Hiệu suất phân hủy clobenzen xác định thông qua sự giảm nồng độ chất này khi đi qua ống phản ứng chứa xúc tác.
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. ĐẶC TÍNH CỦA SÉT BENTONIT DI LINH BIẾN TÍNH
Dựa vào kết quả phân tích nhiệt vi sai, phổ X-ray có thể xác định được đặc tính của bentonit Di Linh biến tính. Vật liệu này đã được nhiều tác giả nghiên cứu, trong đó đã chỉ ra rằng loại sét bentonit Di Linh chứa chủ yếu là MONT, bên cạnh đó cịn có caolinit và hidromica; hàm lượng MONT nhận được từ bentonit Di Linh sau xử lý với 3% NaHCO3 là 40,16 %. Do đặc tính hấp thụ nổi trội của MONT và có chứa hàm lượng lớn nhất trong sét bentonit được lấy nghiên cứu, nên khi thảo luận về kết quả nghiên cứu trao đổi hấp thu cation, cũng như nghiên cứu hấp thu các chất hữu cơ trên sét bentonit người ta tập trung chủ yếu vào khống MONT. Thành phần chất có mặt trong khống MONT sử dụng để nghiên cứu được chỉ ra trong bảng 10. Thành phần xác định ở đây cũng không khác nhiều so với các công bố trước đây [6].
Bảng 10. Thành phần các chất có mặt trong khống MONT
Tiêu chuẩn Các hợp phần của khoáng
Các oxit K2O Na2O CaO MgO Fe2O3 Al2O3 SiO2 Khác Hàm lượng (%) 0,740 0,320 2,620 3,430 9,500 16,300 45,90 21,19
Sự hấp thu chất của khống MONT bao gồm các q trình vật lý và hóa học với những cơ chế phức tạp tùy thuộc vào bản chất chất bị hấp thu và môi trường hấp thu. Sự hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ thuận nghịch và do bề mặt khống đóng vai trị quyết định. Sự hấp thụ hóa học là sự hấp thụ bất thuận nghịch do có tạo liên kết giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ. Quá trình hấp thụ do các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấp thụ đóng vai trị quyết định.
Cơ sở và cơ chế về sự hấp thu của khống MONT là do có sự thay thế các cation kim loại sẵn có trong cấu trúc của khống [42,36] và sự tương tác của chất hấp thu với nhóm OH trong tứ diện silic và trong bát diện nhôm [31]. Đối với chất khơng phân cực thì q trình hấp thu trên khống MONT chủ yếu là quá trình hấp phụ vật lý [36].
Đối với khoáng MONT, sự thay thế một phần nào đó cation silic trong tứ diện bằng các cation có điện tích thấp hơn, chẳng hạn Al(III), cũng như sự thay thế Al(III) trong bát diện bằng các cation kim loại hóa trị 2 là nguyên nhân dẫn đến sự mất cân bằng điện tích của các hạt khống MONT, và bằng cách đó hạt khống MONT sẽ mang điện tích âm. Các cation kim loại hấp thu trên khoáng MONT sẽ bù trừ điện tích âm của các hạt khoáng này. Sự mất cân bằng điện tích của các hạt khoáng MONT là một trong các yếu tố quan trọng quyết định khả năng hấp thu chất của nó.
3.2. KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI HẤP THU CATION
Hàm lượng MONT nhận được từ bentonit sau xử lý với 3% NaHCO3 là 40,16 %. Do đặc tính hấp phụ nổi trội của MONT và có chứa hàm lượng lớn trong sét bentonit, nên khi thảo luận về kết quả nghiên cứu hấp thu trao đổi cation, cũng như nghiên cứu hấp thu các chất hữu cơ trên sét bentonit người ta tập trung chủ yếu vào khống MONT.
Sự mất cân bằng điện tích của các hạt khống MONT do các cation kim loại hấp thu trên khoáng MONT bù trừ điện tích âm của các hạt khoáng là một trong các yếu tố quan trọng quyết định khả năng hấp thu chất của MONT.
Việc nghiên cứu trao đổi hấp thu các cation Cu(II), Ni(II) và Ce(III) của sét bentonit biến tính đã được thực hiện ở pH = 6,5. Để đánh giá mức độ hấp thu trao đổi các cation, luận văn tiến hành phân tích nồng độ các cation kim loại trong dung dịch nghiên cứu trước và sau hấp thu bằng phương pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Từ lượng muối sử dụng để tạo dung dịch trao đổi hấp thu cation với 100g MB có thể tính được số mili đương lượng gam các cation kim loại này, bảng 6.
Phổ XRD của MB và MB-M cho phép xác định được các đỉnh píc thể hiện sự có mặt của MONT và ảnh hưởng trao đổi hấp thu các cation trong bentonit, bảng 11.
Bentonit biến tính với NaHCO3 có chứa 40,16 % MONT cho píc đặc trưng của MONT nằm trong khoảng d từ 14 đến 15 Å, và 2 pic rõ nét ở d = 4,447 Å và 4,241 Å (hình 6). Khi MB trao đổi hấp thu với hỗn hợp cation Cu(II), Ni(II) và Ce(III) thì các đỉnh đặc trưng cho MONT xuất hiện rõ nét với d = 15,972 Å và d = 4,474 Å (hình 7).
Bảng 11. Các píc đặc trưng của MB và MB trao đổi hấp phụ cation Cu(II), Ni(II) và Ce(III) hấp phụ cation Cu(II), Ni(II) và Ce(III)
Vật liệu Nghiên cứu
Đặc trưng khoảng cách các lớp trong vật liệu (Å)
Píc 1 Píc 2 Píc 3
MB d từ 14 đến 15 d 4,447 d4,241
MB-M d 15,972 d 4,474 +
Ghi chú: "-": khơng rõ; "+": có píc nhưng khơng rõ rệt
Khi bentonit chưa biến tính các khoáng vật ở trong khoáng liên kết với nhau nên các píc trên phổ XRD khơng rõ nét [7]. Khi biến tính bentonit bằng NaHCO3 đã giúp cho các khống vật trong bentonit tách rời khỏi nhau, khơng còn nằm ở trạng thái liên kết nên các píc đặc trưng cho MONT được ghi nhận rõ nét .
Việc làm tách rời các khống vật trong bentonit biến tính đã giúp cho quá trình trao đổi hấp thu cation Cu(II), Ni(II) và Ce(III) được thực hiện dễ dàng. Bên cạnh đó, sự có mặt của các cation kim loại trong bentonit biến tính đã góp phần làm cho các píc đặc trưng trong MONT rõ nét hơn. Điều này cho
thấy vai trò của MB-M trong quá trình thực hiện phản ứng phân hủy nhiệt PCBs. Theo các nghiên cứu đã cơng bố, MONT có khả năng hấp phụ các chất vô cơ và hữu cơ mạnh [42, 26] và có khả năng làm xúc tác cho các phản ứng chuyển hóa chất [26, 36], do vậy nghiên cứu sử dụng bentonit có MONT để hấp phụ và xử lý PCBs là có ý nghĩa khoa học và thực tế cao.
Với việc sử dụng MB có khống vật tách rời khỏi nhau, trong đó có MONT đã giúp cho việc giải thích sự phân hủy nhiệt PCBs trên bentonit là có sự đóng góp chính của MONT.
Đối với MB được trao đổi hấp thu hỗn hợp các cation kim loại Cu(II), Ni(II) và Ce(III) đã làm bộc lộ rõ khoảng cách đặc trưng giữa hai lớp của khống MONT– píc 1. Về mặt lý thuyết, khi trao đổi hấp thu cation kim loại, thì các cation kim loại hấp thu trên MONT sẽ làm khoảng cách giữa các lớp trong khoáng tăng lên, với cation Cu(II), Ni(II) và Ce(III) thì d =15,972 Å.
VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Benstonite
05-0586 (*) - Calcite, syn - CaCO3 - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 31-0966 (*) - Orthoclase - KAlSi3O8 - Y: 18.18 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 20-0554 (D) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 23.64 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 03-0014 (D) - Montmorillonite - MgO·Al2O3·5SiO2·xH2O - Y: 14.78 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 57.34 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Lien-Moitruong-Bentonite.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/20/13 15:12:54
L in ( C p s) 0 100 200 300 400 2-Theta - Scale 5 10 20 30 40 50 60 d = 5 .6 2 9 d = 4 .4 4 7 d = 4 .2 4 1 d = 4 .0 3 2 d = 3 .7 7 9 d = 3 .4 7 0 d = 3 .3 4 2 d = 3 .2 3 9 d = 3 .1 8 1 d = 3 .0 3 2 d = 2 .7 7 6 9 d = 2 .4 9 5 1 d = 2 .4 5 5 1 d = 2 .2 8 1 6 d = 2 .1 6 2 6 d = 2 .1 2 1 7 d = 2 .0 9 4 3 d = 1 .9 7 6 4 d = 1 .9 2 4 1 d = 1 .9 1 1 4 d = 1 .8 7 2 7 d = 1 .8 1 6 5 d = 1 .7 9 5 5 d = 1 .6 0 1 4
Thêm vào đó, khi có mặt của Cu(II), Ni(II) và Ce(III) thì nhóm píc d = 3,259, d = 3,244 và d = 3,195 có cường độ cao và xuất hiện trên phổ nhiễu xạ tia X rất rõ nét.