Sau khi tiến hành khảo sát phản ứng ở các điều kiện khác nhau, chúng tôi đã nghiên cứu mẫu sét hữu cơ điều chế từ bentonit Ấn Độ (bent-A) ở nhiệt độ phản ứng 50oC, tỉ lệ khối lượng ETPB/bentonit là 0,5, pH dung dịch bằng 9, thời gian phản ứng 4 giờ trong môi trường nước theo quy trình 2.2.1 bằng phương pháp phổ nhiễu xạ tia X, phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phương pháp phân tích nhiệt và phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).
3.2.1. Nghiên cứ u bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ XRD của bentonit và sét hữu cơ tương ứng được trình bày trên hình 3.9 và hình 3.10.
Hình 3.9: Giản đồ XRD của mẫu bent-A
Hình 3.10: Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiê ̣n tối ưu Kết quả cho thấy góc nhiễu xạ 2θ đã dịch chuyển mạnh khoảng 7,3o (trong bent-A) về 4,7o (trong sét hữu cơ). Giá tri ̣ d001 đã tăng ma ̣nh từ 12,181Å (trong bent-A) lên 19,089Å (trong sét hữu cơ).
Như vâ ̣y bằng giản đồ XRD chứng tỏ cation hữu cơ đã được chèn vào giữa các lớp của bent-A làm cho khoảng cách cơ bản được tăng lên đáng kể.
3.2.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của bent-A, ETPB và sét hữu cơ điều chế ở điều kiê ̣n tối ưu được trình bày trên hình 3.11, 3.12 và 3.13.
Hình 3.11: Phổ hồng ngoại của bent-A
Hình 3.12: Phổ hồng ngoại của ETPB
Hình 3.13: Phổ hồng ngoại của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
Từ hình 3.11 và hình 3.13 cho thấy phổ hồng ngoại của bent-A và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu đều xuất hiện các nhóm phổ đặc trưng cho bentonit như: nhóm phổ ở vùng 3396 ÷ 3700cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH liên kết với các cation Al3+, Mg2+ trong bát diện, dao động này có cực đại ở tần số 3643cm-1. Nhóm phổ ở vùng 3200 ÷ 3500cm-1 và 1597
÷ 1636cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị và dao động biến dạng của nhóm OH trong phân tử nước tự do. Cả hai phổ có vùng phổ đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Si-O trong tứ diện ở khoảng 1026 ÷ 1112cm-1. Ngoài ra còn có dao động hóa trị của liên kết Al-O trong bát diện ở tần số 995cm-1.
Hình 3.12 và hình 3.13 cho thấy trên phổ hồng ngoại của ETPB và sét hữu cơ đều xuất hiện các vùng phổ đặc trưng cho cation hữu cơ như: dao động hóa trị của nhóm CH3 và CH2 của gốc ankyl ở vùng tần số 2802 ÷ 2877cm-1; các vân phổ ứng với tần số từ 719,45 ÷ 754,17cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết C-H vòng thơm (742,59cm-1), các vân phổ nhọn từ 1585 ÷ 1587cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị đặc trưng của vòng benzen (từ 1600 ÷ 1500cm-1); các vân phổ ứng với tần số 1436,96 ÷ 1485,19cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết P-phenyl (1436cm-1).
Điều này cho thấy đã có mặt của ETPB trong sét hữu cơ điều chế.
3.2.3. Nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt
Giản đồ phân tích nhiê ̣t của bent-A, sét hữu cơ điều chế và hàm lươ ̣ng (%) cation hữu cơ xâm nhâ ̣p trong sét hữu cơ đươ ̣c trình bày ở hình 3.14 và 3.15 .
Hình 3.14: Giản đồ phân tích nhiê ̣t của bent-A
Hình 3.15: Giản đồ phân tích nhiê ̣t của sét hữu cơ điều chế
ở điều kiê ̣n tối ưu
Bảng 3.5: Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-A và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
Mẫu chất
Hiệu ứng mất khối lượng Tổng (%) mất khối lượng Nhiệt độ (oC) (%) mất
khối lượng Quá trình
Bent-A
50÷130 10,88 Mất nướ c hấp phu ̣ và nước ẩm
16,13 418÷481 5,25 Phân hủy OH liên kết với
cation vô cơ
Sét hữu cơ
50÷110 4,00 Mất nước hấp phụ và nước ẩm
30,35 283÷420 18,55 Phân hủy, cháy của cation
hữu cơ hấp phụ
577÷653 7,80
Phân hủy cháy của cation hữu cơ trao đổi giữa các lớ p sét và phân hủy OH liên kết với cation vô cơ
Hàm lươ ̣ng (%) cation hữu cơ xâm nhâ ̣p 14,22 Hình 3.14 và bảng 3.5 cho thấy trên giản đồ phân tích nhiê ̣t của mẫu bentonit có hai hiệu ứng mất khố i lượng. Hiê ̣u ứng mất khố i lươ ̣ng thứ nhất ở
khoảng nhiê ̣t độ 50oC ÷ 130oC giảm 10,88% trên đường TG đươ ̣c quy cho quá
trình mất nước ẩm và nước hấp phụ trong bentonit. Hiệu ứng mất khối lươ ̣ng thứ hai ở khoảng nhiê ̣t đô ̣ 418oC ÷ 481oC giảm 5,25% đươ ̣c quy cho quá trình phân hủy OH liên kết với cation vô cơ trong bentonit.
Hình 3.15 và bảng 3.5 cho thấy trên giản đồ phân tích nhiê ̣t của sét hữu cơ điều chế có ba hiê ̣u ứng mất khối lượng. Hiê ̣u ứng mất khối lượng thứ nhất ở khoảng nhiê ̣t đô ̣ 50oC ÷ 110oC giảm 4,00% đươ ̣c quy cho quá trình mất nước ẩm và nước hấp phu ̣ trong sét hữu cơ điều chế. Hiệu ứng mất khối lượng thứ hai ở khoảng nhiệt độ 283oC ÷ 420oC giảm 18,55% được qui gán cho quá trình phân hủy - cháy của cation hữu cơ hấp phu ̣. Hiê ̣u ứng mất khối lượng thứ ba ở
khoảng nhiê ̣t đô ̣ 577oC ÷ 653oC giảm 7,80% đươ ̣c quy cho quá trình phân hủy - cháy của các cation hữu cơ trao đổi giữa các lớp sét và quá trình phân hủy OH liên kết với cation vô cơ trong bentonit.
Kết quả này cho thấy đối với sét hữu cơ điều chế ở điều kiê ̣n tối ưu có hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhâ ̣p là 14,22%. Kết quả này khá phù hợp với hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập xác định bằng phương pháp nung mẫu trực tiếp (14,12%).
3.2.4. Nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh SEM của bent-A và sét hữu cơ điều chế ở điều kiê ̣n tối ưu được trình bày ở hình 3.16.
a) b)
Hình 3.16: Ảnh SEM của bent-A (a), của sét hữu cơ điều chế (b) Qua ảnh SEM của bent-A và sét hữu cơ nhận thấy có sự khác nhau rõ rê ̣t về cấu trúc, sét hữu cơ điều chế có cấu trúc lớp và có độ xốp khá cao. Điều này chứng tỏ đã có muối cation hữu cơ chèn vào giữa các lớp sét.
Nhận xét: Bằng các phương pháp nghiên cứu: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy đã điều chế đươ ̣c sét hữu cơ có cấu trúc lớp, giá tri ̣ d001 lớ n và đô ̣ xố p cao. Như vâ ̣y sét hữu cơ điều chế có
thể ứ ng du ̣ng hấp phu ̣ hơ ̣p chất hữu cơ có kích thước lớn.