PHẦN II THƢ̣C NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U
f. Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt riêng của chất rắn
3.2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ
3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến giá trị d001 và hàm lƣợng
pH thích hợp để điều chế sét hữu cơ là từ 8,0 - 9,0. Sau đó khi pH > 9 thì cả giá trị d001 và hàm lươ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ lại có chiều hướng giảm . Điều này có lẽ là do ở pH thấp thì ion H3O+ ảnh hưởng tới sự trao đổi của cation amoni hữu cơ với các cation vô cơ ở trong bentonite, còn ở pH cao các cation CTAB chỉ có thể trao đổi cation với các cation bù trừ điện tích của MMT mà không thể hấp phụ thêm trên các tâm MeO-. Trong khe giữa 2 lớp aluminosilicate, cation CTAB có khuynh hướng sắp xếp sao cho hệ có độ trật tự lớn nhất do đó dẫn đến việc định hướng các cation amoni hữu cơ vng góc với bề mặt MMT, tạo ra sự dãn nở của vật liệu làm tăng khoảng cách d001. Đối với các cation amoni hữu cơ khác thì ngồi việc tham gia vào q trình trao đổi cation chúng cịn có khả năng hấp phụ trên các tâm Me-O- vì vậy lượng muối amoni hữu cơ tiêu tốn lớn hơn (250mmol/100gam sét).
Nguyên nhân của việc giảm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ sau khi đã đạt đến trạng thái bão hịa là do có một lượng cation amoni hữu cơ hấp phụ vật lý nên khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ các tiểu phân hấp phụ trên bề mặt sẽ cạnh tranh nhau và đẩy nhau ra khỏi bề mặt MMT.
- Vớ i CTAB thì sự ảnh hưởng của pH có phần ít hơn nó có thể tham gia phản ứng tốt ngay cả ở pH cao và có giá trị d 001, hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ ít biến đổi so với các giá trị thu được ở pH = 9.
Như vâ ̣y giá tri ̣ pH thích hợp để điều chế sét hữu cơ là từ 8 đến 9, riêng CTAB có thể phản ứng cả ở pH cao hơn.
3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến giá trị d001 và hàm lƣơ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ. cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ.
Các thí nghiệm được tiến hành như đã được mô tả ở mục 2.3.2 phần II , vớ i CTAB nhiê ̣t đô ̣ phản ứng thay đổi từ 30oC - 90oC cịn các ḿi amoni hữu cơ cịn lại nhiệt độ phản ứng thay đổi từ 40o
Sau khi điều chế, sấy khô các mẫu sản phẩm sét hữu cơ được ghi giản đồ XRD và phân tích nhiệt. Giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm sét hữu cơ được điều chế ở các nhiệt độ khác nhau với các muối amoni hữu cơ tương ứng được trình bày các trên các hình 3.30; 3.31; 3.32 và hình 3.33.
a. Điều chế sé t hữu cơ từ bentonite Prolabo và CTAB ở các nhiê ̣t đợ khác nhau
Hình 3.30. Giản đồ XRD của một số mẫu sét hữu cơ điều chế từ CTAB và bentonite Prolabo ở các nhiệt độ khác nhau (đường 1, 2, 3, 4, 5, 6 ứng với 30oC,
40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 90oC).
Bảng 3.21. Ảnh hưởng của nhiê ̣t độ đến giá trị d001 và mức độ thâm nhập của cation CTAB vào bentonite Prolabo.
Nhiê ̣t đô ̣ (o
C) 30 40 50 60 70 90
d001 (Å) 38,67 39,92 41,63 42,08 41,95 41,84
Hàm lượng A trong sét
hữu cơ (%) 30,72 33,15 34,45 35,74 35,77 35,36
Từ hình 3.31 và bảng 3.21 có thể thấy, khi nhiệt độ tăng từ 30oC đến 60oC, thì mức độ thâm nhập của CTAB vào bentonite tăng lên thể hịên ở giá trị d001, hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ tăng lên và góc 2 của pic cực đại nằm trong khoảng 2,1o - 2,4o, sau đó với sự tăng tiếp của nhiệt độ thì giá trị d001 và hàm
lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ gần như không thay đổi. Như vậy, nhiệt độ phản ứng thích hợp là ~60oC.
b. Điều chế sé t hữu cơ từ bentonite BT90 và CTAB ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.31. Giản đồ XRD của một số mẫu sét hữu cơ điều chế từ CTAB và bentonite BT90 ở cá c nhiệt độ khác nhau (đường 1, 2, 3, 4, 5, 6 ứng với 30oC, 40oC,
50oC, 60oC, 70oC, 80oC).
Bảng 3.22. Ảnh hưởng của nhiê ̣t độ đến giá trị d001 và mức độ thâm nhập của cation CTAB vào bentonite BT90.
Nhiê ̣t đô ̣ (o
C) 30 40 50 60 70 80 90
d001 (Å) 38,36 39,85 40,81 41,99 41,87 41,85 42,00 Hàm lượng A trong sét
hữu cơ (%) 30,65 32,27 34,15 35,71 35,85 35,62 35,28
Hình 3.31 và bảng 3.22 cho thấy, khi nhiệt độ tăng từ 30oC đến 60oC, thì mức độ thâm nhập của CTAB vào bentonite tăng lên thể hiện ở giá trị d001 và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ tăng lên , sau đó với sự tăng tiếp của nhiệt độ thì giá trị d001 và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ gần như không thay đổi. Như vậy, nhiệt độ phản ứng thích hợp là ~60o
C, khi đó d001 = 41,99Å, hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ là 35,71% và góc 2 của pic cực đại nằm trong khoảng 2,1o
Từ hình 3.31 và bảng 3.22 cũng chỉ ra rằng các giá trị d001 và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ điều chế từ CTAB và bentonite BT 90 hoặc bentonite Prolabo là khá tương đồng , như vâ ̣y có thể thấy chất lượng của benton ite BT90 là tương đương với bentonite Prolabo , sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến 2 loại bentonite là tương tự nhau.
c. Điều chế sé t hữu cơ từ bentonite BT90 và NDHAC ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.32. Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ điều chế từ NDHAC và bentonite BT90 ở các nhiệt độ khác nhau (đường 1, 2, 3, 4, 5 ứng với 50oC, 60oC,
70oC, 80oC, 90oC)
Bảng 3.23. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và mức độ thâm nhập của NDHAC vào bentonite BT90
Nhiệt độ (0
C) 40 50 60 70 80 90
d001 (Å) 36,02 38,41 40,05 39,68 39,52 38,70
Hàm lượng A trong sét
hữu cơ (%) 25,46 29,47 30,65 30,61 30,54 28,26
Từ bảng 3.23, hình 3.32 chúng tôi nhận thấy giá trị d001 tăng khi nhiệt độ tăng từ 40 đến 60oC với góc 2 của pic cực đại nằm trong khoảng 2,3o - 2,6o và lại giảm xuống khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên 90o
C, ở 60oC thì mẫu thu được có giá trị d001= 40,05Å, hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ cũng biến đổi tương tự như sự biến đổi của giá trị d001 nghĩa là khi nhiệt độ tăng từ 40oC đến 60oC thì hàm lươ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ tăng nhiều, khi nhiệt độ tiếp tục tăng từ
60oC đến 90o
C thì hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ lại có xu hướng giảm xuống. Như vậy, nhiệt độ thích hợp cho q trình điều chế sét hữu cơ từ bentonite BT90 và NDHAC là 60oC.
d. Điều chế sé t hữu cơ từ bentonite BT90 và ODAC ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.33. Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ điều chế từ ODAC và bentonite BT90 ở các nhiệt độ khác nhau (đường 1, 2, 3, 4, 5, 6 ứng với 40oC,
50oC, 60oC, 70oC, 80oC).
Bảng 3.24. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và mức độ thâm nhập của ODAC vào bentonite BT90
Nhiệt độ (o
C) 40 50 60 70 75 80 85 90
d001(Å) 27,45 30, 81 31,87 31,67 30,97 31,14 - - Hàm lượng A trong
sét hữu cơ (%) 19,28 21,75 23,27 23,45 23,41 22,55 21,69 21,06 Từ hình 3.33 và bảng 3.24 chúng tôi nhận thấy giá trị d001 tăng khá nhanh trong khoảng từ 40oC đến 60oC, khi tiếp tục tăng nhiệt độ thì giá trị d001 lại giảm xuống. Sự biến đổi của hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ cũng tăng khi nhiệt độ tăng và đa ̣t cực đa ̣i khi nhiệt độ phản ứng từ 60 - 75o
C, vớ i góc 2 của pic cực đại nằm trong khoảng 2,1o - 2,4o.
Như vâ ̣y , nhiệt độ thích hợp cho q trình điều chế sét hữu cơ từ ODAC và bentonite BT90 là khoảng 60 - 75oC. Ở nhiệt độ này giá trị d001 31,8 Å và hàm lươ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ là 23,3%.
e. Điều chế sé t hữu cơ từ bentonite BT90 và DAC ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.34. Giản đồ XRD của một số mẫu sét hữu cơ điều chế từ bentonite BT90 và DAC ở các nhiệt độ khác nhau (đường 1, 2, 3, 4, 5 ứng với 40oC, 50oC,
60oC, 70oC, 80oC).
Bảng 3.25. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và hà m lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ
Từ bảng 3.25, hình 3.34 cho thấy giá trị d001 tăng khi nhiệt độ tăng từ 40 đến 60oC và lại giảm xuống khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên 900
C, ở 600C thì mẫu sản phẩm thu được có giá trị d 001= 26,20Å, hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ cũng biến đổi tương tự như sự biến đổi của giá trị d001 và góc 2 của pic cực đại nằm trong khoảng 3,3o - 3,6o.
Như vậy nhiệt độ thích hợp cho q trình điều chế sét hữu cơ từ bentonite BT90 và DAC là 60oC.
Nhiệt độ (0
C) 40 50 60 70 80 90
d001(Å) 23,73 24,71 26,20 25,86 25,12 24,70 Hàm lượng A trong sét
Để so sánh khả năng phản ứng của các muối với nhau , từ các số liê ̣u thực nghiê ̣m ở trên chúng tôi đã vẽ các đồ thị mô tả sự ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng các cation amoni hữu cơ trong bentonite, các giản đồ đó được trình bày trên các hình 3.35 và hình 3.36 dưới đây
23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 30 40 50 60 70 80 90 Nhiệt độ d001
Bent - CT AB Bent - NDHAC Bent - ODAC Bent - DAC
Hình 3.35. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị d001 của cá c sản phẩm sét hữu cơ khác nhau.
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 30 40 50 60 70 80 90 100 Nhiệt độ H àm l ượ n g h ữu c ơ (% )
Bent - CTAB Bent - NDHAC Bent - ODAC Bent - DAC
Hình 3.36. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ
Từ các hình 3.35 và 3.36 có thể nhận thấy, giá trị d001 và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ tăng khá nhanh trong khoảng từ 40oC đến 60oC, khi tiếp tục tăng nhiệt độ ngoa ̣i trừ CTAB có xu hướng biến đởi ít thì giá trị d001 và hàm lươ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ của các cation amoni hữu cơ khác lại có chiều hướng giảm dần , sự biến đổi này có thể được giải thích là do khi nhiệt độ
tăng làm tăng tốc độ chuyển động (khuếch tán) của các cation amoni hữu cơ nên quá trình trao đổi diễn ra nhanh hơn , nhưng khi nhiê ̣t đô ̣ tăng cao thì các cation amoni hữu cơ lại bị thủy phân một phần tạo thành ankyl amoni hydroxit làm giảm khả năng trao đổi vì các chất này ít tan và có thể tạo mixen làm giảm nồng độ cation amoni trong dung dịch , vớ i CTAB đây là muối amoni bâ ̣c 4 không bi ̣ thủy phân vì vâ ̣y tác đơ ̣ng của nhiê ̣t đô ̣ cao là không nhiều . Như vậy giá trị nhiê ̣t độ thích hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ các loại muối amoni nói trên là ~600C. Đối với CTAB có thể tiến hành điều chế ở nhiệt độ cao hơn.