Điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận làm vật liệu hấp phụ

Giới thiệu về bentonit Bình Thuận – Việt Nam

Bình Thuận được đặc trưng bởi khí hậu khô nóng, lượng mưa ít và là nơi phân bố rộng rãi đá magma giàu kiềm (giàu Na và K). Với những đặc điểm trên bentonit tạo thành bởi hai quá trình thủy phân và quá trình hấp phụ trao đổi cation. Trữ lượng có thể khai thác được ở Nha Mé khoảng 42 triệu tấn còn ở thung lũng Vĩnh Hảo khoảng 33 triệu tấn [6]. Tạp chất chủ yếu trong khoáng sét là canxit, thạch anh vi tinh thể, phenspat, cao lanh. Trong thực tế, tùy theo mục đích sử dụng cho từng lĩnh vực mà đòi hỏi về hàm lượng montmorilonit cũng khác nhau, như khi dùng làm khuôn đúc trong ngành thép hoặc để sử dụng trong nông nghiệp thì có thể dùng bentonit nguyên khai hay chỉ qua khâu xử lý quặng sơ bộ, còn nếu dùng cho mục đích làm chất xúc tác, sử dụng trong ngành y, dùng để sản xuất sét hữu cơ thì đòi hỏi phải làm sạch, làm giàu bentonit để nâng hàm lượng montmorilonit trong bentonit lên cao. Có hai phương pháp hoạt hóa bentonit thường được sử dụng là hoạt hóa bằng kiềm, hoạt hóa bằng axit. Thành phần hóa học của bentonit Bình Thuận Thành phần. Sét hữu cơ là sản phẩm được tạo thành bởi sự thay thế cation vô cơ trong một số sét thuộc nhóm smectit có thể trao đổi với cation hữu cơ của nhiều dạng khác nhau. mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng), các aminoaxit, ancol,… trong đó các cation amoni hữu cơ bậc 4 được dùng phổ biến nhất. Liên kết của các cation hữu cơ với lớp silicat của montmorilonit tạo thành một tập hợp hữu cơ - vô cơ, có tính chất đặc biệt là ưa hữu cơ, nên có khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ trong môi trường lỏng trội hơn hẳn khiến chúng trở thành tiềm năng hữu ích trong nhiều ứng dụng.

Cấu trúc của sét hữu cơ [21-24,28]

Ngoài montmorilonit, các khoáng sét khác cũng đã được sử dụng, như hectorit (Vougaris và Petridis, 2002), fluoro-hectorit tổng hợp nhân tạo (Gorassi và các cộng sự, 2003), sepiollit (Akyüz và Akyüz, 2003),.. Các sự định hướng của các ion ankyl amoni trong các khoảng cách giữa các lớp silicat: a) lớp đơn; b) lớp kép; c) lớp giả tam phân tử; và d), e) sắp xếp kiểu. Số phần trăm cấu hình trans tăng lên một cách đột ngột có quan hệ mật thiết với độ dài mạch cực đại trước khi hệ thống chuyển từ lớp đơn sang lớp kép, bởi vì tại điểm này, các phân tử chất hoạt động bề mặt thích cấu hình tất cả trans hơn để sắp xếp một cách hiệu quả nhất và cung cấp một số cao nhất các nhóm CH2 và CH3 trong phạm vi một lớp đơn.

Tính chất và ứng dụng của sét hữu cơ [17,21,29]

Vì vậy, huyền phù bentonit hữu cơ trong dầu khá ổn định nhiệt, điều này cho phép sét hữu cơ có ứng dụng trong việc làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu cơ như sơn, dầu, mực in, dầu nhờn…. Hơn nữa, tính chất của vật liệu này là dễ phân tán hơn nhiều, ví dụ trong polime, do sự phân bố điện tích thích hợp hơn, tính chất kị nước, sự tách lớp, sự sắp xếp và kích thước thích hợp hơn.

Các phương pháp điều chế sét hữu cơ [32,33,38…]

- Cho phép điều chỉnh được tính chất của sản phẩm thông qua điều chỉnh các điều kiện phản ứng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ, thời gian của sự thủy phân, sự kết tinh ảnh hưởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm cuối cùng. Trong quá trình nghiên cứu xây dựng quy trình điều chế sét hữu cơ trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng phương pháp khuếch tán trong dung dịch nước vì phương pháp này dễ thực hiện, trang thiết bị đơn giản và đặc biệt là nó dễ triển khai với quy mô sản xuất lớn trong thực tế sau này.

Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận văn

THỰC NGHIỆM

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Khảo sát quá trình đ iều chế sét hữu cơ từ bentonit và CTAB

Sản phẩm sét hữu cơ điều chế được được chụp giản đồ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc lớp của sản phẩm, giá trị 2θ và khoảng cách giữa các lớp sét (d001); ghi giản đồ phân tích nhiệt để xác định hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ, từ đó đánh giá được mức độ thâm nhập của cation amoni hữu cơ vào bentonit, tìm được mức độ ảnh hưởng của yếu tố đang khảo sát đến giá trị d001 của sản phẩm sét hữu cơ và hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm. Sản phẩm sét hữu cơ điều chế được được chụp giản đồ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc lớp của sản phẩm, giá trị 2θ và khoảng cách giữa các lớp sét (d001); ghi giản đồ phân tích nhiệt để xác định hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ, từ đó đánh giá được mức độ thâm nhập của cation amoni hữu cơ vào bentonit, tìm được mức độ ảnh hưởng của yếu tố đang khảo sát đến giá trị d001 của sản phẩm sét hữu cơ và hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm. Qua kết quả khảo sát mức độ ảnh hưởng của pH huyền phù đến giá trị d001 và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm, chúng tôi thấy rằng, tuy pH ít ảnh hưởng tới giá trị d001 và hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm; nhưng nếu khuấy trộn huyền phù (CTAB và bentonit) có tỷ lệ CTAB/bentonit là 140mmol/100g trong 5h, ở nhiệt độ huyền phù là 60oC, thì khoảng cách lớp cơ bản d001 đạt giá trị cao và hàm lượng cation cetyl trimetyl amoni trong sản phẩm cũng đạt giá trị cao khi pH huyền phù được duy trì ở giá trị bằng 9,0.

Điều chế sét hữu cơ từ bentonit và dodecylamoni clorua (DAC)

Điều này có thể được giải thích như sau: thời điểm đầu, với sự tăng tỷ lệ DAC/bentonit, sự trao đổi giữa cation hữu cơ với các cation vô cơ có mặt ở giữa các lớp sét xảy ra mạnh hơn nên giá trị d001 tăng lên; nhưng khi tỷ lệ DAC/100g bentonit đạt đến giá trị 250mmol/100g thì nồng độ cation amoni hữu cơ trong huyền phù sét có thể coi là đã đạt bão hòa; Vì thế nếu tiếp tục tăng tỷ lệ đó lên thì giá trị d001 thay đổi rất ít. Và đến thời điểm nào đó, chúng tôi còn dự đoán giá trị d001 giảm xuống, do khi nồng độ cation amoni hữu cơ trong huyền phù sét đã đạt bão hòa, thì các đuôi hữu cơ của các amin trong dung dịch nước có xu hướng tập hợp lại thành hạt keo, các hạt keo đó không có khả năng thâm nhập nên quá trình trao đổi của các cation hữu cơ với cation vô cơ giảm; vì vậy giá trị d001 dần giảm xuống. Từ giản đồ phân tích nhiệt của các mẫu bentonit được chế hóa khi có mặt và không có mặt DAC và tính toán hàm lượng amoni hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ theo công thức đã nêu ở mục 2.3.2, chúng tôi đã thu được các kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH huyền phù đến hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm và đưa ra trong bảng 3.8.