Đang tải... (xem toàn văn)
xác định cấu trúc và tính chất của sản phẩm sét hữu cơ điều chế được để tạo màng PVAClay định hướng cho quá trình tách nước khỏi ancol
MỤC LỤC .3 PHẦN I : MỞ ĐẦU PHẦN II – NỘI DUNG 1.1 Giới thiệu bentonit 1.1.1 Cấu trúc bentonit 1.1.2 Tính chất bentonit .6 1.1.2.1 Tính chất trao đổi ion 1.1.2.2 Tính chất trương nở 1.1.2.3 Tính hấp phụ 1.1.2.4 Tính kết dính 1.1.2.5 Tính trơ 1.1.2.6 Tính nhớt dẻo .9 1.1.3 Ứng dụng bentonit 10 1.1.3.1 Làm chất xúc tác trình tổng hợp hữu 10 1.1.3.2 Làm vật liệu hấp phụ 10 1.1.3.3 Làm vật liệu điều chế sét hữu nanocompozit .11 1.1.3.4 Dùng số lĩnh vực khác 12 1.1.4.Làm giàu, làm bentonit: 12 Các mỏ bentonit kiềm giới thường có hàm lượng MMT cao, nên công trình nghiên cứu làm giàu, làm bentonit kiềm để nâng cao hàm lượng MMT-Na tác giả giới không nhiều Đối với mỏ bentonit kiềm có hàm lượng MMT cao bentonit kiềm Wyoming (Mỹ) người ta trực tiếp sử dụng mà không cần qua giai đoạn làm giàu, biến tính để thu sản phẩm cho mục đích khác .12 Tuy nhiên loại quặng bentonit có hàm lượng MMT thấp - bentonit Tuy Phong, Bình Thuận Việt Nam, người ta phải sử dụng phương pháp tuyển trọng lực phương pháp ướt Theo phương pháp này, bentonit pha với nước theo tỷ lệ thích hợp Sử dụng chất phân tán Na(PO3)6 để làm lắng khoáng phi sét theo nhiều giai đoạn, sau huyền phù mịn lọc, sấy khô nghiền mịn để thu sản phẩm Một số tác giả khác sử dụng phương pháp tuyển thủy xyclon, xử lý nhiệt hóa học để nâng cao hàm lượng MMT bentonit Trên giới số lượng khoáng bentonit kiềm thổ (chứa cation Ca+2, Mg+2, …) với hàm lượng MMT cao tương đối Page nhiều, dạng bentonit kiềm lại mang lại nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực, có nhiều nghiên cứu để chuyển hóa bentonit kiềm thổ dạng bentonit kiềm Những nghiên cứu có từ trước năm 1950 nhiều nước Mỹ, Liên Xô cũ, Ngày công nghệ chuyển hóa bentonit kiềm thổ sang dạng bentonit kiềm đưa vào nhiều nhà máy vận hành sản xuất hàng trăm nghìn sản phẩm cho lĩnh vực khác nhau, Hàn Quốc năm sản xuất 800 nghìn sản phẩm bentonit hoạt hóa cho mục đích khác Phương pháp hoạt hóa để chuyển bentonit kiềm thổ dạng bentonit kiềm sau: quặng bentonit kiềm thổ phân cấp, đập, nghiền đến cỡ hạt thích hợp Sau quặng trộn với tác nhân hoạt hóa (là muối natri Na2CO3, NaCl, ) theo tỷ lệ thích hợp nung hỗn hợp lò quay với nhiệt độ khoảng 300÷500oC, sản phẩm hoạt hóa sau đóng bao đưa sử dụng Một điều đáng lưu ý quặng bentonit kiềm thổ giới thường có hàm lượng MMT cao nên quặng đưa vào hoạt hóa mà không qua giai đoạn làm giàu, quặng bentonit kiềm thổ Di Linh-Lâm Đồng chúng ta, hàm lượng MMT không cao (khoảng 30÷40%) nên để sử dụng cho số mục đích chế tạo vật liệu sét hữu trước hoạt hóa nên làm giàu quặng để nâng hàm lượng MMT 13 1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu luận văn 13 1.2.1 Mục đích : 13 1.2.2 Nội dung nghiên cứu : 14 CHƯƠNG II : KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM .15 2.1 Điều chế phụ gia 15 2.1.1 Xử lý sét thô: 15 2.1.2.Biến tính Bent : 15 2.1.3.Tạo màng: 17 3.1 Tổng hợp Bent-CTAB xác định điều kiện biến tính khoáng sét .18 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng CTAB đến khoảng cách không gian sở sét 18 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ huyền phù 19 3.2 Hiệu PVA/Clay .20 3.2.1 Khả tác nước số màng PVA .20 KẾT QUẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ CÁC HÌNH Bảng 3.1 : Các giá trị khoảng cách hai lớp sét tăng hàm lượng CTAB………………………………………………… 26 Page Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ huyền phù đến giá trị d001 hàm lượng cation cetyl trimetyl amoni sản phẩm ………………………………………………… …28 Hình 1.1 Cấu trúc không gian mạng lưới montmorilonit PHẦN I : MỞ ĐẦU Bentonit loại khoáng sét tự nhiên, thuộc nhóm smectit gồm montmorilonit số khoáng khác Bentonit có tính chất đặc trưng trương nở, kết dính, hấp Page phụ, trơ, nhớt dẻo Do tính chất mà bentonit ứng dụng từ xa xưa làm đồ gia dụng (bát đĩa, nồi, chum, vại…) ngày sử dụng làm chất xúc tác , chất tạo huyền phù sơn, thuốc nhuộm, phẩm màu, làm chất hấp phụ xử lý nước thải , khử giấy, mực, làm chất đầu chế tạo nanocompozit… Sét hữu sản phẩm trình tương tác sét bentonit hợp chất hữu phân cực cation hữu cơ, amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc có mạch thẳng, nhánh vòng Sét hữu có tính chất đặc biệt ưa hữu cơ, nhớt, hấp phụ Do có tính chất mà sét hữu ứng dụng làm chất chống sa lắng sơn, dầu nhờn, mực in nghiên cứu tạo màng tách nước khỏi ancol Có nhiều cách khác để tách nước khỏi ancol trường hợp dùng sét hữu tạo màng để định hướng cho trình tách nước khỏi ancol Để đóng góp phần nhỏ vào việc nghiên cứu bentonit điều chế sét hữu từ bentonit Việt Nam, báo cáo trình bày kết khảo sát trình chế biến sét hữu , sau tiến hành xác định cấu trúc tính chất sản phẩm sét hữu điều chế để tạo màng PVA/Clay định hướng cho trình tách nước khỏi ancol PHẦN II – NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN Page 1.1 Giới thiệu bentonit Bentonit loại khoáng sét tự nhiên thành phần montmorilonit (MMT) có tên MMT Công thức đơn giản MMT Al 2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc Trong trường hợp lí tưởng, công thức MMT Si8Al4O20(OH)4 ứng với đơn vị cấu trúc Tuy nhiên thành phần MMT khác với thành phần biểu diễn lý thuyết có thay đồng hình ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+… với ion Si4+ tứ diện SiO4 Al3+ bát diện AlO6 Như thành phần hóa học MMT có mặt Si Al thấy nguyên tố khác Fe, Zn, Mg, Na, K… tỷ lệ Al2O3 : SiO2 từ 1: đến 1: Ngoài thành phần MMT, bentonit chứa số khoáng sét khác hectorit, saponit, beidelit, nontronit,… số khoáng phi sét canxit, pirit, manhetit, số muối kim loại kiềm khác hợp chất hữu 1.1.1 Cấu trúc bentonit Cấu trúc không gian mạng lưới montmorilonit trình bày hình 1.1 Hình 1.1 Cấu trúc không gian mạng lưới montmorilonit Trong trường hợp lý tưởng, nguyên tử Si nằm tâm tứ diện, nguyên tử Al nằm tâm bát diện MMT Do MMT có cấu trúc 2:1 dạng diocta nên cấu trúc lớp MMT hình thành từ hai tứ diện liên kết với bát diện tạo nên lớp aluminosilicat Giữa lớp aluminosilicat cation có khả trao đổi bị hydrat hóa Khoảng cách lớp cấu trúc Page MMT 9,6Å, khoảng cách bị thay đổi hay nhiều tùy thuộc vào số lượng, chất cation trao đổi lượng nước bị hấp phụ, thường đến 15Å Sơ đồ cấu trúc không gian mạng lưới MMT hình 1.1 cấu trúc trung hòa điện Nếu Si4+ tâm tứ diện hay Al 3+ tâm bát diện bị thay đồng hình cation dương có điện tích nhỏ mạng lưới tích điện âm Điện tích âm mạng lưới bù trừ cation mang điện tích dương Na +, K+, Ca2+, Fe2+, Mg2+ khoảng không gian lớp Các cation có khả trao đổi với cation kim loại cation hữu khác Như dung lượng trao đổi cation MMT tương đương với điện tích lớp 1.1.2 Tính chất bentonit 1.1.2.1 Tính chất trao đổi ion Đặc trưng bentonit khả trao đổi ion bề mặt lớp sét có trung tâm (O, OH) mang điện tích âm có khả hấp phụ trao đổi cation Đồng thời, tính chất có thay đồng hình cation Ví dụ Si4+ mạng tứ diện bị thay Al 3+ Fe3+, Al3+ mạng bát diện bị thay Mg2+, Fe3+, Cr3+, Zn2+ , thay ion điện tích cao ion điện tích thấp gây thiếu hụt điện tích dương cấu trúc tứ diện bát diện tạo điện tích âm bề mặt phiến sét Đối với bentonit, thay đồng hình chủ yếu xảy lớp bát diện, hai lớp tứ diện phiến sét Do liên kết cation với bề mặt lớp sét liên kết yếu cation bị thay cation khác Khả trao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng điện tích âm bề mặt số lượng ion trao đổi Nếu số lượng điện tích âm lớn, số lượng cation trao đổi lớn dung lượng trao đổi lớn Khả trao đổi ion lớp aluminosilicat phụ thuộc vào điện tích bán kính ion cation trao đổi Cation có điện tích thấp dễ trao đổi cation có điện tích cao: Me+ > Me2+ > Me3+ Page Đối với cation điện tích, bán kính ion nhỏ khả trao đổi lớn, xếp theo trật tự sau: Li+ > Na+ > K+ > Cu2+ > Fe2+ > Al3+ Tuy nhiên khả trao đổi bentonit chủ yếu phụ thuộc vào điện tích âm bề mặt điện tích âm mạng lưới Bề mặt bentonit gồm bề mặt bề mặt Khả trao đổi ion bề mặt phản ánh kích thước hạt tinh thể, phụ thuộc vào đứt gãy liên kết khuyết tật bề mặt Kích thước hạt nhỏ khả trao đổi lớn Khả trao đổi ion bề mặt phản ánh lượng điện tích âm mạng lưới khả hấp phụ bentonit Nó phụ thuộc vào lượng cation bù trừ mạng lưới Số lượng cation lớn khả trao đổi lớn Dung lượng cation trao đổi dao động từ 80 đến 150 meq/100g Dung lượng trao đổi anion dao động từ 15 đến 40 meq/100g Sự trao đổi ion bentonit liên quan đến thay nguyên tử hyđro nhóm hyđroxyl montmorilonit Theo số nghiên cứu đỉnh tứ diện SiO2 hướng lớp cấu trúc, nguyên tử oxi thay nhóm hiđroxyl nhóm đảm nhiệm việc trì liên kết yếu lớp góp phần vào cân điện tích Ngoài cấu trúc bentonit có nhóm hiđroxyl khác nằm đỉnh bát diện Trong sáu đỉnh bát diện có hai đỉnh nhóm OH bốn đỉnh oxi, nhóm hiđroxyl liên kết Si – OH khả trao đổi hiđro Nhóm hiđroxyl liên kết Al – OH có tính axit yếu nên khả trao đổi yếu Nhóm Si – O –Al có tính trao đổi mạnh nên có tính định đến trao đổi cation H+ Page 1.1.2.2 Tính chất trương nở Khi nước, phân tử phân cực cation bị hấp phụ vào khe trống lớp làm tăng chiều dày lớp cấu trúc, tính chất gọi tính chất trương nở Mức độ trương nở phụ thuộc vào chất khoáng sét, cation trao đổi, thay đồng hình ion lớp có mặt ion, phân tử phân cực môi trường phân tán Lượng nước hấp phụ vào lớp sét phụ thuộc vào khả hydrat hóa cation trao đổi Khi bentonit hấp phụ nước hay tiếp xúc với nước, phân tử nước phân cực thâm nhập vào bên lớp, làm khoảng cách tăng lên 14÷15Å tùy thuộc vào loại bentonit lượng nước bị hấp phụ Sự tăng khoảng cách d 001 giải thích hydrat hóa cation lớp Độ trương nở bentonit phụ thuộc vào chất cation trao đổi bề mặt lớp sét Ví dụ, ion Na+ với điện tích +1 liên kết với tâm tích điện âm mặt lớp sét Do bị hyđrat hóa, bentonit Na có khả trương nở từ khoảng cách ban đầu phiến sét từ 9,2Å đến 17Å Trong môi trường kiềm bentonitNa bị hiđrat hóa mạnh hơn, lớp nước hấp phụ tăng mạnh Do môi trường kiềm, huyền phù bentonit-Na bền vững Cation Ca2+ liên kết với tâm tích điện âm phiến sét bentonitCa bị hydrat hóa, khoảng cách phiến sét tăng từ 12,1Å đến 17Å Điều hạn chế trương nở hay khả tạo độ nhớt bentonit-Ca Độ trương nở bentonit-Ca từ 100 đến 150%, bentonit-Na độ trương nở lớn 1.1.2.3 Tính hấp phụ Tính chất hấp phụ bentonit định đặc tính bề mặt cấu trúc lớp chúng Với kích thước hạt nhỏ 2µm có cấu trúc mạng tinh thể dạng lớp nên bentonit có bề mặt riêng lớn Diện tích bề mặt bentonit gồm diện tích bề mặt diện tích bề mặt Diện tích bề mặt xác định bề mặt khoảng không gian lớp cấu trúc tinh thể Bề mặt phụ thuộc vào kích thước hạt Sự hấp phụ bề mặt bentonit xảy với chất bị hấp phụ ion vô cơ, chất hữu dạng ion chất hữu phân cực Các chất hữu Page phân cực có kích thước khối lượng nhỏ bị hấp phụ cách tạo liên kết trực tiếp với cation trao đổi nằm lớp liên kết với cation qua liên kết với nước liên kết với trung tâm mang điện tích bề mặt lớp sét Nếu chất hữu phân cực có kích thước khối lượng phân tử lớn, chúng kết hợp trực tiếp vào vị trí oxi đáy tứ diện mạng lưới tinh thể lực Van der Walls liên kết hiđro Sự hấp phụ chất hữu không phân cực, polime đặc biệt vi khuẩn xảy bề mặt bentonit Do bentonit có cấu trúc lớp độ phân tán cao nên có cấu trúc xốp phức tạp bề mặt riêng lớn Cấu trúc xốp ảnh hưởng lớn đến tính chất hấp phụ khoáng sét, đặc trưng tính chọn lọc chất bị hấp phụ Chỉ có phân tử có đường kính đủ nhỏ so với lỗ xốp chui vào Dựa vào điều người ta dùng bentonit hoạt hóa làm vật liệu tách chất Đây điểm khác bentonit chất hấp phụ khác 1.1.2.4 Tính kết dính Khi trộn với nước, bentonit có khả kết dính mạnh nên từ thời xa xưa người biết sử dụng loại sét để nặn thành vật dụng nhằm mục đích phục vụ đời sống Lợi dụng tính chất kết dính này, xưởng đúc gang, bentonit dùng làm chất kết dính để vê quặng bột thành viên trước đưa vào lò nung, làm chất kết dính khuôn cát để đúc 1.1.2.5 Tính trơ Bentonit trơ bền hóa học nên không độc, ăn Người ta dùng bentonit làm chất độn dược phẩm, thức ăn gia súc, mỹ phẩm, làm chất lọc tẩy màu cho bia, rượu vang mật ong 1.1.2.6 Tính nhớt dẻo Do có cấu trúc lớp, có độ xốp cao, có khả trương nở mạnh nước nên bentonit có tính nhớt dẻo Do có tính chất mà bentonit sử dụng làm phụ gia bôi trơn mũi khoan, gia cố thành lỗ khoan, làm phụ gia xi măng Portland, chế vữa chất dính kết đặc biệt Page 1.1.3 Ứng dụng bentonit 1.1.3.1 Làm chất xúc tác trình tổng hợp hữu Do có độ axit cao nên bentonit dùng làm chất xúc tác phản ứng hữu Bề mặt bentonit mang điện tích âm thay đồng hình ion Si4+ ion Al3+ tâm tứ diện ion Mg2+ thay ion Al3+ tâm bát diện Các ion thay Al3+, Mg2+ có khả cho điện tử điện tích âm chúng không bù trừ ion dương Do tâm axit Lewis tạo thành từ ion Al3+ ion Mg2+ đỉnh, chỗ gãy nứt khuyết tật bề mặt bentonit Nếu lượng Al3+ Mg2+ tăng lên bề mặt bentonit làm tăng độ axit Lewis chúng Trên bề mặt bentonit tồn nhóm hiđroxyl Các nhóm hiđroxyl có khả nhường proton để hình thành bề mặt bentonit tâm axit Bronsted Số lượng nhóm hiđroxyl có khả tách proton tăng lên làm tăng độ axit bề mặt bentonit Trong vật liệu sét chống (pillared clays), cột chống lớp aluminosilicat bentonit có liên kết cộng hóa trị thực Các liên kết dẫn đến giải phóng phân tử nước proton làm tăng độ axit bền hóa cấu trúc bentonit chống Việc biến tính bentonit phương pháp trao đổi cation kim loại đa hóa trị Ti4+, Zr4+, Al3+, Si4+, tạo vật liệu sét chống có độ axit độ xốp cao hơn, có khả xúc tác cho số phản ứng hữu Ví dụ; việc sử dụng sét chống làm chất xúc tác axit rắn phản ứng hữu pha lỏng thuận lợi nhiều so với axit lỏng Sau kết thúc phản ứng cần lọc hỗn hợp phản ứng tách chất xúc tác rắn khỏi hỗn hợp phản ứng Ngoài ra, bentonit có khả hấp phụ cao nên hấp phụ chất xúc tác bề mặt lớp Vì vậy, bentonit sử dụng làm chất mang xúc tác cho nhiều phản ứng tổng hợp hữu 1.1.3.2 Làm vật liệu hấp phụ Page 10 Bentonit dùng rộng rãi làm chất hấp phụ nhiều ngành công nghiệp Trong công nghiệp lọc dầu, lượng bentonit sử dụng với lượng lớn, bao gồm bentonit tự nhiên bentonit hoạt hóa Lượng bentonit tự nhiên tiêu tốn cho trình lọc dầu 25% khối lượng dầu lượng bentonit hoạt hóa 10% khối lượng dầu Việc sử dụng bentonit làm chất hấp phụ ưu việt hẳn phương pháp cũ phương pháp rửa kiềm Lượng bentonit trình tinh chế 0,5% lượng dầu tinh chế Ngoài ra, phương pháp dùng bentonit có mức hao phí dầu thấp tránh phản ứng thủy phân Trong công nghiệp hóa than, bentonit sử dụng để tinh chế benzen thô bán sản phẩm khác Với tư cách chất hấp phụ đặc biệt tốt, bentonit tạo dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao chi phí nguyên liệu thấp Vì thế, với phát triển ngành thăm dò khai thác dầu, lượng bentonit sử dụng việc chế tạo dung dịch khoan ngày tăng Ngày Mỹ, lượng bentonit sử dụng làm dung dịch khoan chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonit nước Các chức quan trọng bentonit dung dịch khoan là: + Làm tăng khả lưu chuyển dung dịch khoan có độ nhớt cao nồng độ chất rắn thấp + Tạo huyền phù với tác nhân mùn khoan gây lắng ngừng lưu chuyển dung dịch khoan lí + Ngăn cản dung dịch vào tầng có áp suất thấp, thấm nước nhờ việc tạo nên lớp bánh lọc không thấm nước thành lỗ khoan Lớp bánh lọc không ngăn khỏi bị dung dịch mà có tác dụng màng cứng làm bền thành lỗ khoan Ngoài ra, có khả hấp phụ tốt nên bentonit sử dụng làm chất hấp phụ chất hữu dầu mỏ xử lý môi trường… 1.1.3.3 Làm vật liệu điều chế sét hữu nanocompozit Gần với phát triển mạnh mẽ công nghệ nano, nhiều ngành công nghiệp sử dụng bentonit ngày nhiều Công nghệ nano sử dụng sét hữu trộn Page 11 với chất khác để chế tạo vật liệu Ví dụ, sét hữu trộn với polime để chế tạo nanocompozit, gọi composit-nano-bentonit Các polime trộn thêm hạt nanobentonit kéo thành màng cho màng kín nhiều so với polime không trộn kéo, cán, nanobentonit nằm song song với bề mặt, có khả ngăn cản hiệu nhiều loại phân tử qua Các hạt nanobentonit trộn với polime kín mà bền nhiều, đáp ứng yêu cầu làm ống mềm để truyền dẫn thuốc, dẫn máu y tế 1.1.3.4 Dùng số lĩnh vực khác Một lượng lớn bentonit sử dụng làm chất độn công nghiệp sản xuất vật liệu tổng hợp (xà phòng, vải sợi ) Đặc biệt công nghiệp sản xuất giấy, việc trộn thêm bentonit làm tăng hàm lượng cao lanh, giảm lượng xenlulo cần có giấy, làm tăng đáng kể chất lượng giảm giá thành giấy Trong công nghiệp bia, rượu, bentonit hấp phụ chất hữu cơ, chất béo, sản phẩm phụ không mong muốn trình lên men, đồng thời hấp phụ ion sắt, đồng tác nhân gây bệnh rượu, lại không làm hương vị rượu, bia Bentonit sử dụng làm nguồn nước mặt Do bentonit làm kết tủa vẩn đục, hấp phụ ion gây độc, lượng lớn vi khuẩn gây bệnh chất hữu có nước với giá thành tương đối rẻ Do có đặc tính trơ, không độc hại nên bentonit dùng làm phụ gia thuốc tiêu hóa thức ăn giúp điều tiết axit cho động vật, làm phụ gia dược phẩm 1.1.4.Làm giàu, làm bentonit: Các mỏ bentonit kiềm giới thường có hàm lượng MMT cao, nên công trình nghiên cứu làm giàu, làm bentonit kiềm để nâng cao hàm lượng MMT-Na tác giả giới không nhiều Đối với mỏ bentonit kiềm có hàm lượng MMT cao bentonit kiềm Wyoming (Mỹ) người ta trực tiếp sử dụng mà không cần qua giai đoạn làm giàu, biến tính để thu sản phẩm cho mục đích khác Page 12 Tuy nhiên loại quặng bentonit có hàm lượng MMT thấp - bentonit Tuy Phong, Bình Thuận Việt Nam, người ta phải sử dụng phương pháp tuyển trọng lực phương pháp ướt Theo phương pháp này, bentonit pha với nước theo tỷ lệ thích hợp Sử dụng chất phân tán Na(PO 3)6 để làm lắng khoáng phi sét theo nhiều giai đoạn, sau huyền phù mịn lọc, sấy khô nghiền mịn để thu sản phẩm Một số tác giả khác sử dụng phương pháp tuyển thủy xyclon, xử lý nhiệt hóa học để nâng cao hàm lượng MMT bentonit Trên giới số lượng khoáng bentonit kiềm thổ (chứa cation Ca+2, Mg+2, …) với hàm lượng MMT cao tương đối nhiều, dạng bentonit kiềm lại mang lại nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực, có nhiều nghiên cứu để chuyển hóa bentonit kiềm thổ dạng bentonit kiềm Những nghiên cứu có từ trước năm 1950 nhiều nước Mỹ, Liên Xô cũ, Ngày công nghệ chuyển hóa bentonit kiềm thổ sang dạng bentonit kiềm đưa vào nhiều nhà máy vận hành sản xuất hàng trăm nghìn sản phẩm cho lĩnh vực khác nhau, Hàn Quốc năm sản xuất 800 nghìn sản phẩm bentonit hoạt hóa cho mục đích khác Phương pháp hoạt hóa để chuyển bentonit kiềm thổ dạng bentonit kiềm sau: quặng bentonit kiềm thổ phân cấp, đập, nghiền đến cỡ hạt thích hợp Sau quặng trộn với tác nhân hoạt hóa (là muối natri Na 2CO3, NaCl, ) theo tỷ lệ thích hợp nung hỗn hợp lò quay với nhiệt độ khoảng 300÷500oC, sản phẩm hoạt hóa sau đóng bao đưa sử dụng Một điều đáng lưu ý quặng bentonit kiềm thổ giới thường có hàm lượng MMT cao nên quặng đưa vào hoạt hóa mà không qua giai đoạn làm giàu, quặng bentonit kiềm thổ Di Linh-Lâm Đồng chúng ta, hàm lượng MMT không cao (khoảng 30÷40%) nên để sử dụng cho số mục đích chế tạo vật liệu sét hữu trước hoạt hóa nên làm giàu quặng để nâng hàm lượng MMT Người ta sử dụng tác nhân hoạt hóa khác axit vô (H 2SO4, HNO3, HCl) chất hữu khác để hoạt hóa bentonit kiềm bentonit kiềm thổ nhằm thu nhanh sản phẩm hoạt hóa cho mục đích sử dụng khác 1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu luận văn 1.2.1 Mục đích : Page 13 Phương pháp biến tính khoáng sét Montmorillonite làm vật liệu phù hợp cho việc tạo màng PVA/Clay 1.2.2 Nội dung nghiên cứu : Để đạt mục đích nêu thực nội dung nghiên cứu sau: - Lựa chọn tác nhân biến tính khoáng sét - Xác định điều kiện biến tính khoáng sét - Tạo màng PVA/Clay biến tính Page 14 CHƯƠNG II : KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Điều chế phụ gia Trong báo cáo này, chúng nghiên cứu ứng dụng sét bentonit (Bent) đầu làm nguyên liệu đầu để điều chế sét hữu cơ, sét hữu viết tắt Bent-hữu 2.1.1 Xử lý sét thô: Quá trình điều chế sét tinh gồm nhiều giai đoạn -Mục đích: Nhằm loại bỏ hợp chất bẩn rác -Phương phấp thực : Sét nguyên khai sau khai thác từ mỏ nghiền nhỏ ngâm, khuấy nước cho sét có khả trương nở tối đa tách lớp với chất bẩn khác(ngâm tuần), sau li tâm, gạn bỏ nước để thu huyền phù sét.Sét thu sét ban đầu nhiều,đem sấy khô nhiệt độ từ 80-100 oC để đuổi tránh hỏng sét (sấy ngày ).Thu Bent xử lí 2.1.2.Biến tính Bent : a.Trao đổi với Na+ : -Cân 32g Bent xử lí + 640 ml nước cất hỗn hợp khuấy ngày Sau Bent khuấy qua ngày bắt đầu cho từ từ 224ml NaCl 1M vào( nhiệt độ phòng ),vừa khuấy vừa cho từ từ NaCl để đạt hiệu pha trộn tốt nhất.Sau để yên hỗn hợp nhiệt độ phòng vòng 24h để Bent trao đổi với Na + Hỗn hợp li tâm ,sau dung nước cất để rửa hết Cl- sau trao đổi Na+ Lặp lặp lại rửa Cl- Thử lại với Ag+ để biết kết quả.Nước rửa sau trao đổi Na + giữ lại để tính lượng Na+ trao đổi Bent sau trao đổi Na+ (đã rửa hết Cl- ) đem sấy tủ sấy chân không 850 C 24h Page 15 Tóm tắt quy trình : b.Trao đổi CTAB: Bent sấy sau trao đổi Na + khuấy với nước cất 2h gia nhiệt 60 0C ( theo tỉ lệ: 5g Bent + 200ml H 2O) Sau cho từ từ CTAB vào, khuấy ngâm hỗn hợp vòng 24h Ly tâm hỗn hợp dung nước cất để rửa Br - có hỗn hợp,lặp lặp lại nhiều lần Br - rửa hết.(dung Ag+ để thử kết rửa ) Sau rửa Br - ,đem sấy Bent nhiệt độ 50 0C 24h, ta Bent hữu Tóm tắt trình thực : Page 16 2.1.3.Tạo màng: a.Màng PVA đơn giản : Ở tạo màng PVA 10% sau : Cân 10g PVA thêm vào 90ml H2O Dùng máy khuấy từ gia nhiệt 800C để khuấy hỗn hợp vòng 6h (trong trình khuấy có lắp thêm sinh hàn để tránh hỗn hợp bị bay cạn ) Sau khuấy hỗn hợp 6h ta đổ vào đĩa thủy tinh đem sấy tử sấy chân không 50 0C 24 h.Ta Màng PVA 10% đơn giản b.Tạo màng PVA-Clay: Khuấy dung dịch PVA 10% vòng 6h 80 0C (giống tạo màng PVA 10%) Cho Bent biến tính ( trao đổi Na + CTAB ) vào hỗn hợp khuấy 8h.Sau đem sấy tủ sấy chân không 500C ta màng PVA-Clay CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Page 17 3.1 Tổng hợp Bent-CTAB xác định điều kiện biến tính khoáng sét Với mục tiêu tìm kiếm ứng dụng sét hữu công nghiệp tiến hành xử lý sét thô biến tính chúng chất hoạt động bề mặt cetyl trimetyl amoni bromua với tỉ lệ khác khảo sát hàm lượng sét/CTAB thích hợp 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng CTAB đến khoảng cách không gian sở sét Các mẫu sét xử lý trao đổi với ion CTA + Bảng 3.1 trình bày mẫu sét hữu có thành phần CTAB từ 0-110% theo khối lượng Bảng 3.1 : Các giá trị khoảng cách hai lớp sét tăng hàm lượng CTAB Mẫu Sét hữu D001,Ao ∆=(d001-9,6), Ao Bent-CTAB0% 15,53 5,93 Bent-CTAB30% 16,94 7,34 Bent-CTAB40% 18,64 9,04 Bent-CTAB60% 25,03 15,43 Bent-CTAB100% 25,61 16,01 Bent-CTAB110% 25,12 15,52 Dựa vào ta thấy khoảng cách không gian sở phụ thuộc vào hàm lượng CTAB Khoảng cách lớp sét tăng mạnh hàm lượng CTAB tăng từ đến 60% Ở hàm lượng cao hơn, CTAB dường bão hòa nên khoảng cách không gian sở gần không thay đổi Do cố định hàm lượng CTAB 60% theo khối lượng xem xét yếu tố ảnh hưởng khác đến khoảng cách lớp sét Page 18 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ huyền phù Theo công trình khoa học công bố nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến trình điều chế sét hữu Nếu nhiệt độ thấp thâm nhập cation hữu vào bentonit thấp Vì yếu tố thứ hai mà tiến hành khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ huyền phù, từ tìm nhiệt độ thích hợp cho trình điều chế sét hữu từ bentonit CTAB Các mẫu sét hữu điều chế theo quy trình nêu mục 2.1.2 với điều kiện cụ thể sau: huyền phù (bentonit muối amoni hữu cơ) có tỷ lệ CTAB chiếm 60% khối lượng điều chỉnh đến pH khuấy trộn thời gian 24h, tốc độ khuấy ổn định 500 vòng/phút Nhiệt độ huyền phù biến đổi từ 30 đến 90oC Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ huyền phù đến giá trị d001 hàm lượng cation cetyl trimetyl amoni sản phẩm Nhiệt độ 30 40 50 60 70 80 90 29,125 34,217 37,192 40,057 40,168 40,621 40,953 19,525 24,617 27,592 30,457 30,568 31,021 31,353 o huyền phù ( C) d001 (Å) ∆=(d001-9,6), A o Qua kết khảo sát mức độ ảnh hưởng nhiệt độ huyền phù đến giá trị d 001 hàm lượng cation amoni hữu sản phẩm, khuấy trộn huyền phù (CTAB bentonit) có hàm lượng CTAB chiếm 60% khối lượng 24h, pH 7, khoảng cách lớp cõ d 001 đạt giá trị cao 40,621Å Nếu tiến hành phản ứng nhiệt độ cao hơn, giá trị d001 hàm lượng cation amoni tăng lên, nhiên thay đổi không đáng kể Như vậy, nhiệt độ thích hợp cho trình điều chế sét hữu từ CTAB bentonit 60oC Page 19 3.2 Hiệu PVA/Clay 3.2.1 Khả tác nước số màng PVA a) Hiệu suất màng PAAHCI-PVA99 trình tách nước khỏi ethanol cho khả tách nước cao b)Hiệu suất màng PVA-bazo chứa 10% nước nguyên liệu Page 20 KẾT QUẢ Đã xử lý sơ tinh chế betonit Na (Bent.Na) Đã khảo sát vài yếu tố ảnh hưởng đến khả trương nở sét hữu tìm điều kiện thích hợp hàm lượng CTAB, nhiệt độ tổng hợp sét hữu Khảo sát khả tách nước màng PVA/Clay Page 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Thân Văn Liên, Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoá bentonit Việt Nam để sản xuất bentonit xốp, Báo cáo kết nghiên cứu đề tài hợp tác theo nghị định thư với Hàn Quốc, Hà Nội, tháng 5, 2005 Thân Văn Liên cộng sự, Làm giàu, làm hoạt hoá bentonit Di Linh Lâm Đồng bentonit Tuy Phong, Bình Thuận, Hội nghị Khoa học Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ VI, Đà Lạt tháng 10 năm 2005 3.Trần Xuân Phương, Nghiên cứu tổng hợp bentonit hữu làm chất tạo cấu trúc cho dung dịch khoan gốc dầu, Luận văn thạc sĩ, ĐHQGHN, 2004 Tiếng Anh 1.Anatolie Pushniak (2003), Method for acidic activation of bentonite MD 739 F1 14.01.2003 Page 22 2.Bauer Carl (1997), Formulations including improved organoclay compositions, WO 97/09375 13.03.97 Charles A Cody, Edward D.Magauran (1992), Method of treating waste water for organic containminatnts with water dispersible organically modified smectite clay compositions, US Patent 5,130,028, Jul.14, 1992 Chuen-Shyong Chou, Dennis Paul Lorah, Aqueous nano composite dispersions, US 2002/0086908 A1, Jul.4, 2002 Emmanuel P Glennelis, Composite of high melting polymer and nanoclay with enhanced properties US 2005/0137287 A1 Jun 23, 2005 Page 23 [...]... Lựa chọn tác nhân biến tính khoáng sét - Xác định điều kiện biến tính khoáng sét - Tạo màng PVA/Clay biến tính Page 14 CHƯƠNG II : KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Điều chế phụ gia Trong báo cáo này, chúng tôi chúng tôi nghiên cứu ứng dụng của sét bentonit (Bent) đầu làm nguyên liệu đầu để điều chế sét hữu cơ, sét hữu cơ được viết tắt là Bent -hữu cơ 2.1.1 Xử lý sét thô: Quá trình điều chế sét tinh gồm nhiều giai... trị d001 và hàm lượng cation amoni cũng tăng lên, tuy nhiên sự thay đổi là không đáng kể Như vậy, nhiệt độ thích hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ CTAB và bentonit là 60oC Page 19 3.2 Hiệu quả của PVA/Clay 3.2.1 Khả năng tác nước của một số màng PVA a) Hiệu suất của màng PAAHCI-PVA99 trong quá trình tách nước khỏi ethanol cho khả năng tách nước cao b)Hiệu suất của màng PVA-bazo chứa 10% nước trong... hưởng của nhiệt độ huyền phù Theo các công trình khoa học đã công bố thì nhiệt độ có ảnh hưởng khá lớn đến quá trình điều chế sét hữu cơ Nếu nhiệt độ quá thấp thì sự thâm nhập của các cation hữu cơ vào bentonit thấp Vì vậy yếu tố thứ hai mà chúng tôi tiến hành khảo sát là ảnh hưởng của nhiệt độ huyền phù, từ đó tìm ra nhiệt độ thích hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit và CTAB Các mẫu sét hữu. .. sử dụng làm chất hấp phụ các chất hữu cơ và dầu mỏ trong xử lý môi trường… 1.1.3.3 Làm vật liệu điều chế sét hữu cơ và nanocompozit Gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano, nhiều ngành công nghiệp đã sử dụng bentonit ngày càng nhiều Công nghệ nano sử dụng sét hữu cơ trộn Page 11 với các chất khác để chế tạo ra các vật liệu mới Ví dụ, sét hữu cơ được trộn với các polime để chế tạo các nanocompozit,... chất bẩn và rác -Phương phấp thực hiện : Sét nguyên khai sau khi khai thác từ mỏ về được nghiền nhỏ và ngâm, khuấy trong nước sao cho sét có khả năng trương nở tối đa và tách lớp với các chất bẩn khác(ngâm trong một tuần), sau đó li tâm, rồi gạn bỏ nước trong ở trên để thu được huyền phù sét. Sét thu được sạch hơn sét ban đầu nhiều,đem sấy khô ở nhiệt độ từ 80-100 oC để đuổi hết nước và tránh hỏng sét. .. Bent đã biến tính ( trao đổi Na + và CTAB ở trên ) vào hỗn hợp và khuấy trong 8h.Sau đó đem sấy trong tủ sấy chân không ở 500C ta được màng PVA-Clay CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Page 17 3.1 Tổng hợp Bent-CTAB và xác định điều kiện biến tính khoáng sét Với mục tiêu tìm kiếm những ứng dụng mới của sét hữu cơ trong công nghiệp chúng tôi đã tiến hành xử lý sét thô và biến tính chúng bằng chất hoạt động... đó cho từ từ CTAB vào, khuấy và ngâm hỗn hợp trong vòng 24h Ly tâm hỗn hợp trên và dung nước cất để rửa sạch Br - có trong hỗn hợp,lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi Br - được rửa hết.(dung Ag+ để thử kết quả rửa ) Sau khi rửa sạch Br - ,đem sấy Bent ở nhiệt độ 50 0C trong 24h, ta được Bent hữu cơ Tóm tắt quá trình thực hiện : Page 16 2.1.3 .Tạo màng: a .Màng PVA đơn giản : Ở đây chúng tôi tạo màng. .. như axit vô cơ (H 2SO4, HNO3, HCl) và các chất hữu cơ khác để hoạt hóa bentonit kiềm và bentonit kiềm thổ nhằm thu nhanh các sản phẩm hoạt hóa cho những mục đích sử dụng khác nhau 1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận văn 1.2.1 Mục đích : Page 13 Phương pháp biến tính khoáng sét Montmorillonite làm vật liệu phù hợp cho việc tạo màng PVA/Clay 1.2.2 Nội dung nghiên cứu : Để đạt được mục đích... hữu cơ được điều chế theo quy trình đã nêu ở mục 2.1.2 với các điều kiện cụ thể như sau: huyền phù (bentonit và muối amoni hữu cơ) có tỷ lệ CTAB chiếm 60% khối lượng được điều chỉnh đến pH bằng 7 và được khuấy trộn trong thời gian 24h, ở tốc độ khuấy ổn định 500 vòng/phút Nhiệt độ huyền phù được biến đổi từ 30 đến 90oC Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ huyền phù đến giá trị d001 và hàm... KẾT QUẢ 1 Đã xử lý sơ bộ tinh chế betonit thuần Na (Bent.Na) 2 Đã khảo sát một vài yếu tố ảnh hưởng đến khả năng trương nở của sét hữu cơ tìm ra điều kiện thích hợp về hàm lượng CTAB, nhiệt độ tổng hợp sét hữu cơ 3 Khảo sát khả năng tách nước của màng PVA/Clay Page 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1 Thân Văn Liên, Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoá bentonit Việt Nam để sản xuất bentonit xốp, Báo cáo ... nghiên cứu tạo màng tách nước khỏi ancol Có nhiều cách khác để tách nước khỏi ancol trường hợp dùng sét hữu tạo màng để định hướng cho trình tách nước khỏi ancol Để đóng góp phần nhỏ vào việc nghiên... bentonit điều chế sét hữu từ bentonit Việt Nam, báo cáo trình bày kết khảo sát trình chế biến sét hữu , sau tiến hành xác định cấu trúc tính chất sản phẩm sét hữu điều chế để tạo màng PVA/Clay định hướng. .. thích hợp cho trình điều chế sét hữu từ CTAB bentonit 60oC Page 19 3.2 Hiệu PVA/Clay 3.2.1 Khả tác nước số màng PVA a) Hiệu suất màng PAAHCI-PVA99 trình tách nước khỏi ethanol cho khả tách nước cao