CHƢƠNG I TỔNG QUAN
1.2. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU SÉT CHỐNG
1.2.1. Cấu trúc và đặc điểm của vật liệu sét chống
1.2.1.1. Polioxocation kim loại – cột chống (pillars)
Mont trƣơng nở do sự hiđrat hóa của các cation nằm giữa các lớp nhôm silicat tạo khoảng cách giữa các lớp. Chống là xen kẽ các phần tử lạ vào khoảng giữa các lớp của mont. Những phân tử này đƣợc xen kẽ vào giữa các lớp sét bằng cách trao đổi với cation đền bù điện tích bề mặt. Mont đƣợc chống bằng polioxocation vơ cơ cho sản phẩm có diện tích bề mặt riêng lớn. Tùy thuộc vào kích thƣớc, chiều cao của các cột chống mà độ xốp của mont khác nhau. Cỡ lỗ xốp của mont có thể khống chế bằng cách lựa chọn điều kiện, phƣơng pháp điều chế, loại vật liệu làm cột chống [3]. Ví dụ khi chống bằng hỗn hợp Cr+3, Al+3 có thể thu đƣợc vật liệu chống có khoảng khơng gian cơ sở từ 19 – 24,9 Å. Có nhiều phƣơng pháp chống mont để tạo nên nhơm silicat xốp. Có nhiều loại polioxocation kim loại đƣợc dùng để chống giữa các lớp sét tạo nên vật liệu xốp.
Hình 1.7. Sơ đồ quá trình chèn các polycation vào giữa các lớp bentonite
Quá trình trao đổi cation phụ thuộc nhiều vào tốc độ khuấy trộn, kích thƣớc hạt, nhiệt độ, bản chất của polycation và tuổi của dung dịch chống.
1.2.1.2. Sét chống (Pillared clays) (PILC)
Quá trình nung định hình cấu trúc : Nung ở khoảng nhiệt độ 300-500oC để chuyển đổi tiền chất chống thành dạng oxit kim loại cứng, bền (hình 1.8). Nếu đất sét chống khơng đƣợc nung thì cấu trúc dễ bị sụp qua sự thủy phân tinh thể bên trong cấu trúc. Quá trình nung tốt sẽ đáp ứng những điều kiện sau:
- Các cation kim loại đã chống trong các lớp đất sét sẽ không trao đổi với các cation khác nữa.
- Sản phẩm cuối sẽ không trƣơng nở thêm trong các dung môi phân cực.
- Nhiệt độ nung không đƣợc quá cao nhằm ngăn sự giảm cấp và mất cấu trúc siêu xốp (nhƣ sụp mạng cấu trúc hoặc kết khối sản phẩm).
Hình 1.8. Sơ đồ quá trình nung định hình cấu trúc
polioxocation kim loại ta đƣợc sét chống. Polioxocation nhôm điều chế đƣợc ở trạng thái phân tán từ dung dịch Al3+ bằng cách điều chỉnh pH sao cho tƣơng ứng với tỉ lệ OH/Al trong khoảng từ 2-2,5. Độ bền của các cột chống nhôm ở điều kiện thủy nhiệt có thể tăng rất nhiều bằng cách trao đổi proton giữa các lớp với cation nhƣ Mg2+, Ca2+, La2+... [3]
Sản phẩm của phản ứng giữa Mont-Na và dung dịch polioxocation crom có khoảng cách giữa các lớp lên tới 27,6Å. Nếu dùng các polioxocation nhơm thì khoảng cách giữa các lớp là 20Å. Với [Fe3(OAc)7OH]+ là 21,5Å sau khi nung khoảng cách giữa các lớp nhômsilicat là 16,7Å; với [(TiO)8(OH)12 ]4+ lên tới 30Å. Các cột chống SiO2 thu đƣợc bằng cách xen kẽ vào giữa các lớp sét cation triaxetat sityl [Si(CH3COO)3]+ và sau đó cho thủy phân thu đƣợc sét chống SiO2.
Hình 1.9. Sơ đồ hình thành sét chống nhôm
Do khả năng ứng dụng của mont trong lĩnh vực xúc tác ngày càng rộng rãi và do có thể làm thay đổi tính axit của mont nên ngồi việc điều chế mont chống bằng polioxocation đơn kim loại ngƣời ta còn điều chế cột chống là hỗn hợp kim loại đa hóa trị.
1.2.2. Vật liệu bentonite chống TiO2 cấy thêm Fe, N, S [49]
Cation [(TiO)8(OH)12]4+ dùng làm tác nhân chống trong luận văn này đƣợc điều chế theo phƣơng pháp sol-gel thủy phân từ tiền chất Ti(OR)4 bằng HNO3 trong
líp silicat líp silicat líp silicat Q trình chống [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ líp silicat líp silicat líp silicat 5500C líp silicat líp silicat líp silicat
Natri ions; [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ Pillars [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ 5500C 7H+ + 6,5Al2O3 + 8,5H2O
môi trƣờng H2O + etanol 99%. Sau đó sol-gel này đƣợc nhỏ dần vào huyền phù bentonite đã trƣơng nở trong etanol tạo nên bentonite chống.
Việc cấy thêm Fe, N , S từ tiền chất (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O vào sol-gel của [(TiO)8(OH)12]4+ ở một tỷ lệ nhỏ với hi vọng tạo nên một sự biến đổi nào đó về cấu trúc cũng nhƣ hoạt tính quang hóa của TiO2 đƣợc hình thành khi nung để định hình Bentonite chống FeNS.
Nhƣ vậy, bentonite chống TiO2 cấy thêm Sắt, Lƣu huỳnh, Nitơ dùng trong xử lý chất hữu cơ gây ô nhiễm mơi trƣờng vừa kết hợp đặc tính quang hóa của TiO2 để oxi hóa triệt để chất ơ nhiễm, vừa kết hợp đặc tính hấp phụ lớn của bentonit chống Titan pha tạp Fe,N,S để tăng hiệu quả xử lý của xúc tác.