Tổng hợp vật liệu xúc tác fenton like alfe montmorillonite từ khoáng bentonite lâm đồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


HOÀNG CÔNG KHẢM














Chuyên ngành: Hoá vô cơ

Mã số: 60 44 25



LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. ĐÀO THANH HÙNG




Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2011
TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC FENTON-LIKE
AlFe-MONTMORILLONITE TỪ KHOÁNG
BENTONITE LÂM ĐỒNG










Lời cảm ơn
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
TS. Đào Thanh Hùng phòng xúc tác hoá
dầu Viện Hoá học – Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã tận tình hướng dẫn thực hiện đề tài.
Quí thầy cô đã giảng dạy lớp cao học
khoá 18 bộ môn Hoá vô cơ và ứng dụng trường
Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia

thành phố Hồ Chí Minh
Ban Giám đốc Sở Giáo dục và Đào tạo
Đồng Nai đã tạo điều kiện cho đi học.
Các anh chị cơ quan Sở GD&ĐT Đồng
Nai, các bạn học viên cao học khóa 18 và gia đình,
đã động viên, giúp đỡ trong quá trình học tập và
thực hiện đề tài.
Hoàng Công Khảm
1


MỞ ĐẦU

Bentonite là một loại khoáng sét tự nhiên thuộc nhóm aluminosilicate, có cấu
trúc lớp và tương đối xốp, là vật liệu tiềm năng để làm chất hấp phụ, chất xúc tác,
chất mang, chất tạo khung nền. Do có cấu trúc lớp với các cation bị hydrat hoá ở
giữa nên độ bền nhiệt thấp và diện tích bề mặt không lớn, hạn chế trong ứng dụng.
Vì vậy, việc phát triển các phương pháp tổng h
ợp vật liệu từ bentonite hay đất sét
nói chung nhằm cải thiện các tính chất cơ lý hóa cho từng mục đích sử dụng trong
công nghiệp, nông nghiệp và lĩnh vực môi trường, thực sự là nhu cầu quan trọng.
Vật liệu sét chống được tổng hợp bằng cách thực hiện quá trình chèn các
polycation kim loại vào giữa các lớp sét, sau khi nung ở nhiệt độ thích hợp các
polycation kim loại trải qua quá trình dehydrat và dehydroxy tạo thành các cột
chống oxide kim loại cứng, bề
n, chống giữa các lớp sét, làm gia tăng khoảng cách
cơ bản, diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp và độ bền nhiệt.
Tiềm năng khoáng bentonite của nước ta rất lớn, với thành phần
montmorillonite khá cao. Đây là nguồn tài nguyên đáp ứng được cho việc triển khai
tổng hợp các vật liệu sét chống ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác và hấp phụ.

Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề
tài “Tổng hợp vật liệu xúc tác
Fenton-like AlFe-Montmorillonite từ khoáng bentonite Lâm Đồng”, với các nội
dung nghiên cứu chính:
- Tinh chế làm giàu khoáng montmorillonite
- Tổng hợp tác nhân chống AlFe-polycation có cấu trúc Keggin
- Tổng hợp vật liệu sét chống AlFe-Montmorillonite
Vật liệu sét chống AlFe-Montmorillonite là vật liệu mới, làm xúc tác rắn dị
thể cho phản ứng Fenton-like (Fe(III)/H
2
O
2
), oxy hoá các hợp chất hữu cơ khó bị
phân huỷ trong điều kiện tự nhiên. Chúng tôi mong muốn sự thành công của đề tài
sẽ đóng góp vào những nghiên cứu cơ bản trong các dự án làm sạch và bảo vệ môi
trường sinh thái, phát huy nguồn tài nguyên sẳn có trong nước.
Đề tài được thực hiện từ tháng 03 năm 2010 đến tháng 05 năm 2011 tại
phòng xúc tác hoá dầu Viện Hoá học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
iii


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa

Bản tóm tắt ………………………………………………………………….
i
Mục lục ……………………………………………………………………
iii
Danh mục các chữ viết tắt …………………………………………………. vi

Danh mục các bảng ………………………………………………………… vii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị …………………………………………… viii
Mở đầu ……………………………………………………………………
1
Chương 1 – TỔNG QUAN …………………………………………………
2
1.1. Giới thiệu về khoáng bentonite ………………………………………
2
1.1.1. Sự tạo thành khoáng sét trong thiên nhiên ………………………… 2
1.1.2. Thành phần hoá học và cấu trúc …………………………………… 2
1.1.3. Tính chất hóa lý ……………………………………………………. 4
1.1.4. Ứng dụng c
ủa bentonite ……………………………………………. 6
1.1.5. Khoáng sét bentonite Việt Nam …………………………………… 6
1.2. Sét chống và sét chống nhôm sắt ………………………………
7
1.2.1. Vật liệu sét chống …………………………………………………
7
1.2.2. Những yêu cầu cơ bản về đất sét nền và tác nhân chống …………
8
1.2.2.1. Khoáng sét lớp: Na-Montmorillonite ………………………
9
1.2.2.2. Tác nhân chống: Các polycation kim loại ……………………
11
- Phương pháp sol-gel: Tổng hợp polycation kim loại ………
11
iv


- Cơ chế của quá trình sol-gel ……………………………….

12
- Al-polycation: Al
13
7+
(Al-Keggin) ………………………….
15
- AlFe- polycation (AlFe-Keggin) ……………………………
16
1.2.3. Các quá trình tổng hợp vật liệu sét chống ………………………….
17
- Quá trình chèn polycation kim loại vào giữa các lớp …………….
17
- Quá trình nung định hình cấu trúc …………………………………
18
1.2.4. Hai phương pháp tổng hợp sét chống ……………………… ……
19
- Phương pháp chống phân tán loãng ……………………………….
19
- Phương pháp chống trong môi trường đậm đặc ………………….
20
1.3. Xúc tác Fenton-like …………………………………………………….
22
1.3.1. Các quá trình Fenton………………………………………………
22
1.3.2. Đất sét chống với phản ứng Fenton-like …………………………
24
Chương 2-
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
27
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ……………………………………………………

27
2.2. Đối tượng nghiên cứu ………………………………………………….
27
2.3. Nội dung nghiên cứu và quy trình thực nghiệm ……………………….
27
2.3.1. Nội dung nghiên cứu ……………………………………………….
27
2.3.1. Quy trình thực nghiệm …………………………………………….
28
2.4. Các phương pháp nghiên cứu ………………………………………….
28
2.4.1. Phương pháp thực nghiệm hóa học ……………………………….
28
2.4.2. Các phương pháp đặc trưng ……………………………………….
29
2.5. Hoá chất và thiết bị sử dụng ……………………………………………
30
v


2.5.1. Hoá chất …………………………………………………………….
30
2.5.2. Thiết bị sử dụng …………………………………………………….
31
Chương 3: THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………….
32
3.1. Tinh chế bentonite ……………………………………………………
32
3.1.1. Phương pháp tinh chế………………………………………….
32

3.1.2. Sản phẩm và các đặc trưng …………………………………………
33
- Bentonite nguyên khai (bentonite NK) ……………………………
33
- Bentonite tinh chế (Na-MMT) …………………………………….
34
3.2. Tổng hợp vật liệu sét chống nhôm sắt (AlFe-MMT) ………………….
38
3.2.1. Tổng hợp tác nhân chống AlFe-Keggin ……………………………
38
- Phương pháp tổ
ng hợp ……………………………………….
38
- Kết quả và thảo luận ……………………………………………….
39
3.2.2. Tổng hợp vật liệu AlFe-MMT …………………………………….
46
- Phương pháp tổng hợp “rắn – lỏng” ………………………………
46
- Kết quả và thảo luận ……………………………………………….
46
3.2.3. Thử hoạt tính xúc tác với chất màu methyl orange ………………
54
- Phương pháp …………………………………………………….
54
- Kết quả và thảo luận ……………………………………………….
55
Chương 4 – KẾT LUẬN ……………………………………………………
59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………….

60
PHỤ LỤC …………………………………………………………………
64

viii


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ


Trang
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc MMT(a), Ảnh AFM của Na-MMT(b) ……… 3
Hình 1.2. Mô hình quá trình hydrat và dehydrat smectite và sét chống … 8
Hình 1.3. Quá trình sol-gel ……………………………………………. 12
Hình 1.4.
Cấu trúc của ion Al
13
7+
……………………………………… 15
Hình 1.5. Giản đồ XRD chuẩn (a), ảnh SEM (b) của Al-Keggin sulfate 16
Hình 1.6. Sơ đồ quá trình chèn các polycation vào giữa các lớp sét 17
Hình 1.7. Mô hình biểu diễn đất sét chống theo kỹ thuật sấy khác nhau 18
Hình 1.8. Sơ đồ quá trình nung định hình cấu trúc 19
Hình 1.9. Sơ đồ mô tả phương pháp chống phân tán loãng …………… 20
Hình 1.10. Sơ đồ mô tả phương pháp chống trong môi trường đậm đặc … 21
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm …………………………………. 28
Hình 3.1. Giản đồ XRD: Bentonite nguyên khai
……… 33
Hình 3.2. Phổ IR: Bentonite nguyên khai ………………………………. 34

Hình 3.3. Giản đồ XRD: Bentonite nguyên khai và Na-MMT ……… 35
Hình 3.4. Phổ IR: Bentonite nguyên khai và Na-MMT ………………… 35
Hình 3.5. Đường cong DTA và TG của mẫu Na-MMT ………………… 36
Hình 3.6. Biểu đồ kích thước và phân bố hạt Na-MMT (rắn) (a), (dd) (b) 37
ix


Hình 3.7. Ảnh FE-SEM AlFe-Keggin sulfate (phóng đại 500, 2000 lần) 39
Hình 3.8. Giản đồ XRD AlFe-Keggin sulfate các mẫu 2.0(a); 2.4(b) … 39
Hình 3.9. Ảnh FE-SEM Al-Keggin sulfate (phóng đại 500 và 1000 lần) 41
Hình 3.10. Giản đồ XRD Al-Keggin sulfate (a); AlFe-Keggin sulfate (b) . 41
Hình 3.11. Giản đồ XRD Al-Keggin sulfate (tổng hợp lần 2) …………… 42
Hình 3.12. Ảnh FE-SEM Al-Keggin sulfate (a) và AlFe-Keggin sulfate(b) 42
Hình 3.13. Phổ IR các mẫu Al-Keggin sulfate và AlFe-Keggin sulfate … 43
Hình 3.14.
Giản đồ XRD AlFe-Keggin sulfate: 6%(a); 8%(b); 12%(c) … 44
Hình 3.15.
Biểu đồ liên quan hàm lượng Fe tiền chất và mẫu khảo sát … 45
Hình 3.16. Giản đồ XRD: Na-MMT, AlFe-MMT 1(1), 7(1), 11(1), 14(1) 47
Hình 3.17. Giản đồ XRD: AlFe-MMT 14(2) (a) và 21(2) (b) …………… 47
Hình 3.18. Giản đồ XRD các mẫu AlFe-MMT 3meq, 5meq, 7meq …… 49
Hình 3.19. Đường cong DTA, TG mẫu AlFe-MMT 105
0
C …………… 50
Hình 3.20. Giản đồ XRD mẫu AlFe-MMT nung ở 400
0
C ……………… 51
Hình 3.21. Giản đồ XRD: Na-MMT, AlFe-MMT, AlFe-MMT 400
0
C … 51

Hình 3.22. Phổ IR: Na-MMT, AlFe-MMT, AlFe-MMT 400
0
C ………… 52
Hình 3.23. Đường chuẩn độ hấp thu(a) và động học hấp phụ(b) của MO 55
Hình 3.24. Biểu đồ so sánh ảnh hưởng pH (a); % TOC bị loại bỏ (b) 57
vi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAS: Atom Absorption Spectrocopy (Phổ hấp thu nguyên tử)
Al-Keggin Al-polycation có cấu trúc Keggin
AlFe-Keggin AlFe-polycation có cấu trúc Keggin
AlFe-MMT AlFe-Montmorillonite
BET: Braunauer – Emmett – Teller
CEC: Cation Exchange Capacity (Dung lượng trao đổi cation)
DTA: Differential Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai)
IR: Infrared (Hồng ngoại)
MMT: Montmorillonite
MO: Methyl orange (Metyl cam)
Na-MMT Na-Montmorillonite (Bentonite tinh chế)
PILC Pillared interlayer clay (đất sét chống)
SEM: Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét)
S
µ
, Diện tích lỗ xốp micro
TG: Thermogravimetry (Nhiệt trọng lượng)
TOC: Total Organic Carbon (Tổng hàm lượng carbon hữu cơ)
V
µ

Thể tích lỗ xốp micro
XRD: X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)
vii



DANH MỤC CÁC BẢNG


Trang
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của Bentonite Di Linh – Lâm Đồng ……. 7
Bảng 1.2. Bảng tổng hợp một số nghiên cứu sét chống nhôm sắt ………. 25
Bảng 2.1. Các thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu …………………. 31
Bảng 3.1. Thể tích (ml) dung dịch tác chất và pH dung dịch tác nhân
1
… 39
Bảng 3.2. Khối lượng (mg) của Al và Fe trên 1 gam mẫu khảo sát
1
……. 40
Bảng 3.3. Kết quả phân tích IR: Al- và AlFe- Keggin sulfate ………… 43
Bảng 3.4.
Thể tích (ml) dung dịch tác chất và pH dung dịch tác nhân
2
… 44
Bảng 3.5.
Khối lượng (mg) của Al và Fe trên 1 gam mẫu khảo sát
2
……. 45
Bảng 3.6.
Thể tích dung dịch tác nhân theo các tỷ lệ khảo sát ………… 46

Bảng 3.7. Giá trị khoảng cách cơ bản d
001
các mẫu theo thời gian già hoá 46
Bảng 3.8. Giá trị d
001
các mẫu theo tỷ lệ meq (Al+Fe)/ 1 gam Na-MMT . 48
Bảng 3.9. Bảng so sánh kết quả phân tích IR các mẫu khảo sát ………… 52
Bảng 3.10. Thành phần và một số đặc trưng các mẫu nghiên cứu ……… 53
Bảng 3.11. Giá trị độ hấp thu A ứng với nồng độ methyl orange ………… 55
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát hấp phụ methyl orange ……………………. 56
Bảng 3.13. Kết quả phân tích TOC ………………………………………. 56
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính xúc tác ……………………. 58

2


Chương 1 – TỔNG QUAN
1. 1. Giới thiệu về khoáng bentonite
1.1.1. Sự tạo thành khoáng sét trong thiên nhiên
Đất sét là một loại đất tự nhiên chứa chủ yếu các loại khoáng sét, còn lại là
các khoáng vật khác như: goethite Fe(OH)
3
, gibbsite Al(OH)
3
, thạch anh, tràng
thạch có tên chung là khoáng phi sét; Ngoài ra còn có một số chất hữu cơ như
cellulose, lignin,… Đất sét nói chung được tạo ra do sự phong hóa hóa học của các
loại đá chứa silicate dưới tác động của nước và khí carbonic, một số loại đất sét lại
được hình thành do các hoạt động thủy nhiệt (phong hóa vật lý) hoặc do rễ cây lan
dần trên mặt đất (phong hóa sinh học) [2].

Montmorillonite (MMT) thành phần chính của khoáng sét bentonite có trong
các loại đất và các trầm tích chứa sét, phần lớn được t
ạo thành do tro bụi núi lửa bị
phong hóa [4].
1.1.2. Thành phần hóa học và cấu trúc
Bentonite là loại sét tự nhiên có thành phần chính là khoáng MMT và thêm
một số khoáng khác như Saponite, Nontronite, Beidellite. Ngoài ra người ta còn
phát hiện thấy trong bentonite có một số khoáng sét như kaolinite, clorite, mica và
các khoáng phi sét như: calcite, pyrite, magnetite, biolit…các muối kiềm và các
chất hữu cơ. Bentonite còn gọi theo tên khoáng chính của nó là Montmorillonite.
MMT có công thức chung [(Al.M)
2
Si
4
O
10
](OH)
2
.nH
2
O, với M là nguyên tố
kim loại Ca, Mg, Fe, Na, K, … Phân tích thành phần hóa học của bentonite, ngoài
nguyên tố chính như silic, nhôm, người ta còn phát hiện thấy sự có mặt của các
nguyên tố như Fe, Ca, Mg, Na, K và hơn 30 nguyên tố hóa học khác ở dạng vi
lượng như Ni, Ti, Mo, Zn, Co, …, các độc tố như As, Hg, Pb ít phát hiện thấy [3].
MMT có cấu trúc lớp 2:1, mỗi lớp cấu trúc trong tinh thể của MMT được cấu
tạo từ 2 tấm tứ diện (SiO
4
) liên kết với một tấm bát diện (Al(OH)
6

) ở giữa qua cầu
nối O; Hai tấm tứ diện cùng quay đỉnh chung vào phía tấm bát diện (Hình 1.1a).
Các đỉnh chung của tứ diện và bát diện khá nhiều do đó phần lớn nhóm OH đã bị
thay thế bằng O và quay đầu vào bên trong tấm cấu trúc. Do cấu trúc như vậy nên
3


lực liên kết hydrogen giữa các lớp không còn nữa hoặc có giá trị rất nhỏ. Giữa các
lớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hấp phụ. Chiều dày một lớp cấu trúc và
lớp cation trao đổi cùng với nước hấp phụ được xác định là khoảng cách cơ bản d
001

của mạng MMT [1].

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc MMT (a)[20], Ảnh AFM của Na-MMT (b)[30]

Mỗi lớp cấu trúc được phát triển liên tục trong không gian theo hướng trục x
và y. Các lớp cấu trúc được xếp chồng song song với nhau và tự ngắt quãng theo
hướng trục z, các lớp cation và nước hấp phụ tạo nên một mạng lưới không gian ba
chiều của tinh thể MMT (Hình 1.1b). Trong mạng lưới cấu trúc của MMT thường
xảy ra sự thay thế đồng hình giữa các cation. Sự thay thế
này dẫn tới sự xuất hiện
điện tích âm trong mạng lưới; điện tích đó được bù trừ bởi các cation nằm trong
khoảng không gian giữa hai lớp; đó là các cation Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Mg

2+
, Fe
2+
, Li
+
, …,
chúng bị hydrat hóa bởi các phân tử nước ở khoảng không gian giữa hai lớp cấu
trúc. Người ta nhận thấy rằng điện tích âm trong mạng lưới của MMT xuất hiện chủ
yếu ở mạng bát diện do sự thay thế đồng hình của ion Al
3+
bằng ion Mg
2+
ứng với
tỷ lệ Mg:Al ~ 1:(4-5). Điện tích âm ở mạng tứ diện do sự thay thế của ion Si
4+
bởi
ion Al
3+
ứng với tỷ lệ Al:Si ~ 1:(15-30). Vì vậy, điện tích âm của mạng phân bố sâu
trong lớp cấu trúc mà không nằm ở bề mặt ngoài của lớp cấu trúc nên năng lượng
liên kết của các cation trao đổi nằm ở giữa các lớp với lớp cấu trúc của mạng thấp.
(b) (a)
4


Các cation có thể chuyển động tự do giữa các mặt phẳng điện tích âm và có thể trao
đổi với các cation khác, tạo ra khả năng biến tính MMT bằng cách trao đổi ion.
Sự có mặt của các cation kiềm hay kiềm thổ cũng gây những biến đổi về cấu
trúc mạng kéo theo cả sự thay đổi các tính năng cơ lý của hạt (tỷ trọng, độ kiềm, độ
trương nở, khả năng trao đổi ion, độ

hấp phụ, chỉ số keo, …). Dựa vào đó người ta
có thể phân bentonite tự nhiên thành hai loại: (i) Bentonite kiềm (Na, K); cation
trao đổi chủ yếu là Na
+
, K
+
; có độ trương nở cao, độ bền nhiệt kém. (ii) Bentonite
kiềm thổ (Ca, Mg); cation trao đổi chủ yếu là Ca
2+
, Mg
2+
; có độ trương nở kém
nhưng có độ bền nhiệt cao hơn [1].
1.1.3. Tính chất hóa lý
 Khả năng trương nở
Khoảng cách cơ bản giữa hai lớp trong mạng lưới tinh thể của bentonite có
thể thay đổi, chiều dày này biến thiên nhiều hay ít tùy thuộc vào lượng nước liên kết
nằm giữa khoảng không gian hai lớp tác động vào - Yếu tố quyết định đến tính
trương nở của bentonite.
Tính trương n
ở của bentonite tùy thuộc vào điện tích âm của các tấm và sự
solvat hóa của các cation kim loại nằm giữa các tấm đó. Bentonite hấp phụ qua sự
solvat hóa của các cation làm cho thể tích các lớp tăng lên. Thể tích bentonite tăng
khoảng 10 - 15 lần so với thể tích ban đầu khi nó đã bão hòa nước. Khả năng hydrat
hóa của cation càng mạnh, lượng nước hấp phụ vào giữa các lớp càng nhiều, tính
trương nở càng lớn [1].
 Khả năng trao
đổi ion
Khả năng trao đổi ion là đặc trưng cơ bản của bentonite, có hai nguyên nhân
gây nên khả năng trao đổi ion của bentonite:

- Sự thay thế đồng hình Si
4+
bằng Al
3+
hoặc Fe
3+
trong mạng tứ diện, thay thế
Al
3+
bằng Mg
2+
trong mạng bát diện làm xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới cấu
trúc tinh thể. Dung lượng trao đổi ion của bentonite được quyết định bởi số lượng
điện tích âm trên lớp bề mặt.
5


- Trong mạng lưới tinh thể luôn tồn tại nhóm OH liên kết với các cation Al
3+

hoặc Mg
2+
trong mạng bát diện. Nguyên tử H của nhóm này trong điều kiện nhất
định có thể tham gia phản ứng trao đổi. Các nhóm OH nằm ở cuối mặt trên của tinh
thể liên kết với nguyên tử Si được xem như nhóm OH trên bề mặt Si. Điểm đẳng
điện của Si ở vùng pH = 1,7; ở pH nhỏ hơn, nhóm OH này tham gia vào phản ứng
trao đổi anion; ở pH lớn hơn, ion H
+
của nhóm này tham gia vào phản ứng trao đổi
cation.

- Các cation trao đổi được liên kết tĩnh điện với MMT và dung lượng trao đổi
cation (CEC) phụ thuộc vào nồng độ cation trao đổi trên bề mặt MMT. 80% dung
lượng trao đổi ion là do sự thay thế đồng hình tạo nên còn 20% là do những nguyên
nhân khác.
- Khả năng trao đổi ion của bentonite phụ thuộc vào hóa trị và bán kính của
các cation trao đổi, các cation hóa trị nhỏ dễ bị trao đổi hơn các cation hóa trị lớn,
theo thứ tự Me
+
> Me
2+
> Me
3+
. Đối với các cation cùng hóa trị thì bán kính ion
càng nhỏ, khả năng trao đổi càng lớn: Na
+
> K
+
> Mg
2+
> Ca
2+
> Fe
2+
> Al
3+
.
- Giá trị CEC phản ánh hai tính chất cơ bản của bentonite là diện tích bề mặt
và lượng điện tích âm trong mạng lưới tinh thể. Bề mặt tinh thể gồm bề mặt trong
và bề mặt ngoài:
+ Dung lượng trao đổi ở bề mặt ngoài phản ánh kích thước tinh thể, phụ

thuộc vào sự gãy liên kết và khuyết tật bề mặt. Kích thước hạt càng nhỏ thì dung
lượng trao đổi càng lớn.
+ Dung lượng trao đổ
i ion ở bề mặt trong phản ánh lượng điện tích âm trong
mạng lưới, khả năng hấp phụ của bentonite và sự phụ thuộc vào số lượng các cation
bù trừ ở trong mạng lưới. Số lượng cation càng lớn thì dung lượng trao đổi càng lớn
[1].
 Khả năng hấp phụ
Bentonite có khả năng hấp phụ rất lớn. Khả năng hấp phụ của bentonite được
quyết
định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc xốp. Quá trình hấp phụ xảy ra trên cả bề
6


mặt trong lẫn bề mặt ngoài của bentonite. Đó là sự tương tác của các chất bị hấp
phụ với các tâm hoạt tính trên bề mặt bentonite.
- Bề mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp
trong cấu trúc tinh thể. Như trên đã cho thấy khoảng cách cơ bản giữa các lớp bị
thay đổi phụ thuộc vào loại cation trao đổi, phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất c
ủa
chất bị hấp phụ.
- Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt các mao quản chuyển tiếp được tạo
nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonite. Hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt càng lớn
và kích thước mao quản chuyển tiếp càng nhỏ.
CEC của bentonite lớn hơn dung lượng trao đổi anion, do đó bentonite hấp
phụ chủ yếu là các cation trong môi trường kiềm [1].
1.1.4. Ứng dụng của bentonite
Bentonite đã được biết đến và sử dụng từ lâu với những tính chất đa dạng
của nó. Bentonite được sử dụng trong các lĩnh vực chính sau:
- Làm vật liệu tẩy, lọc trong nhiều ngành công nghiệp hóa học như: lọc dầu,

hóa dầu, dược phẩm, thực phẩm, dệt nhuộm, chất tẩy rửa, …
- Chất kết dính, khuôn đúc trong công nghiệp luyện kim
- Khử chất thải phóng xạ, xử
lý kim loại nặng độc hại trong nước và xử lý
nước thải ở các vùng công nghiệp, chống ô nhiễm môi trường
- Phụ gia trong các ngành công nghiệp cao su, giấy, thuốc trừ sâu, phân bón
sinh hóa, sơn, gốm sứ, làm dung dịch khoan sâu
- Làm chất xúc tác; chất mang xúc tác trong các phản ứng tổng hợp và oxy
hoá hoàn toàn các chất hữu cơ [2].
1.1.5. Khoáng sét bentonite Việt Nam
 Các vùng phân bố bentonite ở Việt nam
Cũng như một số nước trên thế giới, tiềm năng khoáng sản bentonite
ở Việt
Nam rất lớn, phân bố khắp các vùng miền từ Bắc vào Nam với đủ hai chủng loại
bentonite kiềm và kiềm thổ. Các địa phương có khoáng bentonite với trữ lượng rất
lớn, điển hình là Di Linh - Lâm Đồng, Cổ Định – Thanh Hoá, Tuy Phong – Bình
7


Thuận, Gia Quy – Bà Rịa Vũng Tàu, Kiên Bình – An Giang, Long Đất – Đồng Nai
… Trữ lượng và thành phần của khoáng bentonite Việt Nam đáp ứng được cho sự
triển khai các ứng dụng vào công nghiệp, nông nghiệp và góp phần bảo vệ môi
trường sinh thái.
 Bentonite Di Linh – Lâm Đồng
Bentonite Di Linh khai thác từ mỏ sét Tam Bố thuộc thôn Hiệp Thành, xã
Gia Hiệp, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng; cách thị trấn Di Linh 17 km.
Thành phần khoáng sét Di Linh gồm khoảng 60% MMT, 40% thạch anh,
kaolinite và một số tạp chất phi sét khác, sét có màu da cam sáng, thuộc loại
bentonite kiềm thổ (giàu Mg). Laurent Duclaux và các cộng sự
[14]

đã khảo sát
thành phần hoá học (bảng 1.1) và tính chất hoá lý của khoáng bentonite ở Di Linh
– Lâm Đồng:
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của Bentonite Di Linh-Lâm Đồng [14]
(Phần trăm khối lượng các oxide)
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
TiO
2
FeO MgO CaO Na
2
O K
2
O
57,7-62,6 17,5-21,1 6,4-8,9 0,87 <0,1 1,77-3,56 0,36-1,40 0,19-0,69 0,72-1,23

- Dung lượng trao đổi cation CEC = 0,59 meq g
-1
.
- Diện tích bề mặt S
BET
= 64 m

2
.g
-1
.
- Diện tích lỗ xốp = 19 m
2
.g
-1
.
- Tổng thể tích lỗ xốp = 0,07 cm
3
.g
-1
.
- Số lớp trung bình trong hạt sét là 7.
1.2. Sét chống và sét chống nhôm sắt
1.2.1. Vật liệu sét chống
Đất sét chống [Pillared interlayer clay (PILC)] là vật liệu rắn siêu xốp, có
cấu trúc và tính chất độc đáo, được hình thành bởi các polycation kim loại chèn vào
giữa các lớp của khoáng sét trương nở, đặc biệt là smectite. Nung ở nhiệt độ cao
(300 - 500°C), các polycation chèn giữa được chuyển thành các cụm oxide kim loại
thông qua quá trình dehydrat và dehydroxy. Bằng cách chống đỡ các lớp silicate,
8


các oxide kim loại có tính năng như cột chống giữa các lớp, tạo ra các lỗ xốp kích
cỡ meso và micro. Các polycation kim loại chèn giữa các lớp làm tăng khoảng cách
cơ bản và diện tích bề mặt riêng của đất sét tự nhiên [10], [13].
Các PILC không có tính trương nở; duy trì độ xốp của nó trong quá trình
hydrat hóa hoặc dehydrat hoá (hình 1.2). Đây là đặc tính quan trọng và khác biệt

của PILC so với smectite ban đầu có tính trương nở và khi nung ở nhiệt độ cao, có
sự sụp các lớp làm cho bề m
ặt trong của smectite không còn sử dụng được cho các
quá trình hoá học.

Hình 1.2. Mô hình quá trình hydrat và dehydrat smectite và sét chống [10]

Tùy thuộc vào polycation kim loại làm tác nhân chống thu được các PILC có
kích thước cột chống và kích cỡ lỗ xốp khác nhau, từ đó có thể điều chỉnh độ xốp
của vật liệu. Độ xốp này kết hợp với các tính chất của cột chống và đất sét nền,
chúng đóng vai trò quan trọng cho các ứng dụng nhất định của vật liệu như hấp phụ
chọn lọ
c khí, các phản ứng xúc tác …[10]
Như vậy, vật liệu PILC phải đáp ứng đồng thời ít nhất ba tiêu chí: (i) Độ ổn
định hoá học và độ bền nhiệt. (ii) Một lớp chắc chắn được sắp xếp thứ tự cho phép
xác định rõ ít nhất một khoảng cách cơ bản d
001
và (iii) Một lượng lớn các phân tử
nhỏ như N
2
có thể vào được không gian giữa các lớp và vì thế, đường đẳng nhiệt
hấp phụ – giải hấp của N
2
được xác định [8].
1.2.2. Những yêu cầu cơ bản về đất sét nền và tác nhân chống
9


- Đất sét nền có CEC vừa phải và cation chống có điện tích dương cao.
- Sét trương nở trong dung môi phân cực và cation chống hòa tan được trong

dung môi đó.
- Cation giữa các lớp silicate trao đổi được dễ dàng và kích thước giữa các
lớp sét phải thích hợp để đủ bền sau khi được chống.
Theo đó, khoáng sét Na-MMT và tác nhân chống polycation kim loại được
ưu tiên lựa chọn và sử dụng rộng rãi trong hai thập kỷ qua:
1.2.2.1. Khoáng sét lớp: Na-Montmorillonite
Khoáng sét lớp Na-MMT với cation trao đổi chủ y
ếu là Na
+
giữa các lớp,
đáp ứng tốt nhất cho vật liệu sét chống do:
- Ion Na
+
bán kính nhỏ, điện tích nhỏ trao đổi dễ dàng với các cation khác,
đặc biệt là với các chuỗi cation chống điện tích lớn hơn
- Khả năng hydrat của Na
+
cao làm cho các lớp sét trương nở. MMT trương
nở trong nước nhưng không tách lớp trong huyền phù
- MMT có CEC vừa phải (0,80 - 1,60 meq/g MMT)
- Kích thước hạt vừa đủ nhỏ (<2 m) để quá trình chống đồng nhất vừa đủ
lớn để sản phẩm trở nên cứng, bền
- Na-MMT rẻ tiền [10], [26].
Thực tế khoáng bentonite có lẫn những tạp chất như là calcite, feldspath,
thạch anh các loại oxide sắt và những chất hữu cơ
… là những thành phần tồn tại
chung với khoáng bentonite trong đất sét, làm giảm hàm lượng và chất lượng MMT,
do đó cần phải tinh chế làm giàu MMT [8]:
- Xử lý cơ học để thu được các hạt có kích thước < 2 µm (chủ yếu là khoáng
MMT) bằng phương pháp ly tâm, siêu âm và sa lắng; Sa lắng phân đoạn để tạo

thuận lợi cho việc loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn hơn sét (như thạch anh) có
thể bị mắc kẹt gi
ữa các chất kết tụ không tách lớp.
- Carbonate phải được loại bỏ, đặc biệt là khi các loại đất sét tinh khiết được
sử dụng trong các nghiên cứu hóa chất keo. Điều này là do các ion canxi và magiê
trong carbonate cản trở hoàn thành việc giải keo của sét và phân lớp của smectite.
10


Tạp chất carbonate được loại bỏ thông qua việc xử lý bằng acid acetic.
- Sự hiện diện của hydroxide/ oxide ngăn cản phân tán tối đa của khoáng sét
và sa lắng phân đoạn, bởi vì các cation hóa trị 3 từ các hydroxide hoặc oxide gây ra
đông tụ mạnh. Ngoài ra, độ pH phụ thuộc sự tương tác của hydroxide/ oxide với các
khoáng sét dẫn đến kết tụ; cũng như các tạp chất vô cơ này gây nhiễu với tia X khi
nhận dạng khoáng sét. Hơn n
ữa, sự hiện diện của silica vô định hình, tác động như
một tác nhân kết dính, cản trở sự trương nở và phân tán của sét. Các loại oxide/
hydroxide sắt thường được loại bỏ bằng quá trình khử xuống Fe
2+
và tạo phức với
citrate.
- Hợp chất hữu cơ phải được loại bỏ vì lượng mùn cao của khoáng, kết hợp
chủ yếu với đất sét, có thể khiến X-ray nhận dạng khó khăn. Chất hữu cơ, ngay cả
một lượng nhỏ, cũng có thể phát huy ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý, độ bền,
và lưu lượng phân tán thấp của sét. Loạ
i bỏ các tạp chất hữu cơ bằng quá trình oxy
hoá bởi dung dịch hydrogen peroxide.
- Thực hiện trao đổi nhiều lần ion Na
+
để đồng nhất các khoang sét. Sét thô

được phân tán cẩn thận trong dung dịch NaCl 1M bằng cách khuấy trong khoảng 12
giờ, và tách ra bằng máy li tâm. Quá trình này được lặp lại nhiều lần (ít nhất là 5 lần
với sét kiềm thổ).
- Sét phân tán thu được sau quá trình xử lý hoá học như trên thường chứa
một lượng đáng kể muối NaCl. Lượng muối dư này thường được loại bỏ bằng một
lượng lớn nước cất; tuy nhiên việc rử
a sạch nhiều lần bằng nước gây nên sự giải
keo của các hạt sét. Theo lý thuyết về sự tuyển rắn, sự lọc là không thực tế bởi vì
bùn sét hình thành một lớp rất mỏng làm nước hầu như không thể thấm qua màng
lọc; Sự ly tâm đòi hỏi máy có tốc độ lớn và thực hiện nhiều lần trong thời gian dài.
Thực tế có thể loại bỏ muối dư bằng th
ẩm tách, quá trình thẩm tách được thực hiện
trong nhiều ngày nhưng không nên kéo dài đến mức không cần thiết vì có thể dẫn
đến sự keo tụ các hạt sét, đặc biệt khi pH giảm xuống dưới 7. Tại pH  6 các hạt sét
bắt đầu kết tụ, nên cần giữ pH của nước bên ngoài màng thẩm khoảng 7,5 – 8,0
bằng cách thêm vào một lượng nhỏ dung dịch NaOH loãng.
11


Ngoài ra, tuỳ theo yêu cầu thực tế sét thô có thể được tinh chế mà không áp
dụng phương pháp xử lý hóa chất để loại bỏ carbonate, hydroxide, oxide, và hợp
chất hữu cơ. Phương pháp tinh chế đơn giản “gentle” (van Olphen, 1963) bao gồm
sự thay thế các cation có thể trao đổi cùng với ion Na
+
tiếp theo là rửa bằng nước.
Rửa (bằng ly tâm) để loại bỏ muối dư thừa và làm sạch các tạp chất (Annabi -
Bergaya, 1978; Benna et al., 1999).
1.2.2.2. Tác nhân chống: Các polycation kim loại
Vật liệu sét chống bởi tác nhân polycation, polyoxocation hay
polyhydroxocation kim loại (các oligome vô cơ) đã được sử dụng rộng rãi, do các

cation tiền chất được polyme hóa dễ dàng điển hình là [Al
13
O
4
(OH)
24
(H
2
O)
12
]
7+
,
[Zr
4
(OH)
8
(H
2
O)
16
]
8+
, [(TiO)
8
(OH)
12
]
4+
, [Cr

n
(OH)
m
]
(3n-m)+
… được quan tâm nhất vì:
- Các polycation kim loại trao đổi cation tốt với MMT do có điện tích lớn.
- Kích thước lớn của polycation kim loại tạo được khoảng cách lớn giữa các
lớp khi đưa vào trong cấu trúc MMT.
- Các polycation kim loại dễ chuyển sang dạng oxide bền vững bằng quá
trình xử lý nhiệt, ví dụ:
[Al
13
O
4
(OH)
24
(H
2
O)
12
]
7+
→ 6,5 Al
2
O
3
+ 7 H
+
+ 20,5 H

2
O
[Zr
4
(OH)
8
(H
2
O)
16
]
8+
→ 4 ZrO
2
+ 8 H
+
+ 16 H
2
O
các oxide này tạo thành cột chống liên kết tốt với các lớp cấu trúc của MMT [10].
Các polycation kim loại được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel.
- Phương pháp sol-gel: Tổng hợp polycation kim loại
Sol – gel là một loại phương pháp tổng hợp vật liệu rắn, thực hiện trong chất
lỏng ở nhiệt độ thấp (< 100
0
C). Hóa học và vật lý của quá trình sol-gel đã được tổng
quan chi tiết trong nhiều tài liệu (bài báo, sách chuyên khảo vv…), các chất rắn
được đề cập đến ở đây là các chất vô cơ; phần lớn các oxide hoặc hydroxide được
tạo thành do sự biến đối hóa học của các chất tan hóa học được gọi là các tiền chất.
Chất rắn được hình thành như là kết quả của quá trình polyme hóa, bao gồm sự xác

lập các cầu nối M-OH-M ho
ặc M-O-M giữa nguyên tử kim loại M của các phân tử
tiền chất. Quá trình biến đổi này hoàn toàn tương đương với quá trình polyme hóa
12


với sự tạo thành các liên kết trực tiếp giữa các nguyên tử carbon của tiền chất hữu
cơ.
Ở bước đầu tiên của quá trình sol-gel, các hạt keo rắn độc lập là các hạt nano
oxide kim loại (kích thước <1 µm) được hình thành trong chất lỏng. Cứ mỗi hạt
keo có cấu trúc cầu nối nội tương đối dày đặc (hình 1.7a), điều này làm cho các hạt
rắn dễ dàng duy trì trạng thái phân tán trong dung môi, trong trường hợp đó các
huyề
n phù keo hay còn gọi là sol đã được hình thành.

Hình 1.3. Quá trình sol-gel [24]
Ở bước thứ hai, các hạt keo có thể tạo nên các cầu nối để liên kết với nhau
trong khi vẫn còn trong dung môi, cứ như vậy tạo nên một mạng ba chiều hở gọi là
gel (hình 1.7b). Sự biến đổi từ sol sang gel tạo thành quá trình gel hóa, kết quả là
thu được các gel hay còn gọi là gel keo (colloidal gel). Mặt khác, hoàn toàn có thể
trực tiếp tạo ra một số gel từ các polyme thẳng hình thành từ dung dịch tiền chất
mà không có sự xuất hi
ện các hạt riêng lẻ. Khi xuất hiện điều này các gel tạo thành
được gọi là gel cao phân tử (polymeric gel)[24].
- Cơ chế của quá trình sol-gel
Các tiền chất đầu tiên được sử dụng trong quá trình sol – gel là các muối kim
loại dạng MX
n
, trong đó cation kim loại M liên kết với anion X. Trong dung dịch
mà dung môi là nước các tiền chất này hiện diện như là cation solvat hóa

M[H
2
O]
N
z+
. Các phản ứng để hình thành hạt sol và gel bao gồm: (i) các phản ứng
13


thủy phân, trong đó các ligand H
2
O được thay thế bởi các ligand OH làm mất
proton; (ii) các phản ứng ngưng tụ, trong đó các phân tử nước bị loại ra và tạo nên
các cầu nối OH – M hay gọi là nối “ol” hoặc cầu nối M – O – M hay gọi là cầu nối
“oxo”. Livage và các cộng sự
[24]
đề nghị cơ chế cho quá trình này như sau:
Đầu tiên, một ligand nước có thể bị thay thế trực tiếp bởi một OH
-
theo cơ
chế trao đổi proton thông qua sự chuyển liên kết hydrogen như mô tả trong phương
trình 1.

Kế tiếp, các phản ứng ngưng tụ khác nhau có thể dẫn đến sự hình thành các
cầu nối “ol” và “oxo”, theo cơ chế phản ứng mô tả trong phương trình 2.

Nói chung, Livage đã phát triển khái niệm chuyển điện tử của Sanderson và
đề nghị mô hình điện tích riêng phần (partial charge). Mô hình này có thể xác minh
một cách có lý hơn các dự đoán về sự hình thành các phức chất trong dung dịch.
Nhờ vào trạng thái chuyển tiếp hình thành bởi các tác chất thân nhân hoặc thân điện

tử kéo theo sự sắp sếp lại đám mây điện tử (tức là làm biến đổi độ phân cực của
từng liên kết) trong tất cả các nguyên tử trong trạng thái chuyển tiếp đã cho. Kết
14


quả là điện tích riêng phần cũng như độ âm điện của mỗi một nguyên tử trong trạng
thái chuyển tiếp này đã bị biến đổi.
Khi một nhóm các nguyên tử kế cạnh trong trạng thái chuyển tiếp đạt đến
điện tích riêng phần thêm, thì nhóm nguyên tử này trở nên “tự đủ” điện và tách ra
thành nhóm tách rời. Nhóm tách ra này có thể là một anion, cation hay phân tử
trung hòa như H
2
O khi điện tích riêng phần cộng thêm (2
H
+ 
O
) đạt đến 0.
Sử dụng muối kim loại làm tiền chất trong quá trình sol – gel với việc dùng
dung dịch hữu cơ, mà một số chất hữu cơ được dùng làm “chất bắt” proton (proton
scavanger) chậm hòa tan trong đó. Muối ion kim loại phải ở dạng hydrat hóa, dung
môi hữu cơ có thể là ethanol. Cation hydrat [M(H
2
O)
N
]
z+
phải có tính acid để cho
phản ứng đề proton hóa xảy ra với chất bắt proton. Chất bắt bị proton hóa đảm bảo
cho phản ứng mở vòng bất thuận nghịch với anion của muối kim loại, trong khi
cation bị solvat hóa chuyển thành dạng aquo – hydroxo [M(OH)

x
(H
2
O)
N-x
]
(z-x)+
đảm
bảo cho phản ứng ngưng tụ về sau.
Các alkoxide M(OR)
n
hiện nay được sử dụng rộng rãi làm tiền chất trong
tổng hợp sol-gel. Đặc trưng của các tiền chất này là trong phân tử có sự tồn tại của
các nối cộng hóa trị có cực M – O. Trong thực tế, chúng ít hoặc nhiều có khả năng
tạo thành dạng phức polyme nhỏ, trong dung môi alcohol mẹ ROH, Sự biến đổi
chúng xảy ra trong dung môi hữu cơ và nước trở thành tác nhân được thêm vào với
một tỷ lệ đượ
c kiểm soát. Phản ứng sol – gel xảy ra là phản ứng thủy phân (phương
trình 3), trong đó ligand OR được thay thế bởi một nhóm OH, nối tiếp bởi phản ứng
ngưng tụ; tương tự như xảy ra với muối kim loại.

(
3
)
15


Kết quả của phản ứng thủy phân và ngưng tụ, các oligome (polyme với một
số lượng tương đối nhỏ nguyên tử kim loại) dần dần được hình thành, đó là các
cluster được sắp xếp tương đối trật tự, điển hình như cluster trung gian

[Al
13
O
4
(OH)
24
(H
2
O)
12
]
7+
(Al
13
7+
) là dẫn xuất cho tất cả gel nhôm oxit. Bằng cách
này có thể điều chế được các khối gel ướt hoàn hảo (gel monoliths) với Cr, Fe, Al,
Zr và các cation khác.
- Al-polycation: Al
13
7+
(Al-Keggin)
Ion Al
13
7+
(

-Keggin -Johansson) có dạng hình cầu thuôn (prolate spheroid),
gồm một khối tứ diện AlO
4

ở trung tâm, bao quanh bởi mười hai bát diện của nhôm
hydroxide (hình 1.4). Mỗi bát diện chia sẻ với nhau 3 cạnh qua cầu nối là oxy trên
đỉnh tứ diện, các nhóm hydroxyl hoặc các phân tử nước. Khoảng cách giữa các tâm
(Al
3+
) của các bát diện đều bằng nhau và có tính đối xứng qua khối tứ diện. Trục
đường chéo từ oxy phía trên xuống oxy phía dưới của ion Al
13
7+
là 8,8 Å, nếu tính
thêm chiều dài của liên kết O-H thì có giá trị khoảng 10 Å [26].

Hình 1.4. Cấu trúc của ion Al
13
7+
[24]
Theo M.Wang và M.Muhammed
[29]
, ion Al-Keggin có thể tổng hợp bằng
cách thuỷ phân có kiểm soát ion Al
3+
trong dung dịch; tại một nhiệt độ nhất định ion
Al
13
7+
chiếm ưu thế trong khoảng pH cụ thể, khi nhiệt độ tăng và pH chuyển sang
phía acid hơn thì sự chiếm ưu thế Al
13
7+
sẽ giảm. Mặc dù về mặt nhiệt động học thì

ion Al
13
7+
ổn định hơn ở nhiệt độ thấp hơn, điều đó gây khó khăn cho tiến trình hình
thành do động học thấp. Nhiệt độ thuỷ phân được đề nghị là 70
0
C với giá trị pH
trong khoảng 5 - 6. Tác giả cũng chỉ ra rằng điều quan trọng cho quá trình tổng hợp
16


là phải kiểm soát cẩn thận tốc độ kiềm đưa vào dung dịch muối, cùng với các điều
kiện thí nghiệm khác để duy trì pH trong khoảng hẹp.
Hình 1.5. Giản đồ XRD chuẩn (a)[29] và ảnh SEM (b) của Al-Keggin sulfate [25]

Ion Al
13
7+
có khả năng kết hợp với các ion SO
4
2-
, C
2
O
4
2-
… tạo thành các kết
tủa màu trắng như tinh thể hình cầu Al-Keggin oxalate, tinh thể tứ diện Al-Keggin
sulfate [29], cấu trúc tứ diện này đặc trưng bởi phổ XRD và ảnh SEM (hình 1.5).
Trong vài thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng có thể tích hợp các

ion của các kim loại Zr, Ga, Cr, Fe, Cu, Mo, Ru và nhóm Lantan … vào cấu trúc
ion Al
13
7+
tạo thành các polyoxocation chứa 2 hoặc 3 kim loại và được sử dụng
trong các lĩnh vực khác nhau [8]. AlFe-polycation chèn vào giữa các lớp silicate tạo
thành vật liệu sét chống được sử dụng trong các lĩnh vực hấp phụ và xúc tác.
- AlFe- polycation (AlFe-Keggin)
Ion AlFe-Keggin được hình thành nhờ sự tích hợp ion Fe
3+
vào cấu trúc ion
Keggin Al
13
7+
. Sự tích hợp này xảy ra khi thực hiện phản ứng giữa hỗn hợp muối
Al
3+
và Fe
3+
và dung dịch kiềm, qua quá trình thuỷ phân và ngưng tụ dung dịch keo
tạo thành chứa Fe(OH)
2+
, Fe(OH)
2
+
, Fe
2
(OH)
4
2+

, [Al
2
(OH)
2
(H
2
O)
4
]
4+
,
[Al
3
(OH)
4
(H
2
O)
9
]
5+
và [Al
13-x
Fe
x
(OH)
24
(H
2
O)

12
]
7+
[27], [28], [29].
Hàm lượng ion AlFe-Keggin

phụ thuộc nhiều vào các tỷ lệ mol OH
-
/(Al
3+
+
Fe
3+
), Fe
3+
/Al
3+
, nhiệt độ và thời gian già hoá dung dịch keo.Theo E.Ts.
Dashinamzhilova và các cộng sự,

việc tăng tỷ lệ mol OH
-
/(Al
3+
+ Fe
3+
) và giảm
hàm lượng của ion Fe
3+
thì lượng polyhydroxocation được hình thành trong dung

b
(
a
)