pháp khuếch tán trong dung dịch nước
Phương pháp khuếch tán trong dung dịch nước là phương pháp có thể áp dụng đối với các chất hữu cơ hóa dạng ion hoặc không phải ion. Phương pháp này cũng đã được nghiên cứu được áp dụng chủ yếu đối với các tác nhân hữu cơ hóa là các muối amoni hữu cơ và các photphoni hữu cơ. Cơ chế phản ứng hữu cơ hóa sét MMT bằng các muối amoni và photphoni hữu cơ đã được nhiều nhà khoa học quan tâm [10], [13].
Sự có mặt phân tử hữu cơ sau khi bị hấp phụ đã làm thay đổi khoảng cách cơ bản d001 giữa hai lớp sét. Khoảng cách này phụ thuộc vào thành phần dung dịch, cấu tạo phân tử và nồng độ tác nhân hữu cơ, lượng chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ,... Chất lượng sản phẩm được đánh giá thông qua các phương pháp như nhiễu xạ tia X, phân tích nhiệt, hiển vi điện tử quét SEM và phổ hồng ngoại [13], [14].
Ảnh hưởng của cấu hình phân tử hữu cơ: Nếu chất hữu cơ là amin mạch thẳng
có số nguyên tử cacbon nC < 13 thì d001 là 13,6 Å. Còn 13 < nC < 18 thì d001 là 17,6 Å. Đồng thời cation hữu cơ có kích thước càng lớn và cấu trúc cồng kềnh thì càng khó bị khử hấp phụ ra khỏi bề mặt bentonite. Vì vậy sét hữu cơ tạo thành trên cơ sở muối amoni và photphoni hữu cơ bậc 4(nhất là cation amoni và photphoni hữu cơ bậc 4 có 14 ≤ nC ≤18) rất bền vững dưới tác dụng của dung môi và nhiệt.
Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân hữu cơ: Lượng cation hữu cơ dùng để trao
đổi có thể lớn hơn dung lượng trao đổi cation của sét. Với hợp chất muối amoni hữu cơ có ba nhóm metyl và một nhóm hiđrocacbon mạch dài thì sét có thể hấp phụ một lượng cation trao đổi bằng 2,5 lần dung lượng trao đổi cation của sét. Khi đó lượng cation hữu cơ dư bị hấp phụ vật lý bởi lực Van-đec-van trên các cation hữu cơ đã bị hấp phụ
từ trước. Các cation hữu cơ bị giữ trên bề mặt phiến sét nhờ liên kết giữa hiđro của cation hữu cơ với oxi đỉnh trên tứ diện SiO4 của phiến sét.
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: Bản chất của tương tác giữa phân tử hữu
cơ với bentonite là sự khuếch tán các cation hữu cơ vào giữa hai lớp sét nên thời gian phản ứng có ảnh hưởng đến chất lượng sét hữu cơ. Khi thời gian phản ứng tăng, sự khuếch tán và hấp phụ của cation hữu cơ vào bentonite tăng lên và sau đó đạt giá trị bão hòa.
Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng: Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng trao
đổi tăng lên do đó sự hấp phụ và trao đổi của cation hữu cơ trên bề mặt bentonite cũng tăng theo nhiệt độ, ở nhiệt độ thấp phản ứng diễn ra khó vì ở nhiệt độ này các hợp chất amoni ở trạng thái đông đặc. Ở vùng nhiệt độ cao huyền phù bentonite có hiện tượng đặc lên (tăng độ nhớt) do hiệu ứng keo tụ của các muối amoni hữu cơ bị thủy phân.
Ảnh hưởng của điều kiện rửa: Khi nghiên cứu sự hấp phụ và khử hấp phụ
hàng loạt muối amoni hữu cơ như cetylpiriđyl bromua, cetyltrimetyl bromua, đođecylpiriđyl bromua trên bentonite, các tác giả công trình đã tìm thấy quy luật: - Ái lực hấp phụ của bentonite với muối amoni tăng tỉ lệ với kích thước của cation hữu
cơ do sự tăng lực Van-đec-van giữa bề mặt sét và cation amoni.
- Đồng thời theo thời gian, cation hữu cơ có kích thước càng lớn và cấu trúc cồng kềnh thì càng khó bị khử hấp phụ ra khỏi bề mặt bentonite. Vì vậy sét hữu cơ tạo thành trên cơ sở muối amoni hữu cơ bậc 4 có 14 < nC < 18 rất bền vững dưới tác dụng của dung môi và nhiệt [10], [20].
Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy, nung: Khi làm khô mẫu sét hữu cơ trong khoảng
nhiệt độ từ 50 đến 150oC, khoảng cách cơ bản d001 tăng, sau đó giảm dần khi tăng nhiệt độ. Tại nhiệt độ sấy khô lớn hơn 200oC, khoảng cách giữa các lớp cấu trúc giảm mạnh vì sự phân huỷ của chất hữu cơ. Giá trị này tiếp tục giảm khi tăng nhiệt độ tới 425oC. Điều đó có thể được giải thích do có liên quan tới sự phân bố dị thể của cation hữu cơ vào giữa các lớp aluminosilicat. Việc tăng khoảng trống trong khoảng nhiệt độ từ 50 đến 100oC liên quan tới sự nóng chảy chất hoạt động bề mặt, tạo ra môi trường giống như chất lỏng ở giữa các lớp. Từ 100 đến 150oC do sự giãn nở nhiệt của chất hoạt động bề mặt dẫn tới việc tăng khoảng trống.
Ảnh hưởng của pH: pH phản ứng có ảnh hưởng tới chất lượng sét hữu cơ, ở pH cao (từ 9 đến 10), bentonite-Na bị trương nở mạnh đến từng lớp sét tạo điều kiện cho
phản ứng trao đổi với cation hữu cơ dễ dàng hơn. Ngoài ra ở pH cao trên các cạnh của phiến sét các trung tâm tích điện dương sẽ chuyển dần thành điện tích âm, điện tích âm tạo điều kiện cho các cation hấp phụ lên các cạnh, lượng cation tham gia vào phản ứng trao đổi tốt hơn. Do vậy quá trình hấp phụ cation hữu cơ vào giữa các lớp bentonite xảy ra tốt hơn [2], [12].