Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ tử bentonit bình thuận với butyltripphenyl photphoni bromua và khảo sát khả năng hấp phụ metylen xanh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ BẾN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT (BÌNH THUẬN) VỚI BUTYLTRIPHENYL PHOTPHONI BROMUA VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC THÁI NGUN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ BẾN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT (BÌNH THUẬN) VỚI BUTYLTRIPHENYL PHOTPHONI BROMUA VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH Ngành: Hóa vơ Mã ngành: 8.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Hà Thanh THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Bình Thuận với butyltriphenyl photphoni bromua khảo sát khả hấp phụ metylen xanh" cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nghiên cứu luận văn hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Thái Ngun, tháng 04 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Bến Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên tận tình giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Đặc biệt, em xin bày tỏ lịng biết ơn tới Phạm Thị Hà Thanh, cô trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình em trình thực luận văn Do khả thực nghiệm hạn chế số yếu tố khách quan khác nên đề tài em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý bảo thầy cô để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Bến Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt, kí hiệu iv Danh mục bảng v Danh mục hình .vi MỞ ĐẦU .1 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Bentonit 1.1.1 Thành phần bentonit 1.1.2 Cấu trúc bentonit 1.1.3 Tính chất bentonit 1.1.4 Ứng dụng bentonit 1.1.5 Một số phương pháp hoạt hóa bentonit .8 1.1.6 Nguồn tài nguyên bentonit giới Việt Nam .9 1.2 Sét hữu .12 1.2.1 Giới thiệu sét hữu .12 1.2.2 Cấu trúc sét hữu 13 1.2.3 Tính chất sét hữu 15 1.2.4 Giới thiệu phương pháp điều chế sét hữu .17 1.3 Metylen xanh 22 1.3.1 Cấu tạo tính chất 22 1.3.2 Ứng dụng tác hại metylen xanh 22 1.3.3 Một số thành tựu xử lý metylen xanh 23 1.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ .24 1.4.1 Khái niệm phương pháp hấp phụ 24 1.4.2 Cân hấp phụ dung lượng hấp phụ .24 1.4.3 Các phương trình trình hấp phụ 26 Chương 2: THỰC NGHIỆM 29 2.1 Hóa chất dụng cụ 29 2.1.1 Hóa chất .29 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2.1.2 Dụng cụ, máy móc .29 2.2 Thực nghiệm 29 2.2.1 Khảo sát trình điều chế sét hữu .29 2.2.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ metylen xanh bent-B sét hữu điều chế 31 2.3 Các phương pháp nghiên cứu .33 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 33 2.3.2 Phương pháp phân tích nhiệt .33 2.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng (%) cation hữu sét hữu 34 2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 35 2.3.5 Phương pháp trắc quang 35 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Điều chế sét hữu .36 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng .36 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng BTPB/bent-B 38 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng .40 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng pH .42 3.2 Đánh giá cấu trúc đặc điểm sét hữu điều chế điều kiện tối ưu 44 3.2.1 Nghiên cứu phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 44 3.2.2 Nghiên cứu phương pháp phân tích nhiệt 46 3.2.3 Nghiên cứu phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 48 3.3 Khảo sát khả hấp phụ metylen xanh sét hữu điều chế 49 3.3.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 49 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng bent-B, sét hữu điều chế .50 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng pH .52 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ metylen xanh 53 3.3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ metylen xanh theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .55 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU Chữ viết tắt, kí hiệu Nội dung bent-B Bentonit (Bình Thuận) BTPB Butyltriphenyl photphoni brommua d001 Khoảng cách hai mặt mạng MMT Montmorillonit Mgđl Mili đương lượng gam (Tiếng Việt) SEM Kính hiển vi điện tử quét XRD X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần hóa học bent-B 10 Bảng 1.2 Ảnh hưởng độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001 diện tích sét bị che phủ 14 Bảng 2.1 Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch metylen xanh với nồng độ khác .31 Bảng 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu .37 Bảng 3.2 Ảnh hưởng khối lượng phản ứng đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu .39 Bảng 3.3 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu .41 Bảng 3.4 Ảnh hưởng pH phản ứng đến giá trị d001 hàm lượng (%) cation hữu xâm nhập mẫu sét hữu 43 Bảng 3.5 Kết phân tích giản đồ nhiệt bent-B sét hữu điều chế điều kiện tối ưu 47 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào thời gian 49 Bảng 3.7 Ảnh hưởng khối lượng bent-B, sét hữu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ metylen xanh .51 Bảng 3.8 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hiệu suất hấp phụ bent-B, sét hữu điều chế 52 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ đầu metylen xanh đến dung lượng hiệu suất hấp phụ bent-B sét hữu điều chế 54 Bảng 3.10 Giá trị hấp phụ lớn số Langmuir b bent-B sét hữu điều chế 57 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tứ diện SiO4 bát diện MeO6 Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc không gian MMT Hình 1.3 Quá trình xâm nhập cation vào trao đổi cation Na+ khoảng hai lớp MMT .4 Hình 1.4 Sự định hướng ion ankylamoni lớp silicat 13 Hình 1.5 Sự xếp cation hữu kiểu đơn lớp, hai lớp giả ba lớp 14 Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo metylen xanh 22 Hình 1.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 28 Hình 1.8 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf 28 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp sét hữu .30 Hình 3.1 Giản đồ XRD bent-B mẫu sét hữu điều chế nhiệt độ 20oC, 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC 36 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo nhiệt độ phản ứng mẫu sét hữu điều chế .37 Hình 3.3 Giản đồ XRD bent-B mẫu sét hữu điều chế tỉ lệ khối lượng BTPB/bent-B 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 38 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo tỉ lệ BTPB/bent-B mẫu sét hữu điều chế .39 Hình 3.5 Giản đồ XRD bent-B mẫu sét hữu phản ứng thời gian giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, .41 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo thời gian phản ứng .41 Hình 3.7 Giản đồ XRD bent-B mẫu sét hữu điều chế dung dịch có pH 6, 7, 8, 9, 10, 11 42 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị d001 theo pH huyền phù .43 Hình 3.9 Giản đồ XRD bent-B .45 Hình 3.10 Giản đồ XRD sét hữu điều chế .45 Hình 3.11 Giản đồ phân tích nhiệt bent-B 46 Hình 3.12 Giản đồ phân tích nhiệt sét hữu điều chế điều kiện tối ưu 47 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.13 Ảnh SEM bent–B (a), sét hữu điều chế (b) .48 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ metylen xanh bent-B sét hữu điều chế 50 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng bent-B, sét hữu điều chế đến dung lượng hấp phụ metylen xanh 51 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ metylen xanh bent-B sét hữu điều chế 53 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ metylen xanh đến khả hấp phụ bent-B sét hữu điều chế 55 Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir bent-B metylen xanh 55 Hình 3.19 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ metylen xanh bent-B .56 Hình 3.20 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir sét hữu metylen xanh 56 Hình 3.21 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ metylen xanh sét hữu .57 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt Dương Thị Tú Anh (2013), Các phương pháp phân tích hóa lý, Nhà xuất Giáo Dục Việt Nam Phan Thị Anh (2017), Khảo sát trình điều chế sét hữu từ bentonit Bình Thuận (Việt Nam) với etyltriphenylphotphonibromua bước đầu nghiên cứu khả hấp phụ metylen xanh, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư phạm, Đại học Thái nguyên Lã Mạnh Cường (2015), Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Thanh Hóa với tetrađecyltrimetylamoni bromua bước đầu thăm dị ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Ma Thị Vân Hà (2015), Nghiên cứu khả hấp phụ metylen xanh metyl da cam vật liệu đá ong biến tính, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Hà (2017), Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Ấn Độ với propyltriphenylphotphoni bromua bước đầu thăm dò ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Lê Hoàng Hương (2016), Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Ấn Độ với etyltriphenyl photphonibromua bước đầu thăm dò ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thu Hường (2014), Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Trung Quốc với tetrađecyltrimetylamoni bromua bước đầu thăm dò ứng dụng, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Nguyễn Trọng Nghĩa (2011), Điều chế sét hữu từ khống bentonite Bình Thuận khảo sát khả ứng dụng chúng, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Trọng Nghĩa (2008), Khảo sát trình điều chế nanoclay thăm dị khả 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 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 10 Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, NXB khoa học kĩ thuật 11 Trần Xuân Phương (2004), Nghiên cứu tổng hợp bentonit hữu làm chất tạo cấu trúc cho dung dịch khoan gốc dầu, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Quốc gia Hà Nội 12 Phạm Thị Hà Thanh (2012), Nghiên cứu điều chế nanocompozit polyme/bentonitDMDOA, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 13 Lý Thị Thêm (2015), Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Trung Quốc với tetrađecyltrimetylamoni bromua môi trường ancol-nước bước đầu thăm dò ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên II Tiếng Anh 14 Akỗay G., Akỗay M., Yurdakoỗ K (2006), The characterization of prepared organomontmorillonite and sorption of phenoxyalkanoic acid herbicides from aqueous solution”, Journal of Colloid and Interface Science, 296, pp 428-433 15 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 16 Ben Alexis A Oswald, Mountainside,N,J, (1973), “Tetraankyl Phosphonium Aluminosilicates”, Exxon Research & Engineering Co., Linden, NJ pp.462-465 17 Benito R., Garcia-Guinea J., Valle-Fuentes F.J., Recio P (1998), “Mineralogy, geochemistry and uses of the mordenite-Bentonit ash-tuff beds of Los Escullos, Almerıa, Spain”, Journal of Geochemical Exploration, 62, pp 229-240 18 Bergaya F., Theng B.K.G., Lagaly G (2006), Handbook of Clay Science, First Edition Elsevier 19 Boulet P., Greenwell H.C., Stackhouse S., Coveney P.V (2006), “Recent advances in understanding the structure and reactivity of clays using electronic structure calculations”, Journal of Molecular Structure: Theochem, 762, pp 33-48 20 David E W Vaughan (1999), “Pillared interlayered clays materials usefulas catalysts and sorbents”, U.S Patent 4, 176, 090 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 21 Keiji Saitoh, Kenji Ohashi, Kiichi Hasegawa, Joji Kadota, Hiroshi Hirano(2014), “Effect of Organo-bentonites Modified with Novel Quaternary Phosphonium Salt on the Properties of Acid Anhydride-cured Epoxy Resin/Clay Nanocomposites”, Clays and Clay Minerals, V 62, pp 13-19 22 Kenan Cinku, Bruak Baysal (2014), “Investigation of adsorption behavior of phosphonium salts onto Na-Montmorillonnite”, Physicochem Probl Miner Process 50(2), pp 417-432 23 Kumar K.V, Ramamurthi V, Sivanesan S, (2005), “Modeling the mechanism involved during the sorption of methylene blue onto fly ash”, J Colloid Interf Sci 284, pp 14 - 21 24 Lagaly G., (1981), “Characterization of clays by organic compounds”, Clay Miner., 16, pp 1-21 25 Ozturk N., Tabak A., Akgol S., Denizli A (2007), “Newly synthesized Bentonithistidine (Bent-hist) micro-composite affinity sorbents for lgG adsorption”, Colloids Surf., Aphysicochem Eng Asp., 301, pp 490-497 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn PHỤ LỤC Giản đồ XRD mẫu sét hữu điều chế nhiệt độ 20oC, 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC PL1 PL2 PL3 Giản đồ XRD mẫu sản phẩm sét hữu điều chế tỉ lệ khối lượng BTPB/bent-B 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0;7 PL4 PL5 PL6 Giản đồ XRD mẫu sét hữu điều chế từ bent-B ETPB thời gian giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, PL7 PL8 PL9 Giản đồ XRD mẫu sét hữu điều chế từ bent-B BTPB giá trị pH 6, 7, 8, 9, 10, 11 PL10 PL11 PL12 ... Đề tài: "Nghiên cứu điều chế sét hữu từ bentonit Bình Thuận với butyltriphenyl photphoni bromua khảo sát khả hấp phụ metylen xanh" cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết nghiên cứu luận... điện tử quét (SEM) 48 3.3 Khảo sát khả hấp phụ metylen xanh sét hữu điều chế 49 3.3.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 49 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng bent-B, sét hữu điều chế. .. ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ BẾN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT (BÌNH THUẬN) VỚI BUTYLTRIPHENYL PHOTPHONI BROMUA VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH Ngành: Hóa vơ Mã ngành: 8.44.01.13