Nghiên cứu điều chế vật liệu bentonite lai vô cơ/hữu cơ và ứng dụng xử lý phenol đỏ, Mn(II) trong nước

Trong bài báo này, nhóm tác giả đã nghiên cứu phát triển vật liệu hấp phụ mới trên nền bentonite có khả năng loại bỏ đồng thời các chất hữu cơ và cation kim loại trong nước. Bentonite lai vô cơ/hữu cơ được điều chế bằng cách trao đổi cation vô cơ hydrate lớp xen giữa của sét bentonite bằng tác nhân cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) và polyoxocation nhôm. Cấu trúc và đặc trưng tính chất của vật liệu bentonite và bentonite biến tính được xác định bằng phổ XRD, FTIR, BET, TG-DTG. Kết quả cho thấy, CTAB và polyoxocation nhôm đã chèn với lớp giữa của bentonite. Kết quả đánh giá khả năng xử lý của vật liệu CTAB/Al-Bentonite bước đầu cho thấy chúng có khả năng xử lý đồng thời phenol đỏ và Mn(II) trong nước.

Khoa học Tự nhiên Nghiên cứu điều chế vật liệu bentonite lai vô cơ/hữu ứng dụng xử lý phenol đỏ, Mn(II) nước Bùi Văn Thắng*, Trần Việt Dũng, Trần Thị Xuân Mai Khoa Sư phạm Lý - Hóa - Sinh, Trường Đại học Đồng Tháp Ngày nhận 16/10/2018; ngày chuyển phản biện 19/10/2018; ngày nhận phản biện 19/11/2018; ngày chấp nhận đăng 23/11/2018 Tóm tắt: Trong báo này, nhóm tác giả nghiên cứu phát triển vật liệu hấp phụ bentonite có khả loại bỏ đồng thời chất hữu cation kim loại nước Bentonite lai vô cơ/hữu điều chế cách trao đổi cation vô hydrate lớp xen sét bentonite tác nhân cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) polyoxocation nhôm Cấu trúc đặc trưng tính chất vật liệu bentonite bentonite biến tính xác định phổ XRD, FTIR, BET, TG-DTG Kết cho thấy, CTAB polyoxocation nhôm chèn với lớp bentonite Kết đánh giá khả xử lý vật liệu CTAB/Al-Bentonite bước đầu cho thấy chúng có khả xử lý đồng thời phenol đỏ Mn(II) nước Từ khóa: bentonite, CTAB/Al-bentonite, Mn(II), phenol đỏ Chỉ số phân loại: 1.4 Đặt vấn đề Ngày nay, phát triển vượt bậc khoa học công nghệ thúc đẩy ngành công nghiệp nông nghiệp phát triển mạnh Bên cạnh thành đạt được, xã hội đối mặt với thách thức lớn vấn đề ô nhiễm môi trường ngành gây ra, đặc biệt chất thải từ nhà máy lọc dầu, dược phẩm, chất dẻo, sơn, mỹ phẩm, dệt nhuộm, thuốc bảo vệ thực vật Hiện nay, nguồn nước bị ô nhiễm chất hữu kim loại nặng vấn đề cấp bách cần giải [1-3] Trong phương pháp xử lý nước thải chứa chất hữu kim loại hấp phụ xem phương pháp đầy hứa hẹn nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [2-6] Trong số vật liệu hấp phụ hiệu quả, bền hóa lý, giá thành rẻ, hàm lượng phong phú tự nhiên khống bentonite xem loại vật liệu thiết thực, có khả xử lý tốt chất nhiễm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi phục hồi môi trường ô nhiễm [1, 7-9] Do thay đồng hình nguyên tử lớp bentonite cation có hóa trị thấp dẫn đến lớp aluminosilicate có điện tích âm bề mặt bù đắp cation vơ hydrate (ví dụ Na+, K+, Ca2+, Mg2+…) nằm lớp xen sét bentonite Các cation vô hydrate liên kết lỏng lẻo với lớp sét aluminosilicate thay cation hữu kỵ nước thu vật liệu bentonite hữu có khả xử lý chất hữu hiệu [1, 6] thay polyoxocation kim loại kích thước lớn tạo loại vật liệu bentonite chống có khả xử lý cation kim loại nước đạt hiệu cao [2, 7, 8, 10] Với khả đó, bentonite biến tính đồng thời cation hoạt động bề mặt polyoxocation vơ loại bỏ đồng thời chất hữu cation kim loại anion vô nước Trong nghiên cứu này, bentonite biến tính tác nhân vơ cơ/ hữu điều chế cách trao đổi cation vô hydrate lớp sét bentonite CTAB polyoxocation nhơm Vật liệu biến tính đánh giá khả xử lý phenol đỏ Mn(II) nước Nội dung phương pháp nghiên cứu Nguyên liệu Trong nghiên cứu này, nguồn bentonite sử dụng bentonite Di Linh (Lâm Đồng) qua tinh chế Sau làm sạch, bentonite đạt số tiêu chí sau: hàm lượng montmorillonite (MMT) bentonite khoảng 40-50%, kích thước hạt nhỏ 10 μm, dung lượng trao đổi cation 57 mlđlg/100 gam bentonite khơ Thành phần hóa học (phần trăm khối lượng) chủ yếu gồm: SiO2 (58,95%), Al2O3 (20,54%), MgO (3,27%), CaO (2,06%), Fe2O3 (7,78%), Na2O (1,09%), K2O (1,38%) số oxide khác [11] Tác nhân biến tính sử dụng nghiên cứu CTAB (Sigma-Aldrich) Đặc tính phân tử CTAB bảng Một số hóa chất khác gồm Al(NO3)3.6H2O, Na2CO3, HCl, NaOH, AgNO3, phenol đỏ, MnCl2.4H2O (Trung Quốc) dạng tinh khiết, không cần chế hóa bổ sung Tác giả liên hệ: bvthang@dthu.edu.vn ∗ 61(6) 6.2019 11 Khoa học Tự nhiên lấy g bentonite Di Linh (Bent-DL) phân tán 300 ml nước cất điều kiện khuấy mạnh máy khuấy từ với tốc độ 600 vòng/phút thu huyền phù bentonite Thêm đồng thời dung dịch polyoxocation nhôm dung dịch CTAB vào huyền phù bentonite, hỗn hợp khuấy mạnh 60oC giờ, sau giữ nhiệt độ phòng 24 Sản phẩm lọc tách rửa vài lần nước cất để loại bỏ hết ion Cl- dư (thử dung dịch AgNO3 0,1M) sấy mẫu o ở- 110oC 10 thu vật liệu CTAB/Al-Bent Với Van Thang Bui*, Viet Dung Tran, Thi Xuan Mai Tran Cl dư (thử dung dịch AgNO3 0,1M) sấy mẫu 110 C 10 thu mục đích so sánh, mẫu bentonite biến tính polyoxocation Faculty of Physics - Chemistry - Biology Teacher Education, vậtnhôm liệuđược CTAB/Al-Bent sánh,thêm mẫuCTAB bentonite biến tính điều chế theoVới cáchmục tươngđích tự màsokhơng Dong Thap University sản phẩm nhôm được ký hiệu chế Al-Bent Mẫu tương bentonite hữu thêm CTAB v polyoxocation điều theo cách tự mà không Received 16 October 2018; accepted 23 November 2018 điều chế cách trao đổi cation vô hydrate phẩm ký hiệu Al-Bent Mẫu bentonite hữu điều chế lớp CTAB sản phẩm ký hiệu CTAB-Bent Abstract: trao đổi cation vô hydrate giữaCTAB lớp CTAB lần sản so phẩm ký hi Trong trường hợp, nồng độ sử dụng 1,0 In this article, we studied to develop novel bentonite- với CEC sét bentonite tỷ lệ mol Al3+/bentonite 10 Trong trường hợp, nồng độ CTAB sử dụng 1,0 lần so với CEC based sorbents that could simultaneously remove CTAB-Bent mmol/g both organic compounds and metal cations from sét bentonite tỷ lệ mol Al3+/bentonite 10 mmol/g Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu water These materials were prepared by the exchange Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu between inorganic cations in the interlayer of bentonites Xác định khoảng cách lớp bentonite Xác định khoảng cách lớp bentonite bentonite biến tính using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) bentonite biến tính phổ nhiễu xạ tia X (XRD) máy and aluminium polyoxocation The structures and nhiễu xạ tia X (XRD) máysửD8dụng Advance-Bruker (Đức) dụng xạ 40 kV D8 Advance-Bruker (Đức) xạ 40 kV, 300 sử mA, characterisation of the materials were determined by quét từ 1-500, khoảng cách lớp xác định qua mặt 001 o quét từ 1-50 , khoảng cách lớp xác định qua mặt 001 giản đồ XR XRD, FTIR, BET and TG-DTG methods The results mA, giản đồ XRD; khối lượng vật liệu theo nhiệt showed that CTAB and aluminium polyoxocation were vật thiết liệu theo nhiệt độnhiệt đượcLabsys xác định thiết bị phân tích độ khối đượclượng xác định bị phân tích TG/DTG inserted to the interlayer of bentonites As a result, the SETARAM (Pháp) với tốc độ nâng nhiệt 100C/phút môi Labsys TG/DTG SETARAM (Pháp) với tốc độ nâng nhiệt 10oC/phút môi tr obtained CTAB/Al-Bentonite could simultaneously trường khơng khí từ 30 đến 9000C Phổ hồng ngoại (FTIR) o khơng khí từ 30ngun C đến liệu 900ovà C.bentonite Phổ hồngbiến ngoại củađịnh bentonite nguyên liệ remove the phenol red and Mn(II) in water bentonite tính(FTIR) xác máybiến GX-PerkinElmer tích bề mặt BET tính xác(Mỹ) định Diện máy GX-PerkinElmer (Mỹ) Diện tích bề Keywords: bentonite, CTAB/Al-bentonite, Mn(II), bentonite mẫu xác định từ đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ phenol red BET mẫu xác định từ đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitr nitrogen 77K thiết bị Micromeritics TriStar 3000 (Mỹ) Classification number: 1.4 77K thiết bị Micromeritics TriStar 3000 (Mỹ) Khảo sát hấp phụ phenol đỏ Mn(II) vật liệu điều chếKhảo sát hấp phụ phenol đỏ Mn(II) vật liệu điều chế A study on synthesis of an inorganic/organic-modified bentonite materials to treat phenol red and Mn(II) in water Lấy 0,1 gg vật vật liệu liệucho chovào vào100 100mlmldung dungdịch dịch phenol Mn(II) có nồn Lấy 0,1 phenol đỏđỏ Bảng Một số đặc tính phân tử CTAB Ký hiệu Công thức phân tử Cấu tạo ion CTA+ Độ dài mạch ankyl (Å) [12] CH3 CTAB C19H42NBr N + H3C C16H33 25,3 CH3 Mn(II) độ 100 mg/ltừđặt khuấy từ với tốc độ độ phịng 100 mg/l có đặtnồng máy khuấy vớitrên tốcmáy độ 300 vòng/phút nhiệt 300 vòng/phút nhiệt độ phòng 120 phút Mẫu lấy khoảng thời gian xác định ly tâm lấy dung dịch để tích nồng phenol đỏ cịnđỏlạicịn UV2650 (Labomed, Mỹ) với phân tíchđộnồng độ phenol lại phổ bằngUV-Vis phổ UV-Vis UV2650 (Labomed, Mỹ) với bước sóng 432 nm [13] phân tích nồng sóng 432 nm [13] phân tích nồng độ Mn(II) cịn lại phổ ICP-MS độ Mn(II) lại phổ ICP-MS máy iCAP Q (Thermo iCAP Q (Thermo Scientific, Mỹ) ứng với nguồn ứng (ICP) cao tần plasma (ICP) Scientific, Mỹ) với nguồn cảm cao tầncảm plasma phút Mẫu lấy khoảng thời gian xác định ly tâm lấy dung dịch để Dung tính tính từ từ cơng công thức thức (1): (1): Dung lượng lượng hấp hấp phụ phụ (q (qt)) Phương pháp điều chế (C  Ct ) qt  V m t (1) Dung dịch polyoxocation nhôm điều chế phương pháp thủy phân nhiệt thêm từ từ dung dịch Na2CO3 0,2M Trong C Ctt (mg/l) (mg/l) là nồng nồng độ độ ban ban đầu đầu và ởở thời thời điểm điểm t (phút); V th Trong C Co vào dung dịch Al(NO3)3 0,2M điều kiện khuấy mạnh t (phút); V thể tích dung dịch (l); m khối lượng chất hấp dung dịch (l); m khối lượng chất hấp phụ (g); qt (mg/g) dung lượng chất b 1,0 g chất nhiệt độ 60oC tỷ lệ mol OH-/Al3+ 2,4 Dung phụ (g); qt (mg/g) dung lượng chất bị hấp phụ 1,0 g chất hấp phụ hấptrên phụ dịch sau phản ứng già hóa 12 nhiệt độ phịng thu phụ dung dịch polyoxocation nhôm Cân lượng xác định Kết thảo luận CTAB cho vào 100 ml nước nhiệt độ 60oC điều kiện Kết thảo luận Phân khuấy mạnh thu dung dịch CTAB Phân tích tích nhiễu nhiễu xạ xạ tia tia XX Quy trình điều chế CTAB/Al-Bent tiến hành sau: 61(6) 6.2019 Giản đồ XRD mẫu bentonite bentonite biến tính 12 Khoa học Tự nhiên polyoxocation nhôm, CTAB, hỗn hợp CTAB/Al hình Trong mẫu Bent-DL có chứa thành phần MMT với pic đặc trưng d = 15,26Å; 4,48Å; 2,56Å Từ giá trị d001 = 15,26Å cho thấy, bentonite Di Linh thuộc loại bentonite kiềm thổ chứa chủ yếu cation vô hydrate lớp Ca2+, Mg2+… Kết phù hợp với nghiên cứu L.G Yan [14] Bên cạnh pic phổ đặc trưng MMT, số pic tạp chất khác quartz với d = 4,26Å 3,35Å; calcite với d = 2,46Å Sự xếp lớp xen bentonite bentonite biến tính hình Mẫu Bent-DL với bề dày lớp sét bentonite 9,6Å (hình 3A), nên lớp cation vơ hydrate nằm lớp 5,66Å Từ hình cho thấy, giá trị d001 mẫu CTAB-Bent xuất với pic đặc trưng 19,21Å; gần với tổng chiều cao đầu amin phân cực (5,1Å, hình 2A), bề dày lớp sét bentonite (9,6Å, hình 3A) chiều cao alkyl (4,6Å, hình 2A) rằng, mạch alkyl xếp kiểu lớp parafin khoảng không gian lớp bentonite hữu hình 3B, góc hợp mạch alkyl phân tử CTAB lớp sét bentonite (α) tính từ phương trình (2) [12]: d h (2) sin Trong đó: d khoảng cách lớp, h bề dày lớp sét bentonite (9,6Å) l chiều dài phân tử CTAB (bảng 1) 25,3Å Hình Giản đồ XRD mẫu bentonite nguyên liệu bentonite biến tính Khi cation vơ hydrate nằm lớp sét bentonite thay tác nhân CTAB làm tăng khoảng cách lớp bentonite hữu Sự gia tăng khoảng cách tính toán từ giản đồ phổ XRD dựa theo định luật Bragg (nλ = 2dsinθ) Để hiểu rõ xếp mạch alkyl tác nhân CTAB bentonite biến tính cần xem xét cấu hình phân tử chúng Nghiên cứu H He [15] cho biết, phân tử CTAB tồn dạng cấu hình bản: (i) dạng cấu trúc zíc-zắc nguyên tử carbon phân tử CTAB với chiều cao đầu amin phân cực chiều cao mạch alkyl đuôi 5,1Å 4,6Å; (ii) dạng cấu trúc thẳng nguyên tử carbon phân tử CTAB với chiều cao đầu amin phân cực chiều cao mạch alkyl đuôi 6,7Å 4,1Å hình Áp dụng phương trình (2) tính giá trị α mẫu CTABBent 22o, kết phù hợp với nghiên cứu trước [3, 4] Giá trị d001 mẫu Al-Bent (hình 1) 19,01Å, gần với tổng bề dày lớp bentonite (9,6Å, hình 3A) chiều cao polyoxocation nhơm (khoảng 8,6Å, hình 3G) rằng, lớp polyoxocation nhơm đưa vào vật liệu (hình 3C) [4, 8] Mẫu CTAB/Al-Bent với khoảng cách lớp 18,90Å, điều cho thấy có lượng hạn chế CTAB chèn vào mẫu CTAB/Al-Bent lượng CTAB khơng đủ để mở rộng lớp xen (hình 3D) Mặt khác, mẫu CTAB/AlBent cịn có pic phổ nằm góc 2θ nhỏ (d = 37,01Å) cho thấy khoảng lớp có chứa CTAB polyoxocation nhơm (hình 3E) 18,90Å (A) (D) (B) (E) CTA+ CTAB (C) Polyoxocation nhơm (G) Hình Sơ đồ mô tả xếp CTAB polyoxocation nhôm Hình Sơ đồ mơ tả xếp CTAB polyoxocation nhơm bentonite biến tính.biến tính bentonite Phổ FTIR Phổ FTIR Hình Cấu tạo phân tử CTAB: (A) dạng zíc-zắc (B) dạng thẳng [15] Phổ FTIR mẫu CTAB, Bent -DL, CTAB-Bent, Al-Bent CTAB/Al -Bent CTAB, CTAB-Bent, Al-Bent đặc trưng cho dao động hóa trị nhómchỉ raPhổ trongFTIR hình 4.của Pic ởmẫu vị trí 3423 cm -1Bent-DL, CTAB/Al-Bent hình Pic vị trí 3423 NH phân tử CTAB tinh khiết (hình 4a) Ba pic dao động có cườngđộ mạnh xuất vị trí 3015, 2920 2849 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm-CH2 phân tử CTAB Một số pic dao động vị trí 1630, 1481 1468 cm-1 61(6) 6.2019 quy gán cho dao động hóa trị nhóm-CN, dao động kéo nhóm-CH2 dao 13 động biến dạng nhóm-OH phân tử nước Một số pic yếu xuất vùng từ 600-1000 cm-1, đặc biệt pic 963, 910, 725 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị + Khoa học Tự nhiên 3500 3000 2849 2500 2000 529 469 1032 914 915 426 1032 914 1472 1384 780 696 471 426 1032 1500 1000 725 963 910 1468 1630 1481 3015 3423 (a) CTAB 1402 1034 2920 4000 1630 914 3699 3649 (b) Bent DL 1481 1472 3026 2922 2851 3698 3649 3624 3437 (c) CTAB-Bent 1637 (d) Al-Bent 1456 2920 2851 3698 3649 3622 (e) CTAB/Al-Bent 3672 3649 %T cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm -NH phân tử CTAB tinh khiết (hình 4a) Ba pic dao động có cường độ mạnh xuất vị trí 3015, 2920 2849 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm -CH2 phân tử CTAB Một số pic dao động vị trí 1630, 1481 1468 cm-1 quy gán cho dao động hóa trị nhóm -CN, dao động kéo nhóm -CH2 dao động biến dạng nhóm -OH phân tử nước Một số pic yếu xuất vùng từ 600-1000 cm-1, đặc biệt pic 963, 910, 725 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm amin bậc [RN(CH3)3]+ dao động nhóm -CH2 [16] 500 cm-1 Hình Phổ FTIR mẫu CTAB mẫu bentonite biến tính Trong mẫu Bent-DL (hình 4b) xuất pic phổ đặc trưng 3699 3649 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm -OH liên kết với kim loại bát diện (Al3+, Fe3+, Mg2+ ) lớp sét Dao động hóa trị dao động biến dạng nhóm -OH phân tử nước tự do, nước hấp phụ bề mặt nước nằm lớp sét xuất vị trí 3437 1637 cm-1 Pic 1034 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị Si-O tứ diện Dao động biến dạng Si-O xuất vị trí 471 cm-1 Pic phổ 780 cm-1 đặc trưng cho dao động Al-Fe-OH Phổ FTIR Al-Bent (hình 4d) cho thấy thay đổi pic hấp phụ tương ứng dao động biến dạng phân tử nước hấp phụ bentonite Vị trí pic phổ chuyển dịch nhẹ từ 1637 cm-1 (Bent-DL) đến 1630 cm-1 (Al-Bent) Điều giải thích hàm lượng nước giảm thay polyoxocation nhôm nằm lớp sét Phổ FTIR CTAB-Bent (hình 4c) CTAB/Al-Bent (hình 4e) cho thấy pic phổ đặc trưng bentonite ban đầu bị ảnh hưởng không đáng kể Các pic đặc trưng cho dao động tứ diện/bát diện nằm vùng 3700-3100 cm-1 1630 cm-1 liên quan đến phân tử nước Pic phổ vị trí 2922, 2851 cm-1 (CTABBent) 2920, 2851 cm-1 (CTAB/Al-Bent) đặc trưng cho dao động bất đối xứng đối xứng nhóm -CH2 amin Khi biến tính bentonite CTAB cation CTA+ 61(6) 6.2019 phân tử CTAB trao đổi với cation vô hydrate nằm lớp sét bentonite; đó, pic dao động hóa trị bất đối xứng nhóm -CH2 từ 2849 cm-1 (CTAB) chuyển dịch vị trí 2851 cm-1 (trong mẫu CTAB-Bent, CTAB/Al-Bent) Điều cho thấy rằng, CTAB lớp vật liệu bentonite biến tính có liên kết yếu với bề mặt sét xuất số biến dạng mạch alkyl [17, 18] Phân tích trọng lượng nhiệt Đường TG-DTG mẫu CTAB, mẫu bentonite bentonite biến tính hình hình Sự khối lượng điểm nhiệt độ mẫu bentonite, bentonite biến tính CTAB chia thành ba giai đoạn tóm tắt bảng Vùng I, giai đoạn khối lượng vùng từ 30200oC quy gán cho nước hấp phụ, nước hydrate Trong khoảng nhiệt độ này, lượng nước lớn mẫu BentDL Al-Bent cho thấy có lượng lớn nước mẫu với khối lượng giảm 14,03 11,09% Nước hấp phụ nước tham gia liên kết yếu bị khoảng nhiệt độ thấp, nước hydrate cation lớp liên kết chặt chẽ bị nhiệt độ cao (~125oC) Mặc dù bentonite hữu xen tác nhân ưa hữu CTAB, nước hấp phụ xuất bề mặt tinh thể dọc bề mặt lớp sét phụ thuộc vào độ ẩm khơng khí [5, 12] Trong mẫu Al/CTABBent với khối lượng bị (4,21%) so với CTAB-Bent (3,92%) Vùng II, giai đoạn khối lượng xuất từ 200-500oC Đối với mẫu CTAB tinh khiết có pic rộng khối lượng xuất 277,63oC (hình 5B), mẫu Bent-DL có khối lượng không đáng kể Phần trăm khối lượng giảm giai đoạn chất hoạt động bề mặt xen lớp sét thay đổi từ 15,46% (pic 294,2oC) 8,11% (pic 484,8oC) mẫu CTAB/Al-Bent; mẫu CTAB-Bent thay đổi từ 9,08% (pic 275,7oC) 4,92% (pic 488,7oC) Khi biến tính bentonite đồng thời tác nhân CTAB polyoxocation nhôm xuất pic đặc trưng 294,2oC, biến tính tác nhân CTAB, pic xuất 275,7oC, gần với pic CTAB tinh khiết 277,63oC Đặc biệt CTAB/Al-Bent có nhiều pic xuất vùng cho thấy rằng, trình biến tính bentonite hỗn hợp polyoxocation nhơm CTAB thành công Kết phù hợp với công trình cơng bố trước [5] Vùng III, khoảng nhiệt độ từ 500-800oC, quy cho nước tách đơn vị cấu trúc -OH tinh thể aluminosilicate Hình Giản đồ TG-DTG tác nhân CTAB biến tính 14 Khoa học Tự nhiên Hình Giản đồ TG-DTG mẫu bentonite bentonite biến tính Hình Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (a) BentDL, (b) CTAB-Bent, (c) CTAB/Al-Bent (d) Al-Bent Bảng Phần trăm khối lượng bị phụ thuộc vào nhiệt độ bentonite bentonite biến tính Mất nước hấp phụ Mất chất hoạt động Mất nước cấu trúc nước hydrate bề mặt Nhiệt độ (oC) Khối lượng Nhiệt độ (%) (oC) Khối lượng (%) Vùng I: 30-200oC Vùng II: 200-500oC Vùng III: 500-800oC CTAB 3,85 127,8 81,27 277,63 14,88 490,3; 568,7 CTAB-Bent 3,92 80,5 9,08 4,92 275,7 488,7 12,91 528,8 Al-Bent 11,09 121,4 6,16 472,2 1,67 745,6 294,2 484,8 6,76 537,2 627,4 - 6,29 537,2 Mẫu CTAB/Al-Bent 4,21 102,14 15,46 8,11 Bent-DL 14,03 130,8 - Khối lượng Nhiệt độ (oC) (%) Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitrogen Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 mẫu bentonite bentonite biến tính hình phân bố kích thước lỗ xốp trình bày hình Bảng tóm tắt số thơng số đặc trưng cho tính chất bề mặt vật liệu Hình cho thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ mẫu Bent-DL, CTAB-Bent, CTAB/Al-Bent, Al-Bent thuộc loại IV theo phân loại IUPAC [19], hình dáng chúng đặc trưng hấp phụ đa lớp với ngưng tụ mao quản trung bình vùng áp suất P/P0>0,42 Diện tích bề mặt Al-Bent 182,67 m2/g, lớn diện tích bề mặt Bent-DL 45,74 m2/g Điều cho thấy mẫu Al-Bent có đóng góp polyoxocation nhôm nằm lớp xen sét bentonite diện tích bề mặt có hấp phụ lượng lớn phân tử N2 Trong đó, mẫu CTABBent CTAB/Al-Bent có diện tích bề mặt nhỏ so với Bent-DL Al-Bent Điều giải thích dựa vào thể tích tác nhân CTAB biến tính có kích thước lớn nhiều so với ion Ca2+ hydrate polyoxocation nhôm nằm lớp xen sét [4, 17, 20] Do vậy, phân tử CTAB ion CTA+ khóa chặt vào lớp sét [17] Các kết tương tự quan sát thấy với thể tích lỗ xốp nhỏ mẫu bentonite biến tính CTAB/Al tích lỗ xốp micro nhỏ bảng [4] 61(6) 6.2019 Hình Đường phân bố kích thước lỗ xốp (b) CTAB-Bent, (c) CTAB/Al-Bent (d) Al-Bent Kết tính tốn rằng, mẫu CTAB/ Al-Bent điều chế cách trao đổi đồng thời tác nhân polyoxocation nhôm CTAB CTAB trao đổi với cation vơ hydrate nằm lớp sét dạng cation CTA+ phân tử CTAB trước bị “khóa” chặt polyoxocation nhơm, CTAB polyoxocation nhơm chèn vào mẫu CTAB/Al-Bent [4] Bảng Một số thơng số đặc trưng cho tính chất bề mặt cấu trúc mao quản bentonite bentonite biến tính Mẫu SBET (m2/g) Smic (m2/g) Sext (m2/g) Vmic (cm3/g) Vp (cm3/g) Dmax,PB (nm) Bent DL 45,74 25,32 20,42 - 0,091 3,9 Bent-DL [6] 40,09 - - - - - CTAB-Bent 3,90 1,45 1,45 0,0006 0,028 14,4 CTAB/Al-Bent 1,05 0,67 0,38 0,0003 0,012 22,9 Al-Bent 182,67 26,31 156,36 0,0030 0,169 1,85 Đánh giá khả xử lý phenol đỏ Mn(II) vật liệu Hiệu suất xử lý phenol đỏ Mn(II) bentonite bentonite biến tính hình cho thấy rằng, Bent-DL hấp phụ phenol đỏ Mn(II) thấp, Al-Bent xử lý phenol đỏ thấp, CTAB-Bent xử lý Mn(II) thấp Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả R Zhu [4] cho thấy, Al-Bent hấp phụ naphthalene, CTAB-Bent hấp phụ phosphate 15 Khoa học Tự nhiên Hình Hiệu suất xử lý phenol đỏ Mn(II) loại vật liệu điều chế Kết hình cho thấy, hiệu suất xử lý phenol đỏ CTAB-Bent, CTAB/Al-Bent cao Bent-DL, Al-Bent Theo nghiên cứu số tác giả [3, 4, 17, 20] hấp phụ hợp chất hữu lên bề mặt chất hấp phụ trình hấp phụ phần Tức là, chất hữu phân chia thành phần hữu mạch alkyl Điều có nghĩa dung lượng hấp phụ phenol đỏ gây hợp phần hữu CTAB Bên cạnh đó, hiệu suất xử lý Mn(II) tăng theo thứ tự: CTABBent < Bent-DL < CTAB/Al-Bent ≈ Al-Bent Kết xử lý cho thấy khơng có mối liên hệ với diện tích bề mặt mẫu bentonite biến tính bảng Mẫu Al-Bent BentDL có diện tích bề mặt cao khả hấp phụ chúng thấp mẫu CTAB/Al-Bent Chất hấp phụ biến tính polyoxocation nhơm [3-5, 17] có khả hấp phụ hiệu oxoanion ion kim loại có liên quan phản ứng trao đổi tạo phức nhóm chức Al-OH bề mặt chất hấp phụ Nhóm Al-OH tạo phức đa nhân với ion kim loại dung dịch [8] Kết hình cho thấy, mẫu Al-Bent, CTAB/ Al-Bent có chứa nhóm Al-OH nên khả xử lý Mn(II) gần tương đương Do vậy, mẫu CTAB/Al-Bent có khả xử lý đồng thời phenol đỏ Mn(II) nước Kết luận Phép phân tích XRD sử dụng để khảo sát thay đổi khoảng cách lớp sét bentonite bentonite biến tính tác nhân polyoxocation nhôm, CTAB hỗn hợp CTAB/Al cho thấy, mẫu CTAB-Bent có kiểu xếp đơn lớp parafin với góc α = 22o, mẫu CTAB/Al-Bent với cấu trúc xếp lớp hỗn tạp dạng polyoxocation nhôm CTAB Kết phân tích FTIR, BET TG-DTG cho thấy q trình biến tính bentonite tác nhân CTAB polyoxocation nhôm thành công với pic phổ dao động đặc trưng nhóm có tác nhân biến tính Bước đầu thử nghiệm xử lý phenol đỏ Mn(II) cho thấy, mẫu CTAB/Al-Bent có khả xử lý đồng thời phenol đỏ Mn(II) nước TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Diệu Cẩm (2010), Nghiên cứu biến tính bentonite ứng dụng để hấp phụ xúc tác phân hủy hợp chất phenol nước bị ô nhiễm, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [2] S.M Dal Bosco, R.S Jimenez, C Vignado, J Fontana, B Geraldo, F.C.A Figueiredo, D Mandelli, and W.A Carvalho (2006), “Removal of Mn(II) and Cd(II) from wastewaters by natural and modified clays”, Adsorption, 12(133-146), p.133 [3] L Ma, J Zhu, Y Xi, R Zhu, H He, X Liang, and G.A Ayoko 61(6) 6.2019 (2016), “Adsorption of phenol, phosphate and Cd(II) by inorganic-organic montmorillonites: A comparative study of single and multiple solute”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 497, pp.63-71 [4] R Zhu, L Zhu, J Zhao, F Ge, and T Wang (2009), “Sorption of naphthalene and phosphate to the CTMAB-Al13 intercalated bentonites”, Journal of Hazardous Materials, 168, pp.1590-1594 [5] S.I Rathnayake, Y Xi, R.L Frost, and G.A Ayoko (2015), “Structural and thermal properties of inorganic-organic montmorillonite: Implications for their potential environmental applications”, Journal of Colloid and Interface Science, 459, pp.17-28 [6] Lê Thị Mỹ Linh (2016), Nghiên cứu biến tính bentonit Cổ Định ứng dụng xúc tác - hấp phụ, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế [7] Trương Đình Đức (2011), Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc bentonite Di Linh chống số oxit kim loại (Al, Fe, Ti) hữu hóa xetyl trimetyl amoni bromua ứng dụng làm vật liệu hấp phụ đa năng, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [8] Bùi Văn Thắng (2012), Nghiên cứu điều chế, tính chất vật liệu bentonit biến tính ứng dụng hấp phụ phốtphat nước, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Viện Cơng nghệ Xạ hiếm, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam [9] J Wang, H Ma, W Yuan, W He, S Wang, and J You (2014), “Synthesis and characterization of an inorganic/organic-modified bentonite and its application in methyl orange water treatment”, Desalination and Water Treatment, 52(40-42), pp.7660-7672 [10] M Altunlu and S Yapar (2007), “Effect of OH-/Al3+ and Al3+/clay ratios on the adsorption properties of Al-pillared bentonites”, Clays and Clay Minerals, 42(5), pp.518-525 [11] Trần Việt Dũng (2018), Điều chế vật liệu bentonite Di Linh hỗn hợp Al/CTAB ứng dụng xử lý phenol đỏ, Mn(II) nước, Luận văn Thạc sỹ Hóa học, Trường Đại học Đồng Tháp [12] Z Hu, G He, Y Liu, C Dong, X Wu, and W Wei (2013), “Effects of surfactant concentration on alkyl chain arrangements in dry and swollen organic montmorillonite”, Applied Clay Science, 75-76, pp.134-140 [13] H.S Wahab and A.A Hussain (2016), “Photocatalytic oxidation of phenol red onto nanocrystalline TiO2 particles”, J Nanostruct Chem., 6, pp.261-274 [14] L.G Yan, Y.Y Xu, H.Q Yu, X.D Xin, Q Wei, and B Du (2010), “Adsorption of phosphate from aqueous solution by hydroxy-aluminum, hydroxy-iron and hydroxy-iron-aluminum pillared bentonites”, Journal of Hazardous Materials, 179, pp.244-250 [15] H He, R.L Frost, T Bostrom, P Yuan, L Duong, D Yang, Y Xi, and J.T Kloprogge (2006), “Changes in the morphology of organoclays with HDTMA+ surfactant loading”, Applied Clay Science, 277, pp.116-120 [16] A.G Becerra, M.B Soto, V Soto, J.A Ceja, N Casillas, S Prévost, L Noirez, M Gradzielski, and J Escalante (2012), “Structure of reverse microemulsion-templated metal hexacyanoferrate nanoparticles”, Nanoscale Research Letters, 7(83), pp.1-12 [17] L Zhu and R Zhu (2007), “Simultaneous sorption of organic compounds and phosphate to inorganic-organic bentonites from water”, Separation and Purification Technology, 54, pp.71-76 [18] H Guo, X Jing, L Zhang, and J Wang (2007), “Preparation of inorganic-organic pillared montmorillonite using ultrasonic treatment”, Journal of Materials Science, 45, pp.6951-6955 [19] Trần Đại Lâm, Nguyễn Tuấn Dung, Nguyễn Lê Huy, Lê Viết Hải (2017), Các phương pháp phân tích hóa lý vật liệu, Nxb Khoa học tự nhiên Công nghệ [20] L Zhu and R Zhu (2008), “Surface structure of CTMA+ modified bentonite and their sorptive characteristics towards organic compounds”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 320(1-3), pp.19-24 16 ... Đánh giá khả xử lý phenol đỏ Mn(II) vật liệu Hiệu suất xử lý phenol đỏ Mn(II) bentonite bentonite biến tính hình cho thấy rằng, Bent-DL hấp phụ phenol đỏ Mn(II) thấp, Al-Bent xử lý phenol đỏ thấp,... phụ phenol đỏ Mn(II) vật liệu điều chếKhảo sát hấp phụ phenol đỏ Mn(II) vật liệu điều chế A study on synthesis of an inorganic/organic-modified bentonite materials to treat phenol red and Mn(II). .. Al-pillared bentonites”, Clays and Clay Minerals, 42(5), pp.518-525 [11] Trần Việt Dũng (2018), Điều chế vật liệu bentonite Di Linh hỗn hợp Al/CTAB ứng dụng xử lý phenol đỏ, Mn(II) nước, Luận