Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit thanh hóa với tetrađecyltrimetylamoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÃ MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ
BENTONIT THANH HÓA VỚI
TETRAĐECYLTRIMETYLAMONI BROMUA
VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

THÁI NGUYÊN - 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÃ MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ
BENTONIT THANH HÓA VỚI
TETRAĐECYLTRIMETYLAMONI BROMUA
VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Thị Hà Thanh

THÁI NGUYÊN - 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit
Thanh Hóa với tetrađecyltrimetylamoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng”
là do bản thân tôi thực hiện và chưa từng được ai công bố trên bất kỳ công trình
nào khác. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu
trách nhiệm.
Thái nguyên, tháng 04 năm 2015
Tác giả

Lã Mạnh Cường

i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của
TS. Pha ̣m Thi Ha
̣ ̀ Thanh, cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này. Em xin

chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại
học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái
Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập,
nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm
Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đa ̣i ho ̣c Thái Nguyên; khoa Hoá học, Trường
Đại học Khoa ho ̣c Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Khoa ho ̣c Vâ ̣t liê ̣u, Viê ̣n
Hàn lâm Khoa học và Công nghê ̣ Việt Nam và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo
điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu
của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và
những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2015
Tác giả

Lã Mạnh Cường

ii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU .................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................ vi
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
Chương 1 TỔNG QUAN ............................................................................................ 2
1.1. Giới thiệu về bentonit ............................................................................................ 2
1.1.1. Thành phần của bentonit ................................................................................ 2
1.1.2. Cấu trúc của bentonit ...................................................................................... 2
1.1.3. Tính chất của bentonit .................................................................................... 3
1.1.4. Ứng dụng của bentonit ................................................................................... 5
1.1.5. Một số phương pháp hoạt hóa bentonit .......................................................... 5
1.1.6. Nguồn tài nguyên bentonit ............................................................................. 6
1.2. Sét hữu cơ .............................................................................................................. 8
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ.................................................................................. 8
1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ ......................................................................................... 9
1.2.3. Tính chất của sét hữu cơ ............................................................................... 11
1.2.4. Ứng dụng của sét hữu cơ .............................................................................. 12
1.2.5. Tổng hợp sét hữu cơ ..................................................................................... 13
1.3. Giới thiệu về phenol đỏ ....................................................................................... 16
1.3.1. Cấu tạo và tính chất ...................................................................................... 16
1.3.2. Ứng dụng và tác hại của phenol đỏ .............................................................. 18
1.3.3. Một số thành tựu xử lý các hợp chất phenol ................................................ 19
1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ .................................................................... 20
1.4.1. Khái niệm ..................................................................................................... 20
1.4.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học .............................................................. 20
1.4.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ ........................................................ 20

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – iii
ĐHTN

1.4.4. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ ........................................... 22
Chương 2 THỰC NGHIỆM .................................................................................... 26
2.1. Hóa chất, dụng cụ ................................................................................................ 26
2.1.1. Hóa chất ........................................................................................................ 26
2.1.2. Dụng cụ, máy móc ........................................................................................ 26
2.2. Thực nghiệm ........................................................................................................ 27
2.2.1. Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ ......................................................... 27
2.2.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của
bent-TH và sét hữu cơ điều chế ................................................................... 28
2.3. Các phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 29
2.3.1. Phương pháp nhiễu xa ̣ tia X (XRD) ............................................................. 29
2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt ........................................................................ 30
2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ............................................................... 31
2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ..................................................... 31
2.3.5. Phương pháp xác định hàm lượng cation hữu cơ trong sét hữu cơ .............. 32
2.3.6. Phương pháp trắc quang ............................................................................... 33
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 34
3.1. Điều chế sét hữu cơ.............................................................................................. 34
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ................................................. 34
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit ........................... 36
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch......................................................... 38
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ................................................ 40
3.2. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ................ 42
3.2.1. Nghiên cứu bằ ng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................. 43
3.2.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại .......................................... 44
3.2.3. Nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt ............................................ 45
3.2.4. Nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ........................ 48

3.3. Khảo sát khả năng hấ p phu ̣ phenol đỏ của sét hữu cơ điề u chế .......................... 49
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ ......................................................... 49
3.3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ...................................................... 50
iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điề u chế .............. 51
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ................................................ 52
3.3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir .............................................................................................. 53
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 57
TÀ I LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 58
PHỤ LỤC................................................................................................................... 61

v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU
Chữ viết tắt, kí hiệu

Nội dung

MMT

Montmorillonit

TĐTM

Tetrađecyltrimetylamoni bromua

Bent-TH

Bentonit (Thanh Hóa)

Shc

Sét hữu cơ

XRD

X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X

SEM

Kính hiể n vi điê ̣n tử quét

iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001 và diện

tích sét bị che phủ .................................................................................... 11
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 .................................... 35
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit đến giá trị d001 và
hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ........... 37
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị d001 và hàm lượng (%) cation
hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ............................................... 40
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 .................................... 42
Bảng 3.5: Kế t quả phân tić h giản đồ nhiê ̣t của bent-TH và sét hữu cơ điề u chế ở
điề u kiê ̣n tố i ưu ........................................................................................ 47
Bảng 3.6: Số liệu xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ ......................................... 49
Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian ................ 50
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của khối lượng bentonit Thanh Hóa, sét hữu cơ đến dung
lượng và hiệu suất hấp phụ phenol đỏ ..................................................... 51
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ đến dung lượng và hiệu suất hấp
phụ của bentonit và sét hữu cơ ................................................................ 53

v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc mạng lưới không gian của MMT [10]............................................2
Hình 1.2: Sự định hướng của các ion ankylamoni trong các lớp silicat ......................10
Hình 1.3: Sự sắp xếp các cation hữu cơ kiểu đơn lớp, hai lớp và giả ba lớp ..............10
Hình 1.4: Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ ...................................17
Hình 1.5: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ..........................................................24

Hình 1.6: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf .....................................................................24
Hình 2.1: Quy trình tổng hợp sét hữu cơ [4]. ..............................................................27
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của máy hiển vi điện tử quét (SEM) ................................31
Hình 3.1: Giản đồ XRD của bent-TH và các mẫu sét hữu cơ điều chế lần lượt ở
các nhiệt độ 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC [Phụ lục 1]. ............................34
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo nhiệt độ phản ứng
của các mẫu sét hữu cơ điều chế ................................................................35
Hình 3.3: Giản đồ XRD của bent-TH và các mẫu sét hữu cơ được điều chế ở các
tỉ lệ TĐTM/ bentonit lần lượt là 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 [Phụ lục 2] ............36
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo tỉ lệ khối lượng
TĐTM/ bentonit của các mẫu sét hữu cơ điề u chế .....................................37
Hình 3.5: Giản đồ XRD của bent-TH và các mẫu sét hữu cơ điều chế trong dung
dich
̣ có pH lầ n lươ ̣t là 7, 8, 9, 10, 11 [Phụ lục 3] .......................................39
Hình 3.6: Đồ thi ̣biể u diễn sự phu ̣ thuô ̣c của giá tri ̣d001 theo pH dung dich
̣ ...............39
Hình 3.7: Giản đồ XRD của bent-TH và các mẫu sét hữu cơ phản ứng trong
thời gian 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ [ Phụ lục 4 ]...............................41
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo thời gian phản ứng................41
Hình 3.9: Giản đồ XRD của mẫu bent-TH ..................................................................43
Hình 3.10: Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điề u kiê ̣n tố i ưu .........................43
Hình 3.11: Phổ hồng ngoại của bent-TH .....................................................................44
Hình 3.12: Phổ hồng ngoại của tetrađecyltrimetylamoni bromua (TĐTM) ............44
Hình 3.13: Phổ hồng ngoại của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ......................45
Hình 3.14: Giản đồ phân tić h nhiê ̣t của bent-TH.........................................................46
Hình 3.15: Giản đồ phân tích nhiê ̣t của sét hữu cơ điề u chế ở điề u kiê ̣n tố i ưu .........46
vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Hình 3.16: Ảnh SEM của bent–TH (a); của sét hữu cơ điều chế (b) ..........................48
Hình 3.17: Đường chuẩn của phenol đỏ ......................................................................49
Hình 3.18: Đồ thi ̣ biể u diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
phenol đỏ của bent-TH và sét hữu cơ điề u chế ..........................................50
Hình 3.19: Đồ thi ̣biể u diễn ảnh hưởng của khối lượng bent-TH, sét hữu cơ điề u
chế đến quá trình hấp phụ phenol đỏ..........................................................52
Hình 3.20: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của bent-TH đố i với phenol đỏ ............54
Hình 3.21: Sự phụ thuộc của C/q vào C đối với sự hấp phụ phenol đỏ của bent-TH...........54
Hình 3.22: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của sét hữu cơ điề u chế đố i
với phenol đỏ ..............................................................................................55
Hình 3.23: Sự phụ thuộc của C/q vào C đối với sự hấp phụ phenol đỏ của sét
hữu cơ điề u chế ..........................................................................................55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – vii
ĐHTN




MỞ ĐẦU
Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay đã và đang gây ra những hậu quả
vô cùng to lớn và mang tính chất toàn cầu. Sự phát triển công nghiệp đã đem
lại nhiều của cải vật chất cho xã hội, song lại thải ra môi trường lượng lớn các
chất thải gây ô nhiễm môi trường trong đó có phenol đỏ (phenylsunfophtalein)
và các hợp chất của phenol đỏ. Đây là nhóm các chất tương đối bền vững, khó
bị phân hủy sinh học.
Trong suốt những thập kỷ qua, các vật liệu như than hoạt tính, zeolit với
hệ thống vi mao quản đồng đều đã được ứng dụng. Tuy nhiên ứng dụng của

than hoạt tính và zeolit bị hạn chế bởi kích thước mao quản nhỏ
Trước những hạn chế đó, xu hướng mới là đi tìm kiếm chế tạo vật liệu có
mao quản lớn hơn và từ nguồn nguyên liệu sẵn có. Bentonit là lựa chọn thích
hợp do có cấu trúc lớp, có diện tích bề mặt lớn nên có khả năng hấp phụ nhiều
loại cation vô cơ và hữu cơ. Nhờ khả năng hấp phụ và khả năng trao đổi ion tốt
của bentonit nên bằng các phương pháp xử lý khác nhau, người ta có thể tạo ra
các vật liệu có chức năng khác nhau. Vật liệu sét hữu cơ được tổng hợp từ pha
nền là bentonit và các hợp chất muối amin (bậc 1, 2, 3 và 4 có mạch thẳng,
mạch nhánh và mạch vòng). Mạch hiđrocacbon khi được chèn vào giữa các lớp
của bentonit sẽ làm tăng khoảng cách lớp, tăng tính kị nước, do đó làm tăng ái
lực của vật liệu với các chất hữu cơ, đặc biệt là các chất hữu mạch vòng, các
chất có phân tử lượng lớn.
Bên cạnh đó nguồn khoáng bentonit tại Việt Nam rất lớn phân bố từ Bắc
vào Nam với trữ lượng lớn như Cổ Định – Thanh Hóa, Di Linh – Lâm Đồng,
Thuận Hải – Bình Thuận,...
Trên những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên
cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Thanh Hóa với tetrađecyltrimetylamoni
bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng”.

1


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bentonit
1.1.1. Thành phần của bentonit
Dựa vào các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong các tài liệu tham khảo có
thể tóm tắt một số nét chính về thành phần của sét như sau:
- Thành phần khoáng vật: Bentonite là loại khoáng sét tự nhiên, có thành
phần chính là montmorillonite (MMT), Ngoài ra trong bentonite tự nhiên còn chứa

một số khoáng sét khác như hectorite, saponite, clorite, mica,… và một số khoáng
phi sét như calcite, pirrite, manhetite,…các muối kiềm và một số hợp chất hữu cơ
[15, 16, 23].
- Thành phần hóa học: Montmorillonite là thành phần chính của khoáng
bentonite tự nhiên, có công thức hóa ho ̣c tổ ng quát là Al2O3.4SiO2.nH2O [10, 23].
1.1.2. Cấu trúc của bentonit
Cấu trúc mạng lưới không gian của MMT đã được trình bày ở hình 1.1. Khi tồn
tại trong tự nhiên, các ion trong mạng lưới có thể bị thay thế và vì vậy thành phần hóa
học của khoáng có thể bị thay đổi nhiều [10].

Hình 1.1. Cấu trúc mạng lưới không gian của MMT [10]
Cấu trúc tinh thể của MMT được tạo bởi hai mạng lưới tứ diện liên kết với
mạng lưới bát diện ở giữa tạo nên một lớp cấu trúc. Trong không gian giữa các lớp

2


còn tồn tại nước và nước có xu hướng tạo vỏ hiđrat với các cation trong đó. Khi phân
ly trong nước MMT dễ dàng trương nở và phân tán thành những hạt nhỏ cỡ micromet
và ở trạng thái lỏng lẻo theo lực hút Vanđecvan. Chiều dày mỗi lớp cấu trúc của
MMT là 9,2 ÷ 9,8Å. Khoảng cách giữa các lớp trong trạng thái trương nở khoảng từ 5
÷ 12Å tùy theo cấu trúc tinh thể và trạng thái trương nở.
Trong tự nhiên, khoáng sét MMT thường có sự thay thế đồng hình của các
cation hóa trị II (như Mg2+, Fe2+…) với Al3+ và Al3+ với Si4+ hoặc do khuyết tật trong
mạng nên chúng tích điện âm. Để trung hòa điện tích của mạng, MMT tiếp nhận các
cation từ ngoài. Chỉ một phần rất nhỏ các cation này (Na+, K+, Li+…) định vị ở mặt
ngoài của mạng còn phần lớn nằm trong vùng không gian giữa các lớp. Trong khoáng
MMT, các cation này có thể trao đổi với các cation ngoài dung dịch với dung lượng
trao đổi cation khác nhau tùy thuộc vào mức độ thay thế đồng hình trong mạng. Các
cation này (Na+, K+, Li+…) có thể chuyển động tự do giữa mặt phẳng tích điện âm và

bằng phản ứng trao đổi ion ta có thể biến tính MMT. Lượng trao đổi ion của MMT
dao động trong khoảng 70 ÷ 150 mgđl/100g. Quá trình xâm nhập cation vào không
gian hai lớp MMT làm giãn khoảng cách cơ sở lên vài chục Å tùy thuộc vào loại
cation thay thế [6], [10], [14].
1.1.3. Tính chất của bentonit
Do bentonit 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 bentonit có các tính chất đặc trưng: trương nở, hấp phụ, trao đổi ion,
kết dính, nhớt, dẻo và trơ, trong đó quan trọng nhất là khả năng trương nở, hấp phụ và
trao đổi ion.
1.1.3.1. Tính chất trương nở
Khi nước bị hấp phụ vào giữa các lớp sét sẽ làm tăng khoảng cách giữa các lớp
sét (giá trị d001) gây ra sự trương nở của sét. Sự trương nở phụ thuộc vào bản chất
khoáng sét, sự thay thế đồng hình trong các lớp tứ diện, bát diện và các ion (cation
trao đổi) trong môi trường phân tán. Lượng nước được hấp phụ vào giữa các lớp phụ
thuộc vào khả năng hydrat hoá của các cation trao đổi [11, 17, 18, 24].
Ngoài ra, độ trương nở của bentonite còn phụ thuộc vào bản chất của cation trao
đổi trên bề mặt lớp sét. Ví dụ, ion Na+ với điện tích +1 có thể liên kết với một tâm
tích điện âm trong cấu trúc của MMT. Vì thế khi bị hyđrat hoá, bentonite-Na có khả
năng trương nở từ khoảng cách cơ sở là từ 9,6Å đến ít nhất 17Å. Trong môi trường
3


kiềm bentonite-Na bị hiđrat hóa mạnh hơn và vì vậy huyền phù bentonite-Na rất bền
vững [10, 18, 19, 23].
Do khả năng trương nở tốt, bentonit được dùng để điều chế sét hữu cơ và
polyme clay nanocompozit là những vật liệu có các tính chất cơ học tốt, khả năng
chịu nhiệt cao hoặc tạo màng phủ bền [9].
1.1.3.2. Tính chất hấp phụ
Tính chất hấp phụ của bentonite được quyết định bởi đặc tính bề mặt, cấu trúc

rỗng và kích thước hạt của chúng [12]. Do bentonite có cấu trúc lớp và độ phân tán
cao nên có cấu trúc rỗng phức tạp và bề mặt riêng lớn. Với kích thước hạt nhỏ hơn 2
µm và có cấu trúc mạng tinh thể dạng lớp nên bentonite có bề mặt riêng lớn. Diện
tích bề mặt của bentonite gồm diện tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong. Diện
tích bề mặt trong được xác định bởi bề mặt không gian giữa các lớp trong cấu trúc
tinh thể. Diện tích bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt, hạt càng nhỏ thì diê ̣n
tích bề mă ̣t ngoài càng lớn [12, 16].
Khả năng hấp phụ của bentonite còn phụ thuộc vào tính chất, kích thước, hình
dạng của các tác nhân bị hấp phụ. Các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối
lượng nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm giữa
các lớp sét hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với nước. Nếu các chất hữu cơ
phân cực có kích thước và khối lượng phân tử lớn, chúng có thể kết hợp trực tiếp vào
vị trí oxi đáy của tứ diện trong mạng lưới tinh thể bằng lực Van der Walls hoặc liên
kết ở vị trí của hiđro. Sự hấp phụ các chất hữu cơ không phân cực, các polyme và đặc
biệt là vi khuẩn chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của bentonite.
1.1.3.3. Khả năng trao đổi ion của bentonit
Sự thay thế đồng hình của Si4+ bằng Al3+ trong mạng tứ diện và Al3+ bằng Mg2+
trong mạng lưới bát diện làm xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới cấu trúc, các
điện tích âm này sẽ được bù trừ bằng các cation như Na+, Ca2+,v.v.., chúng được gọi
là các cation trao đổi. Khả năng trao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc lượng điện tích âm
bề mặt, bản chất của các ion trao đổi và pH của môi trường trao đổi. Nếu lượng điện
tích âm bề mặt càng lớn, nồng độ cation trao đổi càng cao thì dung lượng trao đổi
càng lớn. Dung lượng trao đổi cation của sét dao động từ 80 đến 150 mlđlg/100g
bentonite khô [15].
Khả năng trao đổi ion của lớp aluminosilicate còn phụ thuộc vào hoá trị và bán
kính của các cation trao đổi.
- Cation hoá trị thấp dễ trao đổi hơn cation hoá trị cao: Me+ > Me2+ > Me3+.
4

- Đối với cation có cùng hoá trị bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng
lớn, có thể sắp xếp theo trật tự sau: Li+ > Na+ > K+> Mg2+> Ca2+> Fe2+> Al3+.
1.1.4. Ứng dụng của bentonit
Do có cấu trúc và tính chất đặc trưng đã nêu ở trên nên bentonite có nhiều ứng
dụng trong thực tế. Các ứng dụng đó đều xuất phát từ các tính chất đặc trưng của
bentonite.
- Do có thành phần hóa học là các lớp aluminosilicate đã bị biến đổi nên
bentonite được ứng dụng làm chất xúc tác, chất mang xúc tác trong lĩnh vực tổng hợp
hữu cơ.
Ngoài ra, do bentonite có khả năng hấp phụ cao nên có thể hấp phụ các chất
xúc tác trên bề mặt trong giữa các lớp và được sử dụng làm chất xúc tác cho nhiều
phản ứng.
- Tính trương nở của bentonite được ứng dụng trong lĩnh vực làm chất độn trong
sơn, mực in, giấy, làm tường ngăn cho các hầm chứa chất thải phóng xạ, đập chắn
nước, dung dịch khoan , v.v..
- Khả năng hấp phụ và trao đổi ion của cation, cũng như tính trơ của bentonite
làm cho nó được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xử lý môi trường (hấp phụ cation kim
loại nặng trong nước và các hợp chất hữu cơ độc hại)... Bentonite còn được sử dụng
phổ biến trong lĩnh vực mỹ phẩm [6].
- Tính dẻo của bentonite được biết đến từ xa xưa và sét tự nhiên đã được sử
dụng phổ biến để chế tạo ra các vật dụng: dụng cụ nấu nướng, bình đựng, đồ trang
sức để phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt, các tác phẩm nghệ thuật,.. Hiện nay tính
dẻo của bentonite được sử dụng nhiều trong chế khuôn trong ngành đúc luyện kim,
làm vật liệu xây dựng, làm chất kết dính vê viên quặng [6], ..
1.1.5. Một số phương pháp hoạt hóa bentonit
Bentonit là một chất có khả năng hấp phụ trao đổi nhưng để nâng cao tính hấp
phụ, tẩy trắng, hoạt tính xúc tác, . . . người ta cần tìm cách làm tăng bề mặt của nó.
Tất cả các cách làm với mục đích như vậy gọi là sự hoạt hóa bentonit. Có nhiều
phương pháp hoạt hóa như hoạt hóa bằng axit vô cơ, hoạt hóa bằng kiềm hoa ̣t hóa
bằ ng nhiê ̣t và hoạt hóa bằ ng chấ t hữu cơ [5].

a. Hoạt hóa bằng axit vô cơ
Đây là phương pháp hoạt hóa bentonit hiệu quả nhất nên thường được sử dụng
một cách rộng rãi trong thực tế. Trong quá trình hoạt hóa bentonit bằng axit, người ta

5


có thể dùng các axit vô cơ thông dụng như: HCl, HNO3, H2SO4, . . . Khả năng hấp
phụ, tẩy trắng và hoạt tính xúc tác của bentonit đã hoạt hóa phụ thuộc rất nhiều vào
điều kiện hoạt hóa như: bản chất axit hoạt hóa, nồng độ axit dùng cho hoạt hóa, thời
gian hoạt hóa… Mỗi yếu tố đều có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng của bentonit
hoạt hóa.
b. Hoạt hóa bằng kiềm
Dùng kiềm hòa tan một số oxit lưỡng tính như Al2O3, Fe2O3 để tạo trên bề mặt
những lỗ xốp và trung tâm hoạt động. Tuy nhiên một số liên kết nhôm silicat bị đứt tạo
cấu trúc khác và một số chất khác không bị hòa tan, bị loại do sa lắng. Mặt khác khi
hàm lượng kim loại kiềm lớn thì hoạt tính xúc tác của nhôm silicat giảm do ion Na+
đầu độc các tâm axit. Do vậy phương pháp hoạt hóa bằng kiềm ít được sử dụng, chỉ
trong những trường hợp đặc biệt nào đó người ta mới sử dụng phương pháp này.
c. Hoạt hóa bằng nhiệt
Đây là phương pháp sử dụng nhiệt để tách nước liên kết ra khỏi mạng lưới tinh
thể của đất sét và đốt cháy các chất bẩn, chất bùn trong đó. Tuy vậy, khi hoạt hóa
bentonit bằng nhiệt không được nung với nhiệt độ quá cao vì bentonit sẽ bị giảm khả
năng hấp phụ. Khoảng nhiệt độ thích hợp từ 110oC đến 150oC.
d. Hoạt hóa bằng chất hữu cơ
Khi bentonit được hoạt hóa bằng chất hữu cơ nó sẽ tạo một lớp bao phủ tối ưu của
chất hữu cơ trên bề mặt đất sét. Vì vậy nó có khả năng hấ p phu ̣ tốt các chất hữu cơ.
1.1.6. Nguồn tài nguyên bentonit
1.1.6.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng bentonit ở một số nước trên thế giới
Trên thế giới nguồn khoáng bentonit được khai thác ngày càng nhiều và sử

dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kinh tế và xã hội. Sau đây là tình hình sản xuất và sử
dụng bentonit điển hình ở một số nước.
Sản xuất và sử dụng bentonit ở Trung Quốc [3]: Mỏ bentonit lớn nhất Trung
Quốc là mỏ bentonit - Ca ở Xuân Hoa thuộc tỉnh Hồ Bắc, ngoài ra còn nhiều mỏ
bentonit 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 bentonit của Trung Quốc. Năm 1980, Công ty bắt
6


đầu sản xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit – Na. Từ đầu năm 1990 đã phát triển và sản
xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit - Ca. Năm 1996, Công ty đã xây dựng một dây
chuyền sản xuất sét hữu cơ lớn nhất của Trung Quốc. Từ năm 1999, bắt đầu phát triển
và sản xuất các loại sản phẩm sét hữu cơ dễ phân tán và trở thành công ty đầu tiên của
Trung Quốc sản xuất vật liệu tiên tiến này. Năm 2000, đây cũng là công ty đầu tiên của
Trung Quốc phát triển các sản phẩm vật liệu nano loại smectit. Sản lượng các sản phẩm
loại này khoảng 5000 - 8000 tấn/năm, đứng hàng thứ tư trên thế giới, đáp ứng 60% thị
trường Trung Quốc cho các ứng dụng trên lĩnh vực sơn, mực in, dầu mỡ.
Tổng sản lượng hàng năm đối với tất cả các loại sản phẩm bentonit của công
ty là 250.000 tấn. Hiện công ty sản xuất 6 loại mặt hàng với hơn 20 sản phẩm tinh
chế bentonit phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu.
Sản xuất và sử dụng bentonit ở Hàn Quốc [3]: Công nghiệp sản xuất bentonit
của Hàn Quốc bắt đầu từ năm 1968, đến nay có 9 công ty sản xuất các mặt hàng
bentonit cho công nghiệp giấy, luyện kim, xây dựng dân dụng, nông nghiệp, thức ăn
gia súc... Công ty Sued- Chemie liên doanh với CHLB Đức là cơ sở hàng đầu với hệ
thống hoạt hoá bentonit tiên tiến chế tạo các sản phẩm bentonit chất lượng cao từ
nguồn trong nước và nhập khẩu với công suất 6500 tấn/tháng. Công ty có hệ thống
phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu công nghệ và thử nghiệm chất lượng (thành
phần cấp hạt, bề mặt riêng, dung lượng trao đổi, độ nhớt, sức căng bề mặt, mức độ
trương nở, pH, hàm ẩm...) các sản phẩm bentonit theo tiêu chuẩn quốc tế.

1.1.6.2. Nguồn tài nguyên bentonit ở Việt Nam
a. Trữ lượng quặng bentonit ở Việt Nam
Trữ lượng khoáng bentonit ở Việt Nam đã được xác định. Hiện nay ở nước ta
đã phát hiện được hơn hai chục mỏ và điểm quặng bentonit. Đa phần các mỏ có trữ
lượng lớn đều tập trung ở phía Nam (Lâm Đồng, Bình Thuận, thành phố Hồ Chí
Minh,...). Ở phía Bắc, bentonit tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và Thanh
Hoá. Một số mỏ bentonit lớn ở nước ta đã được thăm dò, khai thác là:
Mỏ bentonit Cổ Định (Thanh Hoá): nằm trong khu bãi thải của chân Núi Nưa.
Bentonit là sản phẩm thải trong quá trình khai thác và làm giàu quặng cromit, hàm
7


lượng MMT nguyên khai dao động khoảng 35 ÷ 43,9%. Dung lượng trao đổi cation
khoảng 40 ÷ 52,9 mgđlg/100 g sét khô.
Mỏ bentonit Tam Bố - Di Linh - Lâm Đồng đã được thăm dò địa chất và xác
nhận mỏ có trữ lượng khoảng 542.000 tấn, chất lượng bentonit khá tốt, điều kiện địa
chất thuỷ văn, địa chất công trình thuận lợi. Tại mỏ Tam Bố có 5 thân sét bentonit,
với chiều dài thay đổi từ 400 đến 840 m, chiều dày khoảng 1 – 7 m, diện tích phân bố
2,36 km2. Hàm lượng MMT trong sét dao động từ 40 đến 50%. Hệ số độ keo từ 0,29
– 0,42. Dung lượng trao đổi cation khoảng 25,01 – 48,5 mgđl/100g sét khô.
Mỏ bentonit Tuy Phong - Bình Thuận đã được phát hiện tại Nha Mé, Vĩnh Hảo
(huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận), đây là loại bentonit Na, hàm lượng MMT từ
10÷ 20%, hệ số độ keo từ 0,20÷0,22, dung tích trao đổi cation khoảng 15,62÷19,67
mgđlg/100g.[6].
b. Dự báo khả năng khai thác quặng bentonit
Giai đoạn đến năm 2015:
Duy trì khai thác và chế biến mỏ Cổ Định (Thanh Hoá) với công suất 20.000
tấn/năm.
Đầu tư nhà máy chế biến tại Tuy Phong (Bình Thuận), công suất
30.000 ÷ 35.000 tấn/năm từ nguồn nguyên liệu mỏ Nha Mé. Theo nhu cầu thị trường,

đầu tư cơ sở thứ 2 có công suất 15.000 ÷ 20.000 tấn/năm từ nguồn nguyên liệu mỏ
Lòng Sông.
Giai đoạn 2016 – 2025:
Nâng công suất khai thác và chế biến bentonit tại Cổ Định (Thanh Hóa) lên
50.000 ÷ 60.000 tấn/năm [6].
Tuỳ theo nhu cầu thị trường, dự kiến nâng công suất nhà máy chế biến tại
huyện Tuy Phong (Bình Thuận) lên 60.000 ÷ 70.000 tấn/năm và cơ sở sản xuất Lòng
Sông lên 70.000 ÷ 80.000 tấn/năm.

1.2. Sét hữu cơ
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ
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 đặc trưng nhất là bentonit với các hợp chất hữu cơ phân

8


cực hoặc các cation hữu cơ, nhất là các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4 có mạch
thẳng, mạch nhánh và mạch vòng.
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. Năm 1945,
Bradley [15] đã nghiên cứu sự gắn kết giữa MMT và các chất hữu cơ ở thể lỏng
(điamin, polyamin, glycol, polyglycol và polyglycol ete), kết quả cho thấy sự hấp phụ
các chất hữu cơ phân cực như ancol bậc thấp, glycol và amin trên bề mặt phiến sét
cũng tương tự như hấp phụ nước với cùng một mức năng lượng. Vì vậy 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

Vanđecvan. 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 còn đuôi 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 [14].
1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ
Ion hữu cơ có thể sắp xếp tạo lớp phẳng (đơn hoặc kép) trên bề mặt silicat
(Hình 1.2 ). Ngoài ra, tùy thuộc vào chiều dài mạch ankyl và mật độ gói ghém cho
thấy sự tạo thành các cấu trúc nghiêng với mạch ankyl hướng ra xa bề mặt silicat. Với
các lớp “3 phân tử”, do một số đầu mạch chồng chập lên các đầu mạch khác, nên
khoảng cách giữa các lớp được xác định bởi chiều dày của ba mạch ankyl [13], [19].

a)

b)
9


c)

d)

e)

Hình 1.2: Sự định hướng của các ion ankylamoni trong các lớp silicat
(a) lớp đơn, (b) lớp kép, (c) lớp giả ba phân tử và (d, e) sự sắp xếp kiểu parafin
Năm 1976. Lagaly [19] và cộng sự đã nghiên cứu sự tạo thành các lớp đơn,
lớp kép và lớp “3 phân tử” của các ion ankylamoni trong khoảng không gian giữa các

lớp của MMT và nhận thấy khoảng cách cơ sở của ankylamoni MMT phụ thuộc vào
chiều dài mạch của ankylamoni (hình 1.3) .

Hình 1.3: Sự sắp xếp các cation hữu cơ kiểu đơn lớp, hai lớp và giả ba lớp
Nếu mạch hiđrocacbon trong muối amoni hữu cơ là mạch thẳng và có số
nguyên tử cacbon bằng 10 thì giá trị d001 là 13,6Å, nếu số nguyên tử C từ 12 đến 18
thì giá trị d001 khoảng 17Å (bảng 1.1).

10


Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001
và diện tích sét bị che phủ
Diện tích sét bị che phủ

Số nguyên tử

d001

Số lớp cation

cacbon

(Å)

hữu cơ

(nm2)

(%)

0

9,6

-

-

-

3

13,5

1

0,38

23

4

13,4

1

0,44

27

8

13,3

1

0,69

42

10

13,6

1

0,81

49

12

17,4

2

0,94

57

14

17,4

2

1,06

64

16

17,5

2

1,19

72

18

17,6

2

1,31

79

Quy luật này đã được phát hiện, khi các nhà khoa học nghiên cứu phản ứng
trao đổi cation giữa bentonit với các muối amoni hữu cơ và sự tương quan giữa tỷ lệ
bề mặt phiến sét bị che phủ bằng các cation hữu cơ với số lớp cation hữu cơ sắp xếp
trong không gian giữa hai phiến sét. Khi bề mặt phiến sét bị che phủ hơn 50% thì các
cation hữu cơ bắt đầu sắp xếp thành hai lớp.
1.2.3. Tính chất của sét hữu cơ
1.2.3.1. Tính hấp phụ
Do 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. Trong môi trường lỏng khả năng hấp
phụ tăng khi điện tích lớp, khoảng không gian của các lớp, kích thước alkyl amoni
tăng và lượng cation hữu cơ trong sét đạt xấp xỉ mức độ bão hòa với dung lượng trao
đổi cation [6], [8].
1.2.3.2. Tính trương nở
Sét hữu cơ có khả năng trương nở tốt trong các dung môi hữu cơ. Khi được
phân tán vào môi 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
làm chất chống sa lắng trong sơn, trong mực in, làm sạch nước bị ô nhiễm bởi dầu,
mỡ...[6], [7].
11


1.2.3.3. Độ bền của sét hữu cơ
Độ bền của sét hữu cơ - một phần cũng là do lực hút Vanđecvan giữa các
mạch hữu cơ với bề mặt hạt sét. Hiệu ứng này tăng nhanh theo chiều dài mạch hữu
cơ, một phần khác là do độ bền nhiệt động học của các cation amoni bậc 4 trên bề
mặt các hạt sét lớn hơn so với độ bền nhiệt động học của chúng được hiđrat hóa. Do
vậy sét hữu cơ tương đối ổn định nhiệt, nó có thể sử dụng ở nhiệt độ lên tới 250oC .
1.2.4. Ứng dụng của sét hữu cơ
Sét hữu cơ đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:

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
khả năng loại bỏ dầu và dầu nhờn của sét hữu cơ ở tỉ lệ thể tích cao, vì vậy khi sử
dụng sét hữu cơ để tách loại dầu có thể tiết kiệm tới hơn 50% chi phí. Sét hữu cơ có
thể dùng làm chất ổn định trong quá trình pha trộn nhiên liệu ở nhà máy sản xuất
nhựa đường [6].
Chế tạo vật liệu polyme clay nanocompozit: hiện nay, ứng dụng quan trọng
nhất của sét hữu cơ là trong lĩnh vực điều chế các polyme nanocompozit, sét hữu cơ
chiếm 70% các loại vật liệu nano thương mại được dùng để điều chế các polyme
compozit. Quy trình làm tăng khả năng ưa dầu là bước quan trọng, tạo điều kiện
thuận lợi cho sự tách lớp thành công của các hạt khoáng sét trong các polyme nền bởi
tính ưa dầu làm giảm năng lượng của khoáng sét và làm nó tương hợp nhiều hơn với các
polyme hữu cơ. Việc thêm sét hữu cơ làm tăng các đặc tính cơ học, lý học và hóa học
của polyme nền. Chỉ với một lượng nhỏ sét hữu cơ cỡ vài phần trăm khối lượng được
đưa vào polyme để tạo vật liệu polyme clay nanocompozit đã có thể nâng cao tính chất
cơ lý của vật liệu, nâng cao khả năng chống cháy, hệ số chống thấm khí lên rất nhiều lần
mà không làm thay đổi đáng kể trọng lượng, độ trong của vật liệu [6], [8].
Sét hữu cơ cũng được sử dụng làm chất chống sa lắng trong môi trường hữu
cơ do sét hữu cơ có khả năng trương nở và tạo gel trong dung môi hữu cơ. Hiện nay,
sét hữu cơ ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như đã được dùng làm chất tạo
cấu trúc cho dung dịch khoan trong công nghiệp dầu khí, trong sơn lưu hóa nhiệt,
chất làm sạch dầu trong nhũ tương dầu nước. Ngoài ra, sét hữu cơ còn được sử dụng
làm phụ gia sản xuất bôi trơn, sơn, mực, mỹ phẩm, chất chống thấm…[6].

12


1.2.5. Tổng hợp sét hữu cơ
1.2.5.1. Các hợp chất hữu cơ được sử dụng để điều chế sét hữu cơ
Các muối ankyl amoni bậc bốn

Các muối ankyl amoni bậc bốn là loại hợp chất hữu cơ được sử dụng nhiều
nhất để điều chế sét hữu cơ. Chúng là chất hoạt động bề mặt kiểu cation và được tổng
hợp bằng cách ankyl hóa hoàn toàn amoniac hoặc các amin.
Các ion ankylamoni bậc bốn thường được sử dụng nhiều hơn các ion ankyl
amoni bậc nhất vì chúng không bị thủy phân và do đó không có hiện tượng giải hấp
ankylamin tự do. Một thuận lợi nữa là lượng lớn các gốc hữu cơ trong ankylamoni
bậc bốn (30 – 40%) sẽ làm giảm mật độ của các hạt phân tán [3].
Năm 2003, Tang và cộng sự [22] cũng đã điều chế một MMT ưa dầu với muối
octađecylamoni và hexađecyl trimetylamoni trong dung dịch nước. MMT hữu cơ này
được sử dụng để tổng hợp polypropylen nanocompozit.
Năm 2004, Lee [20] đã xử lý bentonit với 1-hexađecylamin, 1-octađecylamin,
cetyltrimetylamoni và octađecyltrietylamoni bromua. Tất cả các sét hữu cơ thu được
đều bị đeamin hóa trong epoxy nền. Cường độ chịu kéo và mođun đàn hồi của các
nanocompozit tăng lên khi hàm lượng sét hữu cơ tăng.
Các phân tử sinh học
Các khoáng sét cũng có thể được biến tính với các phân tử sinh học như protein,
enzym, amino axit, peptit… và điều này sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới. Ví dụ: bentonit
với những ưu điểm như không chứa độc tố, độ hoạt động hóa học và tính hút nước cao
có thể được sử dụng làm chất mang để cố định các phân tử sinh học [6].
Năm 2007, Ozturk và cộng sự [21] đã biến tính bentonit với histiđin. Liên kết
cộng hóa trị được tạo thành giữa các nhóm amino của histiđin với cation Al3+ trong
bát diện của khoáng sét. Sét hữu cơ này được sử dụng để tinh chế globulin miễn dịchG (một lớp phân tử sinh học quan trọng trong chuẩn đoán và điều trị nhiều bệnh ở
người) từ huyết tương globulin miễn dịch của người một cách hiệu quả và kinh tế.
Theo các tác giả, compozit histidin - bentonit với các đặc tính tuyệt vời có thể được
sử dụng làm chất hấp phụ trong quá trình tinh chế kháng sinh.
1.2.5.2. Các phương pháp điều chế sét hữu cơ
Quá trình tổng hợp sét hữu cơ được dựa trên cơ chế của các phản ứng có thể
xảy ra giữa khoáng sét với các hợp chất hữu cơ. Phản ứng thay thế xảy ra khi các

13

phân tử nước giữa các lớp sét được thay thế bởi các phân tử phân cực. Các hợp chất
hữu cơ trung hoà có thể hình thành phức với các cation giữa các lớp sét. Trong trường
hợp bentonit hấp phụ các hợp chất hữu cơ trung hoà có thể hình thành nhiều loại
tương tác hoá học như: liên kết hiđro, tương tác momen lưỡng cực, liên kết phối trí,
lực Vanđecvan... Các cation giữa các lớp sét có thể trao đổi với nhiều loại cation hữu
cơ khác nhau. Sét hữu cơ thường được điều chế bằng phản ứng trao đổi cation trong
dung dịch (phương pháp ướt) hoặc bằng phản ứng trạng thái rắn (phương pháp khô).
Tổng hợp sét hữu cơ bằng phương pháp ướt
Phản ứng trao đổi cation đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ qua. Kỹ thuật
này dựa trên sự trao đổi cation giữa các lớp sét bởi các cation hữu cơ trong dung dịch.
Bên cạnh các cation hữu cơ được sử dụng làm tác nhân trao đổi, người ta còn sử dụng
một số hợp chất hữu cơ khác. Đã có nhiều công trình nghiên cứu điều chế vật liệu sét
hữu cơ ở các điều kiện khác nhau được công bố.
Sét hữu cơ tổng hợp bằng phương pháp ướt theo các bước: đầu tiên phân tán
sét trương nở trong nước với nồng độ nhỏ hơn 10% theo khối lượng, tốt nhất từ 2%
đến 4%, khuấy mạnh để các hạt sét bị hiđrat hoá và phân tán hoàn toàn trong nước,
giữ huyền phù ở trạng thái tĩnh để các hạt khoáng khác như thạch anh, canxit,
phenspat…lắng xuống, tách cặn ra khỏi huyền phù bằng li tâm tốc độ cao. Khuấy và
giữ huyền phù đã được làm sạch ở một nhiệt độ và pH nhất định rồi từ từ cho muối
amoni hữu cơ vào huyền phù sét. Lượng muối amoni hữu cơ biến tính tuỳ thuộc vào
chất lượng sét, nói cách khác phụ thuộc vào dung lượng trao đổi cation của sét. Ưu
điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp. Đây là phương
pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Trong
luận văn này, phương pháp chúng tôi lựa chọn để thực hiện phản ứng trao đổi cation
là phương pháp khuếch tán trong môi trường nước [1],[3],[6].
Tổng hợp sét hữu cơ bằng phương pháp khô
Các phân tử chất hữu cơ có thể được chèn vào giữa các lớp sét khô bởi phản
ứng ở trạng thái rắn. Phương pháp này có ưu điểm là không sử dụng dung môi trong

quá trình điều chế và có khả năng ứng dụng trong công nghiệp. Phản ứng ở trạng thái
rắn đầu tiên của sét và cation hữu cơ được báo cáo bởi Ogawa và cộng sự. Breakwell

14