Luận văn:Quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận

Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, thuộc nhóm smectit gồm montmorilonit và một số khoáng khác. Bentonit có các tính chất đặc trưng là trương nở, kết dính, hấp phụ, trơ, nhớt và dẻo [1,3,4,35,37]. Do những tính chất này mà bentonit được ứng dụng từ xa xưa như làm đồ gia dụng (bát đĩa, nồi, chum, vại…) và ngày nay được sử dụng làm chất xúc tác [2,8,10,20,39], chất tạo huyền phù trong sơn, thuốc nhuộm, vecni, làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải [11,17,20,26,27], khử giấy, mực, làm chất đầu chế tạo nanocompozit [7,14]… Sét...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn:Quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận Luận văn tốt nghiệpQuá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận 1 MỞ ĐẦU Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, thuộc nhóm smectit gồm montmorilonitvà một số khoáng khác. Bentonit có các tính chất đặc trưng là trương nở, kết dính,h ấp phụ, trơ, nhớt và dẻo [1,3,4,35,37]. Do những tính chất n ày mà bentonit đượcứng dụng từ xa xưa như làm đồ gia dụng (bát đ ĩa, nồi, chum, vại…) và ngày nayđược sử dụng làm chất xúc tác [2,8,10,20,39], chất tạo huyền phù trong sơn, thuốcnhuộm, vecni, làm chất hấp phụ trong xử lý nư ớc thải [11,17,20,26,27], khử giấy,mực, làm chất đầu chế tạo n anocompozit [7,14]… Sét hữu cơ là sản phẩm của quá trình tương tác giữa sét bentonit và các hợpchất hữu cơ phân cực hoặc các cation hữu cơ, đ ặc biệt là các amin b ậc 1, bậc 2, bậc3 , bậc 4 có mạch thẳng, nhánh và vòng [9,11,25,31]. Sét hữu cơ có tính chất đặcb iệt như ư a hữu cơ, nhớt, hấp phụ. Do có những tính chất trên mà sét hữu cơ đượcứng dụng làm chất chống sa lắng trong sơn, dầu nhờn, mực in,… và gần đây là điềuchế vật liệu n anocompozit, làm chất hấp phụ các chất hữu cơ và d ầu mỏ trong xử lýmôi trư ờng nước [17,20,26,27,30]. Do có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, sét hữu cơ đã và đangđược các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu ngày càng nhiều. Ở Việt Nam cómột trữ lượng khoáng sét dồi dào song mới được khai thác trong phạm vi nhỏ vàm ới được sử dụng làm vật liệu gốm, vật liệu xây dựng, xử lý môi trư ờng,… màchưa được nghiên cứu nhiều để nâng cao tính năng sử dụng. Do đó việc nghiên cứuđ ể sử dụng một cách có hiệu quả nguồn khoáng sét ở Việt Nam là nhiệm vụ cấpthiết, có ý n gh ĩa khoa học và thực tiễn của các nhà khoa học Việt Nam. Để đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu về bentonit và điều chế séthữu cơ từ bentonit ở Việt Nam, trong luận văn n ày chúng tôi trình bày các kết quảkhảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận hàm lượng MMT>90% với cetyl trimetyl amoni bromua và dodecyl amoni clorua, sau đó tiến hànhxác định cấu trúc và tính chất của sản phẩm sét hữu cơ điều chế được. 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN1.1. Giới thiệu về bentonit [1,3,4] Bentonit là lo ại khoáng sét tự nhiên thành ph ần chính là montmorilonit (MMT)vì vậy nó còn có tên là MMT. Công thức đơn giản nhất của MMT làAl2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc. Trong trường hợp lí tư ởng,công thức của MMT là Si8Al4O20(OH)4 ứng với một đơn vị cấu trúc. Tuy nhiênthành phần của MMT luôn khác với thành phần biểu diễn lý thuyết do có sự thay thếđồng hình của ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+… với ion Si4+ trong tứ diện SiO4và Al3+ trong bát diện AlO6. Như vậy thành phần hóa học của MMT ngo ài sự có mặtcủa Si và Al còn thấy các nguyên tố khác như Fe, Zn, Mg, Na, K… trong đó tỷ lệAl2O3 : SiO2 từ 1: 2 đến 1: 4 [1,3 -6]. Ngoài thành ph ần chính là MMT, trong b entonit còn chứa một số khoáng sétkhác như hectorit, saponit, beidelit, nontronit,… và một số khoáng phi sét nhưcanxit, pirit, manhetit, một số muối kim loại kiềm khác và hợp chất hữu cơ.1 .1.1 . Cấu trúc của bentonit Cấu trúc không gian m ạng lưới của montmorilonit được trình bày trên hình 1. 3 Hình 1.1. Cấu trúc không gian mạng lưới của montmorilonit Trong trư ờng hợp lý tưởng, các nguyên tử Si nằm ở tâm của các tứ diện, còncác nguyên tử Al nằm ở tâm các bát diện của MMT. Do MMT có cấu trúc 2:1 dạngd iocta nên cấu trúc lớp của MMT đ ã được hình thành từ hai lá tứ diện liên kết vớimột lá bát diện ở giữa tạo nên một lớp aluminosilicat. Giữa các lớp aluminosilicat làcác cation có khả năng trao đổi bị hydrat hóa. Khoảng cách giữa các lớp trong cấutrúc cơ bản của MMT là 9,6Å, khoảng cách này bị thay đổi ít hay nhiều tùy thuộcvào số lượng, bản chất các cation trao đổi và lượng nước bị hấp phụ, thường có thểđ ến 15Å. Sơ đồ cấu trúc không gian mạng lưới của MMT ở h ình 1.1 là cấu trúc trunghòa đ iện. Nếu Si4+ ở tâm tứ diện hay Al3+ ở tâm b át diện bị thay thế đồng hình bởicác cation dương có điện tích nhỏ h ơn thì các mạng lưới đó tích điện âm. Điện tíchâm của mạng lưới sẽ được bù trừ bằng các cation mang điện tích d ương như Na+,K+, Ca2+, Fe2+, Mg2+... ở khoảng không gian giữa các lớp. Các cation này có khản ăng trao đổi với các cation kim loại ho ặc cation hữu cơ khác. Như vậy dung lượngtrao đổi cation của MMT tương đương với điện tích của các lớp.1 .1.2 . Tính chất của bentonit 1 .1.2.1. Tính chất trao đổi ion [10] 4 Đặc trưng cơ b ản của bentonit là khả năng trao đổi ion do trên bề mặt của cáclớp sét có các trung tâm (O, OH) mang điện tích âm có khả năng hấp phụ và traođổi cation. Đồng thời, tính ch ất đó có đ ược là do sự thay thế đồng h ình của cáccation. Ví dụ như khi Si4+ trong mạng tứ diện bị thay thế bởi Al3+ ho ặc Fe3+, hoặcAl3+ trong m ạng bát diện bị thay thế bởi Mg2+, Fe3+, Cr3+, Zn2+..., thì sự thay thế cácion điện tích cao này bằng các ion điện tích thấp hơn sẽ gây ra sự thiếu hụt điện tíchdương trong cấu trúc tứ diện và bát diện tạo ra điện tích âm trên b ề mặt phiến sét. Đối với bentonit, sự th ay thế đồng hình chủ yếu xảy ra trong lớp bát diện, ởgiữa hai lớp tứ diện của phiến sét. Do đó liên kết của cation với bề mặt lớp sét làliên kết yếu và các cation đó có thể bị thay thế bởi các cation khác. Khả năng traođổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng điện tích âm bề mặt và số lượng ion traođổi. Nếu số lượng điện tích âm càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn th ì dunglượng trao đổi càng lớn. Khả năng trao đổi ion của l ...