Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonite (trung quốc) với tetrađecyltrimetyl amoni bromua và bước đầu khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

HOÀNG THỊ THIÊN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP SÉT HỮU CƠ TỪ
BENTONITE (TRUNG QUỐC) VỚI TETRAĐECYLTRIMETYL
AMONI BROMUA VÀ BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT
KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METYLEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2021


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

HOÀNG THỊ THIÊN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP SÉT HỮU CƠ TỪ
BENTONITE (TRUNG QUỐC) VỚI TETRAĐECYLTRIMETYL
AMONI BROMUA VÀ BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT
KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METYLEN
Ngành: Hóa vơ cơ
Mã số: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Thị Hà Thanh

THÁI NGUYÊN - 2021

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonite
(Trung Quốc) với tetrađecyltrimetyl amoni bromua và bước đầu khảo sát khả
năng hấp phụ xanh metylen” là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các số liệu, kết
quả nghiên cứu trong luận văn là hồn tồn trung thực và chưa được cơng bố trong một
cơng trình nào khác.
Thái Ngun, tháng 10 năm 2021
Tác giả luận văn

Hoàng Thị Thiên Hương
Xác nhận của Trưởng khoa

Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn

PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan

TS. Phạm Thị Hà Thanh

ii


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo và các cán bộ phịng thí nghiệm
Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; Khoa Hóa học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Hàn lâm Khoa

học và Công nghệ Việt Nam và các anh chị học viên đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để em hoàn thành luận văn.
Em xin bày tỏ sự biết ơn TS. Phạm Thị Hà Thanh đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo và giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm và hồn thành luận văn.
Vì khả năng thực nghiệm còn hạn chế cùng một số yếu tố khách quan khác nên
kết quả nghiên cứu có thể cịn thiếu sót. Em rất mong nhận được góp ý của các thầy,
cơ giáo để luận văn được hồn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2021
Học viên

Hoàng Thị Thiên Hương

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa ................................................................................................................. i
Lời cam đoan ................................................................................................................ ii
Lời cảm ơn ................................................................................................................... iii
Mục lục ........................................................................................................................ iv
Danh mục các bảng ...................................................................................................... vi
Danh mục các hình ..................................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................3
1.1. Giới thiệu về bentonite ...........................................................................................3
1.1.1. Thành phần và cấu trúc của bentonite .................................................................3
1.1.2. Tính chất của bentonite ........................................................................................4
1.1.3. Ứng dụng của bentonite .......................................................................................7

1.1.4. Nguồn bentonite trên thế giới và ở Việt Nam .....................................................8
1.2. Sét hữu cơ ...............................................................................................................9
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ .......................................................................................9
1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ ............................................................................................10
1.2.3. Biến tính sét hữu cơ ...........................................................................................11
1.2.4. Tính chất của sét hữu cơ ....................................................................................13
1.2.5. Ứng dụng của sét hữu cơ ..................................................................................15
1.2.6. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ bằng phương pháp
khuếch tán trong dung dịch nước.................................................................................16
1.3. Giới thiệu về tetrađecyltrimetyl amoni bromua ....................................................18
1.4. Giới thiệu về xanh metylen ...................................................................................18
1.5. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ .....................................................................19
1.5.1. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học....................................................................20
1.5.2. Cân bằng hấp phụ, dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ ..........................21
Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........25
2.1. Hóa chất, dụng cụ .................................................................................................25

iv


2.1.1. Hóa chất .............................................................................................................25
2.1.2. Dụng cụ ..............................................................................................................25
2.2. Thực nghiệm .........................................................................................................25
2.2.1. Khảo sát quá trình tổng hợp sét hữu cơ .............................................................25
2.2.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh ...........26
2.3. Các phương pháp nghiên cứu ...............................................................................27
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) ............................................................27
2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng cation hữu cơ trong sét hữu cơ ...................28
2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ..........................................................29
2.3.5. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis .......................................................29

2.3.6. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ......................................................29
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................31
3.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình điều chế sét hữu cơ ...................31
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng .......................................................31
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TTAB/bentonit-TQ...........................33
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH huyền phù .............................................................34
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ........................................................35
3.2. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu .................37
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen của bentonit-TQ và sét hữu cơ điều chế....41
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của metylen xanh ........................................................42
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ...............................................................................42
3.3.3. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ...........................................................44
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit-TQ và sét hữu cơ điều chế .........46
3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ metylen xanh ................................................47
3.3.6. Khảo sát dung lượng hấp phụ metylen xanh theo mơ hình đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir ..............................................................................................................49
KẾT LUẬN..................................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................53
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu, viết tắt

Tên gọi

Bentonit-TQ

Bentonite Trung Quốc

MMT

Montmorillonit

TTAB

Tetrađecyltrimetyl amoni bromua

d001

Khoảng cách giữa hai mặt mạng

XRD

Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen

SEM

Phương pháp hiển vi điện tử quét

TGA

Phương pháp phân tích nhiệt

UV-Vis

Phương pháp phổ hấp thụ phân tử

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Thành phần bentonite Trung Quốc [5] ..........................................................9
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng (%) cation
hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ .............................................. 32
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TTAB/bentonit-TQ đến giá trị d001 .... 33
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH huyền phù đến giá trị d001 ....................................... 34
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng (%)
cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ................................... 36
Bảng 3.5. Giá trị d001 và góc 2θ của bentonit-TQ; bentonite Bangladesh và sét hữu
cơ biến tính bởi TTAB [20] ................................................................... 38
Bảng 3.6. Kết quả phân tích nhiệt của bentonit-TQ và sét hữu cơ điều chế [6] .... 39
Bảng 3.7. Điều kiện tổng hợp sét hữu cơ từ TTAB và một số nguồn bentonite .... 41
Bảng 3.8. Số liệu xây dựng đường chuẩn của xanh metylen.................................. 42
Bảng 3.9. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ metylen xanh .............. 43
Bảng 3.10. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian ............. 45
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của khối lượng bentonit-TQ , sét hữu cơ đến dung lượng và
hiệu suất hấp phụ xanh metylen ............................................................. 46
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ xanh metylen ban đầu đến dung lượng và hiệu
suất hấp phụ của sét hữu cơ ................................................................... 48
Bảng 3.13. Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir b của bentonitTQ và sét hữu cơ điều chế ...................................................................... 51

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang
Hình 1.1. Sơ đồ mạng 2 chiều SiO4 và MeO6...........................................................3
Hình 1.2. Cấu trúc mạng của một đơn vị cấu trúc MMT .........................................4
Hình 1.3. Sơ đồ kiến trúc mạng tinh thể MMT, nhìn từ mặt [7] ..............................7
Hình 1.4. Mơ tả cấu trúc của sét sau khi biến tính hữu cơ (organoclay) ................11
Hình 1.5. Trạng thái phân ly của khống sét trong dung dịch ................................11
Hình 2.1. Quy trình điều chế sét hữu cơ .................................................................25
Hình 3.1. Giản đồ XRD của bentonit-TQ ...............................................................31
Hình 3.2. Giản đồ XRD của bentonit-TQ và các mẫu sét hữu cơ khảo sát ở các
nhiệt độ 20 oC, 30 oC, 40 oC, 50 oC, 60 oC, 70 oC ..................................31
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào nhiệt độ phản ứng của
các mẫu sét hữu cơ điều chế...................................................................32
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào tỉ lệ khối lượng
TTAB/bentonit-TQ của các mẫu sét hữu cơ điều chế...........................33
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào pH huyền phù ..........35
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào thời gian phản ứng .......36
Hình 3.7. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ......................37
Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt của bentonit-TQ ...............................................38
Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ ...................................................39
Hình 3.10. Ảnh SEM của bentonit-TQ (a); sét hữu cơ điều chế (b).......................40
Hình 3.11. Đường chuẩn của xanh metylen ...........................................................42
vào pH của bentonit-TQ và sét hữu cơ .....................................................................43
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH dung dịch đến dung lượng hấp phụ
xanh metylen của bentonit-TQ và sét hữu cơ .......................................44
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ xanh
metylen của bentonit-TQ và sét hữu cơ .................................................45
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bentonit-TQ, sét hữu cơ
điều chế đến dung lượng hấp phụ xanh metylen....................................47

vii

Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ xanh metylen ban đầu đến khả
năng hấp phụ xanh metylen của bentonit-TQ và sét hữu cơ điều chế ..49
Hình 3.16. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của bentonit-TQ đối với xanh
metylen ...................................................................................................49
Hình 3.17. Sự phụ thuộc của Cf /q vào Cf đối với sự hấp phụ xanh metylen của
bentonit-TQ .............................................................................................50
Hình 3.18. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của sét hữu cơ điều chế đối với
xanh metylen ..........................................................................................50
Hình 3.19. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ xanh metylen của sét
hữu cơ điều
chế
....................................................................................................................
50
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................

viii

MỞ ĐẦU
Sự gia tăng dân số cùng với tốc độ đơ thị hóa, cơng nghiệp hóa trên khắp đất
nước đã gây ra áp lực rất lớn đến môi trường và tài nguyên nước ở Việt Nam. Dân số
tăng đồng nghĩa với lượng chất thải và nước thải cũng tăng, công nghiệp hóa và đơ thị
hóa tăng cũng đồng thời với tăng lượng chất thải và ô nhiễm môi trường tăng. Nhiều
dịng sơng bị ơ nhiễm đến mức báo động nhưng dường như việc giảm thiểu ơ nhiễm,
khơi phục dịng sơng hoặc đoạn sông diễn ra rất chậm, chậm đến mức người ta không
nhận ra sự thay đổi. Trong ba loại ơ nhiễm: Ơ nhiễm khơng khí, ơ nhiễm nguồn nước,
ơ nhiễm đất thì ơ nhiễm nguồn nước có tính nghiêm trọng nhất do đặc trưng lan truyền
và tác động đến môi trường thủy sinh. Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước chính do
nước thải chứa các chất vơ cơ và hữu cơ độc hại như hợp chất của phenol, xanh
metylen…chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn từ sản xuất công nghiệp, làng
nghề, chế biến nông lâm thủy sản; nước thải từ sinh hoạt; nước thải từ sản xuất nơng
nghiệp... Vì vậy việc xử lý mơi trường nước đang là vấn đề rất cần thiết và cấp bách.
Trong những năm gần đây con người đã biết sử dụng một số loại vật liệu hấp phụ như
than hoạt tính, zeolit…..tuy nhiên những vật liệu này có những hạn chế nhất định như
mao quản nhỏ không hấp phụ được một số hợp chất hữu cơ có kích thước cồng kềnh.
Trước những hạn chế đó nhiều nhà khoa học trong và ngồi nước đã tích cực nghiên
cứu tìm ra nguồn vật liệu mới thay thế vật liệu cũ.
Bentonite với thành phần chủ yếu là sét smectit với cấu trúc lớp 2:1, có cấu trúc
mao quản, bề mặt riêng và dung lượng trao đổi ion lớn, độ bền cơ học và hóa học cao...
nên được sử dụng làm xúc tác trong các phản ứng hóa học, chất hấp phụ, chất trao đổi
ion, chất mang... Để cải thiện đặc tính, chất lượng của bentonite nhằm mở rộng ứng
dụng của chúng, các nghiên cứu tập trung vào việc biến tính bentonite với nhiều kỹ
thuật khác nhau. Trong đó, việc sử dụng các chất hoạt động bề mặt như các muối amoni,
muối photphoni,... biến tính bentonite sẽ thu được sét hữu cơ có diện tích bề mặt lớn,
hấp phụ tốt các chất hữu cơ. Đây chính là loại vật liệu có tiềm năng trong việc xử lý
nước thải chứa chất hữu cơ.
Với mục đích điều chế được sét hữu cơ có khả năng hấp phụ tốt, đáp ứng yêu
cầu xử lý chất thải hữu cơ trong môi trường nước tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng

1


hợp sét hữu cơ từ bentonite (Trung Quốc) với tetrađecyltrimetyl amoni bromua và
bước đầu khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen”.
Trong đề tài này, chúng tôi đặt vấn đề nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới
quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonite Trung Quốc, tìm điều kiện thích hợp để điều
chế sét hữu cơ có d001; hàm lượng (%) cation xâm nhập lớn nhất và có khả năng hấp
phụ chất hữu cơ có kích thước lớn như xanh metylen.

2


Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về bentonite
Bentonite là một loại khống sét, tên của nó được viết theo tên của người
phát hiện ra nó đầu tiên – ơng Fort Benton, người Mỹ. Bentonite có sẵn trong tự nhiên
gồm hai loại: sodium bentonite (có độ nở, khả năng tạo gel cao) và calcium
bentonite (thường có sẵn trên thế giới nhưng với khả năng trương nở ít hơn). Các
mỏ sodium bentonite tự nhiên trên thế giới ít hơn nhiều lần các mỏ calcium bentonite.
1.1.1. Thành phần và cấu trúc của bentonite
Thành phần hóa học của bentonite
Bentonite là một khống sét tự nhiên với thành phần chính là montmorillonite
(MMT) Al2O3.4SiO2.H2O. Ngồi ra nó có thể bao gồm oxit của một số nguyên tố khác
như natri, kali, canxi, magie và sắt.
Cấu trúc mạng tinh thể của MMT được hình thành từ mạng tứ diện (tetraedral) SiO4
2 chiều và mạng bát diện (octa edral) MeO6 2 chiều (hình 1.1) [6].

Mạng tứ diện SiO4

Mạng bát diện MeO6 (Me =Al,Mg)
Hình 1.1. Sơ đồ mạng 2 chiều SiO4 và MeO6
Từ hai mạng trên, một kiểu ghép nối 2:1 đã tạo ra mạng cấu trúc phyllosilicat
của MMT. Cụ thể là, ghép hai mạng tứ diện vào hai bên của một mạng bát diện (hình
1.2) [6].
3


Hình 1.2. Cấu trúc mạng của một đơn vị cấu trúc MMT
Độ dày của lớp cấu trúc 3 mạng (2 mạng tứ diện và 1 mạng bát diện) là khoảng
0,94 nm, khoảng cách d001 (từ mặt đáy tứ diện lớp 2:1 này đến mặt tứ diện đáy của lớp
2:1 khác) khoảng 1,5 nm. Nghĩa là, khoảng cách (khoảng trống) giữa 2 lớp 2:1 là
d =1,5 - 0,94 = 0,56 nm ~ 6Å
Montmorillonite cịn được gọi là sét lớp điocta (chính xác là đioctahedral: bát
diện đôi), nghĩa là cứ 3 vị trí tâm bát diện thì 2 vị trí được chiếm bởi các cation hóa trị
+3 (chủ yếu là Al3+) cịn một vị trí để trống. Do sự thay thế đồng hình giữa các ion Al3+
cho Si4+ trong mạng tứ diện và Mg2+ cho Al3+ trong mạng bát diện mà mạng cấu trúc
của MMT mang điện tích âm. Các điện tích này được cân bằng (bù trừ) bởi các cation
trao đổi ở trạng thái hydrat hóa nằm phân tán trong khơng gian giữa các lớp 2:1 (khoảng
cách d).
1.1.2. Tính chất của bentonite
Bentonite có thành phần chính là MMT có cấu trúc gồm các lớp aluminosilicat
liên kết với nhau bằng liên kết hiđro, có các ion bù trừ điện tích tồn tại giữa các lớp nên
bentonite có các tính chất đặc trưng: trương nở, hấp phụ, trao đổi ion, kết dính,... Trong
đó quan trọng nhất là khả năng trương nở, hấp phụ và trao đổi ion [1], [4].
Tính chất trương nở và hấp phụ của MMT
Đặc tính cơ bản của bentonite là hút nước và nở ra. Tuy nhiên, không phải tất
cả bentonite đều có khả năng hấp thụ như nhau. Mức độ hidrat hóa và trương nở của

nó phụ thuộc vào loại ion có thể trao đổi được chứa, với khả năng hút nước và hòa tan
khác nhau. Chủ yếu là do hai yếu tố: hấp thụ nước ở bề mặt và lực đẩy thẩm thấu, buộc
các lớp tách ra và mở ra giống như một “chồng thẻ”. Natri bentonite, với cation natri
(Na+) cho phép nước xâm nhập qua các lớp, buộc chúng tách rời nhau, do đó dẫn đến
4


trương nở lớn. Ngược lại, canxi bentonite, với cation canxi (Ca2+), trong khi bị hydrat
hóa theo cách tương tự, nhưng do mang điện tích dương mạnh, nên có đặc tính hấp thụ
thấp hơn, cho phép nước xâm nhập qua các lớp ít hơn.
Theo [14], nước dễ bị hấp phụ trong khoảng trống giữa 2 lớp cấu trúc, tạo ra
một lớp hấp phụ với độ dày 4 phân tử H2O. Do đó, khoảng cách d được giãn rộng ra,
thể tích vật liệu tăng lên. Đó là hiện tượng trương nở của MMT (bentonite). Bằng
phương pháp XRD người ta có thể xác định được khoảng cách giữa các mặt cơ bản
d001 trong q trình trương nở của MMT.
Ngồi phân tử H2O, một số phân tử có cực khác như các ancol, xeton, amin,
nitril cũng được hấp phụ trong khoảng không gian giữa lớp. Các hydrocacbon chỉ hấp
phụ ở bề mặt ngoài tinh thể MMT. Vì bề mặt ngồi của MMT chỉ chiếm 30÷70m2/g,
nhỏ hơn rất nhiều bề mặt hình học ~750m2/g, do đó dung lượng hấp phụ của MMT đối
với hydrocacbon nhỏ hơn nhiều so với H2O.
Như vậy, các khoảng trống giữa các lớp cấu trúc của MMT có thể được xem là
các vi mao quản. Độ rộng của vi mao quản này có thể “co giãn” trong q trình hấp
phụ - khử hấp phụ.
Vì mạng cấu trúc lớp của MMT tương đối “co giãn” nên MMT không chỉ hấp
phụ các phân tử có kích thước nhỏ mà cịn có thể hấp phụ các phân tử phân cực lớn
như polyoxitetylen, ancol polyvinyl, protein [13], ... làm cho d001 của MMT tăng lên
đáng kể.
Độ nhớt và tính chất thixotropy của huyền phù nước [3]
Khi bentonite được phân tán trong nước, huyền phù keo có độ ổn định cao được
hình thành với độ nhớt và thixotropy cao. Ở nồng độ đủ cao, những huyền phù này bắt

đầu có các đặc tính của gel. Huyền phù được hình thành khi các phân tử nước thâm
nhập vào các lớp xen kẽ của tiểu cầu. Tại đây, các liên kết cầu hydro được hình thành
bởi các nguyên tử hydro có trong phân tử nước. Các tiểu cầu trở nên cô lập với nhau,
trong khi liên kết với nhau thông qua nước xen kẽ. Khi để yên, một mạng lưới được
tạo thành, bằng cách kết hợp nước. Ngược lại, dưới áp lực cơ học, các liên kết này bị
đứt một phần, do đó cho phép các tiểu cầu di chuyển tự do hơn. Độ nhớt trong những
điều kiện này thấp hơn ở trạng thái nghỉ. Quá trình sol-gel-sol thuận nghịch này được
gọi là thixotropy.
Tính chất keo và chống thấm [4]

5


Khi nước được hấp thụ bởi bentonite, một gel bán rắn được hình thành với khả
năng chịu áp suất thủy tĩnh mạnh. Một tiểu cầu MMT có thể được hình dung như một
gói mỏng gồm các lớp tích điện âm. Do mang điện tích âm, chúng đẩy nhau trong khi
cho nước đi qua. Bằng cách này, trong khi gói phồng lên, một lớp vỏ ổn định được hình
thành xung quanh tiểu cầu. Khi bão hòa, lớp vỏ này sẽ đẩy lùi nước, ngay cả khi chịu
áp lực. Đối với tất cả các đặc tính này, bentonite được sử dụng trong các ao và bến tàu,
để ngăn chặn sự xâm nhập của đất và lót nền của các bãi chơn lấp.
Khả năng trao đổi cation [7]
MMT có khung mạng tinh thể mang điện tích âm, do sự thay thế đồng hình của
Al3+ cho Si4+ trong mạng tứ diện. Nhưng vì tỉ số Al : Si trong mạng tứ diện không lớn
{Al : Si = 1:(15 ÷ 30)} nên số tâm điện tích âm được tạo ra khơng nhiều. Tuy nhiên,
các tâm điện tích âm này nằm gần bề mặt khe hở giữa các lớp nên có lực liên kết mạnh
hơn với các cation bù trừ điện tích (Na+, K+, Ca2+,..) so với các tâm điện tích âm của
mặt bát diện.
Trong mặt bát diện (nằm giữa 2 mặt tứ diện), cũng xuất hiện các tâm điện tích
âm do sự thay thế đồng hình của Mg2+ cho Al3+. Do tỉ số Mg2+: Al3+ ≈ 1: (4 5) [16] nên
số điện tích âm tạo ra ở mặt bát diện lớn hơn 4 ÷ 6 lần so với mặt tứ diện. Tuy nhiên,

lực tĩnh điện tương tác giữa các tâm điện tích âm bát diện yếu hơn so với mặt tứ diện
vì khoảng cách từ tâm đến bề mặt cơ sở lớn hơn (2,2Å so với 0,6Å).
Ngoài ra, trên bề mặt ngoài vật liệu của MMT (vị trí gờ, cạnh của các “mảnh”
gãy của lớp cấu trúc) cịn tồn tại các nhóm cấu trúc MeOH như: Si-OH, Al-OH,… Các
nhóm này có tính chất axit-bazơ khác nhau, nghĩa là khả năng cho nhận proton khác
nhau khi pH của dung dịch (môi trường) thay đổi .
Khung mạng của MMT chứa các điện tích âm thường trực (permanent) do sự thay
thế đồng hình của Al3+ với Si4+ (trong mạng tứ diện), Mg2+ với Al3+ (trong mạng bát
diện) và các nhóm MeO- (khi pH dung dịch > pHpzc). Các tâm điện tích âm bề mặt là
nguồn hấp phụ các ion kim loại theo cơ chế tạo phức bề mặt [6]
Hầu như tất cả các đặc trưng về kiến trúc mạng diocta và các tính chất liên quan
đến cấu trúc của MMT đã trình bày ở trên đều được thể hiện trên hình 1.3.

6


Hình 1.3. Sơ đồ kiến trúc mạng tinh thể MMT, nhìn từ mặt [7]
1.1.3. Ứng dụng của bentonite
Từ một số tính chất đã được đề cập ở trên, bentonite có một số ứng dụng
như sau [1], [2], [3], [4], [5]:
Làm vật liệu hấp phụ
Vật liệu hấp phụ dùng để xử lý nước thải cơng nghiệp nói chung và nước thải
chứa phóng xạ nói riêng địi hỏi cần phải có dung lượng trao đổi ion lớn và có độ bền
trong mơi trường nước. Đối với vật liệu hấp phụ được chế tạo trên nền khống sét
bentonite có tính chất trương nở mạnh và khả năng tạo ra huyền phù bền và dễ tan trong
nước nên cần phải nghiên cứu chế độ hoạt hóa bentonite bằng phương pháp nhiệt để
thu nhận được vật liệu vừa có khả năng hấp phụ các nguyên tố phóng xạ và kim loại
nặng có hiệu quả vừa có độ bền cao trong mơi trường nước.
Khả năng hấp phụ cũng như tính chất trao đổi ion của bentonite đã làm cho nó
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhất là lĩnh vực xử lý môi trường như: hấp phụ các

cation kim loại nặng, hấp phụ các chất hữu cơ độc hại, làm nguyên liệu điều chế sét hữu
cơ…
Làm vật liệu điều chế sét hữu cơ và nanocompozit
Để tạo ra vật liệu mới có những tính chất đặc biệt, có tính chất ưu việt hơn người
ta thêm vào vật liệu đó một lượng nhỏ sét hữu cơ. Hiện nay công nghệ nano đang ưa
chuộng sử dụng bentonite sét hữu cơ trong việc chế tạo vật liệu mới.

7


Xử lý chất thải
Trong lĩnh vực xử lý chất thải bentonite được sử dụng với vai trò chủ yếu làm
chất kết ngưng, xúc tiến trong q trình đơng qnh của bùn thải đồng thời nó là chất
chọn lọc có hiệu quả với nước thải có nhiều chất khơng tan, chất trơi nổi.
Ngồi ra bentonite cịn có nhiều ứng dụng khác như:
Trong nông nghiệp: Do cấu tạo đặc biệt và hàm lượng silicdioxit cao nên có
khả năng hấp thu độc tố, diệt nấm mốc cao làm tăng hiệu quả sử dụng của thức ăn chăn
nuôi. Bentonite được các nước phát triển trên thế giới sử dụng làm chất độn, chất kết
dính, chất tạo viên trong ngành công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi.
Trong công nghiệp: Dùng trong ngành xây dựng và thăm dị dầu khí với chức
năng: bơi trơn mũi khoan; giảm momen xoắn; làm đơng cứng và đóng lấp các hang
khơ, khe nứt trong lịng đất trong q trình khoan cọc nhồi.
- Trong y tế: Nó được sử dụng như là một thành phần quan trọng trong các loại
thuốc và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe. Nó là thành phần quan trọng trong các loại
kem, thuốc nước, chất kích thích và bơi…
- Trong sản xuất mỹ phẩm: Do có đặc tính hấp phụ cao và khả năng giữ ẩm tốt,
bentonite được ứng dụng trong nghành công nghiệp mỹ phẩm với vai trò làm chất hấp
phụ lượng protein thừa cũng như bụi bẩn, vi khuẩn trên da.
1.1.4. Nguồn bentonite trên thế giới và ở Việt Nam
Bentonite có sẵn trong tự nhiên gồm hai loại: Bent-Na (có khả năng trương nở,

tạo gel cao) và bent-Ca (thường có sẵn trên thế giới nhưng khả năng trương nở ít hơn).
Các mỏ bent-Na tự nhiên trên thế giới ít hơn nhiều lần các mỏ bent-Ca, nên để có bentNa, người ta hoạt hóa bent-Ca bằng một số biện pháp, tuy vậy các tính chất của chúng
cũng không thể cao bằng bent-Na tự nhiên.
Trên thế giới, bent-Na phân tán nhiều ở Wyoming (Mỹ), Montana, Nam Dakota.
Một lượng nhỏ khác xuất hiện ở Argentina, Canada…
Nguồn tài nguyên bentonite ở Việt Nam
Cùng với một số nước trên thế giới, Việt Nam có tiềm năng khống sét rất lớn,
được phân bố khắp các vùng miền từ Bắc vào Nam với đủ hai chủng loại bentonite
kiềm và kiềm thổ. Các địa phương có khống bentonite với trữ lượng rất lớn, điển hình
là Di Linh - Lâm Đồng, Cổ Định - Thanh Hố, Tuy Phong - Bình Thuận, Gia Huy - Bà
8


Rịa Vũng Tàu,... Trữ lượng và thành phần của khoáng sét bentonite Việt Nam đáp ứng
được cho sự triển khai các ứng dụng vào cơng nghiệp, nơng nghiệp và góp phần bảo
vệ môi trường sinh thái.[9]
Giới thiệu về bentonite Trung Quốc
Mỏ bentonite lớn nhất Trung Quốc là mỏ bent-Ca ở Xn Hoa thuộc tỉnh Hồ
Bắc, ngồi ra cịn nhiều mỏ bentonite ở Triết Giang, Quảng Đông ...
Công ty FCC INC tại thành phố nổi tiếng Triết Giang là một công ty hàng đầu
trong lĩnh vực sản xuất và chế biến bentonite của Trung Quốc.
Tổng sản lượng hàng năm đối với tất cả các loại sản phẩm bentonite của công
ty là 250.000 tấn. Hiện công ty sản xuất 6 loại mặt hàng với hơn 20 sản phẩm tinh chế
bentonite phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu [5], [10].
Thành phần bentonite Trung Quốc sử dụng trong đề tài được trình bày trong
Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần bentonite Trung Quốc [5]
Thành phần

Hàm lượng (%)

Thành phần

Hàm lượng (%)

SiO2

46 – 56%

MgO

4 – 9%

Al2O3

11 – 23%

CaO

0,8 – 3,5%

Fe2O3

>5%

Chất khác

Na2O, K2O

1.2. Sét hữu cơ

1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ
Sét hữu cơ là sản phẩm được tạo thành bởi sự thay thế cation vô cơ trong một
số sét thuộc nhóm smectit có thể trao đổi với cation hữu cơ của nhiều dạng khác nhau.
Cation hữu cơ được sử dụng bao gồm các cation amoni hữu cơ (bậc 1, bậc 2, bậc 3,
bậc 4, mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vịng), các aminoaxit, ancol… trong đó các
cation amoni hữu cơ bậc 4 được dùng nhiều nhất. Cụ thể các loại khoáng sét MMT,
beidelit, nontronit đã được chế hóa với các dung dịch muối amoni hữu cơ khác nhau.
Khoáng sét hấp phụ các cation hữu cơ, làm tăng khoảng cách giữa các lớp so với cùng
loại khoáng sét đã được làm bão hòa bởi các cation nhỏ hơn như canxi hoặc hiđro. Liên
kết của các cation hữu cơ với lớp silicat của MMT tạo thành một tập hợp hữu cơ - vơ
cơ, có tính chất đặc biệt là ưa hữu cơ, nên có khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ

9


trong môi trường lỏng trội hơn hẳn khiến chúng trở thành tiềm năng hữu ích trong
nhiều ứng dụng.
Các nghiên cứu về tương tác giữa các khoáng sét và các hợp chất hữu cơ đã
được thực hiện từ những năm đầu của thế kỉ XX và tăng lên không ngừng về số lượng
và đa dạng về đề tài.
Năm 1939, Gieseking nhận thấy xanh metylen có khả năng thay thế cation giữa
các lớp sét. Kết quả này mở ra khả năng sử dụng các ion amoni (NH3R+, NH2R2+,
NHR3+ và NR4+) vào cơ chế trao đổi ion trong khoáng sét. Cho nên các hợp chất hữu
cơ phân cực khi tiếp xúc với khoáng sét sẽ dễ dàng đẩy và chiếm chỗ các phân tử nước
nằm ở khoảng không gian giữa hai phiến sét. Các phân tử phân cực liên kết yếu với oxi
bề mặt của đỉnh tứ diện SiO4 nằm trong đơn vị cấu trúc sét bằng lực Van-đec-van. Do
vậy các phân tử hữu cơ phân cực trên bề mặt phiến sét rất linh động và dễ dàng bị thay
thế bằng các phân tử khác. Khác với chất hữu cơ phân cực, cation hữu cơ thay thế các
cation vô cơ nằm ở giữa hai phiến sét và liên kết chặt chẽ với bề mặt phiến sét. Sự
tương tác này được gọi là hấp phụ trao đổi ion. Nguyên tử nitơ của cation hữu cơ gắn

chặt vào bề mặt phiến sét cịn đi hiđrocacbon sẽ thay thế vị trí các phân tử nước đã
bị hấp phụ từ trước và nằm song song hoặc vuông góc với bề mặt sét. Điều này xảy ra
tương tự với các ion photphoni. [2]
1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ
Hữu cơ hóa MMT là phản ứng trao đổi giữa các cation kim loại có trong cấu
trúc khống sét với các cation hữu cơ. Đây chính là q trình trao đổi ion Na+, K+ với
nhóm mang điện tích dương ở đầu mạch của hợp chất hữu cơ mà điển hình là nhóm
cation amoni với phần đi là các gốc hữu cơ khác nhau [2], [5].

Phần đi của hợp chất này có tính ưa dầu và là tác nhân đẩy xa khoảng cách giữa
các lớp khoáng sét. Sự tương tác cũng làm thay đổi sự phân cực của các lớp bằng sự
giảm năng lượng tự do trên bề mặt của sét. Số các ion có thể xếp vào các khe phụ thuộc
vào mật độ điện tích của sét và dung lượng cation trao đổi. Độ dài mạch của chất hoạt
động bề mặt cũng sẽ ảnh hưởng đến khoảng cách cơ bản giữa các lớp. Ở mật độ điện
tích nhỏ, chất hoạt động bề mặt thâm nhập và tạo thành một đơn lớp trong khe giữa các
lớp. Khi mật độ điện tích tăng lên có thể tạo ra hai lớp, ba lớp chất hoạt động bề mặt
10


trong khe giữa các lớp. Ở những dung lượng cation trao đổi cation rất cao (trên 120
mgdl/100g) và các chất hoạt động bề mặt có mạch cacbon dài (trên 15C), sự thâm nhập
có thể được sắp xếp như cấu trúc loại parafin. Các đầu điện tích dương gắn chặt vào bề
mặt của lớp sét, cịn đi hữu cơ lấp đầy khoảng khơng gian giữa các lớp, vì vậy mà
khoảng cách cơ bản d001 của sét hữu cơ sẽ lớn hơn của sét ban đầu.

Hình 1.4. Mơ tả cấu trúc của sét sau khi biến tính hữu cơ (organoclay)
Q trình giãn khoảng cách lớp MMT làm tăng khả năng xâm nhập của các chất
hữu cơ hay polyme vào khoảng xen giữa các lớp.
1.2.3. Biến tính sét hữu cơ
Bentonite là chất vơ cơ, có tính ưa nước, trong khi đó nền polyme có tính kỵ

nước nên bentonite rất khó trộn hợp với polyme. Để tăng sự tương hợp giữa bentonite
và polyme, người ta đã phải biến tính bentonite. Một số phương pháp có thể dùng để
biến tính bentonite như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp dùng chất hoạt động
bề mặt, phương pháp trùng hợp các monome tạo polyme trực tiếp, trong đó thường sử
dụng là phương pháp trao đổi ion được mơ tả trong Hình 1.5.

Hình 1.5. Trạng thái phân ly của khoáng sét trong dung dịch

11


Phản ứng hữu cơ hóa MMT xảy ra theo phương trình sau:
R - N+ + Na+ - MMT 

MMT - N+ - R + Na+

Khả năng khuếch tán của muối alkyl amoni phụ thuộc vào điện tích thứ bậc của
muối amoni và cấu tạo gốc R. Các gốc hữu cơ càng cồng kềnh thì khả năng khuếch tán
càng khó nhưng khả năng làm giãn khoảng cách giữa hai lớp MMT càng lớn [2].
Phương pháp trao đổi ion
Để làm cho MMT trở nên kị nước, tương hợp tốt với polyme, các cation ở
khoảng giữa các lớp clay được thay thế bằng các chất hoạt động bề mặt cation như
ankyl amoni hay ankyl photphat. Các cation có thể thay thế thơng dụng nhất là Na+,
Ca2+, Mg2+, H+, K+ và NH4+. Quá trình thay thế xảy ra như sau:
- Khi biến tính bằng các chất hoạt động bề mặt cation thì đầu mang điện dương
hướng về phía các mặt sét (do tương tác điện Culong) cịn các mạch ankyl hướng ra
ngồi.
- Sau khi biến tính hữu cơ, bề mặt sét trở nên kị nước một phần, năng lượng bề
mặt của nó giảm nên dễ tương hợp với các polyme hữu cơ. Kích thước của nhóm ankyl
càng lớn thì tính kỵ nước và khoảng cách giữa các lớp sét càng cao.

- Sự sắp xếp mạch ankyl trong khoảng giữa các lớp sét phụ thuộc vào 2 yếu tố
là mật độ điện tích của sét và loại chất hoạt động bề mặt. Mạch ankyl càng dài, mật độ
điện tích của sét càng lớn thì khoảng cách giữa các lớp càng lớn.
- Mạch ankyl có thể sắp xếp song song với bề mặt sét tạo nên cấu trúc đơn lớp
(khi mạch ankyl ngắn), hai lớp (khi mạch ankyl trung bình), hoặc giả ba lớp (khi mạch
ankyl dài. Tuy nhiên mạch ankyl cũng có thể khơng nằm song song mà lại nằm chéo
so với bề mặt sét, khi đó tạo ra cấu trúc paraffin. Cấu trúc paraffin cũng có thể đơn lớp
hoặc hai lớp. Khi mật độ điện tích sét cao và chất hoạt động bề mặt có kích thước lớn
thường tạo thành dạng 2 lớp giống chất lỏng. Với dạng đơn lớp, hai lớp, giả ba lớp,
khoảng cách cơ sở giữa các lớp sét tương ứng là d = 13,2 Å; 18,0 Å; 22,7 Å thể hiện
sự sắp xếp không trật tự, giống chất lỏng. Với dạng prafin, thì sự sắp xếp có trật tự hơn,
các mạch ankyl không nằm song song với các mặt sét nữa mà nằm chéo với các ion
dương ở vị trí đối nhau.
Một số chất biến tính bentonite theo cơ chế trao đổi ion

12


Chất đầu tiên được dùng để biến tính benonite trong công nghệ chế tạo vật liệu
nanocomposite là amino axit. Nhưng nhóm chất phổ biến nhất là các ion ankyl amoni,
do chúng có khả năng trao đổi dễ dàng với các ion nằm giữa các lớp sét.
- Ion ankyl amoni: MMT sau khi trao đổi cation với các ion ankyl amoni mạch
dài thì có thể phân tán được trong các chất lỏng hữu cơ phân cực tạo nên cấu trúc gel.
Các ion ankyl amoni có thể xen vào giữa các lớp sét một cách dễ dàng tạo ra amino
axit để tổng hợp nên nanocomposite trên cơ sở polyme. Ion ankyl amoni được sử dụng
rộng rãi nhất là các ion tạo bởi các ankyl bậc 1 trong môi trường axit. Công thức hoá
học chung của chúng là: CH3 - (CH2)n - NH3+, trong đó n =1 ÷ 18.
- Amino axit: Amino axit là những phân tử có chứa cả nhóm amino (- NH2)
mang tính bazơ và nhóm cacboxylic (-COOH) mang tính axit. Trong mơi trường axit,
một proton của nhóm -COOH chuyển sang nhóm -NH2 tạo thành NH3+. Lúc này có sự

trao đổi cation giữa NH3+ và các cation tồn tại ở giữa các lớp sét (như Na+, K+) làm cho
bentonite biến tính có tính ưa dầu. Trong cơng trình nghiên cứu chế tạo vật liệu
nanocomposite trên cơ sở polyamit-6 và bentonite của nhóm các nhà khoa học thuộc
tập đồn Toyota, loại ω-amino axit này đã được sử dụng thành công để biến tính
bentonite [12].
Một số phương pháp biến tính khác
Ngồi phương pháp trao đổi ion, người ta cịn có thể dùng một số chất hoạt động
bề mặt để biến tính bentonite mà tiêu biểu trong số đó là hợp chất silan.
Silan thường được sử dụng trong chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở
polyeste không no và bentonite. Silan là các monome silicon hữu cơ được đặc trưng
bởi cơng thức hố học R-SiX3. Trong đó, R là nhóm chức hữu cơ được gắn vào Si, X
là nhóm có thể bị thuỷ phân để tạo thành nhóm silanol. Silan có thể phản ứng với bề
mặt của các chất vô cơ tạo nên các liên kết oxan hoặc hyđro. Các bề mặt này có đặc
trưng là chứa các nhóm OH gắn vào nguyên tử Si hoặc Al. Trong nanoclay, các nhóm
OH xuất hiện trên bề mặt các lớp sét. Silan trước tiên được chuyển thành các hợp chất
silanol bằng phản ứng thuỷ phân. Sau đó silanol phản ứng với các nhóm OH trên bề
mặt sét tạo thành các liên kết oxan và liên kết hyđro [18].
1.2.4. Tính chất của sét hữu cơ

13


Do có cấu trúc lớp với các lá aluminosilicate ưa nước và các cation hoặc phân
tử hữu cơ thâm nhập vào khoảng không gian giữa các lớp, nên sét hữu cơ về nguyên
tắc là vật liệu vừa ưa nước vừa ưa hữu cơ. Vì vậy sét hữu cơ có các tính chất đặc trưng
như: hấp phụ các chất hữu cơ từ pha lỏng và pha hơi, trương nở tốt thậm chí bóc tách
lớp trong mơi trường hữu cơ lỏng hoặc nóng chảy, lưu biến tốt trong mơi trường hữu
cơ [2].
Tính trương nở
Sét hữu cơ có khả năng trương nở tốt trong các dung môi hữu cơ. Khi được phân

tán vào mơi trường các chất hữu cơ, tính trương nở làm tăng độ phân tán của các chất
hữu cơ, do đó sét hữu cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong làm
chất chống sa lắng trong sơn, trong mực in, làm sạch nước bị ô nhiễm bởi dầu, mỡ,...
Tuy nhiên, để ứng dụng được trong công nghiệp thì hệ dung mơi của sét phải được xem
xét cẩn thận vì trong những dung mơi khác nhau thì khả năng tạo gel của sét cũng rất
khác nhau. Các dung mơi làm cho sét hữu cơ có khả năng trương nở tốt thơng thường
có chứa các nhóm hoặc các phân tử ưa nước và kị nước. Vì vậy, các hợp chất hữu cơ
không phân cực tinh khiết không làm cho sét hữu cơ trương nở được vì các hợp chất
này khơng có khả năng solvat các đi hữu cơ của các cation amoni hữu cơ có trong
sét. Trong khi đó, các dung môi hữu cơ phân cực như nitrobenzen thậm chí ngay cả
stiren cũng có thể làm cho sét hữu cơ trương nở tốt, điều này có thể là do các nhóm
phenyl có khả năng hấp phụ mạnh trên bề mặt silicat và nó đóng vai trị như một chất
hoạt hóa phân cực. Các chất hoạt hóa được ứng dụng rộng rãi là MeOH, Me2CO3 hoặc
propylen cacbonat được thêm vào với hàm lượng từ 10 - 50% theo khối lượng của sét
hữu cơ.
Khả năng keo tụ của sét hữu cơ thay đổi rất nhạy theo tỷ lệ muối amoni hữu cơ
và sét hữu cơ, tại nồng độ muối amoni hữu cơ thấp thì sét hữu cơ khơng trương nở, có
thể là do đuôi hữu cơ của amin hấp phụ một lớp mỏng trên bề mặt silicat nên tác dụng
của chúng không được thể hiện rõ, nhưng ở nồng độ amoni cao quá thì khả năng tạo
gel của sét hữu cơ cũng bị hạn chế.
Một điều cần lưu ý là một lượng nước nhỏ khoảng 1 - 2% so với trọng lượng
của sét hữu cơ cũng rất quan trọng trong quá trình hình thành gel. Vai trị của nước là
làm cho độ linh động của các cation amoni bậc 4 trên bề mặt bentonite tăng lên. Nước
gây ra trạng thái lưỡng cực (làm sét hữu cơ vừa ưa nước, vừa ưa dầu) trên bề mặt

14


bentonite và tạo nên lực đẩy lưỡng cực góp phần thúc đẩy quá trình trương nở của sét
hữu cơ trong dung mơi

Tính hấp phụ
Sét hữu cơ có tính ưa hữu cơ nên sự hấp phụ xảy ra chủ yếu đối với các phân tử
hữu cơ trong môi trường lỏng hoặc khí. Sự hấp phụ của sét hữu cơ đối với các phân tử
hữu cơ trong môi trường lỏng tăng khi điện tích lớp, khoảng khơng gian của các lớp,
kích thước ankyl amoni và ankyl photphoni tăng và lượng cation hữu cơ trong sét đạt
xấp xỉ mức độ bão hòa với dung lượng trao đổi cation. Sự hấp phụ các phân tử hữu cơ
xảy ra bao gồm các tương tác kị nước và tương tác lưỡng cực. Sự có mặt của các khoảng
trống giữa các cation hữu cơ thâm nhập giữa các lớp aluminosilicat là rất quan trọng.
1.2.5. Ứng dụng của sét hữu cơ
Xử lý môi trường
Sét hữu cơ là chất hấp phụ mạnh để loại bỏ dầu, chất hoạt động bề mặt và các
dung môi như metyletyl xeton, t-butyl ancol và các chất khác.
Do loại bỏ dầu và dầu nhờn ở tỉ lệ thể tích cao, sét ưa hữu cơ có thể tiết kiệm tới
50% chi phí hoặc hơn. Sét hữu cơ có thể dùng trong pha trộn nhiên liệu ở nhà máy
nhựa đường hoặc làm chất ổn định.
Ứng dụng môi trường của sét hữu cơ bao gồm: làm sạch nước bề mặt ở bãi rác
cũ và hồ chứa nước ngầm…Ứng dụng trong công nghiệp bao gồm máy nén không khí,
làm lạnh nước, máy nén khí, nồi hơi, khn đúc, q trình sản xuất nước nói chung,
làm dung dịch khoan trong các giếng dầu…[10]
Làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu cơ
Khác với bentonite thông thường, sét hữu cơ trương nở và tạo gel trong dung
môi hữu cơ. Nhờ vậy sét hữu cơ ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ: Trong
cơng nghiệp dầu khí sét hữu cơ được dùng làm chất tạo cấu trúc cho dung dịch khoan,
trong sơn lưu hóa nhiệt, dung dịch Paker, chất làm sạch dầu trong nhũ tương dầu/nước.
Ngoài ra, sét hữu cơ có cấu tạo vừa có khả năng tan trong nước vừa có khả năng tan
trong dung mơi hữu cơ nên khi kết hợp với các phần tử trong sơn sẽ tạo huyền phù. Sét
hữu cơ có cấu trúc rất ổn định ngay cả khi trong dung dịch có mặt một lượng lớn các
cation kim loại. Vì vậy, huyền phù sét hữu cơ trong dầu khá ổn định nhiệt, điều này
cho phép sét hữu cơ có ứng dụng trong việc làm chất chống sa lắng trong môi trường
hữu cơ như sơn, dầu, mực in, dầu nhờn…[10], [12], [13].

Làm vật liệu compozit/polime nanocompozit
15