CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.2. Tổng quan vật liệu
1.2.3. Khoáng sét bentonit
Khống sét bentonit
Bentonite có thành phần chính là montmorillonit (MMT) với cơng thức hố học tổng quát: (Na,Ca)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O. Ngoài ra trong bentonite cịn có một số loại khống khác như kaolinit, kronit, canxit, thạch anh và các muối của các kim loại kiềm và kiềm thổ. Trong thành phần hố học của bentonit ngồi hai ngun tố chính là nhơm và silic cịn có các ngun tố khác như: Fe, Ca, Mg, Ti, K, Na… Tỷ lệ Al2O3/SiO2 của montmorillonite nằm trong khoảng 1/2 đến 1/4.
Cấu trúc tinh thể, thành phần hoá học và phản ứng trao đổi cation của montmorilonit
MMT có cấu trúc lớp 2:1. Cấu trúc tinh thể của MMT gồm hai mạng tứ diện SiO4 và xen giữa là một mạng bát diện MeO6 (Me = Al, Mg). Giữa các
lớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hydrat hoá. Trong mạng cấu trúc của MMT thường xảy ra sự thay thế đồng hình của các cation. Do sự thay thế đồng hình của các ion trong mạng tinh thể (ở mạng bát diện Al3+
bị thay thế bằng Mg2+, Fe2+, Zn2+, Li2+, ở mạng tứ diện Si4+
bị thay thế bởi Al3+ hoặc Fe3+). Sự thay thế đồng hình của các cation hố trị cao bằng các cation hoá trị thấp trong mạng tinh thể tạo ra sự thiếu hụt điện tích dương trong cấu trúc của phiến sét
và làm cho bề mặt phiến MMT xuất hiện các điện tích âm. Đối với bentonite sự thay thế đồng hình này thường xảy ra tại lớp bát diện kẹp giữa hai lớp tứ diện. Các cation trao đổi nằm trên bề mắt phiến sét có độ linh động cao do có liên kết yếu với bề mặt phiến sét, vì vậy các cation này dễ dàng di chuyển trên bề mặt phiến sét và trao đổi với các cation khác. Khả năng trao đổi của bentonite phụ thuộc chủ yếu vào hố trị và bán kính của các ion trao đổi. Ở cùng một nồng độ khả năng trao đổi của các cation thay đổi theo dãy: H+
> Al3+> Ca2+> Mg2+> NH4+> Na+. Các lớp cấu trúc liên kết với nhau bởi lực Van der Waal thông qua cầu nối liên kết - OSiO- chính vì vậy nước và các chất phân cực khác dễ dàng xâm nhập vào mạng tinh thể gây ra việc tăng khoảng cách giữa các lớp do đó MMT có độ trương nở rất cao. Chiều dày của một lớp cấu trúc là 9,6 Ao
đối với trạng thái khô. Khi hấp thụ nước thì khoảng cách giữa lớp cấu trúc tăng lên khoảng 15- 20Ao. Khoảng cách này cịn có thể tăng lên đến 40Ao
khi các cation trao đổi được thay thế bằng các ion vô cơ phân cực, các phức cơ kim, các phân tử hữu cơ …[28, 45]
Ứng dụng của bentonit
Khống sét bentonit có rất nhiều ứng dụng thực tiễn và cùng với sự phát
triển của khoa học kỹ thuật các ứng dụng của nó khơng ngừng tăng lên. Đó là do các tính chất đặc biệt của nó và khả năng biến tính bề mặt khống sét tương đối dễ dàng, thêm nữa khoáng sét lại là nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi dào và rẻ tiền. Cùng với việc khai thác triệt để các ứng dụng trước đây các hướng ứng dụng mới liên tục được đặt ra và phát triển. Rất nhiều các loại vật liệu mới đã được nghiên cứu chế tạo cho các mục tiêu khác nhau. Đặc biệt với sự phát triển của khoa học nano, bentonit mà thành phần chính là MMT đã trở thành vật liệu nguồn để chế tạo các vật liệu nano composite hỗn tính hữu cơ- vơ cơ. Họ vật liệu này đã và đang trở thành nguồn nguyên liệu có uy thế trong hàng loạt các ứng dụng công nghiệp, nông nghiệp, y dược, bảo vệ mơi trường... Hình 1.7 đưa ra sơ đồ các ứng dụng cơ bản của khoáng sét bentonit.