CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Biến tính bentonite bằng H2SO4
3.3.1. Thành phần hóa học của bentonite biến tính axit
Bảng 3.3. Thành phần hóa học của bentonite biến tính H2SO4
STT Thành phần B.TC B.H10 B.H20 B.H30 B.H10.T95 1 MgO 1,86 1,71 1,47 1,34 1,84 2 Al2O3 20,37 19,55 18,34 16,93 20,16 3 SiO2 55,70 58,14 61,72 65,36 56,94 4 K2O 1,77 1,92 2,08 2,23 1,78 5 TiO2 0,91 0,98 1,14 1,18 0,93 6 MnO 0,05 0,02 0,02 0,02 0,03 7 Fe2O3 8,18 6,13 4,28 2,14 7,47 8 CaO 0,70 0,00 0,00 0,00 0,00 9 P2O5 0,06 0,04 0,03 0,03 0,04 10 MKN 10,40 11,48 10,92 10,78 10,79
Ghi chú: B.TC là mẫu bentonite tinh chế có cỡ hạt nhỏ hơn 20 μm; B.H10, B.H20, B.H30: lần lƣợt là bentonite biến tính H2SO4 10%, 20%, 30% với thời gian 3 giờ ở nhiệt độ > 950C; B.H10.T95: bentonite biến tính H2SO4 10% ở nhiệt độ < 950C.
Phân tích thành phần hóa học của các mẫu bentonite biến tính axit bằng phƣơng pháp huỳnh quang tia X (XRF) (bảng 3.3) có thể thấy rằng thành phần của các oxit đều giảm khi tăng nồng độ axit biến tính. Khi ta nhìn vào kết quả phân tích của 3 mẫu B.H10, B.H20, B.H30, nhận thấy thành phần oxit sắt giảm rất nhiều khi tăng nồng độ axit biến tính, với việc sử dụng axit 30% để biến tính đã làm giảm hàm lƣợng sắt từ 8,18 % xuống còn khoảng hơn 2%, hàm lƣợng sắt còn lại đƣợc
cho là thành trong cấu trúc của MMT. Riêng thành phần SiO2 không bị giảm trong quá trình biến tính bằng axit, điều này cho thấy các ion trong tấm tứ diện không bị hịa tan mà chỉ có một phần ion (Fe3+, Al3+, Mg2+, …) trong tấm bát diện bị hòa tan, điều này cho thấy cơ cấu của MMT đã bị tấn cơng khi biến tính axit, song việc tấn cơng này khơng phá hủy cấu trúc của MMT do các ion trong tấm bát diện vẫn hiện diện với số lƣợng lớn. Kết quả phân tích cũng cho thấy hàm lƣợng CaO đã bị loại bỏ hồn tồn sau khi biến tính axit với thời gian 3 giờ.
Q trình biến tính mẫu ở nhiệt độ thấp hơn 950C trong mẫu B.H10.T95 cho thấy hiệu quả loại bỏ các oxit kém hơn khi ta biến tính so với mẫu B.H10 biến tính ở nhiệt độ trên 950C, điều này chứng tỏ nhiệt độ biến tính ảnh hƣởng tới q trình biến tính mẫu, khi tăng nhiệt độ biến tính nên trên 950C thì việc loại bỏ các oxit sẽ hiệu quả hơn.
3.3.2. Thành phần khống vật mẫu bentonite biến tính axit
Bảng 3.4. Thành phần khống vật mẫu bentonite biến tính bằng H2SO4
STT Ký hiệu mẫu Thành phần khoáng vật và khoảng hàm lƣợng (%) MMT Illit Kaolinit + clorit Thạch anh
Felspat Gơtit Can xi Khoáng khác 1 B.TC 52-54 4-6 4-6 7-9 1-2 2- 4 – Lep 2 B.H10 29-31 14-16 17-19 16-18 3- 5 ít – Am 3 B.H20 6-8 11-13 14-16 24-26 3-5 ít – Am 4 B.H30 3-5 11-13 17-19 12-14 26-28 ít – –
Ghi chú: B.TC là mẫu bentonite tinh chế có cỡ hạt nhỏ hơn 20 μm; B.H10, B.H20, B.H30: lần lƣợt là bentonite biến tính H2SO4 10%, 20%, 30%.
Dựa vào kết quả phân tích thành phần khống vật nêu trong bảng 3.4, chúng ta có thể nhận thấy rằng hàm lƣợng MMT trong mẫu biến tính bằng axit giảm mạnh so mẫu tinh chế ban đầu, khi biến tính với axit sunfuric nồng độ 10% hàm lƣợng MMT giảm từ 53% xuống còn 30%, đặc biệt khi sử dụng axit sunfuric nồng độ 20% và 30% thì hàm lƣợng MMT giảm xuống dƣới 10%. Kết quả cho thấy rằng với việc sử dụng axit trên 20% đã có hiệu quả rất mạnh trong việc biến tính MMT với sự giảm
mạnh hàm lƣợng MMT trong mẫu đƣợc thấy trong bảng kết quả phân tích thành phần khống vật. Theo đó mẫu biến tính axit đã thay thế các ion trao đổi Ca2+, Mg2+ bằng các ion H+, mạng lƣới của MMT biến tính axit vẫn có cấu trúc lớp và đƣợc phát hiện trên phổ XRD xong không đƣợc quy gán cho phổ của hợp chất nào và có thể bị nhầm lẫn với phổ của các thành phần khoáng cịn lại trong sét do đó làm cho kết quả phân tích của các thành phần khống này thay đổi khơng theo quy luật.
Q trình biến tính bằng axit sunfuric chỉ hịa tan đƣợc khống Gơtit có thành phần chính là Fe2O3, kết quả này rất phù hợp với việc hàm lƣợng sắt trong mẫu giảm mạnh khi biến tính axit mà chúng ta đã thấy trong kết quả phân tích XRF.
3.3.3. Cấu trúc bề mặt của bentonite biến tính axit
Các mẫu bentonite sau biến tính đã đƣợc xác định diện tích bề mặt BET, thể tích lỗ rỗng và kích thƣớc mao quản theo phƣơng pháp BJH. Trên bảng 3.5 là kết quả xác định các đại lƣợng trên cho 4 mẫu bentonite trƣớc và sau biến tính, trong đó mẫu B.TC là mẫu bentonite tinh chế có kích thƣớc dƣới 20 μm; B.H10 là mẫu biến tính axit H2SO4 10%, B.H20 biến tính axit 20%, B.H30 biến tính axit 30%.
Bảng 3.5. Đặc trưng bề mặt của bentonite biến tính H2SO4
Tên mẫu Diện tích BET (m2/g) Thể tích lỗ rỗng theo BJH (ml/gam) Đƣờng kính lỗ rỗng theo BJH (nm) Hấp phụ Giải hấp Hấp phụ Giải hấp B.TC 65,12 0,09496 0,1092 2,969 3,949 B.H10 134,8 0,1172 0,1314 3,143 3,952 B.H20 193,8 0,1978 0,2224 3,306 3,732 B.H30 187,4 0,2734 0,2934 3,312 3,726
Qua các kết quả trình bày trên bảng 3.5 có thể nhận thấy diện tích bề mặt BET của mẫu tinh chế trƣớc khi xử lý là 65,12 m2/g là khá thấp. Sau khi biến tính bentonite bằng axit sunfuric thì diện tích bề mặt đều tăng vì việc biến tính axit đã loại bỏ dần các oxit trong bentonite. Sử dụng axit nồng độ càng cao thì diện tích bề mặt càng lớn do việc loại bỏ các oxit diễn ra tốt hơn và q trinh hịa tan lớp bát
(hình 3.1), xong theo kết quả phân tích XRF thì hàm lƣợng nhôm trong bentonite vẫn cịn khá cao, do đó chỉ một phần của lớp bát diện bị hịa tan. Nhƣng so sánh mẫu bentonite biến tính với axit 20% (B.H20) và mẫu biến tính axit 30% (B.H30) nhận thấy rằng mẫu B.H30 có diện tích bề mặt BET là 187,4 m2/g thấp hơn mẫu B.H20 có diện tích bề mặt BET là 193,8 m2/g, có thể việc sử dụng axit 30% đã làm các hạt MMT co cụm lại thành các hạt lớn hơn do mất dần điện tích âm vì vậy làm giảm diện tích bề mặt.
Hình 3.1. Mơ phỏng q trình ăn mịn lớp bát diện trong cấu trúc của MMT
3.3.4. Đặc điểm cấu trúc và hình thái của bentonite biến tính H2SO4
Tinh thể khống sét đƣợc thể hiện trong hình 3.2 ở dạng tấm hình dạng khơng đều, kích thƣớc 1 - 10 µm, kích thƣớc tƣơng tự nhƣ vậy cũng thu đƣợc trên máy phân tích hạt bằng tia laser trong phân tích trƣớc đó. Biến tính axit làm cho các hạt sét trông xốp hơn và bề mặt các hạt sét đƣợc mịn hơn.
B.TC B.H.20%
3.4. Biến tính bentonite bằng Na2CO3