CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Một số phương pháp tổng hợp zeolit
1.3.2 Tổng hợp zeolit từ khoáng sét tự nhiên
Ngoài hướng tổng hợp zeolit đi từ nguồn Si và Al riêng lẻ đã trở thành phổ biến, một hướng nghiên cứu mới đã đượcc một số nhà khoa học quan tâm, đó là tổng hợp zeolit từ khoáng sét tự nhiên. Tro bay, silic sinh học, kaolin, bùn đỏ… là những vật liệu được dùng để tổng hợp zeolit một cách phổ biến và rộng rãi trên thế
giới và Việt Nam. Chúng đều có đặc điểm chung là chứa một hàm lượng lớn silic (tro bay, kaolin…) hoặc nhơm (bùn đỏ). Các zeolit cũng có thể được hình thành nhờ quá trình biến đổi thủy nhiệt các vật liệu bazan tổng hợp giống với các vật chất tìm được trên bề mặt của mặt trăng [24].
1.3.2.1 Tro bay
Tro bay là một loại chất thải rắn được thải ra trong quá trình đốt ở các nhà máy nhiệt điện dùng than. Tro bay tạo ra bởi các tạp chất khoáng của than và các chất hữu cơ. Về mặt khoáng học, tro bay gồm các pha vơ định hình, tinh thể và các bon đen. Thành phần tinh thể là quartz, mulit, magnetit và hematit. Pha vơ định có thể chiếm 75% khối lượng tro bay và tồn tại khi nhiệt độ đốt than thấp. Pha vô định này là các loại chứa nhôm silicat. Tro bay có cấu trúc hạt nhỏ, mịn, có diện tích bề mặt nhỏ (1 – 6 m2/g) và kích thước hạt dao động tương đối rộng (0,5 – 100μm). Thành phần hóa học chủ yếu là SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO và các bon đen. Thành phần SiO2 chiếm tỉ lệ cao bao gồm ở hai dạng: SiO2 vơ định hình và SiO2 ở dạng tinh thể (quartz).
Tro bay được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như làm bột than tôi sắt, làm vật liệu xây dựng, làm chất kích thích tăng trưởng cho cây trồng, kết hợp tro bay với nước bùn thải làm phân bón... Do trữ lượng tro bay là khá lớn và thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3, tương tự như thành phần của zeolit, nên có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành theo hướng chuyển hóa tro bay thành chất hấp phụ chứa zeolit là loại sản phẩm có ứng dụng rất rộng rãi.
1.3.2.2 Silic sinh học
Si không phải là một nguyên tố thiết yếu đối với cây trồng, nhưng nó có khả năng bị hút thu và tích lũy lớn trong mơ cây. Thực vật sử dụng Si để tạo các mơ thực bì. Si tăng cường hệ thống miễn dịch cho cây, giúp cây tăng trưởng nhanh và khỏe mạnh. Tăng cường sức đề kháng cho cây chống lại các loại côn trùng và vi sinh vật gây hại như: sâu, rầy, nấm và vi khuẩn. Ở hầu hết các loại cây trồng nông nghiệp như lúa, ngơ, mía... đều có chứa một hàm lượng Si nhất định trong một số bộ phận của chúng. Ví dụ như cây lúa có hàm lượng Si tích lũy nhiều trong lá (rơm
rạ) hay hạt (phần vỏ trấu). Vì Si giúp thân lúa khỏe mạnh, cứng cáp, chịu ngập và chịu gió tốt nên Si cây lúa cần silic hơn các loại chất dinh dưỡng cơ bản khác như N P K. Cây mía có khả năng hút thu mạnh đối với Si, và hàm lượng Si tích lũy trong cây có thể ảnh hưởng đến năng suất sinh khối. Lượng Si hút thu bởi cây mía có thể lớn hơn gấp 2, 3 và 19 lần so với lượng hút thu của các nguyên tố đa lượng K, N và P [14]. Đối với đất trồng mía khác nhau ở Braxin hàm lượng Si tích lũy trong lá mía có thể dao động từ ~ 2,5 – 3,5 g.Kg-1 [21].
Tóm lại, có thể nói rằng phế phụ phẩm nông nghiệp là một nguồn nguyên liệu rẻ, phong phú, chứa hàm lượng silic hay gọi cách khác là nguồn silic sinh học
tương đối cao và thuận lợi cho việc tổng hợp zeolit.
1.3.2.3 Kaolin
Kaolin là một loại khoáng sét trong tự nhiên ngậm nước với thành phần chính là khống vật kaolinit, cơng thức hóa học đơn giản là Al2O3.2SiO2.2H2O, công thức lý tưởng là Al4(Si4O10)(OH)8 với hàm lượng SiO2 = 46,54%; Al2O3 = 39,5% và H2O = 13,9% theo trọng lượng. Tuy nhiên, trong thực tế thành phần lý tưởng này thường rất ít gặp, vì ngồi ba thành phần chính kể trên, thường xun có mặt Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, K2O, Na2O với hàm lượng nhỏ. Ngoài ra, trong kaolin nguyên khai cịn có chứa các khống khác như haloysit, phlogopit, hydromica, α- quartz, pyrit... nhưng hàm lượng khơng lớn. Khống vật chính trong kaolin là kaolinit có cấu trúc lớp 1:1. Cấu trúc tinh thể của kaolinit được hình thành từ một mạng lưới tứ diện silic liên kết với một mạng lưới bát diện nhôm tạo nên một lớp cấu trúc. Thực tế, Kaolin rất phong phú trong tự nhiên và rẻ tiền. Hàm lượng nhôm và silic trong kaolin biến đổi theo các vùng địa phương và tỉ lệ mol của silic và
nhôm trong kaolin bằng một là phù hợp cho việc tổng hợp zeolit A.