Biến tính bentonite làm chất hấp phụ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Công Nghệ Vật Liệu ĐẬU TRẦN ÁNH NGUYỆT BIẾN TÍNH BENTONITE LÀM CHẤT HẤP PHỤ Chuyên ngành : Công nghệ Vật liệu Vô Mã ngành: 62 52 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đậu Trần Ánh Nguyệt Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1982 Nơi sinh: ĐakLak / Nữ Chuyên ngành: Cơng nghệ Vật liệu Vơ Khố (Năm trúng tuyển): 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Lấy mẫu đại diện cho Bentonite Tuy Phong, tiến hành tuyển lọc cần để có mẫu Bentonite đại diện đủ cho trình nghiên cứu Tập hợp phương pháp biến tính, chọn phương pháp phù hợp với khống sét có triển vọng ứng dụng nước ta Tiến hành tổng hợp đất sét chống (pillared clay) đủ số lượng thõa mãn chất lượng cho q trình nghiên cứu chống sau Tiến hành biến tính mẫu Bentonite Đánh giá kết nghiên cứu qua phương pháp phân tích hố, hố lý đại như: Phân tích cở hạt qua nhiễu xạ ánh sáng, phân tích khống nhiễu xạ Rơn ghen (X ray), phân tích nhiệt vi sai (DTA), phổ hồng ngoại để đánh giá hiệu trình chống Sử dụng Bentonite biến tính để lọc cặn dung mơi huyền phù (chẵng hạn dầu ăn) để đánh giá khả ứng dụng thực tế 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): TS ĐỖ MINH ĐẠO Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS Đỗ Minh Đạo PGS.TS Đỗ Quang Minh PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Em xin gởi lời cám ơn chân thành đến: œTS Đỗ Minh Đạo hướng dẫn em thực đề tài œPGS.TS Đỗ Quang Minh tận tình giúp đỡ dạy em suốt trình thực đề tài œQuý Thầy cô môn Công nghệ Vật liệu Silicate nói riêng Khoa Cơng nghệ Vật liệu nói chung tận tình giảng dạy, trau dồi kiến thức kinh nghiệm quý báu trình em học tập trường thực đề tài œCác bạn Cao học Khố 2006 ln động viên sát cánh tơi để hồn thành tốt đề tài Học viên Đậu Trần Ánh Nguyệt MỞ ĐẦU Khoáng sét tự nhiên loại vật liệu lâu đời mà người phát sử dụng Tuy vậy, ánh sáng khoa học ln trở nên hấp dẫn lạ Một khống sét có nhiều ứng dụng ngành công nghiệp lĩnh vực đời sống Bentonite Bentonite với giá thành thấp vật liệu tiềm để làm chất hấp phụ, chất xúc tác acid chất mang xúc tác Nhưng độ bền nhiệt thấp khoảng trống nhỏ nên hạn chế ứng dụng Các phương pháp biến tính Bentonite cải thiện tính chất lý hóa cho mục đích sử dụng cơng nghiệp lĩnh vực mơi trường tăng diện tích bề mặt, thể tích lỗ xốp, tâm hấp phụ khoảng trống Mục đích việc biến tính làm tăng hoạt tính Bentonite mà tính chất ban đầu chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà người ta có phương pháp biến tính khác như: gia nhiệt; biến tính dung dịch kiềm; biến tính chất hữu cơ, chất kim, polymer; biến tính acid biến tính oligomer vơ cơ,… Nước ta có nhiều mỏ Bentonite với thành phần khống Montmorillonite cao, trữ lượng lớn, tập trung Tỉnh Lâm Đồng, Bà Rịa – Vũng Tàu, Thanh Hóa, Bình Thuận,… Đây nguồn nguyên liệu sẵn có phong phú Mục đích đề tài biến tính Bentonite Tuy phong Bình thuận tác chất chống polycation Al13 tạo Bentonite chống (pillared Bentonite) có diện tích bề mặt độ xốp cao, khả hấp phụ tốt, phát huy mạnh nguồn tài ngun sẵn có nước TĨM TẮT Sử dụng kỹ thuật ly tâm làm giàu Bentonite nguyên khai Tuy Phong Bình Thuận Thành phần tính chất mẫu sét kiểm tra phương pháp phân tích thành phần hố, IR, XRD, DTA, thành phần hạt nhiễu xạ LASER, …Kết phân tích cho thấy có nhiều tạp chất mẫu nguyên khai, chủ yếu cát đá vôi Bentonite tinh tuyển có hàm lượng Montmorillonite, CEC cao hẳn so với dạng nguyên khai Mẫu Bentonite tinh tuyển “chống” oligomer Al13 Sản phẩm sau trình chống nung 400oC Kết nghiên cứu từ XRD, IR diện tích bề mặt BET chứng tỏ trình chống làm tăng giá trị d001, tăng nhóm OH diện tích bề mặt Bentonite Các kết nghiên cứu khả hấp phụ xanh metylen dầu thực vật đất sét chống cho thấy ứng dụng lĩnh vực hấp phụ thực tế ABSTRACT A natural bentonite, produced from Tuy Phong of Binh Thuan Province was purified by centrifugation, and characrerized by chemical analysis, LASER particle - size distribution, infrared spectra, thermal analysis, cation exchange capacity and XRD All of the analytical data indicate identification of various forms of the minerals present in this bentonite, typical impurities with large amount are canxit and quartz Purified clay has a significantly higher content of montmorillonite, higher cation exchange capacity than that of the natural clay Purified clay was intercalated by polyhydroxycation of Al3+ to form Al – intercalated clay The resulting Al-intercalated clay was heated at a 400oC (in hours) to form pillared clay The characterization results show that polyhydroxyaluminiummontmorillonite has a higher basas spacing d001, more hydroxyl groups and larger surface area than that of purified montmorillonite Researches on their structures by means of XRD and BET specific surface area revealed the increase of d001 (from 16.14 Å to 19.33 Å) and surface area (from 125.25 to 166.19m2/g) The results of adsorbent ability on methylene blue and vegetable oil of Al-pillared Tuy Phong Bentonite reached was it could be used for practical application MỤC LỤC Trang Chương Giới thiệu khoáng sét Bentonite 1.1 Khái niệm Bentonite 1.2 Thành phần hoá học 1.3 Cấu trúc tinh thể 1.4 Tính chất Bentonite 1.4.1 Tính trương nở 1.4.2 Tính trao đổi ion 1.4.3 Tính hấp thụ 1.5 Các vùng phân bố sét Việt Nam vài nét Bentonite Tuy phong Bình thuận 10 1.5.1 Các vùng phân bố sét Việt Nam .10 1.5.2 Một vài nét Bentonite Tuy phong Bình thuận 10 1.6 Khả ứng dụng Bentonite .11 Chương Phương pháp biến tính Bentonite 13 2.1 Khái quát phương pháp .13 2.2 Các phương pháp Biến tính Bentonite 14 2.2.1 Biến tính phương pháp gia nhiệt .14 2.2.2 Biến tính dung dịch kiềm 14 2.2.3 Biến tính chất hữu (OrganoBentonite) 14 2.2.4 Biến tính acid 15 2.2.5 Biến tính Polycatcation - Tổng hợp Pallared clay 17 2.2.5.1 Khái niệm đất sét chống 17 2.2.5.2 Nguyên lý phương pháp 18 2.2.5.3 Phương pháp điều chế đất sét chống 21 Chương Phương pháp thực nghiệm 25 3.1 Nguyên liệu dụng cụ thí nghiệm 25 3.2 Quy trình thực nghiệm 26 3.2.1 Mục tiêu cụ thể đề tài 26 3.2.2 Quy tình thực nghiệm 26 3.2.2.1 Khảo sát định dạng mẫu ban đầu xác định số tính chất mẫu 27 3.2.2.2 Làm giàu khoáng Montmorillonite – Phương pháp ly tâm 27 3.2.2.3 Điều chế Oligomer Al13 .28 3.2.2.4 Quá trình chống 28 3.2.2.5 Lọc rửa sản phẩm 28 3.2.2.6 Sấy nung sản phẩm 28 3.3 Phương pháp đánh giá thực nghiệm 29 3.3.1 Các phương pháp phân tích cấu trúc 29 3.3.1.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơn-ghen (X-ray) 29 3.3.1.2 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) 31 3.3.1.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 33 3.3.2 Phương pháp xác định dung tích trao đổi cation Bentonite 34 3.3.3 Phương pháp đánh giá khả hấp phụ xanh metylen Bentonite 36 3.3.4 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET 38 3.3.5 Khảo sát khả hấp phụ thực tế 38 Chương Kết bàn luận .40 4.1 Khảo sát nguyên liệu ban đầu 40 4.2 Làm giàu khoáng Montmorillonite 43 4.3 Điều chế oligomer Al13 .52 4.4 Quá trình chống 52 4.5 Khả hấp phụ xanh metylen mẫu Bentonite 59 4.5.1 Dựng đường chuẩn độ hấp thu A theo nồng độ xanh metylen 59 4.5.2 Khả hấp phụ xanh metylen Bentonite 60 4.6 Khả tẩy màu thực tế 60 Kết luận 62 Tài liệu tham khảo 63 Phụ lục DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Thành phần hóa học mỏ Bentonite giới Bảng 4.1: Thành phần hóa Bentonite nguyên khai 42 Bảng 4.2: Khối lượng cấp hạt 44 Bảng 4.3: Kích thước hạt trung bình mẫu Mi 47 Bảng 4.4: Kết phân tích thành phần hóa mẫu Mi 47 d001 c a m uđ B ng 4.5: Thông s ch ng t sét 55 Bảng 4.6: Các thông số đặc trưng mẫu bentonite 57 Bảng 4.7: Giá trị độ hấp thu A ứng với nồng độ xanh metylen 59 Bảng 4.8: Kết độ hấp phụ xanh metylen mẫu Bentonite 60 Bảng 4.9: Kết khả tẩy màu mẫu Bentonite 61 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mơ hình biểu diễn số loại khoáng sét Hình 1.2: Cấu trúc tứ diện Hình 1.3: Cấu trúc bát diện Hình 1.4: Cấu trúc Montmorillonite Hình 1.5: Biểu diễn tính trương nở Montmorillonite Hình 1.6: Biểu diễn bề mặt Montmorillonite Hình 2.1: Sự khác sét hyđrat đehyđrat hóa đất sét chống hyđrat đehyđrat 17 Hình 2.2: Ảnh chụp SEM Al13 & Cấu trúc [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 19 Hình 2.3: Sự hình thành dạng ion Al3+ 10-2M theo tỉ lệ [OH ]/ [Al] 20 Hình 2.4: Sơ đồ tổng quát trình tạo sản phẩm đất sét chống 22 Hình 2.5: Cấu trúc Al-pillared Montmorillonite……………… 22 Hình 2.6: Sơ đồ biểu diễn cấu trúc phân lớp đất sét chống, định hướng song song, đồng ……………………………………………………………………………… 24 Hình 2.7: Mơ hình tụ hợp lớp đất sét chống, định hướng ngẫu nhiên ………… 24 Hình 3.1: Sơ đồ bước thí nghiệm tổng hợp đất sét chống ………………………….26 Hình 3.2: Máy ly tâm Rotofix 32……………………………………………………… 27 Hình 3.3: Phơi khơ sản phẩm………………………………………………………… 28 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý XRD ………………………………………………… 29 Hình 3.5: Thiết bị phân tích XRD 30 Hình 3.6: Thiết bị phân tích DTA 32 Hình 4.1: Phổ nhiễu xạ Rơn ghen mẫu Bentonite nguyên khai 40 Hình 4.2: Phổ hồng ngoại mẫu Bentonite nguyên khai 41 Hình 4.3: Phổ DTA TG Bentonite nguyên khai 42 Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn % khối lượng mẫu Mi 45 Hình 4.5: Kết thành phần hạt mẫu Mi 46 Hình 4.6: Phổ hồng ngoại mẫu M1 48 Hình 4.7: Phổ hồng ngoại mẫu M2 48 Hình 4.8: Phổ hồng ngoại mẫu M3 49 Hình 4.9: Phổ hồng ngoại mẫu M4 49 Hình 4.10: Phổ hồng ngoại mẫu M5 50 Hình 4.11: Phổ X-ray mẫu Mi 51 Hình 4.12: Ph X ray c am uđ t sét ch ng có t l OH/Al=2,1 Hình 4.13: Ph X ray 53 c a OH/Al=2,2 Hình 4.14: Ph X ray 4.15: Ph X ray OH/Al=2,4 u đ t sét ch ng có t l u đ t sét ch ng có t l u đ t sét ch ng có t l 53 c a OH/Al=2,3 Hình m m 54 c a m 54 Hình 4.16: Phổ X ray mẫu Bent- tinh tuyển……………………………………… 55 Hình 4.17: Phổ X-ray mẫu HA-Mont…………………………………………… 56 Hình 4.18: Phổ X ray mẫu Al-PILC……………………………………………… 56 Hình 4.19: Giá tr d001 c a Bent-T, HA-Mont Al-PILC 57 Hình 4.20: Phổ hồng ngoại mẫu Mont-tinh tuyển, HA-Mont, Al-PILC 58 Hình 4.21: Đường chuẩn biểu diễn giá trị độ hấp thu theo nồng độ xanh metylen 59 - 51 - Các nhận xét cho thấy hàm lượng Montmorillonite tăng dần lượng tạp chất giảm dần theo thứ tự mẫu 10 20 30 40 50 2-Theta - Scale MAU_HUY_CON LAI - File: MAU_HUY_CON LAI.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 2.0 Y + 10.0 mm - MAU_HUY_500 - File: MAU_HUY_500.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta Y + 20.0 mm - MAU_HUY_1000 - File: MAU_HUY_1000.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Th Y + 30.0 mm - MAU_HUY_2000 - File: MAU_HUY_2000.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Th Y + 40.0 mm - MAU_HUY_3500 - File: MAU_HUY_3500.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Th Hình 4.11: Phổ X-ray mẫu Mi Từ phổ X-ray, ta thấy vùng pic đặc trưng cho Montmorillonite từ 2θ = 2-7o có cường độ tăng dần theo mẫu có tốc độ ly tâm từ thấp đến cao chứng tỏ tăng hàm lượng Montmorillonite theo cấp hạt Mẫu M1 (v=500) rõ vùng pic đặc trưng cho Montmorillonite cường độ vùng pic nhỏ Các mũi đặc trưng cho thạch anh đá vơi có cường độ cao, thể rõ tạp chất chiếm phần nhiều mẫu Mẫu M2 (v=1000) thể vùng pic Montmorillonite có phần rõ mẫu trước thấp Các mũi đặc trưng cho đá vôi thạch anh với cường độ cao Do đó, tạp chất mẫu nhiều Từ mẫu M3 (v=2000) đến mẫu phần cịn lại có lượng đá vơi thạch anh giảm hẵn, lượng Montmorillonite tăng lên rõ rệt thể nhiều mẫu phần lại GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 52 - Chọn mẫu M5 (Phần lại) có hàm lượng Montmorillonite cao làm nguyên liệu điều chế đất sét chống đặt lại tên Bentonite tinh tuyển Làm giàu khoáng phương pháp ly tâm có hiệu quả, loại bỏ phần lớn tạp chất tăng đáng kể hàm lượng Montmorillonite, đáp ứng yêu cầu trình tuyển cho cơng đoạn thí nghiệm 4.3 Điều chế oligomer Al13 Sử dụng phương pháp thủy phân muối AlCl3 dung dịch kiềm để điều chế mẫu dung dịch oligomer Al13 ứng với tỉ lệ mol OH-/Al 2,1, 2,2, 2,3 2,4 Dùng buret cho từ từ dung dịch NaOH 0.25M vào becher 1000ml chứa sẵn dung dịch AlCl3 0.25M điều kiện khuấy liên tục mãnh liệt máy khuấy từ nhiệt độ phòng Tốc độ nhỏ NaOH v = 1.5-2.0ml/phút Dung dịch phản ứng suốt Sản phẩm sau phản ứng lưu 48h nhiệt độ phịng Quy trình áp dụng tương tự cho mẫu có tỉ lệ mol OH-/Al 4.4 Quá trình chống Cân 10g bentnonite cho vao 1l nước cất tạo huyền phù Bentnonite 1% Do huyền phù bền môi trường pH từ 5-9 kết hợp với dung tích trao đổi cation lớn môi trường kiềm nên điều chỉnh pH huyền phù giá trị Dung dịch oligomer đưa vào huyền phù Bentonite 1% qua buret với tốc độ v = 3-4ml/phút điều kiện khuấy liên tục mãnh liệt máy khuấy từ Tỉ lệ Al cho vào huyền phù 5mmol/g Bentonite Chúng thực q trình chống với mẫu Al13 có tỉ lệ mol từ 2,1 đến 2,4 thu loại sản phẩm đất sét chống Sau rửa (loại Cl-), sấy sản phẩm, chúng tơi phân tích X-ray có kết sau: GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 53 - MAU_2,1 TP 100 90 d=15.81984 80 60 d=2.56269 20 d=3.03060 d=5.60364 30 d=3.23440 40 d=3.42600 d=4.46017 d=3.34258 50 d=4.23001 Lin (Counts) 70 10 10 20 30 2-Theta - Scale MAU_2,1 TP - File: MAU_2,1 TP.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 40.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - Chi: Operations: Smooth 0.150 | Strip kAlpha2 0.500 | Background 1.000,0.100 | Import Hình 4.12: Phổ X ray mẫu đất sét chống có tỉ lệ OH/Al=2,1 MAU_2,2 TP 100 90 80 d=15.54616 60 d=2.28452 d=2.57448 20 d=3.02934 d=5.59225 30 d=3.33993 40 d=3.42574 d=4.47452 50 d=4.23794 Lin (Counts) 70 10 10 20 30 2-Theta - Scale MAU_2,2 TP - File: MAU_2,2 TP.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 40.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - Chi: 0.0 Operations: Smooth 0.150 | Strip kAlpha2 0.500 | Background 1.000,0.100 | Import Hình 4.13: Phổ X ray mẫu đất sét chống có tỉ lệ OH/Al=2,2 GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 54 - MAU_HA MONT 170 160 d=19.32601 150 140 130 120 Lin (Counts) 110 100 90 80 70 60 d=4.48278 50 40 30 20 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2-Theta - Scale MAU_HA MONT - File: MAU_HA MONT.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 25.060 ° - Step: 0.020 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 1.000 ° - Th Hình 4.14: Phổ X ray mẫu đất sét chống có tỉ lệ OH/Al=2,3 MAU_HA MONT 150 140 130 120 110 100 80 70 d=16.93789 Lin (Counts) 90 d=4.49679 60 50 40 30 20 10 10 20 2-Theta - Scale MAU_HA MONT - File: MAU_HA MONT 1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 27.160 ° - Step: 0.020 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 1.000 ° - Hình 4.15: Phổ X ray mẫu đất sét chống có tỉ lệ OH/Al=2,4 GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 55 - Bảng 4.5: Thông số d001 mẫu đất sét chống OH-/Al 2,1 2,2 2,3 2,4 Mẫu d001 15,82 15,55 19,33 16,94 Kết phân tích X-ray mẫu đất xét chống cho thấy mẫu đất sét chống dung dịch Al13 tỉ lệ OH-/Al 2,3 có giá trị d001 cao khẳng định mẫu đất sét chống ứng với tỉ lệ hiệu Qua đó, kết luận q trình điều chế Al13 có tỉ lệ OH-/Al 2,3 tốt Chúng tơi chọn mẫu đất sét chống có tỉ lệ OH-/Al 2,3 (HA-Mont) để thực qúa trình nung tạo sản phẩm Al Pillared Montmorillonite (Al-PILC) làm số thí nghiệm phân tích X-ray, IR, diện tích bề mặt BET, CEC, so sánh tính chất mẫu Bentonite gồm: Bentonite nguyên khai (Bent-NK), Bentonite tinh tuyển (Bent-T), Đất sét chống tỉ lệ 2,3 (HA-mont) Al Pillared Montmorillonite (Al-PILC) nhằm làm rõ đặc tính Bentonite biến tính 70 50 20 d=1.99831 d=4.43152 30 d=2.55373 40 d=2.41565 d001 d=16.14310 Lin (Counts) 60 10 20 10 30 40 50 2-Theta - Scale MAU_HUY_CON LAI - File: MAU_HUY_CON LAI.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 2.0 Hình 4.16: Phổ X ray mẫu Bent- tinh tuyển GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 56 - MAU_HA MONT 170 d001 160 d=19.32601 150 140 130 120 Lin (Counts) 110 100 90 80 70 60 d=4.48278 50 40 30 20 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2-Theta - Scale MAU_HA MONT - File: MAU_HA MONT.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 25.060 ° - Step: 0.020 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 1.000 ° - Th Hình 4.17: Phổ X-ray mẫu HA-Mont MAU_Al PILC 150 140 130 120 110 100 80 70 d=17.62195 Lin (Counts) 90 60 d=4.46824 50 d001 40 30 20 10 20 10 2-Theta - Scale MAU_Al PILC - File: MAU_Al PILC.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 27.100 ° - Step: 0.010 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.5 Hình 4.18: Phổ X ray mẫu Al-PILC GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 57 - Hình 4.19: Giá trị d001 Bent-T, HA-Mont Al-PILC Bảng 4.6: Các thông số đặc trưng mẫu bentonite Mẫu d001 (Å) BET (m2/g) 14,71 CEC (mg đl/100g Bent) 84,30 Bent-NK Bent-T 16,14 123,82 125,25 HA-Mont 19,33 92,63 166,19 Al-PILC 17,62 18,43 134,73 - Kết phân tích cấu trúc phương pháp nhiễu xạ X-ray cho thấy giá trị d001 Montmorillonite tăng phù hợp với lý thuyết Sau chống, d001 tăng lên 34Å so với Bentonite nguyên khai Bentonite tuyển Diện tích bề mặt riêng BET mẫu HA-Mont tăng 32,69% mẫu Al-PILC tăng 7,57% so với mẫu BentT Diện tích bề mặt riêng BET tăng tương ứng với giá trị d001 chứng tỏ trình chống thực có hiệu quả, làm tăng khoảng cách tăng diện tích bề mặt Dung tích trao đổi cation Bentonite tăng mạnh sau tuyển chứng tỏ hàm lượng Montmorillonite Bentonite tuyển tăng lên nhiều so với Bentonite nguyên khai Sau chống giá trị giảm sau nung giảm đáng kể cho thấy GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 58 - q trình chống có hiệu olygomer Al13 xen lớp tạo liên kết bền khơng thể tính trao đổi Sản phẩm sau nung tạo cột chống Al2O3 cố định thể tính trao đổi giảm nhiều C:\OPUS\MEAS\WORK.636 C:\OPUS\MEAS\WORK.637 C:\OPUS\MEAS\WORK.638 Mont-tinh tuyển HA-Mont Al-PILC P51 P51 P51 2008/11/28 2008/11/28 2008/11/28 Hình 4.20: Phổ hồng ngoại mẫu Bent-T, HA-Mont, Al-PILC Kết phổ hồng ngoại cho thấy trình chống không làm thay đổi đáng kể đến khung cấu trúc mạng Montmorillonite mũi đặc trưng cho liên kết OH thể thay đổi rõ nét Phổ mẫu sau chống có pic vùng 3200 – 3400 cm-1, 1564 cm-1 đặc trưng cho dao động hố trị biến dạng nhóm OH rộng sâu chứng tỏ có nhiều nhóm OH cấu trúc mẫu sau chống Nói tóm lại, từ Bentonite ban đầu lẫn nhiều tạp chất, tăng làm đáng kể hàm lượng Montmorillonite thực q trình chống thành cơng, tạo sản phẩm đất sét chống nhằm củng cố tính hấp phụ, xúc tác,… Bentonite đáp ứng yêu cầu ứng dụng lĩnh vực khoa học đời sống GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 59 - Sản phẩm đất sét chống có nhiều ứng dụng lĩnh vực hấp phụ xúc tác Chúng tiến hành thử nghiệm tính hấp phụ mẫu Bentonite biến tính hợp chất tiêu biểu xanh metylen khảo sát khả tẩy màu thực tế mẫu dầu thực vật để đánh giá vài tiềm ứng dụng 4.5 Khả hấp phụ xanh metylen mẫu bentonite 4.5.1 Dựng đường chuẩn độ hấp thu A theo nồng độ xanh metylen Pha dung dịch xanh metylen nồng độ 0.01M cách cân xác 3,7390g xanh metylen hòa tan vào nước cất định mức thành lít Dùng pipet 1ml lấy xác thể tích xanh metylen 0,01M cho vào bình mức 100ml, định mức nước cất xác định độ hấp thu máy quang phổ UV bước sóng 609nm, ta có bảng số liệu sau: Bảng 4.7: Giá trị độ hấp thu A ứng với nồng độ xanh metylen STT V(ml) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 Cx105 (M) A 0,363 1,708 2,178 2,678 3,776 0,836 1,280 Độ hấp thu A 3.5 y = 48098x - 0.1614 R2 = 0.9975 2.5 1.5 0.5 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 Nồng độ xanh metylen Hình 4.21: Đường chuẩn biểu diễn giá trị độ hấp thu theo nồng độ xanh metylen GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 60 - 4.5.2 Khả hấp phụ xanh metylen Bentonite Lấy 35,00ml dung dịch xanh metylen 0.01M 0.35g Bentonite cho vào beccher 100ml Khuấy liên tục máy khuấy từ vòng 45 phút Sau tách lấy phần dung dịch ly tâm Phần dung dịch màu pha loãng cho độ hấp thu (A) nằm khoảng giá trị giới hạn đường chuẩn Từ giá trị độ hấp thu (A), ta xác định nồng độ dung dịch màu lại cách dựa vào đường chuẩn, từ xác định số mg xanh metylen mà 1g Bentonite hấp phụ Bảng 4.8: Kết độ hấp phụ xanh metylen mẫu Bentonite STT Tên mẫu Bent-NK Độ hấp thu (A) 0,904 Hệ số pha loãng 100/0,5 mHP (mg/1g bent) 208,26 Bent-T 0,535 50/1 346,83 HA-Mont 0,702 25/1 357,12 Al-PILC 0,618 25/1 358,75 mBent = 0,35g Vxanh metylen = 35,00ml Khả hấp phụ xanh metylen Bentonite sau chống tăng so với trước chống Đánh giá khả hấp phụ Bentonite thông qua khả hấp phụ xanh metylen cho thấy việc tạo sản phẩm đất sét chống có tính hấp phụ cao so với nguyên liệu ban đầu 4.6 Khả tẩy màu thực tế Dùng đất sét chống để tinh chế , tẩy màu làm ổn định dầu thực vật cách loại bỏ phospholipid, xà phòng, kim loại nặng, hợp chất hữu (carotenoid dẫn xuất) sản phẩm oxy hoá chúng Những chất tạo màu không mong muốn cho dầu ăn nên cần phải loại bỏ Ngồi oxy hố chuyển đổi acid béo chưa no glixerit thành hydroperoxid chất không mong muốn loại bỏ trình tẩy màu GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 61 - Mẫu chất dùng cho quy trình tẩy màu gồm có Bentonite Tuy phong nguyên khai, Bentonite tinh tuyển (phần lại), polyhydroxyaluminum-Montmorillonite (HA-Mont.) Al Pillared Montmorillonite (Al-PILC) Becher chứa 25g dầu phộng thơ đun nóng đến 90-95oC máy khuấy từ Cho thêm 0,25g Bentonite vào, khuấy 30 phút Lọc lấy phần dầu đo độ hấp thu A bước sóng 400 nm Khả tẩy màu T = Α0 − Αi ⋅ 100% Α0 A0: độ hấp thu dầu thô Ai: Độ hấp thu dầu tẩy màu chất tẩy i Bảng 4.9: Kết khả tẩy màu mẫu Bentonite %Αi ⋅ 100 (%) % ΑTA 1.588 Khả tẩy màu T (%) - Bent NK 1,494 4,03 6,92 Bent T 1,173 24,24 41,66 HA-Mont 0,975 38,60 66,33 Al-PILC 0,982 38,16 65,57 Dầu Tường an 0,664 58,19 100 Tên mẫu Độ hấp thu A Dầu thô - Từ kết nhận thấy khả tẩy màu dầu thực vật Bentonite tinh tuyển tăng mạnh so với Bentonite nguyên khai Bentonite nguyên khai có chứa hàm lượng Montmorillonite thấp Mẫu Bentonite sau chống tẩy màu tốt khả tẩy màu chúng khoảng 66% so với mẫu Dầu Tường An bán thị trường (xem Dầu Tường An 100%) Do đó, khả biến tính Bentonite Tuy phong làm đất sét chống làm chất tẩy màu có triển vọng Có thể khai thác tối đa khả tẩy màu Bentonite nghiên cứu sâu rộng quy mô để xây dựng quy trình tẩy màu hồn hảo ứng dụng cơng nghiệp nước nhà GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 62 - Kết luận Qua trình nghiên cứu biến tính Bentonite phương pháp sử dụng tác chất chống Al13 khảo sát tính hấp phụ nó, chúng tơi thu kết sau: Khảo sát tính lý Bentonite Tuy phong nguyên khai cho kết phù hợp với cơng trình nghiên cứu trước Bentonite Tuy phong thuộc loại Bentonite kiềm với hàm lượng Na cao (Na2O chiếm 1,86%) Hàm lượng tạp chất có Bentonite Tuy phong chủ yếu đá vôi cát pH huyền phù 10% (10,50), dung tích trao đổi cation (84,30 mgđl/100g Bent.) khả hấp phụ xanh metylen cao Đưa cách khái quát trình sơ chế làm giàu Bentonite Tuy phong phương pháp ly tâm, loại bỏ phần lớn tạp chất để thu Bentonite có hàm lượng Montmorillonite cao, phẩm chất tốt Biến tính thành cơng Bentonite Tuy phong, tạo sản phẩm Al pillared Montmorillonite chất có nhiều ứng dụng hiệu lĩnh vực hấp phụ xúc tác Tỉ lệ OH/Al =2,3 trình điều chế oligomer Al13 huyền phù 1% (pH=9) thích hợp cho q trình chống có hiệu d001 tăng từ 16,14Å đến 19,33Å sau chống Diện tích bề mặt riêng BET mẫu sau chống tăng 32,69% sau nung tăng 7,57% Khả ứng dụng lĩnh vực tẩy màu dầu thực vật tăng lên sau chống Khả tẩy màu khoảng 66% so với mẫu dầu Tường An thị trường GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 63 - œTÀI LIỆU THAM KHẢO [1]PGS.TS Đào Châu Thu, 2003, Khoáng sét liên quan chúng với vài tiêu lý hoá học số đất Việt nam, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [2]Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Lê Đức, 1996, Phương pháp phân tích đất nước – trồng, NXB Giáo dục [3]Đặng Tuyết Phương, 1995, Nghiên cứu cấu trúc, tính chất hố lý số ứng dụng bentonit Thuận hải Việt nam, luận án phó tiến sĩ, Viện hố học – Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia, Hà nội [4]Liên đoàn địa chất 6, cục địa chất Việt nam, Báo cáo địa chất công nghệ, kết khảo sát công nghệ mỏ sét bentonite Nha mé – Tuy phong, Bình thuận [5]Snezana Brezovska, Biljana Marina, 2005, Adsorption properties and porous structure of sunfuric acid treated bentonites determinded by the adsorption isotherms of benzene vapor, J.Serb.Chem.Soc.70(1) 33-40 [6]Xianjun Lu and Xueqi Cui, 2005, Preparation and Activation Mechanism of Acid activated Bentonite with High Decolouring Capacity, Xi’an University of Architecture and Technology, X’an Shaanxi 710055, P.R.China [7]G.E.Christidis, P.w.Scott, A.C.Duham, 1997, Acid activation and bleaching capacity of bentonites from the islands of Milos and Chios, Aegean, Greece, Applied Clay Science, 12, 329-347 [8]Preeti Sagar Nayak, B K Singh, 2007, Intrumental characterization of clay by XRF, XRD and FTIR, Bull Mater Sci., 30, (3), 235-338 [9]Ping-xiao Wu, Zong-wen Liao, 2005, Study on structural characteristic of pillared clay modified phosphate fertilizers and its increase efficiency mechanism, J Zhejiang Univ Sci B, 6(3), 195-201 [10]Ralph T.Yang, Ruiqiang Long, 2000, Pillared Clays as Superior Catalysts for Selective Catalytic Reduction of NO GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ - 64 - [11]Xiufeng Xu, Zhanghuai Suo, 2004, Catalytic Combustion of Methane over TiPillared Clay Supported Copper Catalysts, Journal of Natural Gas Chemistry, 13, 204-208 [12]J Theo Kloprogge, Ray L Frost and Robyn Fry, 1999, Infrared emission study of the thermal transformation mechanism of Al13-pillared clay, analyst, 124, 381384 [13]F.Bergaya, A Aouad, T Mandalia, 2006, Pillared clays and clay minerals, Handbook of clay science, 1, 393-421 [14]Aniko’ Szabo’, 2004, Preparation and investigation of pillared layered clays, Environmental Science PhD School, Department of Earth – and Environmental Sciences University of Veszprem [15]Fama Tomul, Suna Balci, 2008, Synthesis and Characterization of Al-Pillared Interlayered Bentonites, G.U.Journal of Sciene 21(1), 21-31 [16]Takeshi Kasama, Takashi Murakami, 2004, Sorption of phosphates on Alpillared smectites and mica at acidic to neutral pH, Applied Clay Science 25, 167177 [17] Cao Minh li, Zhu Ying bo, Yu Yong Lu, 2002, Preparation and Microstructure of Al-pillared Interlayered Montmorillonite, Journal of Wuhan University of Technology – Mater, Sci, Ed, 17(4), 13-16 [18]M Lourdes Chavez – Garcia, M Pilar Saucedo – Ramirez, 2006, Synthesis of intercalated Al-hydroxy-montmorillonite, J Mex Chem Soc 51(1), 36-41 [19]M Vlasova, Y Enriquez Mendez, 2003, Structural – Phase Transformations in Bentonite after Acid Treatment, Science of Sintering, 35, 155-166 [20]Kaoru Oinuma, Hisato Hayashi, 1965, Infrared Study of Mix – Layer Clay Minerals, The American Mineralligist, 50, 1213-1227 [21]http://www.lnqe.uni-hannover.de/projekte/projekte_oekermann.htm#fig4 [22]http://mineral.galleries.com/ GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Đậu Trần Ánh Nguyệt Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1982 Nơi sinh: ĐakLak Địa liên lạc: 339/34A27 Tô Hiến Thành, P 12, Q 10, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 2001 – 2005: Học tập Khoa Hoá Học – ĐH Khoa học Tự nhiên Tp HCM chuyên ngành Hóa Vơ Năm 2006 – nay: Học cao học Khoa Công nghệ Vật liệu chuyên ngành Công nghệ Vật liệu Vô trường ĐH Bách Khoa Tp HCM ... nước hấp phụ vật lý tăng lên GVHD: TS Đỗ Minh Đạo Biến tính Bentonite làm chất hấp phụ -6- 1.4 Tính chất Bentonite Do đặc điểm cấu trúc, thành phần hóa học liên kết nguyên tử mạng lưới làm cho Bentonite. .. pháp Biến tính Bentonite 14 2.2.1 Biến tính phương pháp gia nhiệt .14 2.2.2 Biến tính dung dịch kiềm 14 2.2.3 Biến tính chất hữu (OrganoBentonite) 14 2.2.4 Biến tính acid... tâm hấp phụ khoảng trống Mục đích việc biến tính làm tăng hoạt tính Bentonite mà tính chất ban đầu chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà người ta có phương pháp biến tính