xốp  Alumin silicat: ứng dụng chủ yếu trình tách hiệu chưa cao khó áp dụng quy mơ lớn Sét hữu sản phẩm tạo thành q trình thay cation vơ lớp bentonit cation hữu có kích thước lớn Cation hữu thường sử dụng cation amoni hữu (bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4), aminoaxit, gần muối photphoni nghiêm cứu So với bentonit ban đầu, sét hữu có khoảng cách lớp (d001) diện tích bề mặt lớn hơn, đặc Hình 2.5 cho thấy giản đồ phân tích nhiệt sét hữu tổng hợp có ba hiệu ứng khối lượng Hiệu ứng khối lượng thứ xảy nhiệt độ 70 ÷ 170oC, tương ứng với độ giảm khối lượng 3,62% quy cho trình nước ẩm nước hấp phụ sét hữu Hiệu ứng khối lượng thứ hai xảy nhiệt độ 180 ÷ 380oC, tương ứng với độ giảm khối lượng 10,81% quy cho phân hủy, cháy cation hữu hấp phụ Hiệu ứng khối lượng thứ ba xảy nhiệt độ 400 ÷ 670oC, tương ứng với độ giảm khối lượng 14,15% quy cho trình phân hủy cháy cation hữu lớp sét phân hủy nhóm -OH liên kết với cation vơ sét Kết phân tích nhiệt bent-TH sét hữu điều chế điều kiện tối ưu cho thấy điều kiện phân tích về: nhiệt độ, tốc độ nâng nhiệt, thiết bị phân tích nhiệt độ khối lượng sét hữu (28,58%) lớn bent-TH (13,22%), hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập sét hữu tổng hợp khoảng 15,36% Kết phù hợp với kết nghiên cứu số tác giả trước c) Đánh giá phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Ảnh SEM bent-TH sét hữu tổng hợp trình bày hình 2.6 a) Ảnh SEM bent-TH b) sét hữu tổng hợp Hình 2.6 Ảnh SEM bent-TH (a); sét hữu tổng hợp (b) Qua ảnh SEM bent-TH sét hữu điều chế điều kiện tối ưu cho thấy có khác cấu trúc Sét hữu điều chế có cấu trúc lớp có độ xốp cao so với bent-TH Sự thay đổi cation hữu chèn vào lớp sét, làm tăng khoảng cách d001 lớp dẫn tới cấu trúc độ xốp sét hữu tăng theo Cấu trúc tạo điều kiện thuận lợi cho phân lớp hay tách lớp polime ứng dụng làm vật liệu hấp phụ, 30 2.3 Khảo sát khả hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu 2.3.1 Xây dựng đường chuẩn metylen xanh Cách tiến hành: Lấy 0,05 gam metylen xanh pha thành dung dịch bình định mức1000ml dung dịch metylen xanh có nồng độ 50mg/l Sau tiếp tục pha thành dung dịch có nồng độ là: 1mg/l, 2mg/l, 3mg/l, 4mg/l, 5mg/l, mg/l, mg/l, mg/l, mg/l, 10 mg/l, pH khoảng 7-8 Đo độ hấp thụ quang metylen xanh bước sóng 664 nm Kết trình bày bảng 2.2 Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn metylen xanh Nồng độ metylen xanh STT (mg/l) Độ hấp thụ quang (A) 1 0,194 2 0,392 3 0,660 4 0,867 5 1,116 6 1,301 7 1,500 8 1,652 9 1,800 10 10 1,932 Hình 2.7 Đường chuẩn metylen xanh Từ hình 2.7 cho thấy khoảng nồng độ khảo sát, độ hấp thụ quang phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ metylen xanh Phương trình đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh có dạng: y = 0,1972x + 0,0567 với R² = 0,9903 31 2.3.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu a) Khảo sát ảnh hưởng pH Cách tiến hành: chuẩn bị 13 bình tam giác có dung tích 100 ml, cho vào bình 0,05 gam bent-TH 50 ml dung dịch metylen xanh có nồng độ ban đầu 50 mg/l Các mẫu điều chỉnh pH từ ÷ 13 dung dịch NaOH 0,1M HCl 0,1M; lắc khoảng thời gian 60 phút nhiệt độ phịng Sau đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ metylen xanh lại Tiến hành tương tự sét hữu tổng hợp Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến khả hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu trình bày bảng 2.3 hình 2.8 Bảng 2.3 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào pH bent-TH sét hữu Mẫu Bent-TH Sét hữu pH 10 11 12 13 10 11 12 13 Ci(mg/l) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Cf(mg/l) 41,36 40,07 37,95 36,84 34,98 36,03 38,38 38,91 40,27 40,04 40,19 40,69 41,45 41,54 39,04 37,41 36,16 33,69 30,98 24,54 17,33 10,37 9,06 11,53 12,42 13,11 32 q(mg/g) 8,64 9,93 12,05 13,16 15,02 13,97 11,62 11,09 9,73 9,96 9,81 9,31 8,55 8,46 10,96 12,59 13,84 16,31 19,02 25,46 32,67 39,63 40,94 38,47 37,58 36,89 H (%) 17,27 19,86 24,09 26,32 30,05 27,94 23,25 22,18 19,47 19,92 19,61 18,62 17,09 16,91 21,92 25,18 27,67 32,63 38,04 50,93 65,35 79,26 81,88 76,94 75,16 73,78 Hình 2.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH dung dịch đến dung lượng hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu Kết khảo sát cho thấy hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu phụ thuộc lớn vào pH Cụ thể sau: Đối với bent-TH: tăng pH dung dịch từ đến dung lượng hấp phụ tăng từ 8,64 tới 15,02 mg/l; tiếp tục tăng pH từ ÷ 13 dung lượng hấp phụ giảm Đối với sét hữu cơ: tăng pH dung dịch từ ÷ 10 dung lượng hấp phụ tăng, đặc biệt pH > dung lượng hấp phụ tăng đột ngột lớn pH 10, sau dung lượng hấp phụ giảm pH tăng từ 10 ÷ 13 Như vậy, bent-TH pH=5 với sét hữu pH=10 dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ đạt cao Ở pH thấp xảy proton hóa nhóm amin bậc phân tử metylen xanh làm giảm khả hấp phụ., pH lớn bent-TH lớn 10 sét hữu khả hấp phụ giảm xuống, kiềm làm thay đổi cấu trúc khoáng sét bentonit thành phần có SiO2 Al2O3 Từ kết chọn pH (bent-TH) pH 10 (sét hữu cơ) cho thí nghiệm b) Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Cách tiến hành: Chuẩn bị bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình 0,05 gam bent-TH 50ml dung dịch metylen xanh có nồng độ ban đầu 50mg/l điều chỉnh pH hỗn hợp Các mẫu lắc khoảng thời gian là: 15, 30, 45, 60, 75, 90, 115, 150 phút nhiệt độ phòng Sau đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, chỉnh pH dung dịch khoảng 7-8, sau xác định nồng độ metylen xanh lại 33 Tiến hành tương tự với sét hữu tổng hợp pH 10 Kết trình bày bảng 2.4 hình 2.9 Bảng 2.4 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào thời gian Mẫu Bent-TH Sét hữu Thời gian (phút) Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) H (%) 15 50 45,74 4,26 8,53 30 50 43,96 6,04 12,08 45 50 41,74 8,26 16,52 60 50 38,42 11,58 23,16 75 50 34,52 15,48 30,96 90 50 34,07 15,93 31,86 115 50 33,83 16,17 32,34 150 50 33,51 16,49 32,98 15 50 43,58 6,42 12,84 30 50 29,26 20,74 41,48 45 50 15,44 34,56 69,12 60 50 8,97 41,03 82,06 75 50 8,65 41,35 82,70 90 50 8,48 41,52 83,04 115 50 8,74 41,26 82,52 150 50 8,52 41,48 82,96 Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu điều chế 34 Kết khảo sát cho thấy: tăng thời gian hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng, đặc biệt khoảng thời gian từ 30 ÷ 60 phút hiệu suất hấp phụ tăng tương đối nhanh dần ổn định sau 90 phút Bent-TH đạt hiệu suất hấp phụ cực đại 75 phút Sét hữu tổng hợp đạt hiệu suất hấp phụ cực đại 60 phút Do đó, nghiên cứu chọn thời gian đạt cân hấp phụ metylen xanh sét hữu 60 phút bent-TH 75 phút c) Khảo sát ảnh hưởng khối lượng bent-TH sét hữu điều chế Cách tiến hành: Chuẩn bị bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình khối lượng bent-TH là: 0,02 g; 0,03 g; 0,04 g; 0,05 g; 0,06 g; 0,07 g; 0,08 g; 0,10 g; 50ml dung dịch metylen xanh có nồng độ ban đầu 50mg/l Điều chỉnh pH hỗn hợp Các mẫu lắc khoảng thời gian 75 phút nhiệt độ phịng Sau đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, chỉnh pH dung dịch khoảng 7-8 xác định nồng độ metylen xanh lại Tiến hành tương tự sét hữu tổng hợp pH 10 thời gian lắc 60 phút Kết trình bày bảng 2.5 hình 2.10 Bảng 2.5 Ảnh hưởng khối lượng bent-TH, sét hữu tổng hợp đến dung lượng hiệu suất hấp phụ metylen xanh Mẫu Bent-TH Sét hữu Khối lượng (g) Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) H (%) 0,02 50 42,04 19,90 15,92 0,03 50 40,84 15,26 18,32 0,04 50 38,86 13,93 22,28 0,05 50 35,75 14,25 28,5 0,06 50 35,59 12,01 28,82 0,07 50 35,71 10,21 28,58 0,08 50 35,05 9,34 29,90 0,10 50 34,76 7,62 30,48 0,02 50 28,35 54,13 43,3 0,03 50 20,16 49,73 59,68 0,04 50 13,49 45,64 73,02 0,05 50 8,76 41,24 82,48 0,06 50 8,61 34,49 82,78 0,07 50 8,36 29,74 83,28 0,08 50 8,25 26,09 83,50 0,10 50 8,06 20,97 83,88 35 Hình 2.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng bent-TH, sét hữu điều chế đến dung lượng hấp phụ metylen xanh Từ kết bảng 2.5 hình 2.10 cho thấy: Khi khối lượng vật liệu hấp phụ tăng hiệu suất hấp phụ metylen xanh tăng dung lượng hấp phụ giảm Trong khoảng khối lượng vật liệu hấp phụ tăng từ 0,02 ÷ 0,05 gam, hiệu suất hấp phụ tăng nhanh đạt cực đại 0,05 gam Điều lí giải tăng lên diện tích bề mặt số vị trí tâm hấp phụ Trong khoảng khối lượng vật liệu hấp phụ từ 0,06 ÷ 0,10 gam, hiệu suất hấp phụ tăng lên không nhiều cân nồng độ metylen xanh dung dịch bề mặt chất rắn Do lựa chọn khối lượng bent-TH, sét hữu tổng hợp 0,05 gam để tiến hành khảo sát d) Khảo sát ảnh hưởng nồng độ metylen xanh Cách tiến hành: Chuẩn bị 12 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình 0,05gam bent-TH 50ml dung dịch metylen xanh nồng độ ban đầu là: 50mg/l; 100mg/l; 150mg/l; 200mg/l; 250mg/l; 300mg/l; 350mg/l; 400mg/l; 450mg/l; 500mg/l; 600mg/l; 700mg/l Các hỗn hợp điều chỉnh pH lắc khoảng thời gian 75 phút nhiệt độ phịng Sau đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, chỉnh pH dung dịch khoảng 7-8, xác định nồng độ metylen xanh lại Tiến hành tương tự sét hữu tổng hợp pH hỗn hợp 10, lắc khoảng thời gian 60 phút Kết trình bày bảng 2.6 hình 2.11 36 Bảng 2.6 Ảnh hưởng nồng độ metylen xanh ban đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ sét hữu Mẫu Bent-TH Sét hữu Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) Cf/q (g/l) H (%) 50 30,28 19,72 1,54 39,44 100 61,25 38,75 1,58 38,75 150 103,54 46,46 2,23 30,97 200 148,27 51,73 2,87 25,87 250 194,32 55,68 3,49 22,27 300 239,82 60,18 3,99 20,06 350 286,67 63,33 4,53 18,09 400 334,25 65,75 5,08 16,44 450 382,38 67,62 5,65 15,03 500 430,45 69,55 6,19 13,91 600 526,21 73,79 7,13 12,30 700 624,73 75,27 8,30 10,75 50 8,82 41,18 0,21 82,36 100 16,58 83,42 0,20 83,42 150 25,86 124,14 0,21 82,76 200 40,77 159,23 0,26 79,615 250 62,89 187,11 0,34 74,84 300 86,36 213,64 0,40 71,21 350 117,25 232,75 0,50 66,50 400 148,97 251,03 0,59 62,76 450 186,34 263,66 0,71 58,59 500 226,55 273,45 0,83 54,69 600 311,86 288,14 1,08 48,02 700 399,62 300,38 1,33 42,91 37 Hình 2.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ metylen xanh ban đầu đến khả hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu điều chế Nhận xét: Từ kết bảng 2.6 hình 2.11 cho thấy khoảng nồng độ khảo sát, tăng nồng độ đầu metylen xanh dung lượng hấp phụ tăng, cịn hiệu suất hấp phụ giảm Điều phù hợp với lý thuyết e) Khảo sát dung lượng hấp phụ metylen xanh theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Từ kết bảng 2.6 đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bent-TH sét hữu thể hình 2.12, 2.13, 2.14, 2.15 Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir bent-TH metylen xanh 38 Hình 2.13 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ metylen xanh bent-TH Hình 2.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir sét hữu điều chế metylen xanh 39 Hình 2.15 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ metylen xanh sét hữu điều chế Từ phương trình tuyến tính Langmuir hình 2.13 hình 2.15 chúng tơi tính thơng số cân hấp phụ sau: Bảng 2.7: Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir b bentTH sét hữu điều chế Mẫu Bent-TH Sét hữu Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 86,21 333,33 Hằng số Langmuir b 0,01 0,02 Nhận xét: Kết thực nghiệm cho thấy mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mô tả tốt hấp phụ bent-TH sét hữu điều chế metylen xanh, điều thể qua hệ số hồi qui phương trình cao (đều lớn 0,99) Sét hữu tạo thành sau biến tính bent-TH HTPB có khả hấp phụ metylen xanh tốt nhiều so với bent-TH Điều thể qua dung lượng hấp phụ cực đại sét hữu cao Như trình hấp phụ sét hữu điều chế metylen xanh thuận lợi 40 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, thu số kết sau: Đã tổng hợp sét hữu điều kiện nhiệt độ 50 oC, tỉ lệ khối lượng HTPB/bent-TH 0,5, pH phản ứng 9, thời gian phản ứng Đã nghiên cứu cấu trúc sét hữu điều chế phương pháp: phương pháp nhiễu xạ tia X, phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp hiển vi điện tử quét Kết thu sau: - Sét hữu điều chế có giá trị d001 19,079Å lớn bent-TH (16,108Å) góc 2θ cực đại khoảng 4,6o - Hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập sét hữu khoảng 15,36% - Sét hữu điều chế có cấu trúc lớp độ xốp cao Đã nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ metylen xanh sét hữu tổng hợp với bent-TH, phần thực nghiệm sử dụng 50 ml metylen xanh có nồng độ ban đầu 50 g/ml Kết điều kiện khảo sát cho thấy: + pH hấp phụ tối ưu (bent-TH) 10 (sét hữu cơ) + Thời gian đạt cân hấp phụ bent-TH 75 phút sét hữu 60 phút + Khối lượng vật liệu hấp phụ 0,05 gam dung lượng hấp phụ lớn Đã mơ tả q trình hấp phụ metylen xanh bent-TH sét hữu điều chế theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, xác định dung lượng hấp phụ cực đại bent-TH sét hữu điều chế metylen xanh 86,21 (bent-TH) 333,33 (sét hữu cơ) số Langmuir tương ứng là: 0,01 (bent-TH) 0,02 (sét hữu cơ) Như sét hữu điều chế có khả hấp phụ metylen xanh tốt nhiều so với bent-TH 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt Đỗ Trà Hương, Trần Thúy Nga (2014), “Nghiên cứu khả hấp phụ màu metylen xanh vật liệu bã chè”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, tập 19, số 4, tr.27-32 Thân Văn Liên (2005), “Nghiên cứu quy trình xử lí, sản xuất bentonit Việt Nam thành bentonit xốp”, Báo cáo kết nghiên cứu đề tài hợp tác theo nghị định thư với Hàn Quốc Nguyễn Trọng Nghĩa (2008), “Điều chế nanoclay từ khoáng bentonit Việt Nam khảo sát ứng dụng sản xuất sơn”, Báo cáo tổng kết kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, Trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Hưng Yên Nguyễn Trọng Nghĩa (2010), “Điều chế nanoclay từ khoáng bentonit Việt Nam khảo sát ứng dụng chúng”, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Dương Thị Bích Ngọc, Nguyễn Thị Mai Lương, Nguyễn Thị Thanh, (2013) “Nghiên cứu khả hấp phụ thuốc nhuộm metylen xanh vật liệu hấp phụ chế tạo từ lõi ngơ vỏ ngơ”, Tạp chí khoa học công nghệ Lâm nghiệp, tập 2, tr.77-81 Nguyễn Thị Nguyệt (2016), “Nghiên cứu khả hấp phụ metylen xanh, metyl da cam metyl đỏ quặng sắt biến tính thử nghiệm xử lý mơi trường”, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường ĐHSP Thái Nguyên Phạm Thị Hà Thanh (2012), “Nghiên cứu điều chế nano compozit polime/bentonit - DMDOA, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Nghiêm Xuân Thung, Lê Thanh Sơn, Phạm Thị Hà Thanh, Nguyễn Thị Ngọc Tú (2010), “Khảo sát trình điều chế sét hữu từ bentonit (Bình Thuận) đimetylđioctađecyl amoni clorua”, Tạp chí Hóa học, 48(4A), tr.303-306 Ngô Thị Mai Việt (2015), Nghiên cứu khả hấp phụ metylen xanh metyl da cam vật liệu đá ong biến tính, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, tập 20 (4), tr.303-310 42 10 Bùi Xuân Vững, Ngô Văn Thông (2015), “Nghiên cứu hấp phụ màu metylen xanh vật liệu bã cà phê từ tính”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, 20(3), tr.370-376 II Tiếng Anh 11 Alexandre M., Dubois P (2000), “Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials”, Materials Science and Engineering, 28, pp.1-63 12 Belarbi, H., and M H Al-Malack (2010), “Adsorption and stabilization of phenol by modified local clay”, International Journal of Environmental Research, 4.4, pp.855-860 13 Bhattacharya S.S., Mandot Aadhar (2014), “Studies on Preparation and analysis of Organoclay Nano Particles”, Research Journal of Engineering Sciences, V3(3), pp.10-16 14 Chureerat Prahsarn, Nanjaporn Roungpaisan, Nattaphop Suwannamek, Wattana Klinsukhon, Hiromichi Hayashi, Kazunori Kawasaki and Takeo Ebina (2014), “Influence of molecular structure of quanternary phosphonium salts on Thai bentonite intercalation”, Clays and Clay Minerals, V.62, pp.13-19 15 Maria Flávia Delbem, Ticiane S Valera, Francisco R Valenzuela-Diaz e Nicole R Demarquette (2010), “Modification of a brazilian smectite clay with different quaternary ammonium salts”, Quim Nova, V 33, N 2, pp.309-315 16 Hasmukh A Patel, Rajesh S Somani, Hari C Bajaj (2007), “Preparation and characterization of phosphonium montmorillonite with enhanced thermal stability”, Applied Clay Science, V.35, Issues 3-4, pp.194-200 17 Hasmukh A.Patel, RajeshS.Somani, Hari C.Bajai and Rakha ksh V.Jasra (2007), “Synthesis and characterization of organic bentonit using Gujarat and Rajasthan clays”, Current Science, V.92, pp.1004-1008 18 Haydn H Murray (2007), “Occurrences, Processing and Applications of Kaolins, Bentonites, Palygorskitesepiolite, and Common Clays”, Applied Clay Mineralogy, pp.8-128 19 Lee, J Y., & Lee, H K (2004), “Characterization of organobentonite used for polymer nanocomposites”, Materials chemistry and physics, 85(2), pp.410-415 43 20 Önal, M (2006), “Physicochemical properties of bentonites: an overview”, Communications de la Faculte des Sciences de lUniversite d'Ankara Series B52, pp.7-21 21 Raghavendra S Hebbar, Arun M Isloor and A F Ismail (2014), “Preparation and evaluation of heavy metal rejection properties of polyetherimide/porous activated bentonite clay nanocomposite membrane”, RSC Advances, 4(88), pp.47240-47248 22 Shirin A.Jahan, Shahnaj Parveen, Samina Ahmed, Humayun Kabirv (2011), “Development and characterization of organophilic clay from bentonite”, Mat Sci Ind J, V8(2), pp.67-72 23 Tijen Seyidoğlu (2010), “Purification and modification of bentonit and its use in polypropylene and linear low density polyethylenr matrix nanocoposites”, Doctor of Philosophy in Chemical Engineering Department, Middle East Technical University, pp.42-44 24 Yunfei Xi (2006), “Synthesis, Characterisation and Application of Organoclays”, Applied Chemistry, Nankai University, China, pp.30-44 25 Caglar B., Afsi B., Tabak A., Eren E (2009), “Characterization of the cationexchanged bentonites by XRD, ATR, DTA/TG analyses and BET measurement”, Chemical Engineering Journal, 149, pp 242-248 44 ... PHẠM LÊ THỊ HƯỜNG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH CỦA SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT THANH HÓA VỚI HEPTYLTRIPHENYL PHOTPHONI BROMUA Ngành: Hóa vơ Mã số: 8440113... hấp phụ metylen xanh sét hữu từ bentonit Thanh Hóa với heptyltriphenyl photphoni bromua? ?? Đề tài đặt mục tiêu: - Tổng hợp sét hữu từ bentonit Thanh Hóa heptyltriphenyl photphoni bromua - Nghiên cứu. .. giống chất hấp phụ khác, bentonit có khả hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học nhiên hấp phụ vật lý cao Sự hấp phụ bề mặt bentonit xảy với chất bị hấp phụ ion vô cơ, chất hữu dạng ion chất hữu phân cực