- Xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo MMT từ nguồn khoáng bentonite
85 89 97 102 109 112 115 120 Kết quả nghiên cứu sự phân bố khoáng vật trong các giải cấp hạt có kích
3.2.7. Quy trình tổng hợp montmorillonite từ nguồn khoáng thiên nhiên trong n−ớc
Sơ đồ khối mô tả quy trỡnh công nghệ chế tạo montmorillonite từ nguồn khống bentonite Nha Mé - Bình Thuận đ−ợc chỉ ra ở hình 3. 9
Phần hạt >100 micron Phần hạt < 100 micron Hạt <10 Phần hạt thô Phần hạt min < 10 micron Hạt <10 micron Thải m Sấy ở nhiệt độ < 1500C Khống bentonite tự nhiên Nghiền Đóng gói sản phẩm bentonite có hàm l−ợng MMT >90%, cỡ hạt <10 micron Sàng phân cấp Kiểm tra chất l−ợng sản phẩm (hàm l−ợng MMT, dung l−ợng trao đổi cation,…) Đánh tơi, chà xát Sàng, phân cấp Phân cấp xyclon thuỷ lực Xử lý bằng dung dịch 0,5M HCl Rửa Sấy khô Nghiền mịn Lọc tách n−ớc
3.3. Kết quả nghiên cứu chuyển hoá bentonite kiềm thổ Lâm Đồng sang dạng bentonite kiềm Na dạng bentonite kiềm Na
Đã tiến hành nghiên cứu chuyển hoá bentonite kiềm thổ Di Linh sang dạng bentonite kiềm với việc sử dụng tác nhân Na2CO3. ảnh h−ởng của các thông số đến q trình chuyển hố đã đ−ợc xác định và các thơng số thích hợp của q trình chuyển hố đã đ−ợc ác lập.
Tính chất của sản phẩm thu đ−ợc sau q trình chuyển hố nh−: độ phân tán, khả năng trao đổi cation, độ tr−ơng nở cũng đã đ−ợc đánh giá.
3.4. Kết quả điều chế nanoclay hữu cơ
Chất lượng của sột hữu cơ được đỏnh giỏ thụng qua cỏc giỏ trị d001 và mức
độ thõm nhập của tỏc nhõn hữu cơ vào bentonite. Cỏc giỏ trị này phụ thuộc
vào một loạt cỏc yếu tố:
- Chất lượng bentonite, thể hiện qua dung lượng trao đổi cation, hàm lượng MMT và độ sạch của bentonit.
- Bản chất của cỏc cation amoni hữu cơ: bậc và cấu tạo mạch (mạch thẳng, nhỏnh, vũng với độ dài mạch khỏc nhau).
- Thành phần dung dịch: sự cú mặt và nồng độ của cỏc chất hữu cơ và vụ cơ, tỷ lệ tỏc nhõn hữu cơ/bentonite,
- Điều kiện tiến hành phản ứng: nhiệt độ, pH, thời gian phản ứng, mức độ khuấy trộn,
Trong phần thực nghiệm trỡnh bày ở đõy chỳng tụi tiến hành nghiờn cứu ảnh hưởng của điều kiện thực nghiệm lờn quỏ trỡnh điều chế sột hữu cơ từ
bentonit Bỡnh Thuận cú hàm lượng > 90%. Sau đú ứng dụng cỏc điều kiện
khảo sỏt được cho loại bentonit cú hàm lượng >70%.
Cỏc tỏc nhõn hữu cơ được sử dụng là muối amoni bậc 4: cetyltrimetyl
amoni clorua CTAB), bậc 3: N,N-đimetyl hexadexyl amoni clorua (NDAC), và 2 muối amoni bậc 1 cú độ dài mạch khỏc nhau: octadecyl amoni clorua (OAC - C18) và dodecyl amoni clorua (DAC - C12).
Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cation amoni hữu cơ/bentonit
Từ cỏc kết quả khảo sỏt được ở trờn chỳng tụi thấy rằng:
- Trong số cỏc muối amoni hữu cơ để điều chế sột hữu cơ, CTAB - một
amoni hữu cơ bậc 4 - là tỏc nhõn hữu cơ thớch hợp nhất. Việc sử dụng tỏc nhõn CTAB thuận lợi vỡ tỷ lệ CTAB/100g bentonit thấp hơn so với cỏc amoni bậc 1, 2 và 3 (~140 mmol CATB/ 100g bentonite khụ so với ~250 mmol/100g bentonite khụ của cỏc amoni bậc 1, 2 và 3). Khi sử dụng CTAB, quỏ trỡnh điều chế ớt bị ảnh hưởng bởi pH do amoni bậc 4 khụng bị thủy
phõn trong mụi trường kiềm. Đồng thời khi tăng nhiệt độ, mức độ thõm nhập luụn tăng tuy rằng mức tăng cú giảm đi khi nhiệt độ tăng.
- Bentonite Bỡnh Thuận đó được làm sạch, làm giàu cú hàm lượng MMT
>90% cú khả năng sử dụng làm nguyờn liệu điều chế sột hữu cơ. Sản phẩm
điều chế được đảm bảo cú d001 > 2nm và mức độ thõm nhập > 20%.
- Điều kiện để điều chế sột hữu cơ từ bentonite Bỡnh Thuận 90% và CTAB như sau:
+ Tỷ lệ CTAB/100g bentonite khụ là 140 mmol/100 g bentonite.
+ Nhiệt độ phản ứng: ~ 60OC, thời gian phản ứng 5h, pH dung dịch ~ 9, khuấy trộn mạnh, lọc tỏch sản phẩm khỏi pha lỏng, rửa kết tủa 2 lần bằng nước, sấy khụ sản phẩm ở 100OC trong 6h, nghiền sản phẩm, đúng gúi.
Xõy dựng quy trỡnh điều chế nanoclay hữu cơ
Từ cỏc kết quả khảo sỏt được chỳng tụi đó xõy dựng một quy trỡnh điều chế sột hữu cơ từ bentonite Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng MMT >90% và CTAB. Sơ đồ khối mụ tả quy trỡnh được trỡnh bày trờn hỡnh 3.40.
Nước cất Huyền phự sột + CTAB ~ 140mmol/100g bentonite, pH ~ 9 Huyền phự, pH ~9, khuấy mạnh cho trương nở Bentonite khụ Dung dịch CTAB ~ 140mmol/100g bentonite, pH ~ 9
Khuấy trộn mạnh (500v/min) trong 5h, ở 60OC
Để lắng, tỏch pha, lọc rửa Sấy ở 100OC 6h, nghiền mịn
Hỡnh 3.40. Sơ đồ khối của quy trỡnh điều chế sột hữu cơ bentonite Bỡnh
Thuận loại cú hàm lượng MMT >90% và CTAB.
Mô tả quy trình điều chế sét hữu cơ từ MMT Bình Thuận và CTAB
1. Chuẩn bị mẫu Na – Bình Thuận
- Pha 1 lit dung dịch NaCl 1M: cân 58,5g NaCl tinh thể, pha thành 1 lit dung dịch.
- Cân 100g bentonite khơ (loại có dung l−ợng trao đổi > 90 mmol/100g bentonite khô.
- Chuyển MMT vào dung dịch NaCl với tỉ lệ 100g sét/ 4 lit dung dịch NaCl 1M, khuấy trộn vừa phải trong thời gian ít nhất 4 giờ.
- Lọc tách Na – bentonite khỏi dung dịch - Rửa Na – bentonite 2 lần bằng n−ớc cất.
2. Chuẩn bị dung dịch CTAB có nồng độ 150 mmol + 50 mmol ure/4 l
- Cân 54,67 g CTAB (nồng độ 150 mmol/4 l dung dịch) - Cân 3g ure (nồng độ 50 mmol/4 l dung dịch)
- Thêm n−ớc đến thể tích gần 4 lit
- Điều chỉnh pH dung dịch đến 9,0-9,5. Chỉnh thể tích dung dịch đến 4l - Đun nóng dung dịch đến nhiệt độ 60-65oC.
3. Chuyển dung dịch CTAB vào Na- bentonite đã chuẩn bị ở trên, khuấy
Huyền phự
này, sét hữu cơ tạo thành phải nổi lên trên bề mặt dung dịch, dung dịch ở phần phía d−ới phải trong khi để lắng.
4. Lọc tách kết tủa hữu cơ khỏi dung dịch (có thể gạn hoặc xiphong phần
dung dịch trong bên d−ới ra tr−ớc để lọc cho nhanh)
5. Sấy kết tủa sét hữu cơ thu đ−ợc ở nhiệt độ 800C trong tủ chân không trong thời gian tối thiểu là 6 giờ.
6. Nghiền mịn sản phẩm trên máy nghiền hành tinh (200 v/phút), thời gian
nghiền là 30 phút.
- Cân khối l−ợng, tính hiệu suất điều chế.
7. Thử nghiệm tính chất của sản phẩm sét hữu cơ điều chế đ−ợc
Hỡnh 3.41b. Giản đồ XRD của mẫu sột hữu cơ được điều chế từ bentonite
Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng >90% với CTAB.
M a u B e n t - D 4 F ile : V i n h m a u b e n t - D 4 . r a w - T y p e : 2 T h / T h lo c k e d - S t a r t : 0 . 5 0 0 ° - E n d : 1 0 .0 0 4 ° - S t e p : 0 . 0 0 8 ° - S te p t i m e : 0 . 7 s - T e m p . : 2 5 ° C ( R o o m ) - T im e S t a r t e d : 4 s - 2 - T h e t a : 0 . 5 0 0 ° - T h e ta : 0 . 2 5 0 ° - C h i: 0 . 0 0 ° - Li n ( C ps ) 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 2 - T h e t a - S c a l e 0 .5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 d= 3 9 .6 7 1 d= 1 9 .0 11
Hỡnh 3.42. Giản đồ phõn tớch nhiệt của mẫu sột hữu cơ được điều chế từ
bentonite Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng >90% với CTAB. Tổng cỏc hiệu ứng mất khối lượng: 2.61% (116.54OC) + 21.01% (291.49OC) + 16.21% (432.64OC) = 39.83% Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -36 -27 -18 -9 0 9 18 27 36 dTG/%/min -20 -15 -10 -5 HeatFlow/àV -30 -20 -10 0 10 20 Mass variation: -2.61 % Mass variation: -21.01 % Mass variation: -15.21 % Peak :116.64 °C Peak :291.48 °C Peak :432.64 °C Peak :67.56 °C Peak :243.70 °C Figure: 19/11/2008 Mass (mg): 59.76
Crucible: PT 100 àl Atmosphere: Air
Experiment: Vinh Bentonite Phap
Procedure: 30 ----> 800C (10C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Hỡnh 3.43. Cỏc ảnh SEM của mẫu sột hữu cơ được điều chế từ bentonite
Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng >90% với CTAB.
Hỡnh 3.44. Giản đồ XRD của mẫu sột hữu cơ được điều chế từ bentonite
Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng >70% với CTAB.
M a u D 5
F ile : Vi nh m a u b en t-D 5 .ra w - T y pe : 2T h /T h lo ck e d - S ta rt: 0.5 00 ° - En d : 1 0 .0 0 4 ° - S tep : 0.0 08 ° - S te p t i m e : 0 .7 s - T em p. : 25 °C (R o o m ) - T im e Sta rte d: 1 3 s - 2 -T h eta : 0.5 00 ° - T h eta : 0 .25 0 ° - C hi: 0 .00 ° -
Li n ( C ps) 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 2-Theta - S c ale 0 .5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 d= 4 0 .4 0 1 d= 1 9 .3 02
Hỡnh 3.45. Giản đồ phõn tớch nhiệt của mẫu sột hữu cơ được điều chế từ
bentonite Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng >70% với CTAB. Tổng cỏc hiệu ứng mất khối lượng: 31.03%
Hỡnh 3.46. Ảnh SEM của mẫu sột hữu cơ được điều chế từ bentonite Bỡnh
Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -30 -20 -10 0 10 20 30 d TG/% /min -8 -6 -4 -2 HeatFlow/à V -40 -20 0 20 40 Mass variation: -21.06 % Mass variation: -10.24 % Peak :404.74 °C Peak :632.67 °C Figure: 28/07/2008 Mass (mg): 45.65
Crucible:PT 100 àl Atmosphere:Air
Experiment:Manh M2 pH=9.5
Procedure:30 ----> 800C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Kết luận về quỏ trỡnh điều chế sột hữu cơ từ bentonite Bỡnh Thuận và muối amoni hữu cơ
1. Đó khảo sỏt được cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh điều chế
bentonite hữu cơ từ bentonite Bỡnh Thận (Việt Nam), từ đú xỏc định đươợc điều kiện thớch hợp cho quỏ trỡnh là: nồng độ CTAB là 140 mmol/100g
bentonit khụ, nhiệt độ phản ứng là 60oC, thời gian khuấy là 5h, pH huyền phự bentonite là 9.0-9.5; nhiệt độ sấy khụ là 100oC trong thời gian tối thiểu là 6h.
Với cỏc điều kiện nờu trờn, với bentonite Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng MMT >90% cú thể điều chế được sột hữu cơ với d001 là ~4nm, mức độ thõm nhập của CTAB vào bentonit ~35%. với bentonite Bỡnh Thuận loại cú hàm lượng MMT >90% cú thể điều chế được sột hữu cơ d001 = 40.401 anstron và mức độ thõm nhập của cation CTAB vào sột là 24%.
2. Đó khảo sỏt được ảnh hưởng của cỏc yếu tố trong quỏ trỡnh điều chế sột hữu cơ từ bentonit Bỡnh Thuận với N,N-dimetylhexadexyl amoni clorua tới chất lượng của sản phẩm sột hữu cơ (được đỏnh giỏ qua cỏc giỏ trị khoảng
cỏch giữa cỏc lớp d001 và mức độ thõm nhập của cation amin hữu cơ vào sột) và xỏc định được điều kiện thớch hợp là: nhiệt độ phản ứng 600C; tỉ lệ NDHAC/bentonit bằng 2.5mmol/g; pH dung dịch bằng 9; thời gian phản
ứng 5h. Ở cỏc điều kiện này đó điều chế thành cụng sột hữu cơ từ bentonit
Bỡnh Thuận >90% và >70% với NDAC. Với bentonit Bỡnh Thuận >90%, giỏ trị d001 đạt ~40Å và mức độ thõm nhập đạt ~32%; với bentonit Bỡnh Thuận
>70%, d001 đạt ~37Å và mức độ thõm nhập đạt 26%.
3. Đó khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh điều chế sột hữu cơ từ bentonit Bỡnh Thuận và OAC, xỏc định được điều kiện thớch hợp cho quỏ
trỡnh là: nồng độ OAC là 250mmol/100g bentonit khụ; nhiệt độ tiến hành
phản ứng 60oC-65OC; thời gian khuấy 5h; pH dung dịch là 9,0; nhiệt độ sấy khụ 100oC trong thời gian 6h. Với cỏc điều kiện trờn, sản phẩm sột hữu cơ
31,977Å tại 2θ ~2,75o và mức độ thõm nhập của cỏc cation octadecyl amoni vào bentonite là ≥ 25%. Với bentonit Bỡnh Thuận cú hàm lượng MMT > 70% cú d001 = 25.331 Å và mức độ thõm nhập của cỏc cation octadecyl
amoni vào bentonite là ~20%.
4. Đó xõy dựng được quy trỡnh điều chế sột hữu cơ từ Bỡnh Thuận và DAC với cỏc điều kiện: nồng độ DAC là 250mmol/100g bentonit khụ; nhiệt độ
tiến hành phản ứng 60oC; thời gian khuấy 5h; pH dung dịch là 9,0; nhiệt độ sấy khụ 100oC trong thời gian 6h. Kết quả thực nghiệm cho thấy sản phẩm sột hữu cơ điều chế được theo quy trỡnh với bentonit Bỡnh Thuận 90% là d001 = 25.125Å và mức độ thõm nhập của DAC vào sột đạt: 20.03%. Với
bentonite Bỡnh Thuận cú hàm lượng MMT >70%, mức độ thõm nhập <
20%.
Cỏc sản phẩm này đều đạt yờu cầu đặt ra ban đầu: d001 > 20Å, mức độ
thõm nhập > 20%. Đồng thời kết quả thực nghiệm cũng giỳp ta khảng định
rằng, bentonit Bỡnh Thuận sau khi được làm sạch và làm giàu cú thể sử dụng làm nguyờn liệu đầu để điều chế sột hữu cơ.