tổng hợp zeolit a từ bùn đỏ

100
Tạp chí Hóa học, T. 41, số 2, Tr. 100 - 103, 2003
Tổng hợp zeolit A từ bùn đỏ
Đến Tòa soạn 12-12-2002
Bùi Đăng Hạnh
1
, Lê Xuân Thnh
2
, La Văn Bình
2
1
Viện Công nghệ xạ hiếm, Viện Năng l'ợng nguyên tử Việt Nam
2
Bộ môn Công nghệ Hóa vô cơ, Tr'ờng ĐHBK H4 Nội

Summary
Some results in synthesizing zeolite of type A from red mud were indicated in this paper. The
process involves the leaching of the aluminosilicate contained in the red mud by a sulfuric acid.
After filtering, the obtained solution is added by an aqueous solution of sodium hydroxide until
the pH of 14 and is kept at a temperature of 95
o
C for 24 hours in order to form a zeolite. The
synthesized product was characterized by the X ray diffraction, infrared spectra and scanning
electron microscopy.

I - Đặt vấn đề
Zeolit l các tinh thể aluminosilicat đợc
dùng lm chất hấp phụ, chất xúc tác v chất
trao đổi ion trong nhiều lĩnh vực công nghệ
khác nhau. Để tổng hợp zeolit ngời ta có thể
dùng nhiều nguồn vật liệu chứa nhôm v silic

khác nhau nh các muối nhôm, hiđroxit nhôm,
thủy tinh lỏng v.v Tại Việt Nam hiện có một
số công trình nghiên cứu tổng hợp zeolit A từ
các nguồn vật liệu nêu trên v từ khoáng sét tự
nhiên. Trong bi báo ny chúng tôi trình by
một số kết quả nghiên cứu tổng hợp zeolit A từ
bùn đỏ - một chất thải của công nghiệp sản xuất
Al
2
O
3
từ boxit nhằm khai thác khả năng sử
dụng nguồn chất thải ny [1] .
II - Thực nghiệm
Bùn đỏ dùng tổng hợp zeolit đợc lấy từ
quá trình sản xuất Al(OH)
3
từ quặng bauxit của
nh máy hóa chất Tân Bình. Bùn đỏ đợc hòa
tách bằng cách thêm dần axit sunfuric 1 : 1 vo
hỗn hợp bùn đỏ - nớc lấy theo tỉ lệ trọng lợng
tơng ứng l 1: 3 sao cho giá trị pH của dung
dịch luôn bằng 2 (đo trên máy đo pH) trong
thời gian 2 giờ ở nhiệt độ thờng. Sau khi hòa
tách xong hỗn hợp đợc lọc để thu dung dịch
nhôm silicat.
Sau khi thu đợc dung dịch nhôm silicat
hòa tách từ bùn đỏ, dung dịch ny đợc bổ sung
một lợng dung dịch NaOH 8N để nâng pH lên
giá trị thích hợp cho quá trình kết tinh zeolit.

Vấn đề quan trọng ở đây l cần bổ sung nhanh
dung dịch NaOH 8N vo dung dịch nhôm
silicat để đạt giá trị pH thích hợp trong khoảng
thời gian rất ngắn. Để đạt đợc điều ny thờng
xác định trớc tỉ lệ giữa lợng dung dịch NaOH
8N v lợng dung dịch nhôm silicat ứng với giá
trị pH nghiên cứu bằng phơng pháp chuẩn.
Sau đó hai dung dịch ny đợc rót đồng thời
vo bình tam giác trong điều kiện khuấy trộn
liên tục để tạo ra hệ gel. Sau đó hệ ny đợc kết
tinh ở các giá trị pH v nhiệt độ khác nhau
trong khoảng 24 giờ. Kết thúc quá trình kết tinh
các sản phẩm kết tinh đợc lọc rửa cho đến pH
nhỏ hơn 10 v sấy khô ở 105
o
C.
Để phân tích cấu trúc của sản phẩm chúng
tôi dùng phơng pháp nhiễu xạ Rơnghen
(XRD) trên máy SIMENS D 5005-CHLB Đức,
101
ghi phổ hồng ngoại (IR) trên máy SHIMADZU
FTIR 8101M-Nhật Bản v chụp ảnh hiển vi
điện tử quét (SEM) trên máy JSM 5410 LV-
Nhật Bản.
III - Kết quả v thảo luận
1. Xác định chế độ kết tinh zeolit từ dung
dịch nhôm silicat
Kết quả các thí nghiệm kết tinh zeolit từ
dung dịch nhôm silicat đợc trình by trong
bảng 1.

Bảng 1: Kết quả phân tích XRD của các mẫu kết tinh ở các giá trị pH v
nhiệt độ khác nhau trong 24 giờ
Mẫu Giá trị pH kết tinh Nhiệt độ kết tinh,
o
C Kết quả phân tích XRD
1 13 95 Vô định hình
2 14 70 Vô định hình
3 14 95 Tinh thể
Nh vậy các kết quả của các thí nghiệm kết
tinh zeolit nh đt nêu trong bảng trên cho thấy
mẫu 1 m pH của quá trình tạo gel l 13, kết
tinh ở 95
o
C trong 24 giờ thì sản phẩm thu đợc
l ở dạng vô định hình. Mẫu 2, pH của quá
trình tạo gel l 14, kết tinh ở 70
o
C trong 24 giờ
thì đt bắt đầu xuất hiện tinh thể nhng sản
phẩm chủ yếu vẫn ở dạng vô định hình. điều đó
chứng tỏ rằng ở nhiệt độ kết tinh không cao
cũng khó hình thnh tinh thể. Mẫu 3, pH của
quá trình tạo gel l 14, kết tinh ở 95
o
C trong 24
giờ thì quá trình kết tinh xảy ra gần nh hon
ton. Giản đồ XRD của mẫu 3 đợc chỉ ra ở
hình 1.
Dựa trên hình 1 ta thấy sản phẩm thu đợc
thu đợc chủ yếu ở dạng zeolit A có công thức

Na
96
Al
96
Si
96
O
384
.216H
2
O (39-0222). Ngoi ra
sản phẩm thu đợc còn có lẫn pha tinh thể
zeolit X - Na
88
Al
88
Si
104
O
384
.220H
2
O (39-0218)
với một lợng không đáng kể: các pic tơng
ứng có độ cao khoảng 10 Cps, nhỏ hơn nhiều
lần so với các pic của tinh thể zeolit A
Hình 1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu 3

39
-

0222(C)
-
Hiđrat natri
nhôm
silicat Zeolit A, (Na)

Na96Al96Si96O384.216H
2
O
(tất cả các pic có giá trị d)
39-0218(C) - Hiđrat natri nhôm silicat Zeolit X, (Na) Na88Al88Si104O384.220H
2
O
102
2. Nghiên cứu cấu trúc của mẫu 3 bằng ph)ơng pháp phổ hồng ngoại (IR) v3 ảnh hiển vi
điện tử quét (SEM)
Để bổ sung cho việc xác định cấu trúc sản
phẩm bằng phơng pháp XRD, sản phẩm mẫu 3
đợc ép viên với KBr v chụp phổ hồng ngoại
trên máy Shimadzu FTIR 8101 M-Nhật Bản.
Kết quả đợc chỉ ra ở hình trên hình 2. Dựa vo
hình 2 ta thấy phổ hồng ngoại của sản phẩm thu
đợc có dạng hon ton tơng tự với phổ hồng
ngoại của mẫu zeolit A ([2] trang 419). Điều
ny một lần nữa khẳng định kết quả phân tích
nhiễu xạ tia X - mẫu tổng hợp đợc chủ yếu ở
dới dạng zeolit A. ở hình 2 pic ở 1012,6 cm
-1

ứng với các dao động trong của tứ diện Al(Si)-

O
4
hay TO
4
, pic ở 464,8 cm
-1
tơng ứng với các
dao động biến dạng T-O, v pic ở 553,5 cm
-1
l
liên quan đến sự tồn tại của các vòng kép 4
(D4R) trong cấu trúc khung của zeolit. Ngoi ra
sự tồn tại pic 3398,3 cm
-1
chỉ ra rằng ở mẫu
zeolit tổng hợp có mặt các phân tử nớc, với
nhóm OH có tham gia tạo liên kết hiđrô với
nguyên tử oxi tạo khung zeolit, còn pic 1652,9
cm
-1
ứng với kiểu dao động biến dạng của nớc
[2].
Để xác định hình ảnh của mẫu zeolit tổng
hợp đợc, mẫu đợc chụp ảnh kính hiển vi điện
tử quét (ảnh SEM) v kết quả đợc chỉ ra ở hình
3. Kết quả ny phù hợp với các kết quả của
XRD v IR, sản phẩm thu đợc chủ yếu ở cùng
một dạng tinh thể bao gồm các hạt có dạng
hình lập phơng (khá tơng tự dạng của zeolit
A theo ti liệu [3] trang 485), kích thớc của

các hạt tinh thể cỡ to l khoảng 4 àm v cỡ nhỏ
khoảng 0,5 àm.
IV - Kết luận
Đt tổng hợp đợc zeolit A từ dung dịch
nhôm silicat hòa tách từ bùn đỏ bằng cách nâng
giá trị pH của dung dịch ny lên trên giá trị 14
bằng dung dịch NaOH 8N v kết tinh zeolit ở
95
o
C trong 24 giờ. Sản phẩm zeolit đợc xác
định đặc tính bằng phơng pháp nhiễu xạ tia X,
phổ hồng ngoại v ảnh SEM.
Hình 2: Phổ hồng ngoại IR của mẫu 3
103
H×nh 3: ¶nh SEM cña s¶n phÈm mÉu 3

Ti liÖu tham kh¶o
1. Fulford, George, Dennision. Process for converting bayer sodalite into zeolite of type A, WO
91/15427 (1991).
2. Donald W. Breck. Zeolite molecular sieves, New York (1974).
3. Eckehart R. et al. Zeolites from Ullman’s encyclopedia of industrial chemistry, Vol. A28, P.
475 - 551 (1996).