a. Làm chất xúc tác trong các quá trình tổng hợp hữu cơ [4]
Do có độ axit cao nên Bentonite có thể đƣợc dùng làm chất xúc tác trong các phản ứng hữu cơ. Bề mặt của Bentonite mang điện tích âm do sự thay thế đồng hình
của các ion Si4+ bằng ion Al3+ ở tâm tứ diện và ion Mg2+ thay thế ion Al3+ ở tâm bát
diện. Các ion thay thế Al3+, Mg2+ có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện tích âm
của chúng không đƣợc bù trừ bởi các ion dƣơng. Do vậy tâm axit Lewis đƣợc tạo
thành từ ion Al3+ và ion Mg2+ ở các đỉnh, các chỗ gãy nứt và các khuyết tật trên bề
mặt Bentonite. Nếu lƣợng Al3+ và Mg2+ tăng lên ở bề mặt Bentonite sẽ làm tăng độ
axit Lewis của chúng.
Trên bề mặt Bentonite tồn tại các nhóm hiđroxyl. Các nhóm hiđroxyl có khả năng nhƣờng proton để hình thành trên bề mặt Bentonite những tâm axit Bronsted. Số lƣợng nhóm hiđroxyl có khả năng tách proton tăng lên sẽ làm tăng độ axit trên bề mặt của Bentonite.
Trong các vật liệu sét chống (pillared clays), giữa cột chống và các lớp aluminosilicat của Bentonite có những liên kết cộng hóa trị thực sự. Các liên kết
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học Trang 57 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
này của dẫn đến sự giải phóng các phân tử nƣớc và proton làm tăng độ axit và bền hóa cấu trúc Bentonite chống.
Việc biến tính Bentonite bằng phƣơng pháp trao đổi cation kim loại đa hóa trị
nhƣ Ti4+
, Zr4+, Al3+, Si4+,... tạo ra vật liệu sét chống có độ axit và độ xốp cao hơn, có
khả năng xúc tác cho một số phản ứng hữu cơ. Ví dụ: việc sử dụng sét chống làm chất xúc tác axit rắn trong phản ứng hữu cơ ở pha lỏng thuận lợi hơn nhiều so với axit lỏng. Sau khi kết thúc phản ứng chỉ cần lọc hỗn hợp phản ứng có thể tách chất xúc tác rắn ra khỏi hỗn hợp phản ứng.
Ngoài ra, do Bentonite có khả năng hấp phụ cao nên có thể hấp phụ các chất xúc tác trên bề mặt trong giữa các lớp. Vì vậy, Bentonite đƣợc sử dụng làm chất mang xúc tác cho nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ.
b. Làm vật liệu hấp phụ [4]
Bentonite đƣợc dùng rộng rãi làm chất hấp phụ trong nhiều ngành công nghiệp. Trong công nghiệp lọc dầu, lƣợng Bentonite đƣợc sử dụng với lƣợng rất lớn, bao gồm Bentonite tự nhiên và Bentonite đã hoạt hóa. Lƣợng Bentonite tự nhiên tiêu tốn cho quá trình lọc dầu là 25% khối lƣợng dầu và lƣợng Bentonite đã hoạt hóa bằng 10% khối lƣợng dầu. Việc sử dụng Bentonite làm chất hấp phụ ƣu việt hơn hẳn phƣơng pháp cũ là phƣơng pháp rửa kiềm. Lƣợng Bentonite mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng 0,5% lƣợng dầu đƣợc tinh chế. Ngoài ra, phƣơng pháp dùng Bentonite còn có mức hao phí dầu thấp do tránh đƣợc phản ứng thủy phân.
Trong công nghiệp hóa than, Bentonite đƣợc sử dụng để tinh chế Bentonitezen thô và các sản phẩm khác.
Với tƣ cách là một chất hấp phụ đặc biệt tốt, Bentonite có thể tạo ra các dung dịch khoan với chất lƣợng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp. Vì thế, cùng với sự phát triển của ngành thăm dò và khai thác dầu, lƣợng Bentonite đƣợc sử dụng trong việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng. Ngày nay ở Mỹ, lƣợng
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học Trang 58 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Bentonite đƣợc sử dụng làm dung dịch khoan chiếm tới 40% tổng sản lƣợng Bentonite của nƣớc này.
Các chức năng quan trọng của Bentonite trong dung dịch khoan là:
- Làm tăng khả năng lƣu chuyển của dung dịch khoan do có độ nhớt cao
ngay cả khi nồng độ chất rắn thấp;
- Tạo huyền phù với các tác nhân và mùn khoan gây lắng khi ngừng lƣu
chuyển dung dịch khoan vì một lí do nào đó;
- Ngăn cản sự mất dung dịch vào các tầng có áp suất thấp, thấm nƣớc nhờ
việc tạo nên lớp bánh lọc không thấm nƣớc trên thành lỗ khoan. Lớp bánh lọc này không chỉ ngăn khỏi bị mất dung dịch mà còn có tác dụng nhƣ một cái màng cứng làm bền thành lỗ khoan.
Ngoài ra, do có khả năng hấp phụ tốt nên Bentonite còn đƣợc sử dụng làm chất hấp phụ các chất hữu cơ và dầu mỏ trong xử lý môi trƣờng…
c. Làm vật liệu điều chế sét hữu cơ và nanocompozit [4]
Gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano, nhiều ngành công nghiệp đã sử dụng Bentonite ngày càng nhiều. Công nghệ nano sử dụng sét hữu cơ trộn với các chất khác để chế tạo ra các vật liệu mới. Ví dụ, sét hữu cơ đƣợc trộn với các polime để chế tạo các nanocompozit, gọi là composit-nano-Bentonite. Các polime có thể đƣợc trộn thêm các thạ nanoBentonite khi đƣợc kéo thành màng sẽ cho màng kín hơn rất nhiều so với polime không trộn vì khi kéo, cán, các lá nanoBentonite này nằm song song với bề mặt, có khả năng ngăn cản hiệu quả nhiều loại phân tử đi qua. Các hạt nanoBentonite này trộn với polime không những kín mà còn bền hơn nhiều, do đó đáp ứng yêu cầu làm các ống mềm để truyền dẫn thuốc, dẫn máu trong y tế.
d. Dùng trong một số lĩnh vực khác
Một lƣợng lớn Bentonite đã đƣợc sử dụng làm chất độn trong công nghiệp sản xuất vật liệu tổng hợp (xà phòng, vải sợi...). Đặc biệt trong công nghiệp sản xuất
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học Trang 59 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
giấy, việc trộn thêm Bentonite làm tăng hàm lƣợng cao lanh, giảm lƣợng xenlulo cần có trong giấy, làm tăng đáng kể chất lƣợng và giảm giá thành của giấy.
Trong công nghiệp bia, rƣợu, Bentonite hấp phụ các chất hữu cơ, các chất béo, các sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình lên men, đồng thời hấp phụ cả ion sắt, đồng và các tác nhân gây bệnh của rƣợu, lại không làm mất hƣơng vị của rƣợu, bia.
Bentonite còn đƣợc sử dụng làm sạch nguồn nƣớc mặt. Do Bentonite làm kết tủa các vẩn đục, hấp phụ các ion gây độc, một lƣợng lớn vi khuẩn gây bệnh và chất hữu cơ có trong nƣớc với giá thành tƣơng đối rẻ.
Do có đặc tính trơ, không độc hại nên Bentonite còn đƣợc dùng làm phụ gia trong thuốc tiêu hóa thức ăn và giúp điều tiết axit cho động vật, làm phụ gia dƣợc phẩm.
e. Bentonite dùng chế tạo dung dịch khoan
Bentonitetonit có thể tạo ra các dung dịch khoan với chất lƣợng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp. Vì thế, cùng với sự phát triển của ngành thăm dò và khai thác dầu khí, lƣợng Bentonitetonit sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng. Ngày nay ở Mĩ, lƣợng Bentonitetonit sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan chiếm tới 40% tổng sản lƣợng Bentonitetonit nƣớc này.
f. Bentonite dùng làm chất độn
Trong công nghiệp sản xuất các vật liệu tổng hợp, một lƣợng lớn Bentonitetonit dùng cho công nghiệp xà phòng, vải sợi. Việc sử dụng Bentonitetonit trong vài thập kỉ gần đây cũng đã làm thay đổi đáng kể ngành công nghiệp sản xuất giấy. Trƣớc kia giấy thƣờng chứa xấp xỉ 55% cellulose và hàm lƣợng caolin nguyên chất có trong giấy không vƣợt quá 45%. Nếu trộn thêm 10% Bentonitetonit kiềm
(cation trao đổi là kim loại kiềm, chủ yếu Na+) vào caolin có thể nâng hàm lƣợng
chất độn này lên tới 60%. Nếu trộn 20% Bentonitetonit kiềm thì hàm lƣợng chất độn có thể nâng lên 64%, nếu dùng 100% thì chất độn lên tới 84% nghĩa là hàm lƣợng cellulose cần trong giấy giảm đi 3 lần.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học Trang 60 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
g. Bentonite dùng trong công nghiệp rƣợu bia
Việc sử dụng Bentonitetonit hoạt hóa làm chất hấp phụ đã làm giảm 30%- 40% chi phí công nghiệp chế biến rƣợu vang và các chế phẩm từ rƣợu vang. Bentonitetonit không chỉ có khả năng hấp phụ các acid hữu cơ, các chất béo, các sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình lên men mà còn cả ion sắt và đồng là những tác nhân gây hƣ hỏng rƣợu. Ƣu điểm đặc biệt của Bentonitetonit trong quá trình xử lí là hƣơng vị riêng của rƣợu không bị mất đi.
h. Bentonite dùng trong công nghiệp tinh chế nƣớc
Ở nhiều vùng chƣa có nhà máy nƣớc trên thế giới, việc sử dụng Bentonitetonit để làm sạch các nguồn nƣớc mặt nhƣ nƣớc sông ngòi, kênh mƣơng và nguồn giếng khoan có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Bentonitetonit làm kết tủa các vẩn đục, hấp phụ các ion gây độc và một lƣợng lớn các vi khuẩn, các chất hữu cơ có trong nƣớc. Bentonitetonit là một chất trao đổi có trong tự nhiên, nó có khả năng khử tính cứng của nƣớc với giá thành tƣơng đối rẻ. Khả năng lắng cặn lơ lửng trong nƣớc, đồng thời với tác dụng trao đổi ion và hấp phụ chất hữu cơ, trong đó có các vi khuẩn gây bệnh tạo ra giá trị đặc biệt của Bentonitetonit trong công nghiệp xử lí nƣớc.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học Trang 61 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
CHƢƠNG 2
THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU NHIỆT PHÂN NI LÔNG PHẾ THẢI
2.1. Dụng Cụ Và Thiết Bị