CHƢƠNG 2 : PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phƣơng pháp biến tính bentonite
Trong sét tự nhiên bao giờ cũng chứa các tạp khoáng. Thƣờng gặp nhất là thạch anh, mica, ngồi ra cịn chứa một lƣợng nhỏ các khoáng khác nhƣ pyrit FeS2, các sắt oxit, canxi oxit CaO, đolomit Mg.Ca(CO3), thạch cao. Sự có mặt của các tạp chất này có thể làm thay đổi các tính chất và ứng dụng của sét, chính vì thế cần có các q trình xử lý loại bỏ các tạp khống trƣớc khi dùng vào các mục đích khác nhau. Trong tự nhiên thạch anh tồn tại ở các dạng hạt tƣơng đối lớn và khó loại khỏi thành phần sét khi xử lý bằng các phƣơng pháp thông thƣờng và xử lý axit.
Đối với MMT, quá trình xứ lý nhiệt xảy ra các hiện tƣợng biến đổi khác nhau trong một khoảng tƣơng đối rộng vì thành phần mạng cấu trúc có thể khác nhau do hiện tƣợng thay thế đồng hình silic bằng nhơm ở mạng tứ diện hay thay thế đồng hình nhơm bằng Mg2+
, Fe2+, ... ở mạng bát diện. Ở khoảng 1050C, nƣớc bị hấp phụ ở bề mặt ngồi thốt ra, nhƣng nƣớc ở bên trong cấu trúc giữa các lớp thoát ra từ 120 – 3000C tuỳ theo bản chất của các cation kim loại trao đổi tới 6500C bắt đầu mất nƣớc cấu trúc và ở khoảng 14000C sẽ tạo nên các spinen. Do đó việc xử lý nhiệt với bentonite thƣờng ít đƣợc sử dụng, để ứng dụng vào từng mục đích khác nhau
ngƣời ta lựa chọn các phƣơng pháp biến tính khác nhau nhƣ biến tính axit, biến tính NaCl, biến tính soda, biến tính bằng Li+... [2]
2.1.1. Phương pháp biến tính bentonite bằng axit H2SO4
Cân 20 g các mẫu bentonite đã tinh chế cho vào bình nón 250 ml sau đó dùng ống đong lấy 80 ml dung dịch H2SO4 10%, 20%, 30% cho vào bình nón, đƣa hỗn hợp ra đun nóng ở 95-970C có khuấy từ trên máy khuấy từ ra nhiệt trong thời gian 3 giờ. Để nguội dung dịch sau đó đem lọc hút chân khơng và rửa đến hết SO42– (thử bằng dung dịch BaCl2 1%). Đem huyền phù thu đƣợc sấy khô trong tủ sấy ở 1050C trong 7 giờ rồi nghiền nhỏ và rây tới cỡ hạt nhỏ hơn 38 μm. Các mẫu đƣợc ký hiệu lần lƣợt là B.H10, B.H20, B.H30 [2].
2.1.2. Phương pháp biến tính bentonite bằng dung dịch Na2CO3
Bentonite tinh chế đƣợc sấy khô và nghiền mịn sau đó tạo huyền phù 5% trong nƣớc cất bằng cách cân 10 g bentonite đã nghiền mịn cho vào cốc 500 ml cùng 200 ml nƣớc cất hỗn hợp sau đó đƣợc khuấy đều bằng máy khuấy và để trƣởng nở trong 24 giờ. Sau 24 giờ ngâm khuấy cho bentonite trƣơng nở hoàn toàn, cân một lƣợng muối cho vào 200 ml dung dịch huyền phù bentonite sao cho nồng độ muối của dung dịch đạt 0,5M; 1M; 1,5M; 2M hoặc 2,5M. Các cốc chứa dung dịch huyền phù bentonite có nồng độ muối khác nhau đều đƣợc điều nhiệt ở 700
C và khuấy đều bằng máy khuấy với tốc độ 500 vòng/phút trong 24 giờ để các ion kiểm thổ trong MMT trao đổi với ion Na+
tạo thành Na-MMT. Hỗn hợp sau khi đã thực hiện trao đổi ion để lắng, gạn bỏ phần dung dịch trong phía trên, phần huyền phù đƣợc li tâm 4000 vịng/phút và rửa đến khi hết ion Cl– (thử với AgCl 1%). Mẫu bentonite sau khi đã đƣợc rửa sạch sẽ đƣợc sấy 10 giờ tại nhiệt độ 1050C sau đó nghiền nhỏ và đựng vào lọ thủy tinh sạch để tránh hơi nƣớc trong khơng khí [2].
2.1.3. Biến tính bentonite bằng LiOH
Bentonite tinh chế đƣợc sấy khơ và nghiền mịn sau đó tạo huyền phù 10% trong nƣớc cất bằng cách cân 20 g bentonite đã nghiền mịn cho vào cốc 500 ml cùng 180 ml nƣớc cất hỗn hợp sau đó đƣợc khuấy đều bằng máy khuấy và để trƣởng nở trong 24 giờ. Sau 24 giờ ngâm khuấy cho bentonite trƣơng nở hoàn toàn
cân một lƣợng LiOH cho vào 200 ml dung dịch huyền phù bentonite sao cho tỷ lệ khối lƣợng LiOH: MMT đạt 2; 3; 24% (24% = dung dịch LiOH 1M). Các cốc chứa dung dịch huyền phù bentonite có tỷ lệ LiOH/MMT khác nhau đƣợc điều nhiệt ở 600C và khuấy đều bằng máy khuấy với tốc độ 250 vòng/phút trong 24 giờ để các ion kiểm thổ trong MMT trao đổi với ion Li+ tạo thành MMT–Li. Hỗn hợp sau khi đã thực hiện trao đổi ion đƣợc để lắng gạn bỏ phần dung dịch trong phía trên, phần huyền phù li tâm và rửa tới khi dung dịch có pH = 8 – 9 (thử bằng giấy đo pH). Mẫu B.Li sau khi rửa sạch đƣợc sấy 48 giờ ở 500C, sau đó nghiền nhỏ và đựng vào lọ thủy tinh sạch để tránh hơi nƣớc trong khơng khí [2].
2.1.4. Gắm nano bạc trên bentonite
2.1.4.1. Quá trình hình thành các hạt nano bạc trên MMT
Phƣơng trình và sơ đồ hình thành hạt nano bạc xen vào giữa các lớp cấu trúc và trên bề mặt của MMT.
Sự hiện diện của chitosan là quan trọng đối với sự ổn định của các hạt nano Ag hình thành vì nó ngăn cản các cụm Ag từ tập hợp tại mức độ vĩ mô do các lực lƣợng giữa các phân tử ion lƣỡng cực.
2.1.4.2. Pha dung dịch đệm citrat
Cho 300 ml nƣớc cất vào bình định mức 1000 ml. Lấy 70,2 g NaCl cho vào bình định mức, rồi lắc bình cho tới khi tan hết. Sau khi hòa tan hết NaCl, cho tiếp 88,23 g C6H5Na3O7.2H2O (natri citrat) vào dung dịch trên. Cuối cùng cho 84,0 g CH3COONa vào lắc kỹ cho đến khi tan hết các chất rắn. Cho thêm nƣớc cất vào bình định mức gần tới vạch 1000 ml lắc kỹ. Điều chỉnh pH của dung dịch pH = 7,3 thêm nƣớc cất đến vạch định mức [2].
2.1.4.3. Loại bỏ Fe và chất hữu cơ
Sét bentonite tinh chế có hàm lƣợng MMT lơn hơn 70%, xong trong sét tinh chế vẫn còn nhiều chất hữu cơ và trong MMT có chứa nhiều sắt nên sét sau tinh chế vẫn cần đƣợc làm giàu để nâng cao hiệu quả sử dụng.
Cân 40 g sét đã đƣợc xử lý sơ bộ ở trên, rồi cho vào cốc dung tích 1000 ml có chứa 200 ml nƣớc cất, khuấy mạnh hỗn hợp. Để yên sau 24 giờ sẽ thu đƣợc huyền phù của sét trong nƣớc. Sau đó, cho thêm 500 ml dung dịch đệm citrat điều chế đƣợc ở trên, vừa đun vừa khuấy huyền phù trong 3 giờ. Tiếp theo, cho 5 g natri dithionite vào huyền phù sét trên và khuấy mạnh trong thời gian 10 phút. Tiếp tục cho 5 g natrithionite nữa vào, khuấy trong thời gian 20 phút. Để lắng huyền phù sét, gạn bỏ phần nƣớc trong.
Rửa hai lần bằng dung dịch HCl 0,05N, sau đó rửa một lần bằng dung dịch NaCl 1N ở nhiệt độ 400C trong 10 phút, rồi để lắng, gạn bỏ phần nƣớc trong. Rửa kết tủa thu đƣợc bằng dung dịch hỗn hợp 150 ml H2O2 30% + 450 ml CH3COONa 0,5N, khuấy liên tục hỗn hợp ở nhiệt độ khoảng 700C cho tới khi hết H2O2, để lắng rồi gạn bỏ phần nƣớc trong.
Rửa 2 lần kết tủa thu đƣợc ở trên bằng dung dịch NaCl 0,5N, mỗi lần rửa bằng một lƣợng 300 ml dung dịch, lọc đến hết nƣớc. Sau cùng, rửa sạch muối và sấy khô ở nhiệt độ 1000C, ta thu đƣợc sét đã qua xử lý (B.XLHH) [2].
2.1.4.4. Phương pháp gắn nano bạc trên bentonite.
25 g sét làm giàu đƣợc tạo huyền phù 10% trong nƣớc cất để trƣơng nở trong 24 giờ sau đó đem siêu âm trong 30 phút ta có dung dịch A.
50 ml dung dịch chitosan 10 g/lít đƣợc cho vào cốc thủy tinh dung tích 1 lít có chứa 420 ml nƣớc cất + 5 ml dung dịch axit citric 1% sau hỗn hợp đƣợc khuấy đều vào đƣợc cho thêm vào 25 ml dung dịch AgNO3 3,15 g/100 ml nhƣ vậy ta có tỷ lệ Ag+
/bentonite = 2%, tƣơng tự nhƣ vậy ta sẽ tiến hành thí nghiệm với tỷ lệ Ag+/bentonite = 1%, tỷ lệ Ag+/bentonite = 1,5 %, tỷ lệ Ag+/bentonite = 2,5%. (Các dung dịch trên gọi là dung dịch B)
Dung dịch A và dung dịch B sau đó đƣợc trộn với nhau và khuấy đều bằng máy khuấy trong thời gian 30 phút, thu đƣợc hỗn hợp dung dịch C. Dung dịch C sau đó đƣợc để qua đêm trong bóng tối và khuấy đều bằng máy khuấy với tốc độ 2000 vòng/phút và nhỏ từ từ 25 ml dung dịch NaBH4 1,9 g/lít vừa mới pha để khử Ag+ về Ag0, tiếp tục khuấy đều hỗn hợp trong 15 phút. Hỗn hợp sau đó đƣợc để yên trong bóng tối cho phần huyền phù lắng xuống dƣới, gạn bỏ phần nƣớc trong phía trên rồi đem phần huyền phù thu đƣợc lọc hút chân không để thu lấy phần huyền phù rắn sau đó sấy khơ ở 500C [2].