2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị2.1.1. Hóa chất 2.1.1. Hóa chất
* Bentonit Bình Thuận (Việt Nam) đã qua tinh chế, làm giàu và hoạt hóa bằng axit, có hàm lượng bentonit >90% và có dung lượng hấp phụ >90mđlg/100g sét.
* Tác nhân hữu cơ:
- Cetyl trimetyl amoni clorua (kí hiệu là CTAB) là thương phẩm của hãng Merk (CHLB Đức), có công thức C19H42NBr, là chất bột màu trắng, có khối lượng phân tử 364,46 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 250-256oC.
- Dodecylamin (DA) là thương phẩm của hãng Merck, có công thức phân tử C12H27N, là chất rắn màu trắng, khối lượng phân tử 185,346 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 28-30oC, nhiệt độ sôi 247-249oC, khối lượng riêng 0,806 g/cm3.
* Hóa chất phụ trợ khác: - Etanol (Merck) - Axit HCl (China) - NaOH (China) 2.1.2. Dụng cụ - Cốc chịu nhiệt 250 ml, 1lít, 2 lít - Đũa, thìa thủy tinh
- Pipet 5 ml, 2 ml - Ống đong 100 ml
- Phễu lọc chân không bằng thủy tinh có màng lọc bằng sứ. - Cối nghiền sứ đường kính Ф = 15cm
2.1.3. Thiết bị
- Máy khuấy từ gia nhiệt Veia của Cole Parmer Instrument Company - Tủ sấy chân không Memmert (Đức)
- Cân Mettler Tolledo (Thụy Sỹ) có độ chính xác ±0,0001g - Máy phân tích nhiệt Labsys TG/DSC SETARAM (Pháp).
2.2. Phương pháp điều chế sét hữu cơ
2.2.1. Chuyển dodecylamin thành muối dodecyl amoni clorua
Dodecylamin sử dụng trong đề tài này là amin mạch dài ít tan trong nước, mặt khác sự hình thành sét hữu cơ là sự thay thế các cation vô cơ ở giữa các lớp sét bằng các cation hữu cơ, vì vậy để quá trình điều chế đạt hiệu quả cao chúng tôi chuyển amin này thành dạng muối amoni dễ tan. Dưới đây là các bước chuyển dodecylamin thành muối dodecyl amoni clorua (DAC):
- Cân lượng chính xác dodecylamin, cho vào cốc 250 ml. - Hòa tan amin bằng etanol 96%.
- Thêm từ từ HCl đặc (dư ∼10%), vừa thêm vừa khuấy đều cho phản ứng hoàn toàn.
- Cô cạn để đuổi axit dư
2.2.2. Qui trình điều chế sét hữu cơ
Quá trình điều chế sét hữu cơ có thể được tiến hành theo các phương pháp ướt hoặc khô. Tuy nhiên hiện tại chúng tôi không có thiết bị nghiền trộn kèm gia nhiệt thích hợp cho việc điều chế sét hữu cơ theo phương pháp khô, nên chúng tôi chọn phương pháp ướt dựa vào quá trình trao đổi cation amoni hữu cơ với các cation có trong lớp sét và trên bề mặt sét trong dung dịch nước trong điều kiện thường.
Trong luận văn này chúng tôi tiến hành điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận và hai tác nhân hữu cơ là cetyl trimetyl amoni clorua (ký hiệu là CTAB) và muối dodecyl amoni clorua (DAC) bằng phương pháp khuếch tán trong môi trường nước. Các bước điều chế gồm:
- Cân lượng chính xác bentonit bằng cân điện tử có độ chính xác ±0,0001g. Hòa vào một thể tích nước cất thích hợp trong cốc chịu nhiệt. Khuấy mạnh ở nhiệt độ khoảng 70oC trong 2h để sét trương nở tối đa, tạo huyền phù bentonit.
- Cân chính xác lượng muối amoni hữu cơ bằng cân điện tử có độ chính xác ±0,0001g. Hòa tan lượng muối này vào một thể tích nước cất nhất định. Điều nhiệt dung dịch trong 1h.
- Điều chỉnh pH của cả hai dung dịch đến giá trị phù hợp (sử dụng các dung dịch HCl và NaOH loãng và giấy chỉ thị pH của hãng Merk).
- Đổ từ từ dung dịch muối amin vào huyền phù bentonit, đồng thời khuấy liên tục trong một khoảng thời gian nhất định trên máy khuấy từ gia nhiệt Veia của Cole Parmer Instrument Company. Kiểm tra pH, nhiệt độ của dung dịch phản ứng và giữ ổn định trong suốt thời gian tiến hành phản ứng.
- Lọc nóng bằng phễu lọc có bơm hút chân không. Rửa sản phẩm ít nhất 3 lần bằng nước cất nóng.
- Sấy sản phẩm trong tủ sấy chân không trong 24h ở 800C. Lấy sản phẩm ra nghiền bằng cối sứ thành bột mịn.
- Xác định cấu trúc và tính chất của sản phẩm bằng các phương pháp: phương pháp nhiễu xạ tia X; phương pháp phân tích nhiệt.
2.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất vật liệu
Trong đề tài này chúng tôi sử dụng các phương pháp: phương pháp nhiễu xạ tia X; phương pháp phân tích nhiệt để xác định cấu trúc và tính của sản phẩm.
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
Các mẫu bentonit và các sản phẩm sét hữu cơ được xác định cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Giản đồ XRD của các mẫu được ghi trên nhiễu xạ kế Advanced Brucker (CHLB Đức) tại Khoa Hóa học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên. Với các điều kiện ghi như sau:
+ UAK = 40 KV, IAK = 40mA.
+ Ống anot bằng Cu có bước sóng Cu Kα: 1,54056Å. + Bước ghi: 0.030/step.
+ Thời gian ghi cho mỗi bước: 0.6s/step. + Khoảng ghi 2θ: từ 0.50 đến 100.
Cấu trúc lớp của bentonit và khoảng cách giữa các lớp (d001) được xác định dựa vào vị trí pic nhiễu xạ trên giản đồ XRD.
2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt
Các sản phẩm sét hữu cơ và mẫu bentonit Bình Thuận (dùng để so sánh) được tiến hành ghi giản đồ phân tích nhiệt trên máy Labsys TG/DSC SETARAM (Pháp), tại Khoa Hóa Học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên. Với các chế độ ghi như sau:
+ Khoảng ghi nhiệt độ: từ nhiệt độ phòng đến 8000C. + Tốc độ nâng nhiệt độ: 50/phút.
+ Môi trường không khí.
Hàm lượng hữu cơ trong sét hữu cơ (%) của cation amoni hữu cơ vào bentonit được xác định bằng hiệu các pic mất khối lượng trên giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét được chế hóa khi có mặt và không có mặt muối amoni. Cụ thể, lấy hai mẫu bentonit có khối lượng bằng nhau trong đó một mẫu là bentonit không có tác nhân hữu cơ và một mẫu là sét hữu cơ được điều chế theo quy trình 2.2.2.Sau đó tiến hành ghi giản đồ phân tích nhiệt của hai mẫu trên.
Hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ được xác định theo công thức: Δm(%) = Δmhc(%) - Δmbent (%)
Trong đó:
Δm(%): hàm lượng hữu cơ trong sét hữu cơ
Δmhc(%): tổng % các pic mất khối lượng của mẫu sét hữu cơ
Δmbent (%): tổng % các pic mất khối lượng của mẫu bentonit được chế hóa không có tác nhân hữu cơ.