CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tổng hợp bent.DL-CTAB và nghiên cứu tính chất của bent.DL-CTAB
chúng tôi đã tiến hành xử lý sét thô và biến tính chúng bằng chất hoạt động bề mặt xetyltrimetylamoni bromua với tỷ lệ khác nhau vào khảo sát hàm lƣợng sét/CTAB thích hợp.
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CTAB đến khoảng không gian cơ sở của sét Các mẫu sét thô đã xử lý được trao đổi ion CTA+ theo phương pháp khô. Bảng 3.1 trình bày 6 mẫu sét hữu cơ có thành phần CTAB từ 0 – 52,4% theo khối lƣợng, dung môi sử dụng là etanol.
Bảng 3.1 Các giá trị khoảng cách giữa hai lớp sét khi tăng lượng CTAB Mẫu Sét hữu cơ d001, Ǻ ∆= (d001 – 9,6), Ǻ
1 Bent.DL – CTAB 0% 15,53 5,93
2 Bent.DL – CTAB 23,1% 16,94 7,34 3 Bent.DL – CTAB 28,6% 18,64 9,04 4 Bent.DL – CTAB 37,5% 26,20 15,43 5 Bent.DL– CTAB 50,0% 25,20 16,01 6 Bent.DL-CTAB 52,4% 25,17 15,52
Khoảng cách giữa các lớp đƣợc xác định từ pic nhiễu xạ tia X ở d100 đƣợc chỉ ra ở bảng 3.1. Hình 3.1 biểu diễn giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu sét hữu cơ tương ứng. Trong 6 mẫu sét có thành phần CTAB khác nhau đều xuất hiện các tín hiệu nhiễu xạ có cường độ mạnh yếu khác nhau đặc trưng cho pha tinh thể montmorillonit ở góc 2theta bằng 7,5o; 19,8o; 26;8o; 36,6o .
LUẬN VĂN THẠC SĨ 46 HÀ TIẾN DŨNG
5 10 15 20 25 30 35 40
2-Theta
Mau 6 Mau 5
Mau 4 Mau 3 Mau 2 Mau 1
Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ của các mẫu sét hữu cơ với hàm lƣợng CTAB khác nhau Kết hợp hình 3.1 và bảng 3.1 có thể khẳng định khoảng không gian cơ sở giữa lớp sét phụ thuộc vào lƣợng CTAB chống. Khoảng cách giữa các lớp sét tăng mạnh khi lượng CTAB tăng từ 0 đến 37,5%. Ở hàm lượng cao hơn, CTAB dường như “bão hòa’ nên khoảng cách không gian cơ sở gần nhƣ không đổi. Ngoài ra, hàm lƣợng CTAB cao còn làm giảm diện tích bề mặt riêng của sét. Thực vậy, mẫu bent.DL.Na ban đầu có diện tích bề mặt riêng là 68,9 m2/g nhƣng giảm xuống còn 33,8 m2/g khi hàm lƣợng CTAB đạt trên 37,5%. Do vậy, chúng tôi cố định hàm lƣợng CTAB ở 37,5% theo khối lượng và xem xét ảnh hưởng của điều kiện chống đến chất lượng sét chống. Yếu tố đầu tiên đƣợc quan tâm là nhiệt độ điều chế sét hữu cơ.
3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ điều chế Bent.DL-CTAB
Với mong muốn thu đƣợc sét hữu cơ có khoảng cách không gian giữa hai lớp sét lớn nhất, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp sét hữu cơ theo phương pháp khô với dung môi sử dụng là etanol. Hàm lượng CTAB được cố định khoảng 37,5%. Vùng nhiệt độ khảo sát từ 90 – 1100C. Các sản phẩm đƣợc kí hiệu chung là Bent.DL–CTAB (k) và được kiểm tra cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Bảng 3.2 liệt kê các mẫu sét chống và các giá trị khoảng cách giữa
LUẬN VĂN THẠC SĨ 47 HÀ TIẾN DŨNG hai lớp sét liền nhau ở nhiệt độ xử lý khác nhau trong cùng thời gian xử lý là 4 giờ, dung môi etanol.
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng chống sét Bent-DL bằng CTAB Mẫu Nhiệt độ (0C) d001, Ǻ ∆= (d001 – 9.6), Ǻ
1 90 18,76 9,16
2 100 25,03 15,43
3 105 26,20 16,01
4 110 20,70 11,10
5 130 18,64 9,04
Từ các kết quả ở bảng 3.2 cho thấy sét chống CTAB đƣợc điều chế trong khoảng nhiệt độ 100-1100C, dung môi etanol cho khoảng cách d001 khá lớn. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc tìm kiếm nâng cao khoảng cách không gian cơ sở của sét, góp phần cải thiện quá trình tẩm glucozơ vào giữa các lớp sét.
3.1.3. Ảnh hưởng của dung môi
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi phân cực đến khả năng xen của CTAB vào giữa các lớp sét, chúng tôi thực hiện tẩm 37,5% CTAB lên sét bằng 3 dung môi phổ biến có độ phân cực khác nhau (Bảng 3.3) là ancol etylic, nước, và dimetylformamit ở nhiệt độ thích hợp 100 – 1050C trong 4 giờ. Khảo sát cấu trúc và tính toán khoảng cách cơ sở d001 bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Giản đồ nhiễu xạ XRD các mẫu đƣợc biểu diễn ở hình 3.2.
Bảng 3.3. Các tính chất hóa lý của các dung môi Dung môi Mômen lƣỡng
cực (D)
Độ phân cực (δp)
Phân tán (δD)
Điển sôi (0C)
Etanol 1,55 8,8 15,8 79
Nước 1,85 13,7 15,5 100
Đimetylformamit 3,82 16,0 17,4 153
LUẬN VĂN THẠC SĨ 48 HÀ TIẾN DŨNG
5 10 15 20 25 30 35 40
2-Theta
Đimetylfocmamit
Etanol
d = 18.636 Nước
d = 26,046 d = 26,233
Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X các mẫu sét chống trong dung môi khác nhau
Từ các giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Bent.DL-CTAB (k) (nước), Bent.DL- CTAB (k) (etanol) và Bent.DL-CTAB (k) (DMF), khoảng cách giữa 2 lớp sét liền nhau đƣợc tính toán theo mặt (011) và thu đƣợc khoảng cách ∆= (d001 – 9.6), Ǻ từ 9.0 đến 16.6 (bảng 3.4).
Bảng 3.4 Khoảng cách (d001 – 9.6) của sét chống CTAB trong dung môi khác nhau.
STT Dung môi d001, Ǻ ∆= (d001 – 9.6), Ao
1 Nước, H2O 18,64 9,04
2 Etanol, CH3CH2OH 26,05 16,45
3 N,N-đimetylfomamit, HCON(CH3)2 26,20 16,63
Rừ ràng, dung mụi N,N - dimetylformamide tỏ ra thớch hợp cho việc điều chế Bent.DL-CTAB (k) theo phương pháp khô. Có thể CTAB hòa tan tốt trong dung môi có nhiệt độ sôi cao hơn (1530C), và có độ phân cực lớn hơn etanol và nước (Bảng 3.3). Dung môi nước và etanol dễ dàng hóa hơi ở điều kiện tiến hành tổng hợp (1100C). Sự hóa hơi nhanh của dung môi có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất và đặc trƣng của cấu trúc sét hữu cơ [5].
LUẬN VĂN THẠC SĨ 49 HÀ TIẾN DŨNG Do vậy, chúng tôi đã dùng phương pháp khô với dung môi phân cực N,N – dimetylformamide để điều chế Bent.DL-CTAB cho các nghiên cứu tiếp. So sánh các kết quả này với kết quả của phương pháp ướt trước đây nghiên cứu chúng tôi thấy sản phẩm thu được bằng phương pháp khô dung môi hữu cơ N,N – dimetylformit cho khoảng cách ∆ = (d001 – 9,6), Ǻlớn hơn. Điều này có ý nghĩa về mặt công nghệ vì các bước sản xuất và xử lý đơn giản, không tốn nhiều thời gian.