Nghiên cứu biến tính bentonit cổ định và ứng dụng trong xúc tác hấp phụ

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN LÊ MỸ LINH

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BENTONIT CỔ ĐỊNH
VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÚC TÁC - HẤP PHỤ

CHUN NGÀNH: HĨA LÝ THUYẾT VÀ HĨA LÝ
MÃ SỐ: 62.44.01.19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. NGUYỄN HỮU PHÚ

HUẾ, 2016


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được
các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong
trong bất kỳ một công trình nào khác.

Tác giả

Nguyễn Lê Mỹ Linh


Lời Cảm Ơn

Trước hết, tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS.
Nguyễn Hữu Phú và TS. Đinh Quang Khiếu, các thầy đã tận tình
hướng dẫn, hỗ trợ và định hướng cho tôi trong suốt thời gian thực hiện
luận án.
Thêm những lời cảm ơn đặc biệt đến PGS. TS. Dương
Tuấn Quang, TS. Hoàng Văn Đức, TS. Trần Xuân Mậu vì
những giúp đỡ về tinh thần cũng như những ý kiến về khoa học trong
quá trình thực hiện luận án.
Chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học trường Đại
học Sư phạm Huế, khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Huế,
Bộ môn Hóa lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện
thuận lợi cơ sở vật chất cho tôi trong suốt quá trình thí nghiệm.
Cảm ơn các cán bộ, giảng viên khoa Hóa học trường Đại học
Sư phạm Huế đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong công
tác để tôi hoàn thành tốt luận án này.
Cuối cùng, tôi cảm ơn gia đình, bạn bè và tất cả mọi người đã
động viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.
Tác giả
Nguyễn Lê Mỹ Linh


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU KHOÁNG SÉT ................................................. 3
1.1.1. Giới thiệu về vật liệu sét lớp smectit .......................................................... 3
1.1.2. Giới thiệu về bentonit ................................................................................. 3
1.1.3. Các tính chất hoá lí của bentonit ................................................................ 7
1.1.4. Nguồn bentonit ở Việt Nam hiện nay ........................................................ 9

1.2. SÉT HỮU CƠ ................................................................................................... 9
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ ............................................................................. 9
1.2.2. Phương pháp tổng hợp sét hữu cơ ............................................................ 10
1.2.3. Cấu trúc của sét hữu cơ ............................................................................ 11
1.2.4. Ứng dụng sét hữu cơ ................................................................................ 14
1.3. KHOÁNG SÉT TRỤ CHỐNG (PILLARED CLAY) .................................... 16
1.3.1. Giới thiệu về khoáng sét trụ chống .......................................................... 16
1.3.2. Tổng hợp khoáng sét trụ chống ................................................................ 16
1.4. HẤP PHỤ ASEN TRÊN VẬT LIỆU BENTONIT VÀ BENTONIT
BIẾN TÍNH............................................................................................................ 24
1.4.1. Giới thiệu về asen ..................................................................................... 24
1.4.2.Tình hình nghiên cứu hấp phụ asen trên vật liệu bentonit và
bentonit biến tính ................................................................................................ 24
1.5.1. Giới thiệu về phenol đỏ ............................................................................ 27
1.5.2. Tình hình nghiên cứu xử lý phenol đỏ ..................................................... 28
1.6. PHẢN ỨNG BENZYL HOÁ FRIEDEL-CRAFTS CÁC HỢP CHẤT
THƠM TRÊN CÁC XÚC TÁC KHÁC NHAU ................................................... 30
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC
NGHIỆM .................................................................................................................. 33
2.1. MỤC TIÊU ..................................................................................................... 33
2.2. NỘI DUNG ..................................................................................................... 33
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 34
2.3.1. Các phương pháp đặc trưng vật liệu......................................................... 34
i


2.3.2. Các phương pháp phân tích ...................................................................... 37
2.3.3. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ................................................................ 39
2.3.4. Nghiên cứu động học hấp phụ ................................................................. 40
2.4. THỰC NGHIỆM ............................................................................................ 41

2.4.1. Hóa chất .................................................................................................... 41
2.4.2. Tinh chế bentonit Cổ Định ....................................................................... 41
2.4.4. Tổng hợp vật liệu Fe-bentonit và Fe-CTAB-bentonit .............................. 44
2.4.5. Tổng hợp vật liệu Al-bentonit và Al-CTAB-bentonit .............................. 46
2.4.6. Nghiên cứu sự hấp phụ As(V) trong dung dịch nước trên vật liệu
Fe-bentonit, Fe-CTAB-bentonit, Al-bentonit, Al-CTAB-bentonit .................... 50
2.4.7. Nghiên cứu sự hấp phụ phenol đỏ trong dung dịch nước trên vật
liệu CTAB-bentonit, Fe-CTAB-bentonit, Al-CTAB-bentonit ........................... 51
2.4.8. Nghiên cứu phản ứng alkyl hóa Friedel-Crafts trên xúc tác Febentonit ............................................................................................................... 52
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 54
3.1. THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA BENTONIT
CỔ ĐỊNH ............................................................................................................... 54
3.1.1. Thành phần hóa học và cấu trúc của bentonit Cổ Định ........................... 54
3.1.2. Một số tính chất hóa lý đặc trưng của bentonit Cổ Định ......................... 57
3.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU CTAB-BENTONIT ................................................ 64
3.2.1. Tổng hợp vật liệu CTAB-bentonit ........................................................... 64
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................... 71
3.3. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Fe-BENTONIT VÀ Fe-CTAB-BENTONIT ......... 72
3.3.1. Tổng hợp vật liệu Fe-bentonit .................................................................. 72
3.3.2. Tổng hợp vật liệu Fe-CTAB-bentonit ...................................................... 78
3.4. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Al-BENTONIT VÀ Al-CTAB-BENTONIT ......... 82
3.4.1. Tổng hợp vật liệu Al-bentonit .................................................................. 82
3.4.2. Tổng hợp vật liệu Al-CTAB-bentonit ...................................................... 90
3.5. NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ As(V) TRONG DUNG DỊCH NƯỚC
TRÊN

VẬT

LIỆU

Fe-BENTONIT,

Fe-CTAB-BENTONIT,

Al-

BENTONIT, Al-CTAB-BENTONIT .................................................................... 96
ii


3.5.1. Lựa chọn chất hấp phụ và xác định điểm điện tích không của vật
liệu đã lựa chọn .................................................................................................. 96
3.5.2. Ảnh hưởng của pH và cơ chế hấp phụ ................................................... 101
3.5.3. Động học của quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu Fe-bentonit,
Fe-CTAB-bentonit, Al-bentonit và Al-CTAB-bentonit ................................... 106
3.5.4. Đẳng nhiệt hấp phụ................................................................................. 111
3.6. NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ PHENOL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH
NƯỚC TRÊN VẬT LIỆU CTAB-BENTONIT, Fe-CTAB-BENTONIT
VÀ Al-CTAB-BENTONIT ................................................................................ 116
3.6.1. Lựa chọn chất hấp phụ và xác định điểm điện tích không của vật
liệu đã lựa chọn ................................................................................................ 116
3.6.2. Ảnh hưởng của pH và cơ chế hấp phụ ................................................... 118
3.6.3. Động học của quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu CTABbentonit, Al-CTAB-bentonit và Fe-CTAB-bentonit ....................................... 119
3.6.4. Đẳng nhiệt hấp phụ................................................................................. 121
3.7. NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ALKYL HÓA FRIEDEL-CRAFTS
TRÊN XÚC TÁC Fe-BENTONIT ...................................................................... 124
3.7.1. Lựa chọn xúc tác .................................................................................... 124
3.7.2. Phản ứng benzyl hóa với các hợp chất thơm khác nhau ........................ 126
3.7.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng benzyl hóa p-xylen ...................... 127
3.7.4. Khảo sát tính dị thể của xúc tác và khả năng tái sử dụng xúc tác .......... 132

3.7.5. Động học phản ứng benzyl hóa p-xylen trên xúc tác 1,5FeN ................ 134
3.7.6. Đề nghị cơ chế phản ứng ........................................................................ 136
CÁC KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN ....................................................... 138
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................................................................................ 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 141

iii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
AAS

Quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic absorption spectroscopy)

APTES

3-aminopropyltriethoxylane

As

Asen

B

Bentonit

BC

Benzyl clorua

BDMB

Benzyl-2,5-dimethylbenzen

BET

Brunauer-Emmett-Teller

CEC

Dung lượng trao đổi cation (cation exchange capacity)

CTAB

Cetyl trimethyl ammonium bromide

DMP

Diphenylmethane

D-R

Dubinin-Radushkevich

EDX

Tán xạ năng lượng tia X (Enegry Dispersive X-ray)

EPIDMA

Poly (epicholorohydrin dimethylamine)

GC-MS

Sắc ký khí ghép khối phổ
(Gas Chromatography-MassSpectrometry)

HDTMA

Hexadecyl trimethylammonium

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)

MDPM

Methyl diphenyl methane

MMT

Montmorillonite

MPTMS

3-mercaptopropyl trimethoxysilane

NONT

Nontronite

OBDMA

Ocdecyl benzyl dimethyl ammonium

PDAMA

Polydiallyldimethylammonium

SEM

Hiển vi điện tử quét(Scanning Electron Microscopy)

STAB

Steartrimonium bromide

TG - DTA

Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng
(Thermogravimetry - Differential thermal analysis)

TTAB

Tetradecyl-trimethylammonium bromide

UV-Vis

Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến (Ultra Violet-Visible)

XRD

Nhiễu xạ tia X (X - Ray Diffraction)

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Các dao động trên phổ IR của nontronit và sét lớp giàu sắt .....................6
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ đến khoảng cách không gian của
sét hữu cơ .................................................................................................13
Bảng 1.3. Đặc trưng khoáng sét trụ chống bằng oxit kim loại và hỗn hợp oxit kim
loại và ứng dụng.......................................................................................18
Bảng 1.4. Một số nghiên cứu hấp phụ As(V) trên bentonit biến tính và các chất hấp
phụ khác ...................................................................................................27
Bảng 2.1. Các loại hóa chất chính sử dụng trong luận án .......................................41
Bảng 2.2. Ký hiệu tên các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp bằng phương pháp 1 và
phương pháp 2 .........................................................................................44
Bảng 2.3. Ký hiệu tên các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở điều kiện thường (1) và ở
điều kiện thủy nhiệt (2).............................................................................45
Bảng 2.4. Ký hiệu tên các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợp ở điều kiện thường (1) ...... 46
Bảng 2.5. Ký hiệu tên các mẫu Al-bentonit tổng hợp ở các nồng độ bentonit khác nhau..... 47
Bảng 2.6. Ký hiệu tên các mẫu Al-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ mol OH-/Al3+ khác nhau.... 47
Bảng 2.7. Ký hiệu tên các mẫu Al-bentonit tổng hợp với thời gian làm già dung
dịch Al-pillaring khác nhau .....................................................................48
Bảng 2.8. Ký hiệu tên các mẫu Al-CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp 1 ..49
Bảng 2.9. Ký hiệu tên các mẫu Al-CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp 2 ..49
Bảng 3.1. Thành phần hóa học chính của mẫu bentonit Cổ Định ...........................54

Bảng 3.2. Thành phần hóa học của một số mẫu bentonit ở Việt Nam và các vùng
khác trên thế giới .....................................................................................54
Bảng 3.3. Thành phần hóa học của các mẫu nontronit thế giới ..............................55
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của bentonit Cổ Định tinh chế (N) .........................56
Bảng 3.5. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của
vật liệu bentonit Cổ Định, Thuận Hải ......................................................61
Bảng 3.6. Giá trị CEC của các mẫu bentonit Cổ Định trước và sau khi tinh chế ...63
Bảng 3.7. Giá trị d001 của các mẫu N và CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp
trao đổi ion và phương pháp trao đổi ion có sự hỗ trợ của siêu âm .......66
Bảng 3.8.Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của
N, 0,4C1N và 0,8C1N...............................................................................70
Bảng 3.9. Các giá trị d001 và ∆d001 của các mẫu tổng hợp ở những nhiệt độ khác nhau ... 71
Bảng 3.10. Các giá trị d001 và ∆d001 của các mẫu Fe-bentonit ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3
khác nhau .................................................................................................74
v


Bảng 3.11. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của
N, 0,3FeN và 1,5FeN ...........................................................................77
Bảng 3.12. Các giá trị d001 và ∆d001 của các mẫu Fe-CTAB-bentonit ở các tỉ lệ

nOH  / nFe 3 khác nhau .............................................................................78
Bảng 3.13. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của
các mẫu N, 0,4C1N, 0,3FeCN và 1,5FeCN ..........................................82
Bảng 3.14. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của
N, 2Al1N và 2,4Al1N.............................................................................87
Bảng 3.15. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt của 0,4CN2Al và
0,8CN2Al ...............................................................................................95
Bảng 3.16. Một số số liệu đặc trưng của các mẫu nghiên cứu ...............................98
Bảng 3.17. Giá trị pH của dung dịch As(V) trước và sau khi hấp phụ trên vật liệu

0,3FeN, 0,3FeCN (Co(As) = 12,98 mg/l), ), 2,4Al1N (Co(As) = 16,84 mg/l)
và 0,4CN2Al (Co(As) = 8,46 mg/l)(T = 303K, m = 0,05 g) ..................102
Bảng 3.19. Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich của 0,3FeN,
0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al .........................................................113
Bảng 3.20. Dung lượng hấp phụ As(V) cực đại (qm) của vật liệu tổng hợp và so
sánh với một số kết quả của các tác giả khác .....................................114
Bảng 3.21. Các thông số nhiệt động tính toán từ hằng số đẳng nhiệt Langmuir (KL)
đối với quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN,
2,4Al1N và 0,4CN2Al ..........................................................................115
Bảng 3.24. Các tham số của phương trình động học biểu kiến bậc 1, bậc 2 sự hấp
phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ở các nhiệt độ
khác nhau.............................................................................................120
Bảng 3.25. Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ của đường đẳng nhiệt Langmuir và
Freundlich của vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ........................122
Bảng 3.26. Dung lượng hấp phụ phenol đỏ cực đại (qm) của vật liệu tổng hợp và so
sánh với một số kết quả của các tác giả khác .....................................123
Bảng 3.27. Các thông số nhiệt động tính toán từ hằng số đẳng nhiệt Langmuir (KL)
đối với quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và
1,5FeCN ..............................................................................................124
Bảng 3.28. Phản ứng alkyl hóa với các hợp chất thơm khác nhau trên xúc tác
1,5FeN .................................................................................................126
Bảng 3.29. Các tham số thu được từ phương trình động học bậc 1 benzyl hóa
p-xylen trên xúc tác 1,5FeN ................................................................130

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Cấu trúc không gian của smectit ................................................................4

Hình 1.2. Mô tả cấu trúc của sét hữu cơ sau khi chèn ion alkylammonium ..................12
Hình 1.3. Các dạng cấu trúc của phenol đỏ .............................................................28
Hình 1.4. Cơ chế phản ứng ankyl hóa benzen trên xúc tác FeCl3 ...........................30
Hình 2.1. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể ..................................................34
Hình 2.2. Nguyên tắc chung của phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM .......35
Hình 3.1. Giản đồ XRD của các mẫu BCĐ-TN (bentonit Cổ Định tự nhiên),N-2d
(BENT-CĐ tinh chế để sa lắng 2 ngày)và N (BENT-CĐ tinh chế để sa
lắng 4 ngày)(Q: quartz, K: kaolinite) ....................................................57
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu N trước và sau khi nung ...............................58
Hình 3.3. Phổ IR của mẫu N.....................................................................................59
Hình 3.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (a) và đường phân bố bán
kính mao quản (b) của các mẫu BCĐ-TN và N .....................................60
Hình 3.5. Đồ thị xác định điểm điện tích không của BCĐ-TN (a) và N (b) .............62
Hình 3.6. Giản đồ TG và DTA của mẫu BCĐ-TN và N ...........................................63
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu N và CTAB-bentonit tổng hợp bằng phương
pháp trao đổi ion và phương pháp trao đổi ion có sự hỗ trợ siêu âm ..64
Hình 3.8. Giản đồ XRD của các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp
trao đổi ion với những hàm lượng CTAB khác nhau ............................65
Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp trao
đổi ion có sự hỗ trợ của siêu âm với những hàm lượng CTAB khác nhau65
Hình 3.10. Phổ IR của các mẫu N và CTAB-bentonit ..............................................68
Hình 3.11. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N, 0,4C1N, 1,5C1N...............69
Hình 3.12. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu 0,4C2N/S, 0,52N/S, 1,0C3N/S ...69
Hình 3.13.Đường hấp phụ và khử hấp phụ N2 của N, 0,4C1N và 0,8C1N ..............70
Hình 3.14. Giản đồ XRD của các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp ở những nhiệt độ
khác nhau...............................................................................................71
Hình 3.15. Giản đồ XRD của các mẫuFe – bentonit tổng hợp ở điều kiện thường và
thủy nhiệt ...............................................................................................73
Hình 3.16. Giản đồ XRD của các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3
khác nhau ở điều kiện thường ...............................................................74

vii


Hình 3.17. Giản đồ XRD của các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác
nhau ở điều kiện thuỷ nhiệt .......................................................................74
Hình 3.18. Phổ IR của các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  /nFe 3 khác
nhau ở điều kiện thường ........................................................................75
Hình 3.19. Phổ IR của các mẫu Fe-bentonit tổng hợpở các tỉ lệ nOH  /nFe 3 khác
nhau ở điều kiện thuỷ nhiệt ...................................................................75
Hình 3.20. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N và Fe-bentonit ...................76
Hình 3.21. Đường hấp phụ và khử hấp phụ N2 của N, 0,3FeN và 1,5FeN .............77
Hình 3.22. Giản đồ XRD của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ

nOH  / nFe 3 khác nhau ở điều kiện thường ...............................................78
Hình 3.23.Giản đồ XRD của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3
khác nhau ở điều kiện thuỷ nhiệt ..............................................................78
Hình 3.24. Phổ IR của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợpở các tỉ lệ nOH  / nFe 3
khác nhau ở điều kiện thường ...............................................................79
Hình 3.25. Phổ IR của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợpở các tỉ lệ nOH  / nFe 3
khác nhau ở điều kiện thủy nhiệt ...........................................................80
Hình 3.26. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫuN, 0,4C1N và Fe-CTABbentonit ..................................................................................................81
Hình 3.27. Đường hấp phụ - khử hấp phụ N2 của các mẫu N, 0,4C1N, 0,3FeCN và
1,5FeCN.................................................................................................81
Hình 3.28. Giản đồ XRD của các mẫu Al-bentonit ở các phần trăm huyền phù khác
nhau .......................................................................................................83
Hình 3.29. XRD của các mẫuAl-bentonit ở các tỉ lệ mol nOH  /n Al 3 khác nhau ........84
Hình 3.30. Phổ IR của các mẫu Al-bentonit ở các tỉ lệ mol nOH  /nAl 3 khác nhau ...85
Hình 3.31. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N và Al-bentonit tổng hợp ở
những tỉ lệ mol nOH  /n Al 3 khác nhau .....................................................86

Hình 3.32. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ của các mẫu N, 2Al1N
và 2,4Al1N .............................................................................................87
Hình 3.33. Giản đồ XRD của các mẫu Al-bentonit theo thời gian làm già dung dịch
tạo ra trụ chống khác nhau ...................................................................88

viii


Hình 3.34. Phổ IR của các mẫu Al-bentonit theo thời gian làm già dung dịch tạo ra
trụ chống khác nhau ..............................................................................89
Hình 3.35. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu Al-bentonittheo thời gian làm
già dung dịch tạo ra trụ chống ..............................................................90
Hình 3.36. Giản đồ XRD của các mẫu 2Al1N, 1,5C1N và 1,5CN2Al ......................91
Hình 3.37. Giản đồ XRDcủa các mẫu Al-CTAB-bentonit với hàm lượng CTAB khác
nhau theo phương pháp 1 (với nOH  / nAl 3  2 ) .....................................92
Hình 3.38. Giản đồ XRD của các mẫu Al-CTAB-bentonit với hàm lượng CTAB khác
nhau theo phương pháp 2 (với nOH  / nAl 3  2 ) ......................................92
Hình 3.39. Phổ IR của các mẫu Al-CTAB-bentonit với các hàm lượng CTAB khác
nhau theo phương pháp 1 ......................................................................92
Hình 3.40. Phổ IR của các mẫu Al-CTAB-bentonit với các hàm lượng CTAB khác
nhau theo phương pháp 2 ......................................................................93
Hình 3.41.Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N, 0,4C1N, 0,4CN2Al và
0,8CN2Al ...............................................................................................94
Hình 3.42. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N, 2Al0,4CN và 2Al0,8CN ....94
Hình 3.43. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 của 0,4CN2Al và
0,8CN2Al ...............................................................................................95
Hình 3.44. Hiệu suất hấp phụ As(V) của mẫu N, các mẫu Fe-bentonit (a),Fe-CTABbentonit (b), Al-bentonit (c) và Al-CTAB-bentonit (d) ..........................97
Hình 3.45. Đồ thị xác định điểm điện tích không của vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN,
2,4Al1N và 0,4CN2Al ..........................................................................100
Hình 3.46. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ As(V) trên mẫu 0,3FeN,

0,3FeCN (Co(As) = 12,98 mg/l), 2,4Al1N (Co(As) =16,84 mg/l) và
0,4CN2Al (Co(As) = 8,46 mg/l)(T = 303K, m = 0,05 g, t = 4 h)...........101
Hình 3.47. Phổ IR của mẫu 0,3FeN (a) và mẫu 0,3FeCN (b) trước và sau khi hấp
phụ As(V) .............................................................................................103
Hình 3.48. Ảnh SEM của mẫu 0,3FeN, 0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al trước và
sau khi hấp phụ As(V)..........................................................................105
Hình 3.49. Hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN (Co(As) = 11,95 mg/l,
pH = 3,0) và 2,4Al1N, 0,4CN2Al (Co(As) = 16,84 mg/l, pH = 4,0) ở
283K, 293K, 303K và 313K .................................................................107
Hình 3.50. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V)
trên vật liệu 0,3FeN ở các nhiệt độ khác nhau ...................................108
ix


Hình 3.51. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V)
trên vật liệu 0,3FeCN ở các nhiệt độ khác nhau .................................108
Hình 3.52. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V)
trên vật liệu 2,4Al1N ở các nhiệt độ khác nhau ..................................108
Hình 3.53. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V)
trên vật liệu 0,4CN2Al ở các nhiệt độ khác nhau................................108
Hình 3.54. Sự phụ thuộc lnk2 vào 1/T của sự hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN,
0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al ..........................................................110
Hình 3.55. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự
hấp phụ As(V) trên 0,3FeN ở các nhiệt độ khác nhau ........................112
Hình 3.56. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự
hấp phụ As(V) trên 0,3FeCN ở các nhiệt độ khác nhau ......................112
Hình 3.57. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự
hấp phụ As(V) trên 2,4Al1N ở các nhiệt độ khác nhau .......................112
Hình 3.58. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự
hấp phụ As(V) trên 0,4CN2Al ở các nhiệt độ khác nhau ....................112

Hình 3.59. Đồ thị lnKL theo 1/T xác định các thông số nhiệt động của quá trình hấp phụ
As(V) trên vật liệu 0,3FeN và 0,3FeCN (a), 2,4Al1N và 0,4CN2Al (b) ......115
Hình 3.60. Hiệu suất hấp phụ phenol đỏ của các mẫu CTAB-bentonit (a),
Al-CTAB-bentonit (b) và Fe-CTAB- bentonit (c) ................................117
Hình 3.61. Đồ thị xác định điểm điện tích không của vật liệu 0,8C1N, 2,4Al1N và
0,4CN2Al .............................................................................................117
Hình 3.62. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ trên mẫu
0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN (Co(phenol đỏ) = 100 mg/l, T=303K) ...118
Hình 3.63. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của sự hấp phụ
phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N ở các nhiệt độ khác nhau ..................119
Hình 3.64. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của sự hấp phụ
phenol đỏ trên vật liệu 0,8CN2Al ở các nhiệt độ khác nhau...............119
Hình 3.65.Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của sự hấp phụ
phenol đỏ trên vật liệu 1,5FeCN ở các nhiệt độ khác nhau ................119
Hình 3.66. Sự phụ thuộc lnk2 vào 1/T của sự hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu
0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ..........................................................121
Hình 3.67.Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlichdạng tuyến tính (b)của quá
trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N .....................................121
x


Hình 3.68. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b) của
quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8CN2Al ở các nhiệt độ khác
nhau .....................................................................................................122
Hình 3.69. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b) của
quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 1,5FeCN ở các nhiệt độ khác
nhau .....................................................................................................122
Hình 3.70. Đồ thị lnKL theo 1/T xác định các thông số nhiệt động của quá trình hấp
phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ..............124
Hình 3.71. Độ chuyển hóa benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác Fe-bentonit,

Al-bentonit và N (T = 343K, tỉ lệ mol p-xylen : benzyl clorua 22 : 1,
khối lượng xúc tác: 0,02 g (N: 0,2 g)). ................................................125
Hình 3.72. Độ chuyển hóa benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN ở các tỉ lệ
mol p-xylen và benzyl clorua khác nhau (T = 343K, khối lượng chất xúc
tác: 0,02 g) ...........................................................................................127
Hình 3.73. Độ chuyển hóa benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN với
những hàm lượng khác nhau (T = 343K, tỉ lệ mol p-xylen : benzyl
clorua 22 : 1) .......................................................................................128
Hình 3.74. Độ chuyển hóa của benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN ở
các nhiệt độ khác nhau (tỉ lệ mol p-xylen : benzyl clorua 22 : 1,khối
lượng xúc tác 0,02 g) ...........................................................................128
Hình 3.75. Đồ thị mô hình động học bậc 1 của phản ứng benzyl hóa p-xylen trên
xúc tác 1,5FeN ở các nhiệt độ khác nhau ...........................................130
Hình 3.76. Sự phụ thuộc lnk' vào 1/T của phản ứng benzyl hóa p-xylen trên xúc tác
1,5FeN .................................................................................................131
Hình 3.77. Độ chuyển hóa của benzyl clorua theo thời gian khi có xúc tác 1,5FeN
và khi đã lọc xúc tác ............................................................................132
Hình 3.78. Độ chuyển hóa của benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN
ban đầu và tái sử dụng (tỉ lệ mol p-xylen: benzyl clorua 22:1,khối
lượng xúc tác 0,02 g, nhiệt độ 343K) ..................................................133
Hình 3.79. Giản đồ XRD của xúc tác 1,5FeN đã qua một lần sử dụng .................133
Hình 3.80. Dung lượng hấp phụ benzyl clorua và p-xylen theo thời giantrên xúc tác
1,5FeN (tỉ lệ mol p-xylen: benzyl clorua 1 : 1, khối lượng xúc tác 0,5 g,
nhiệt độ 303K) .....................................................................................134

xi


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Trang

Sơ đồ 1.1. Sơ đồ phản ứng chức năng hóa bề mặt bentonit với các hợp chất silan.10
Sơ đồ 1.2. Các dạng tồn tại của asen trong nước tùy thuộc vào pH ........................24
Sơ đồ 1.3. Phản ứng alkyl hóa aren Friedel-Crafts .................................................30
Sơ đồ 2.1. Quy trình tổng hợp CTAB – bentonit ......................................................43
Sơ đồ 2.2. Quy trình tổng hợp Fe – bentonit ............................................................45
Sơ đồ 2.3. Quy trình tổng hợp Fe-CTAB-bentonit....................................................46
Sơ đồ 2.4. Quy trình tổng hợp Al-bentonit ...............................................................47
Sơ đồ 2.5. Quy trình tổng hợp Al-CTAB-bentonit theo phương pháp 1 ...................48
Sơ đồ 2.6. Quy trình tổng hợp Al-CTAB-bentonit theo phương pháp 2 ...................49
Sơ đồ 3.1. Các hạt sơ cấp của bentonit trước và sau khi siêu âm ............................58
Sơ đồ 3.2. Sơ đồ minh họa vai trò của CTAB ...........................................................65
Sơ đồ 3.3. Cơ chế đề nghị hình thành cấu trúc vật liệu CTAB-bentonit ..................67
Sơ đồ 3.4. Phản ứng benzyl hóa hợp chất thơm trên xúc tác Fe-bentonit .............126
Sơ đồ 3.5. Cơ chế phản ứng benzyl hóa p-xylen trên xúc tác 1,5FeN....................137

xii


MỞ ĐẦU
Bentonit với thành phần chủ yếu là sét smectit với cấu trúc lớp 2:1, có cấu trúc
mao quản, bề mặt riêng, dung lượng trao đổi ion lớn, độ bền cơ học và hóa học cao
... nên nó 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 bentonit nhằm mở
rộng ứng dụng của chúng, các nghiên cứu tập trung vào việc biến tính bentonit với
nhiều kỹ thuật khác nhau. Các hướng nghiên cứu trên thế giới có thể kể ra là: (i)
tổng hợp bentonit trụ chống (pillared bentonite) bằng các kim loại, oxit kim loại với
các phương pháp khác nhau [46, 48, 98,115, 145, 150], (ii) tổng hợp vật liệu sét hữu
cơ bằng cách hữu cơ hóa bentonit [61, 62, 65, 66, 75, 82], (iii) tổng hợp vật liệu
polyme/bentonit nanocomposit [81, 86, 87]. Trong đó đáng quan tâm nhất là vật
liệu sét chống tổng hợp bằng cách chèn ion Keggin Al13, Fe13,… vào khoảng giữa

các lớp sét và sét hữu cơ. Ưu điểm của sét chống là diện tích bề mặt và thể tích mao
quản lớn nên tính chất hấp phụ và xúc tác cải thiện đáng kể so với bentonit chưa
biến tính [141], nhưng do bề mặt ưa nước nên sét chống hấp phụ yếu các hợp chất
hữu cơ ô nhiễm. Trong khi đó, sét hữu cơ lại hấp phụ tốt các chất hữu cơ. Xuất phát
từ ý tưởng kết hợp hai loại vật liệu này mà loại vật liệu mới ra đời khi chèn đồng
thời cả ion kim loại lẫn chất hữu cơ gọi là sét vô cơ-hữu cơ (inorganic–organic
clay). Tuy nhiên, cho đến nay vẫn còn ít công bố về loại vật liệu này về mặt tổng
hợp cũng như ứng dụng.
Nước ta có nguồn tài nguyên bentonit rất phong phú được phát hiện ở nhiều
nơi với trữ lượng lớn: Cổ Định - Thanh Hóa, Di Linh - Lâm Đồng, Tuy Phong Bình Thuận … Tuy nhiên, bentonit ở nước ta mới được khai thác trong phạm vi nhỏ
và chủ yếu được sử dụng làm vật liệu gốm, vật liệu xây dựng, xử lý môi trường…
Do hàm lượng smectit trong bentonit ở nước ta tương đối thấp nên không thể sử
dụng trực tiếp trong một số ngành công nghệ cao mà cần phải làm giàu và biến tính
cấu trúc, bề mặt vật liệu. Mặc dù bentonit và các sản phẩm biến tính từ nó đã được
quan tâm nghiên cứu nhiều trên thế giới, nhưng ở Việt Nam việc nghiên cứu biến
tính bentonit Cổ Định một cách có hệ thống và ứng dụng hiệu quả của các loại vật
liệu này trong hấp phụ và xúc tác vẫn còn rất hạn chế.
Ngoài ra, với sự phát triển vượt bậc của khoa học và công nghệ đã thúc đẩy
các ngành công nghiệp phát triển mạnh,bên cạnh những thành tựu đạt được, xã hội
1


đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm do một số ngành công nghiệp tạo ra. Trong
đó, đáng chú ý là các chất thải từ các nhà máy lọc hóa dầu, dệt nhuộm, dược phẩm,
chất dẻo, sơn, mỹ phẩm, thuốc trừ sâu ... Hậu quả là các nguồn nước bị ô nhiễm bởi
các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (phenol và các dẫn xuất, thuốc nhuộm ...) và
kim loại nặng ( Cd, Pb, As, Hg ...). Để cải thiện tình trạng ô nhiễm các chất hữu cơ,
kim loại nặng ... , hướng nghiên cứu của các nhà khoa học là sử dụng vật liệu thiên
nhiên có giá thành thấp, dễ kiếm như bentonit và bentonit biến tính làm chất hấp
phụ. Do đó, việc sử dụng vật liệu biến tính bentonit Việt Nam sẽ đem lại những lợi

ích kinh tế rất to lớn.
Vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu biến tính bentonit
Cổ Định và ứng dụng trong xúc tác - hấp phụ”.
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit hữu cơ, bentonit
vô cơ và bentonit lai hợp hữu cơ – vô cơ. Vật liệu tổng hợp được ứng dụng trong
hấp phụ ion kim loại nặng và chất hữu cơ ô nhiễm đồng thời ứng dụng trong xúc tác
tổng hợp hữu cơ.
Luận án được trình bày theo các chương mục chính sau:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan tài liệu
Chương 2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận gồm các vấn đề sau:
- Tinh chế bentonit Cổ Định, nghiên cứu thành phần, cấu trúc và tính chất của
bentonit Cổ Định.
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu CTAB-bentonit, Fe-bentonit, Al-bentonit,
Fe-CTAB-bentonit, Al-CTAB-bentonit và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu
trúc của các loại vật liệu này.
- Nghiên cứu động học và nhiệt động học quá trình hấp phụ As(V) trong dung
dịch nước của vật liệu bentonit biến tính.
- Nghiên cứu động học và nhiệt động học quá trình hấp phụ phenol đỏ trong
dung dịch nước của vật liệu bentonit biến tính.
- Nghiên cứu tính chất xúc tác của vật liệu bentonit biến tính trong phản ứng
benzyl hóa các hợp chất thơm.
Kết luận và kiến nghị
Danh mục các bài báo liên quan đến luận án
Tài liệu tham khảo
2


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU KHOÁNG SÉT
1.1.1. Giới thiệu về vật liệu sét lớp smectit
Khoáng sét là vật liệu alumosilicat lớp dạng ngậm nước (hydrous aluminium
phyllosilicates), đôi khi trong mạng cấu trúc của khoáng sét còn có một lượng nhỏ
các nguyên tố khác như Fe, Mg, Ca, Na ... và một số các cation khác.
Vật liệu khoáng sét được hình thành nhờ sự có mặt của nước. Khoáng sét là
vật liệu rất quan trọng cho cuộc sống của con người và cho nhiều giả thuyết phát
sinh ra sự sống. Khoáng sét được con người sử dụng từ lâu, từ thời tiền sử trong
nông nghiệp và trong sản xuất hàng ngày.
Khoáng sét có thể được chia thành hai nhóm chính: nhóm khoáng sét lớp 1:1
và nhóm 2:1.
- Nhóm sét lớp 1:1: cấu trúc lớp cơ bản gồm 1 mạng tứ diện liên kết với 1
mạng bát diện,đại diện là kaolinit, saponit.
- Nhóm sét lớp 2:1: cấu trúc lớp cơ bản gồm 1 mạng bát diện bị kẹp giữa 2
mạng tứ diện,đại diện là montmorillonit, nontronit, illit, vecmiculit, talc…
Nhóm sét lớp 2:1 có tên gọi là smectit (smectite) được quan tâm nghiên cứu
nhiều nhất vì nó có nhiều tính chất đặc biệt và có nhiều ứng dụng trong công nghệ và
trong đời sống.Sét smectit bao gồm các vật liệu montmorillonit, beidellit và nontronit
(nhóm này thường được gọi là bentonit) thuộc phân nhóm smectit 2 tâm bát diện
(dioctahedral) và vermiculit thuộc phân nhóm smectit 3 tâm bát diện (trioctahedral).
Bentonit là sét lớp 2:1 kiểu hai tâm bát diện (dioctahedral), nghĩa là trong mỗi
cụm 3 tâm bát diện thì có 2 tâm chứa 2 cation hóa trị 3 (chủ yếu là ion Al 3+), còn 1
tâm bỏ trống [135]. Vermiculit là sét lớp kiểu 3 tâm bát diện, nghĩa là tất cả các tâm
bát diện đều được chiếm bởi các cation hóa trị 2 (cụ thể là ion Mg2+).
1.1.2. Giới thiệu về bentonit
Bentonit là một loại khoáng sét tự nhiên có cấu trúc lớp (smectite: sét lớp),
được hình thành từ phun trào núi lửa [109].
Sét lớp (smectite) có cấu trúc 2:1, gồm hai mạng tứ diện của SiO4 liên kết với

một mạng bát diện ở giữa AlO6, được biểu diễn như hình 1.1.
Trong quá trình phong hóa lâu dài, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm ...,
thành phần hóa học của bentonit bị biến đổi theo từng niên đại, địa phương ... do sự
3


thay th ng hỡnh ca cỏc kim loi trong cỏc mng t din v bỏt din. Bentonit l
tờn i din cho mt s sột lp 2:1 cú thnh phn húa hc khỏc nhau nh

Đ ộ dày lớ p sét TOT (2:1)

9,4

15

Khoảng cá ch d(001)

montmorillonit (MMT), beidellit (BEI), nontronit (NONT) [109].
Mạ ng tứ diện

Mạ ng bá t diện

Mạ ng tứ diện
Không gian
giữa 2 lớ p sét

Cá c cation trao đổi
hydrat hóa: Li+, Na+,...

Hỡnh 1.1. Cu trỳc khụng gian ca smectit

Bentonit ph bin nht, thng gp nhiu ni trờn th gii l bentonit cha sột
lp 2:1 montmorillonit (MMT) c th hin nh hỡnh 1.1. Thnh phn húa hc ca
n v cu trỳc c bn ca mt dng MMT c biu din bi cụng thc:
(Na,Ca)0,8(Si7,8Al0,2)IV(Al3,4Mg0,6)VIO20(OH)4(1.1)
dy ca lp cu trỳc 3 mng (2 t din v 1 bỏt din) khong 9,4 ,
khong cỏch d001 t mt ỏy t din lp 2 :1 ny n mt ỏy t din ca lp 2 :1
khỏc khong 15 . Ngha l khong cỏch (khong trng) gia 2 lp 2 :1 l
d = 1,5 9,4 = 5,6 6 . Do s thay th ng hỡnh gia cỏc ion Al3+cho Si4+
trong mng t din v Mg2+ cho Al3+ trong mng bỏt din m b mt ca hai lp sột
mang in tớch õm. in tớch ny c bự tr bi cỏc cation trao i trng thỏi
hydrat húa nm trong khụng gian gia hai lp 2 :1.
Theo ti liu [135], t l Al :Si trong mng t din MMT xp x bng
1 : (15 ữ 30), v t s Mg : Al trong mng bỏt din 1 : (4 ữ 5). Do ú, dung lng
trao i cation (CEC : cation exchange capacity) ca MMT khong 70 120
ml/100g. T t s Al : Si v Mg : Al cú th nhn thy rng, cỏc in tớch õm ca
MMT tp trung ch yu mng bỏt din, ngha l a s in tớch õm nm xa b mt
ngoi ca lp cu trỳc so vi cỏc tõm in tớch õm xut hin cỏc tõm t din, do
ú lc liờn kt ca cỏc cation hydrat vi khung mng MMT khụng ln, nờn chỳng
tng i linh ng (ngha l d dng trao i ion vi cỏc cation khỏc, hoc d dng
tỏch xa b mt lm cho d001 rng ra hn).
4


Một loại bentonit khác, ít nhôm, giàu sắt (iron-rich) của loại sét lớp 2:1 thường
gặp là nontronit. Nontronit (NONT) có cấu trúc hình học như MMT nhưng thành
phần hóa học khác với MMT. Thay vì 2 ion Al3+ trong mạng 2 tâm bát diện
(dioctahidral) của MMT, sét NONT có 2 ion Fe3+ trong một đơn vị cấu trúc cơ bản.
Ví dụ, một nontronit ở Venezuela có thành phần hóa học như sau [68]:
(Na,

1
Ca)0,472(Si7,94Al0,06)IV(Fe3,528Mg0,412Al0,06)VIO20(OH)4(1.2)
2

Trong đó:
(Si7,94Al0,06)IV : mạng tứ diện, (Fe3,528Mg0,412Al0,06)VI : mạng bát diện.
Số điện tích âm của toàn mạng là: O20(OH)4 : (-2).20 + (-1).4 = - 44
(-2): điện tích của O2-, (-1): điện tích của nhóm OHSố điện tích dương của mạng là:
Mạng tứ diện (Si7,94Al0,06)IV :(+4).7,94 + (+3).0,06 = + 31,94
Mạng bát diện (Fe3,528Mg0,412Al0,06)VI :
(+3).3,528 + (+2).0,412 + (+3).0,06 = + 11,588
(+4): điện tích của Si4+, (+3): điện tích của Al3+, Fe3+
(+2): điện tích dương của Mg2+
Tổng điện tích dương của mạng tứ diện và bát diện là: + 43,528
Như vậy, điện tích âm bề mặt NONT là: - 44 + 43,528 = - 0,472
Trong mạng bát diện 4 Al3+ được thay cho 3,528 Fe3+ và 0,412 Mg2+, trong
mạng tứ diện chỉ có 0,06 Al3+ thay thế đồng hình cho 0,06 Si4+. Do đó, lượng điện
tích âm tạo ra cho mạng tứ diện là -0,06, cho mạng bát diện là -0,412.
So sánh công thức (1.1) và (1.2) nhận thấy rằng tỉ số điện tích âm của MMT
tạo ra từ mạng bát diện so với mạng tứ diện là (0,6 / 0,2) = 3. Trong khi đó NONT
có tỉ số đó là (0,412 / 0,06) = 6,87. Nghĩa là NONT là sét lớp dễ trương nở hơn so
với sét MMT.
Đôi khi trong MMT cũng có lẫn một số ít Fe. Do đó, khi vật liệu smectit có
hàm lượng Fe3+ < 1 % mol thì thuộc về nhóm MMT, còn khi Fe3+ > 3 % mol thì
thuộc về nhóm NONT. Ở Việt Nam, người ta đã phát hiện được nhiều vùng mỏ
bentonit. Bentonit Thuận Hải, bề ngoài có màu xanh xám, ít sắt, chứa nhiều khoáng
MMT. Ở vùng Cổ Định, Thanh Hóa có mỏ bentonit chứa nhiều sắt, ít nhôm, đó là
bentonit chứa chủ yếu khoáng NONT. Có nhiều phương pháp để xác định các đặc
trưng của sét, nhưng phương pháp hồng ngoại (IR) là một kỹ thuật được sử dụng
phổ biến và hiệu quả nhất.

5