Điều chế và ứng dụng sét hữu cơ từ khoáng Bentonite Bình Thuận

TINH HÌNH NGHIÊN CUU SAN XUẤT VÀ TIỂU THU BENTONITE TREN THE GIỚI

Công ty Sued- Chemie liên doanh với CHLB Đức là cơ sở hàng đầu với hệ thống hoạt hoá bentonite tiên tiến chế tao các sản pham bentonite chất lượng cao từ nguồn trong nước và nhập khẩu với công suất 6.500 tan/thang. Công ty có hệ thống phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu công nghệ và thử nghiệm chất lượng (thành phần cấp hạt, bề mặt riêng, dung lượng trao đôi, độ nhớt, sức căng bề mặt, mức độ. trương nở, pH, hàm âm..) các sản pham bentonite theo tiêu chuẩn quốc tế. Từ năm 1999 bắt đầu phát triển và sản xuất các loại sản phâm sét hữu cơ dé phân tán và trở thành công ty đầu tiên của Trung Quốc sản xuất vật liệu tiên tiến này.

TINH HÌNH NGHIÊN CỨU, KHAI THAC, CHE BIEN KHOÁNG BENTONITE O VIET NAM

Ngoài những công trình nghiên cứu địa chất nhằm tìm kiếm và đánh giá tài nguyên bentonite trong phạm vi cả nước (Cục Địa chất và khoáng sản, Viện Địa chất khoáng sản), những nghiên cứu quy hoạch dai hạn về tài nguyên bentonite Việt Nam (Cục Địa chất và khoáng sản), đã có một sé công trình nghiên cứu chế biến. Ở một số cơ sở nghiên cứu như Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam, Khoa Hóa học trường ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội và một số cơ quan khác đã nghiên cứu sử dụng nguồn bentonite trong nước, trong đó có bentonite Bình Thuận, dé điều chế sét chống lớp sử dụng làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, điều chế sét hữu cơ. Khi bắt đầu quá trình rơi dưới tác động của trọng lực (khi sa lắng tự do) hoặc của lực li tâm (khi sử dụng thiết bị thủy cyclone) trường các hạt rơi nhanh dần đều, tốc độ càng cao thì lực cản càng lớn cho đến khi lực cản môi trường lỏng cân bằng với lực li tâm thì các hạt bat đầu rơi với tốc độ không đổi [7].

SET HỮU CƠ

Hiệu quả quá trình hoạt hóa axit phụ thuộc vao tỷ lệ axit/bentonite, thời gian và. nhiệt độ xử lý. quánh thích hợp đủ khả năng định hình. Hỗn hợp được giữ một vài ngày ở nhiệt độ. Theo các tác giả công trình [136, 193] trong quá trình hoạt hóa băng axit thì trước hết các ion kim loại kiềm và kiềm thổ giữa các lớp sét được thay bằng H”. Sau đó là các ion nhôm và sắt được tách khỏi khu vực biên của hạt sét. Quá trình hoạt hóa axit cũng làm giảm kích thước hạt và tạo ra kích thước hạt đồng đều hơn. Phương pháp này được sử dụng trong trường hợp khoáng bentonite đã hấp phụ các hợp chất. hữu cơ dễ bay hơi. Như vậy nhờ quá trình hoạt hóa bằng axit, sét smectite được làm sạch triệt dé khỏi các tạp chất phi sét, ngoài ra nhiều đặc tính như bề mặt riêng, độ nhớt huyền phự, dung lượng trao đổi ion, độ trương nở, v.v. tăng rừ rệt. Để tỉnh quặng bentonite đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu điều chế sét hữu cơ, phương pháp hoạt hóa băng axit là phù hợp và chúng tôi lựa chọn phương pháp này để nghiên cứu trong phần thực nghiệm tinh chế sét. Các nghiên cứu về tương tác giữa các khoáng sét và các hợp chất hữu cơ đã được thực hiện từ những năm dau của thế ki XX và tăng lên không ngừng về số lượng và đa dạng về đề tài. Nghiên cứu sự thâm nhập của các phân tử hữu cơ vào khoảng cách giữa các lớp của các khoáng sét tự nhiên cũng đã được bắt đầu từ những năm 20 của thé ki XX, sau khi xuất hiện phương pháp nhiễu xa tia X vào. Các tác giả công trình [108] đã nghiên cứu một số yếu tố liên quan đến sự trương nở của các sét hữu cơ và quy mô của sự chuyên đổi của sét từ ưa nước đến kị nước. Các bentonite ưa hữu cơ được điều chế theo phản ứng của bentonite với. các amoni hữu cơ khác nhau. Sự trương nở của sét hữu cơ đã được nghiên cứu. trong một số chất lỏng và hỗn hợp chất lỏng hữu cơ. Các tác giả đã kết luận rằng, mức độ solvat hóa của bentonite phụ thuộc it nhất vào ba yếu tố: 1) Diện tích bề mặt của các hạt sét bị phủ bới chất hữu cơ. 2) Mức độ bão hòa của dung lượng trao. Kha năng keo tụ của sét hữu cơ thay đổi rất nhạy theo tỷ lệ muối amoni hữu cơ và sét, tại nồng độ muối amoni hữu cơ thấp thì sét không trương nở, có thé là do đuôi hữu cơ của amin hấp phụ một lớp mỏng trên bề mặt silicate nên tác dụng của chỳng khụng được thể hiện rừ, nhưng ở nồng độ amin cao quỏ thỡ khả năng tạo gel của sét hữu cơ cũng bị hạn chế. Độ bền của phức hữu cơ - sét một phần cũng là do lực hút van der Walls giữa các mạch hữu cơ và giữa các mạch hữu cơ với bề mặt hạt sét (hiệu ứng này tăng nhanh theo chiều dải mạch hữu cơ) một phần khác là đo độ bền nhiệt động học của các cation amoni bậc 4 trên bề mặt các hạt sét lớn hơn so với độ bền nhiệt động học của chúng được hydrat hóa [18, 46, 111, 173].

CÁC PHƯƠNG PHÁP TỎNG HỢP SÉT HỮU CƠ

Điều kiện tối ưu dé điều chế sét hữu cơ theo phương pháp lò vi sóng đã được khảo sát: lượng amoni hữu cơ (cetylpyridin ammonium chloride) bằng dung lượng trao đổi cation của bentonite, thời gian phản ứng trong lò vi sóng là 2 phút, ngắn hơn nhiều so với thời gian phản ứng vài giờ khi điều chế theo phương pháp thông thường. Khi các cation hữu cơ thay thế cho các cation vô cơ đã hydrat hóa thì bề mặt silicate thay đổi từ ưa nước thành ky nước, các cation hữu co có thê bám dính vào các vị trí thay thế đồng hình do các tương tác tĩnh điện hoặc chúng có thể bám dính vào các cation hữu cơ đã bị hấp phụ nhờ lực van der Walls. Tác gia Bùi Chương [4] đã nghiên cứu về vật liệu polymer-clay nanocomposite từ polypropylen (PP) với 4 phan khối lượng chất độn sét hữu cơ I2ĐE của hóng Nanocor (Mỹ) và nhận thấy, tớnh chất của vật liệu được cải thiện rừ rệt so với polyme ban đầu, độ cứng tăng thé hiện qua sự giảm mạnh độ giãn dài khi đứt, độ bền va đập tăng gần gấp đôi từ 4,5 đến 8 kJ/m”, độ bền kéo tăng từ 32 đến 32,7 MPa, trong khi hệ số khuếch tán của nước và n hexan giảm khoảng 2 lần.

THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• LAM GIÀU MMT TỪ NGUON KHOANG BENTONITE
• ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU POLYMER-CLAY NANOCOMPOSITE

Dưới tác dụng của lực ly tâm, những hạt có kích thước lớn hơn kích thước ranh giới dso (kích thước ranh giới ds) được xác định như là kích thước của. hạt rắn mà hạt này ở vi trí cân bằng giữa dòng chảy xuống phía dưới và dong chảy lên phía trên) sẽ chuyển động theo dạng dòng xoáy cùng với một lượng nước nhỏ dọc theo tường cyclone xuống phía dưới và đi qua van tháo hạt thô (spigot) nằm. Các mẫu bentonite được xác định diện tích bề mặt trên máy Autochem II (Nhật). DIEU CHE SET HỮU CƠ. Quá trình điều chế sét hữu co có thé được tiến hành theo phương pháp wot. Phương pháp nay dựa vào quá trình tương tác giữa huyền phù bentonite với dung. dịch các muôi amoni hữu cơ trong dung dịch nước. Phương pháp chuyển các amin hữu cơ thành dạng muối amoni. Các amin sử dụng trong luận an này là những amin mach dai ít tan trong. nước, mặt khác sự hình thành sét hữu cơ là sự thay thế các cation vô cơ ở giữa các lớp sét bằng các cation hữu cơ, vì vậy dé quá trình điều chế đạt hiệu quả cao chúng tôi đã tiến hành chuyên các amin này thành dang muối amoni dễ tan theo phương. trình phản ứng sau:. * Các bước tiễn hành. - Cô cạn dé đuôi axit du. - Bảo quản phần muối rắn màu trắng trong lọ tối màu đậy kín để sử dụng dần. Quá trình thực nghiệm điều chế sét hữu cơ theo phương pháp ướt. Thiết bị được sử dụng để nghiên cứu quá trình điều chế sét hữu cơ theo phương pháp ướt ở điều kiện thường trong dung dịch được trình bày trên hình 2.1. theo phương pháp ướt ở điều kiện thường trong dung dịch nước: a) dung tích 2 lít. - Lay một lượng mẫu bentonite BT 90 thực hiện các bước như qui trình điều chế sét hữu cơ nhưng không cho muối amoni hữu cơ vào, sau khi khuấy trộn ở pH, nhiệt độ và thời gian xác định đem rửa và sấy khô sản phâm rồi nghiền mịn và đem ghi giản đồ phân tích nhiệt, tính tổng độ hụt khối lượng của mẫu bentoniteBT 90.

KET QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Các kết qua phân tích thành phan hoá học của bentonite Nha Mé - Bình Thuận.

PHIẾU KÉT QUÁ PHÂN TÍCH

CÁC KET QUÁ ĐO TÍNH CHAT CƠ LÍ CUA CAO SU TỰ NHIÊN VOI CHAT PHỤ GIA SÉT HỮU CƠ.

NLABO5

+ Kết quả này chỉ có giá tri trên mẫu thử do khách hàng cung cấp.