Theo quan điểm tổng hợp, cỏc dung dịch chống sau khi điều chế và để già húa trong cỏc điều kiện nhất định phải là cỏc dung dịch trong suốt và khụng cú kết tủa. Để kiểm tra, phõn tớch dung dịch pillar phải loại bỏ cỏc kết tủa hydroxit. Thật vậy, cỏc polyoxocation kim loại Al137+, [Fe (OH) ]5+ hay [(TiO) (OH) ]4+ đều cú cấu trỳc xỏc định, kớch thước cation vào khoảng ~1 nm.
Để hỡnh thành cỏc cation polyme này tỷ lệ cỏc cấu tử và thời gian già húa là rất quan trọng. Việc phõn tớch cấu trỳc của cỏc cation này hiện nay người ta hay dựng cỏc phương phỏp vật lý như 27Al- MAS-NMR cho [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+, phương phỏp phổ tử ngoại cho [Fe3(OH)4]5+ hay so màu (colorimetry) cho [(TiO)8(OH)12]4.
Đối với ion Al137+. Trong phổ 27
Al-MAS-NMR cú hai pớc: một pớc ở 0 ppm và một pớc ở 62,8 ppm. Tớn hiệu đầu tiờn gắn cho cỏc nguyờn tử tứ diện, AlO4 nằm ở tõm của ion Al137+. Cũng từ đõy, cú thể từ diện tớch cỏc pớc tớnh được hàm lượng nhụm cú mặt trong dung dịch pillar Al137+, và về mặt cấu trỳc cú thể rỳt ra:
- Ở tõm của ion polyme Al137+ là ion Al3+ cú phối trớ tứ diện AlO4,
- Xung quanh ion
Al3+ trung tõm là 12 ion Al3+ cú phối trớ bỏt diện AlO6 và sắp xếp khụng đối xứng.
Ion Al7+13 cú đường kớnh ion ~1 nm, dạng hydrat húa [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ cú đường kớnh ~2,5 nm [31].
Đối với [Fe3(OH)4]5+. Dung dịch chống [Fe3(OH)4]5+ cú màu thay đổi tựy theo tỷ lệ R = OH-
/Fe3+. Thớ dụ, Fe(NO3)3.9H2O cú màu vàng, khi thủy phõn với tỷ lệ OH-
/Fe3+ thay đổi thỡ màu của dung dịch chống cũng thay đổi:
- R = OH-/Fe3+ = 0,5, dung dịch chống cú màu da cam, tương ứng với bước súng trong UV là 810 nm,
- R = OH-/Fe3+ = 1,0, dung dịch chống cú màu vàng, max= 877 nm,
- R = OH-/Fe3+ = 1,5, dung dịch chống cú màu đậm, max= 880 nm,
- R = OH-/Fe3+ = 2,0, dung dịch chống cú màu rất đậm, max= 890 nm,
Như vậy, dung dịch [Fe3(OH)4]5+ cú thể tồn tại ở tỷ lệ OH-/Fe3+ = 1,5- 2, pH = 1,8 - 1,9.
Đối với
[(TiO)8(OH)12]4+. Trong quỏ trỡnh điều chế, sự hỡnh thành [(TiO)8(OH)12]4+ phụ thuộc rất nhiều vào
thời gian già húa và màu của ion này cũng thay đổi (từ màu vàng da cam đến màu trắng đục). Khi xuất hiện màu trắng nhưng khụng cú kết tủa đú là [(TiO)8(OH)12]4+ được hỡnh thành.
1.3. ỨNG DỤNG
CỦA SẫT
là kaolin và montmonillonite (bentonite) [117]. Thớ dụ:
- Sản xuất bentonite trờn thế giới (khụng kể Trung Quốc và Nga)
Năm 1991 1995 1999 2002
Đơn vị, triệu tấn 9,360 9,800 10,400 10,300 - Sản xuất kaolin trờn thế giới (kể cả Việt Nam và Nga)
Năm 1991 1995 1999 2002
Đơn vị, triệu tấn 32,600 37,600 41,500 43,200 Bentonite được sử dụng trong cỏc lĩnh vực khỏc nhau dựng làm:
- Chất hấp phụ - Chất bỏm dớnh - Thức ăn gia sỳc - Gốm sứ
- Chế tạo dung dịch khoan - Chất độn, chất làm đầy - Chất tẩy màu.
Bentonite được xuất khẩu dưới dạng: - Dung dịch khoan
- Cỏt đỳc
- Cỏc dạng khỏc.
Thớ dụ, Mỹ xuất khẩu bentonite:
Năm 1995 1999 2002
Đơn vị, triệu tấn 3,82 4,29 3,47
Và kaolin làm phụ gia cho sơn:
Năm 1995 1999 2002
Đơn vị, triệu tấn 0,338 0,376 0,383
Theo tài liệu [5], trữ lượng bentonite của Việt Nam đó được xỏc định và dự bỏo khoảng 95 triệu tấn. Mỏ Tam Bố (Di Linh - Lõm Đồng) trữ lượng đạt 4 triệu tấn hiện đang được khai thỏc. Giai đoạn từ nay đến 2015, nhà nước đầu tư tăng cụng suất khai thỏc và chế biến để đạt 25.000 - 30.000 tấn/năm. Giai đoạn 2016-2025, cụng suất khai thỏc và chế biến đạt 50.000 - 60.000 tấn/năm. Cũng theo tài liệu này, bentonite Tam Bố (Di Linh – Lõm Đồng) cú hàm lượng magie cao (~3.28%), cú thể dựng làm phụ gia cho dung dịch khoan trong cụng nghiệp dầu khớ.
Một trong những tớnh chất quan trọng nhất của bentonite là khả năng hỡnh thành gel với nước. Chỳng cú thể hấp phụ lượng lớn nước và tăng thể tớch lờn nhiều lần (từ 12 – 15 lần) so với thể tớch bentonite khụ. Khi bentonite hấp phụ nước, lỳc đú cỏc ion đền bự điện tớch hidrat húa, cỏc lớp sột bị trương nở và chỳng cú khả năng trao đổi với cỏc ion kim loại đa húa trị, cỏc polyoxocation đơn kim loại hay đa kim loại (vớ dụ [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+), cỏc cation hữu cơ (vớ dụ tetra-ankyl amoni halogenua, R1R2R3R4N+X-)… Bằng cỏch biến tớnh cỏc bentonite như vậy, người ta cú thể tạo ra nhiều loại vật liệu mới cú nhiều tớnh chất thỳ vị, ứng dụng trong cỏc lĩnh vực cụng nghiệp khỏc nhau và đời sống.
Thụng thường, khi sử dụng bentonite vào trong cỏc quỏ trỡnh cụng nghiệp người ta thường chuyển bentonite tự nhiờn thành bentonite dạng thuần natri. Quỏ trỡnh này thường được thực hiện theo phương phỏp ướt. Sau đú, bentonite dạng thuần natri được dựng trao đổi với cỏc ion kim loại khỏc hay cỏc polyoxocation. Khi trao đổi Bent–Na với cỏc ion kim loại đơn giản Men+, ta thu được Bent-Me.
Khi trao đổi với cỏc polyoxocation đơn kim loại hay đa kim loại như: [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+, [Fe3(OH)4]4+, [(TiO)8(OH)12]4+, [(Al13-xFexO4(OH)24]7+… ta thu được sột chống.
Cỏc Bent-Me2/nO được sử dụng làm vật liệu hấp phụ, tỏch cỏc ion kim loại nặng ra khỏi nguồn nước thải trước khi thải vào mụi trường [12, 13, 23, 24, 65, 87, 91, 106].
Ngoài ra, bentonite cũn được hữu cơ húa khi biến tớnh bằng cỏc cation hữu cơ bằng hai phương phỏp khụ và phương phỏp ướt. Khi Bent-Na được trao đổi với cỏc cation hữu cơ R1R2R3R4N+Hal-, R1R2R3R4P+Hal- (cỏc gốc R1, R2,R3, R4 là cỏc gốc ankyl, ankyl aryl hay aryl) ta được cỏc sột hữu cơ. Dưới đõy là phương trỡnh biểu diễn quỏ trỡnh hữu cơ húa bentonite dạng natri bằng xetyl tri-metyl amoni bromua (CTAB):
Bent-Na+ + C16H33(CH3)3N+Br- Bent-N+(CH3)3C16H33 + NaBr (1.5)
Như vậy, sau phản ứng ta cú thể chuyển Bent-Na ưa nước thành sột hữu cơ ưa dầu. Vỡ trong quỏ trỡnh trờn, cỏc ion Na+ cú khả năng hydrat húa mạnh bị thay thế bởi cỏc cation hữu cơ và bề mặt lớp sột mang điện tớch õm đó bị che phủ bởi cỏc gốc hydrocacbon ưa dầu.
Khi Bent-Me2/nO được trao đổi với cỏc cation hữu cơ ta thu được cỏc sột chống ưa dầu. Sột hữu cơ và sột chống ưa dầu đều cú thể sử dụng làm vật liệu hấp phụ tỏch cỏc hợp chất ụ nhiễm hữu cơ như: cỏc phenol, cỏc thuốc bảo vệ thực vật, cỏc khỏng sinh, cỏc loại thuốc nhuộm cụng nghiệp… cú trong nước. Như vậy, chỳng cú thể dựng làm vật liệu xử lý mụi trường ụ nhiễm cỏc hợp chất hữu cơ khú phõn hủy [10, 11, 48, 54, 61, 63, 66, 83, 100, 103, 108, 110, 119].
Một ứng dụng quan trọng khỏc của Bent-Me và Bent-Me2/nO là chỳng cú thể được sử dụng làm vật liệu xỳc tỏc cho cỏc quỏ trỡnh húa học khỏc nhau như:
- Quỏ trỡnh hydro desunfua húa (HDS), hydro denitơ (HDN) làm sạch xăng và cỏc sản phẩm dầu [42, 97].
- Quỏ trỡnh khử
chọn lọc NOx làm sạch mụi trường [93, 95].
- Quỏ trỡnh xỳc tỏc
quang húa phõn hủy cỏc hợp chất hữu cơ cú trong nước [121].
- Quỏ trỡnh
Fenton dị thể oxi húa cỏc hợp chất màu hữu cơ [29, 34, 52, 67].
- Quỏ trỡnh
dehydro húa điều chế olefin [73].
- Quỏ trỡnh hydro
đồng phõn húa, hydro cracking cỏc hydrocacbon [90].
- Quỏ trỡnh đốt
chỏy CH4 trong cỏc tuabin khớ để phỏt điện nhằm giảm thiểu phỏt thải khớ NOx [118].
- Quỏ trỡnh
chuyển húa cỏc hydrocacbon thơm [89].
- Quỏ trỡnh oxi
húa chọn lọc cỏc hợp chất hữu cơ [122].
- Chế tạo cỏc vật
liệu mới: nano clay composite [56, 106].
Hiện nay, cỏc sột chống thu hỳt được sự quan tõm rộng rói của cỏc nhà khoa học trờn thế giới. Cỏc cột chống (pillar) thường là đa kim loại như: Si–Al, Fe–Al, Ce–Al, Zr–Al, Cr–Fe–Zn, Al–Ce– Mg, Al–Ce–Co (Ni - Zn)… hoặc là cỏc hợp chất phức cơ kim [34, 60, 71, 82, 107]. Cỏc sột chống bằng cỏc cluster oxit kim loại cú nhiều ứng dụng rất khỏc biệt là do cỏc vật liệu này cú lực axit và số lượng tõm axit cú thể khống chế được [71, 82], diện tớch bề mặt của sột chống tăng lờn rất nhiều so với bentonite nguyờn khai, kớch thước lỗ xốp và thể tớch lỗ lớn cho phộp cỏc phõn tử hữu cơ cú kớch thước động học lớn, khuếch tỏn dễ dàng vào sõu trong cấu trỳc sột chống, cỏc cluster oxit kim loại cú thể đúng vai trũ như cỏc xỳc tỏc oxit húa khử [40, 49, 96, 117].
Như ở trờn đó trỡnh bày, cỏc sột hữu cơ, sột chống hữu cơ cú đặc trưng ưa dầu. Vỡ thế, chỳng được sử dụng rất nhiều trong cụng nghiệp khai thỏc dầu khớ, để chế tạo dung dịch khoan [113], mực [112] và làm phụ gia làm đặc (thickener) cho sơn [22, 47, 58, 84].
Những nghiờn cứu về sột hữu cơ, sột chống và sột chống ưa dầu ở nước ta rất hạn chế, đặc biệt là sột chống ưa dầu làm phụ gia cho sơn phủ và làm vật liệu hấp phụ đa chức năng trong xử lý mụi trường ụ nhiễm đồng thời bởi cỏc chất hữu cơ và cỏc ion kim loại nặng (xử lý ụ nhiễm thứ cấp).