MgO hoạt tính
MgO hoạt tính mang đặc điểm chung của các chất rắn hoạt tính là diện tích bề mặt lớn do sự phân tán cao của các hạt chất rắn. Sự phân tán này cũng quyết định độ xốp của vật liệu. Nhờ sự phân tán của các hạt vật liệu, một phần đáng kể các ion và nguyên tử cấu tạo nên đơn vị cấu trúc sẽ nằm trên bề mặt và ở cạnh các hạt: gần ¼ số ion O2-
có trên bề mặt [31], chúng quyết định các tính chất hóa lý của MgO.
Đặc trưng và tính chất của MgO là khác nhau, phụ thuộc mạnh mẽ vào con đường tổng hợp và điều kiện của quá trình. MgO hoạt tính có thể được điều chế bằng nhiều phương pháp vật lý và hóa học như phương pháp thăng hoa, nghiền, kết tủa, nung... Trong đó nung phân hủy một hợp chất của magie có khả năng tạo ra MgO và một hợp chất dễ bay hơi (thường là CO2 và nước) được xem là phương pháp thích hợp nhất. Q trình phân hủy này vẫn bảo toàn được ở một mức độ nhất định thể tích và hình dạng bên ngồi của chất ban đầu. Các chất ban đầu thường được sử dụng là Mg(OH)2, MgCO3.nH2O, MgC2O4.H2O…
Đối với MgO, diện tích bề mặt khoảng trên 300m2/g đã có thể được xem là một giá trị lớn [36]. Với ưu thế diện tích bề mặt cao, ứng dụng nổi bật của MgO hoạt tính là trong lĩnh vực xúc tác.
Ứng dụng
Magie oxit là một trong oxit kiềm có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực. Những ứng dụng truyền thống của magie oxit như là vật liệu chịu lửa trong sản xuất sắt và thép, kim loại màu, thủy tinh hay xi măng; làm phân bón rất cần thiết cho dinh dưỡng thực vật, thức ăn chăn nuôi bổ sung cho gà, gia súc; làm chất cách điện trong các loại cáp công nghiệp: nhựa, cao su, giấy và bột chế biến giấy, phụ gia, lò hơi thép, chất kết dính; sử dụng trong các vật liệu: chống cháy, chống ẩm, khả năng chống nấm mốc.
Trong y tế: MgO được sử dụng giảm chứng ợ chua, ợ nóng và đau dạ dày, thuốc kháng acid. Nó cũng được sử dụng để cải thiện các triêụ chứng khó tiêu, dùng trong mỹ phẩm, kem đánh răng.
Ngồi ra, MgO cịn được sử dụng trong vật liệu quang học, trong thư viện khoa học và quản lý các mặt hàng giấy. Trong q trình này nó vơ hiệu hóa nồng độ axit tương đối cao của loại giấy chất lượng thấp, do đó làm chậm tốc độ suy giảm, MgO còn được sử dụng như một lớp bảo vệ trong màn hình plasma...
1.2.3. Khống sét bentonit [8, 30, 41]
Khoáng sét bentonit
Bentonite có thành phần chính là montmorillonit (MMT) với công thức hoá học tổng quát: (Na,Ca)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O. Ngồi 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 hoá 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]