Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bentonit Thanh Hóa và thăm dò khả năng xử lý môi trường (tt)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ BENTONIT THANH HÓA
VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Mã số: ĐH2014-TN04-06

Chủ nhiệm đề tài: TS. PHẠM THỊ HÀ THANH

THÁI NGUYÊN NĂM 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ BENTONIT THANH HÓA
VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Mã số: ĐH2014-TN04-06
Xác nhận của cơ quan

Chủ nhiệm đề tài

chủ trì đề tài

TS. Phạm Thị Hà Thanh

THÁI NGUYÊN, 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI

TT

Họ và tên

Đơn vị công tác và
lĩnh vực chuyên môn

1

TS. Phạm Thị Hà Thanh

Khoa Hoá học – ĐHSP ĐH
Thái Nguyên

2

TS. Vũ Thị Hậu

Khoa Hoá học – ĐHSP ĐH
Thái Nguyên

3

ThS. Nghiêm Thị Hương

Khoa Hoá học – ĐHSP ĐH
Thái Nguyên

Nội dung nghiên cứu cụ
thể được giao
Chủ nhiệm đề tài
Thư kí đề tài
Tổng hợp vật liệu
Nghiên cứu
ứng dụng của vật liệu

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

Tên đơn vị

Nội dung

Họ và tên

trong và ngoài nước

phối hợp nghiên cứu

người đại diện đơn vị

Khoa Hóa học – Trường ĐH Khoa
học Tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội Đo giản đồ XRD, IR

PGS.TS. Lưu Văn Bôi

Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Đo SEM
Nam
Khoa Hoá học, ĐH Sư phạm ĐH Phân tích nhiệt. Tổng hợp
Thái Nguyên
vật liệu và nghiên cứu ứng
dụng của vật liệu.

PGS.TS.
Nguyễn Thị Hiền Lan


MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TĂT, KÍ HIỆU
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………………..

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN…………………………………………………………………

2

Giới thiệu về bentonit……………………………………………………………………….

2

Sét hữu cơ……………………………………………………………………………………

2

Giới thiệu về một số chất gây ô nhiễm môi trường………………………………………….

2

Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ………………………………………………………...

2

Chương 2: THỰC NGHIỆM…………………………………………………………………

2

2.1. Hóa chất, dụng cụ………………………………………………………………………..

2

2.2. Thực nghiệm……………………………………………………………………………..

2

2.3. Các phương pháp nghiên cứu……………………………………………………………

2

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………………………

2

3.1. Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc và bentonit Thanh Hóa….

2

3.1.1. Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc…………………………..

2

3.1.2. Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Thanh Hóa……………………………

6

3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế từ bentonit Trung Quốc…

10

3.2.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ………………………………………………

10

3.2.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ…………………………………………….

10

3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điều chế……………………….

11

3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ………………………………………..

11

3.2.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir……………………………………………………………………………………..

11

3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế từ bentonit Thanh Hóa……

11

3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ…………………………………………………

11

3.3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ…………………………………………….

11

3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điều chế……………………….

11

3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ…………………………………………

12

3.3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir…………………………………………………………………………………….

12

3.4. Nghiên cứu chế tạo vật liệu bentonit biến tính bởi nhiệt……………………………….

12

3.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit hoạt hóa bởi nhiệt độ………………

12


3.4.2. Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơnghen……………………………………………......

13

3.5. Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ bentonit biến tính bởi axit……………………………

13

3.5.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit biến tính bởi axit…………………

13

3.5.2. Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơnghen………………………………………………..

14

KẾT LUẬN....................................................................................................................

15


THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: "Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bentonit Thanh Hóa và thăm dò khả năng xử
lý môi trường".
- Mã số: ĐH2014-TN04-06.
- Chủ nhiệm đề tài: TS. Phạm Thị Hà Thanh.
- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên.
- Thời gian thực hiện: 24 tháng.
2. Mục tiêu
Từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh Hóa biến tính (bởi cation hữu cơ, bởi nhiệt, bởi axit) chế
tạo được vật liệu hấp phụ, đánh giá khả năng hấp phụ hợp chất hữu cơ và cation kim loại.
Nghiên cứu cấu trúc, hình thái học của vật liệu bằng các phương pháp vật lý hiện đại như XRD,
IR, SEM,...
So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ hai nguồn: bentonit Trung Quốc và bentonit
Thanh Hóa.
3. Tính mới và sáng tạo
Bentonit đã được nghiên cứu biến tính trên thế giới với các muối amin bậc 1, bậc 2, bậc 3. Các

vật liệu biến tính đã được nghiên cứu hấp phụ các hợp chất của phenol, hợp chất hữu cơ và một số ion
kim loại nặng. Tuy nhiên việc nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ tetrađecyltrimetyl amoni bromua,
cũng như nghiên cứu các điều kiện thích hợp hấp phụ phenol đỏ và Mn (II) chưa được nghiên cứu một
cách hệ thống.
Tại Việt Nam đây là công trình đầu tiên nghiên cứu một số điều kiện tổng hợp sét hữu cơ, khả
năng hấp phụ phenol đỏ và Mn (II) của vật liệu biến tính từ nguồn bentonit Thanh Hóa so sánh với
nguồn bentonit Trung Quốc một cách khá hệ thống.
4. Kết quả nghiên cứu
Tìm được điều kiện thích hợp điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh
Hóa với tetrađecyltrimetyl amoni bromua.
Đã nghiên cứu các đặc trưng về liên kết, hình thái học của vật liệu tổng hợp ở điều kiện tối ưu.
Nghiên cứu một số yếu tố khi sử dụng sét hữu cơ điều chế để hấp phụ phenol đỏ.
Đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh Hóa biến tính bởi
nhiệt, bởi axit.
So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ hai nguồn bentonit: bentonit Trung Quốc và
bentonit Thanh Hóa.
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học
1. Phạm Thị Hà Thanh (2014), “Nghiên cứu cấu trúc của sét hữu cơ điều chế từ bentonit (Trung Quốc)
và tetrađecyltrimetyl amoni bromua”, Tạp chí Hóa học, 52(5A), tr. 265-269.
2. Phạm Thị Hà Thanh, Nguyễn Thị Thu Hường (2015), “Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ từ
bentonit (Trung Quốc) và tetrađecyltrimetyl amoni bromua”, Tạp chí phân tích Hóa, lý và sinh
học, 20(1), tr. 53-58.
3. Phạm Thị Hà Thanh, Lý Thị Thêm (2015), “Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ điều chế từ
bentonit (Trung Quốc) và tetrađecyltrimetyl amoni bromua trong dung dịch rượu nước”, Tạp chí
Hoá học, 53(3E12), tr. 493-500.


4. Phạm Thị Hà Thanh, Trần Anh Vũ, Lã Mạnh Cường (2015), “Khảo sát quá trình điều chế sét hữu
cơ điều chế từ bentonit (Thanh Hoá) và tetrađecyltrimetyl amoni bromua”, Tạp chí phân tích

Hóa, lý và sinh học, 20(3), tr. 338-343.
5. Phạm Thị Hà Thanh, Bùi Huy Quang, Lê Thị Hoàng Hương (2016), “Nghiên cứu cấu trúc của sét hữu
cơ điều chế từ bentonit (Thanh Hóa) và tetrađecyltrimetyl amoni bromua”, Tạp chí phân tích Hóa,
lý và sinh học, 21(1), tr. 131-137.
5.2. Sản phẩm đào tạo
1. Nguyễn Thị Thu Hường (2014), Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc với
tetrađecyltrimetyl amoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại
học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên
2. Lã Mạnh Cường (2015), Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit (Thanh Hóa) với
tetrađecyltrimetyl amoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ, Trường
Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
3. Lý Thị Thêm (2015), Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc với tetrađecyltrimetyl
amoni bromua trong môi trường rượu nước và bước đầu thăm dò ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ,
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
4. Trần Anh Vũ (2014), Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit Trung Quốc biến tính bằng
phương pháp nhiệt, Đề tài NCKH sinh viên, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
5. Đỗ Mai Linh (2014), Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit Trung Quốc biến tính bằng
axit, Đề tài NCKH sinh viên, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên..
6. Công Thị Bình Nguyên (2015), Khảo sát khả năng hấp phụ ion Fe2+ của bentonit biến tính bởi
nhiệt, Đề tài NCKH sinh viên, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
7. Nông Thị Hồng (2015), Khảo sát khả năng hấp phụ ion Fe3+ của bentonit biến tính bởi nhiệt, Đề tài
NCKH sinh viên, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên
cứu
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể ứng dụng để xử lí mẫu nước bị ô nhiễm chất chất hữu cơ
(phenol đỏ) và bị ô nhiễm kim loại nặng (Mn).
Ngày
Tổ chức chủ trì

tháng

năm 2016

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên, đóng dấu)

Phạm Thị Hà Thanh


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Project Title: “Research adsorbent manufactured from bentonite Thanh Hoa and explore the
possibility of environmental treatment”.
Code number: ĐH2014-TN04-06.
Co-ordinator: Dr. Pham Thi Ha Thanh.
Implementing Institution: College of Education, Thai Nguyen University.
Duration: 24 months.
2. Objectives
From China bentonite, Thanh Hoa bentonite modified (by organic cations, by heat, by acids)
are manufactured adsorbent evaluation adsorption capacity of organic compounds and metal cations.
Look at the structure, the morphology of the material by methods such as XRD modern
physics, IR, SEM, ...
Comparison of the absorption capacity of the material made from two sources: bentonite
China and bentonite Thanh Hoa.
3. Creativeness and innovativeness
- Bentonite has been studied worldwide modified with amine salts of type 1, type 2, type 3.
The modified material has been studied adsorption of phenolic compounds, organic compounds and
some metal ions heavy. However the study of organic clay prepared from ammonium bromide
tetradecyltrimetyl, as well as researching the right conditions adsorbed phenol red and Mn (II) has not

been studied in a systematic way.
- In Vietnam, this is the first study some conditions synthetic organic clay, red phenol
adsorption capacity and Mn (II) of the material from the source modified bentonite Thanh Hoa as
compared with a bentonite China fairly systems.
4. Research results
- Finding the right conditions modulated organoclay from bentonite China, bentonite Thanh
Hoa with ammonium bromide tetradecyltrimethyl.
- Studied the characteristics of the link, the morphology of the synthetic material in optimal
conditions. Look at a number of factors when using organic clay adsorbent prepared to red phenol.
- Research adsorbent manufactured from China bentonite, modified bentonite Thanh Hoa by
heat, by acids.
- Comparing the absorption capacity of the material made from two sources bentonite:
bentonite China and bentonite Thanh Hoa.
5. Products
5.1. Scientific results
1. Pham Thi Ha Thanh (2014), “Research the structure of organoclay prepared from bentonite (China)
and tetradecyltrimethyl ammonium bromide”, Journal of Chemistry, 52(5A), pp. 265-269.
2. Pham Thi Ha Thanh, Nguyen Thi Thu Huong (2015), “Investigation on the process of synthesis
organoclays from bentonite (China) and tetradecyltrimethyl ammonium bromide”, Journal of
Analytical Sciences, 20(1), pp. 53-58.
3. Pham Thi Ha Thanh, Ly Thi Them (2015), “Investigation on the process of synthesis organoclays
from bentonite (China) and tetradecyltrimethyl ammonium bromide in alcohol - water solution”,
Journal of Chemistry, 53(3E12), pp. 493-500.


4. Pham Thi Ha Thanh, Tran Anh Vu, La Manh Cuong (2015), “Investigation on the process of
synthesis organoclays from bentonite (Thanh Hoa) and tetradecyltrimethyl ammonium
bromide”, Journal of Analytical Sciences, 20(3), pp. 338-343.
5. Pham Thi Ha Thanh, Bui Quang Huy, Le Hoang Huong (2016), “Research the structure of
organoclays prepared from bentonite (Thanh Hoa) and tetradecyltrimethyl ammonium

bromide”, Journal of Analytical Sciences, 21(1), pp. 131-137.
5.2. Training results
1. Nguyen Thi Thu Huong (2014), Study prepared organoclay from bentonite China with
tetradecyltrimethyl ammonium bromide and initially exploration applications, Master Thesis,
College of Education, Thai Nguyen University.
2. La Manh Cuong (2015), Study prepared organoclay from bentonite Thanh Hoa with
tetradecyltrimethyl ammonium bromide and initially exploration applications, Master Thesis,
College of Education, Thai Nguyen University.
3. Ly Thi Them (2015), Study prepared organoclay from bentonite China with tetradecyltrimethyl
ammonium bromide in alcohol - water solution and initially exploration applications, Master
Thesis, College of Education, Thai Nguyen University.
4. Tran Anh Vu (2014), Survey adsorption capacity of Mn (II) of bentonite China by means of thermal
denaturation, Scientific research project for student, College of Education, Thai Nguyen
University.
5. Do Mai Linh (2014), Survey adsorption capacity of Mn (II) of China bentonite modified by acid,
Scientific research project for student, University of Education, University Thai Nguyen.
6. Cong Thi Binh Nguyen (2015), Survey adsorption capacity of bentonite Fe2+ ions denatured by
heat, Scientific research project for student, College of Education, Thai Nguyen University.
7. Nong Thi Hong (2015), Survey adsorption capacity of bentonite Fe3+ ions denatured by heat,
Scientific research project for student, College of Education, Thai Nguyen University.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results
The research results of the research can be applied to process contaminated water samples
organic compounds (phenol red) and Mn metal contamination.


DANH MỤC BẢNG BIỂU

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……………………………………………………………….

3

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 điều chế…………………………………………….

3

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………………………………………………………………………

3

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……………………………………………………………………..

4

Bảng 3.5. Các số sóng đặc trưng trong phổ hồng ngoại của ben -TQ, TĐTM và sét hữu
cơ (cm -1 )…………………………………………………………………………….

5

Bảng 3.6. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu…..

5

Bảng 3.7. 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……………………………………………………………….

6

Bảng 3.8. 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……………………………………………………

7

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị d001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập
của các mẫu sét hữu cơ……………………………………………………………………..

7

Bảng 3.10. 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……………………………………………………………….

7

Bảng 3.11. Các số sóng đặc trưng trong phổ hồng ngoại của bent -TH, TĐTM và sét hữu
cơ (cm - 1 )……………………………………………………………………………...…..…

8

Bảng 3.12. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-THvà sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu….

9

Bảng 3.13. Điều kiện tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc và bentonit Thanh Hóa với
TĐTM………………………………………………………………………………………..

10

Bảng 3.14. Đặc điểm của sét hữu cơ điều chế từ bentonit Trung Quốc và bentonit Thanh Hóa với
TĐTM…………………
………………………………………………………………………..

10

Bảng 3.30. Giá trị hấp phụ lớn nhất và hằng số Langmuir b của bent-TQ và bent-TH……………….

13


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu bent-TQ…………………………………………………..

3

Hình 3.6. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu……………………………...

4

Hình 3.16. Ảnh SEM của bent–TQ (a), của sét hữu cơ điều chế (b)……………………….

6

Hình 3.17. Giản đồ XRD của mẫu bent-TH ……………………………………………………..

8

Hình 3.18. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu……………………………

8

Hình 3.24. Ảnh SEM của bent–TH (a); của sét hữu cơ điều chế (b)……………………………

9

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU

Chữ viết tắt, kí hiệu

Nội dung

Bent-TH

Bentonit (Thanh Hóa)

Bent-TQ

Bentonit (Trung Quốc)

MMT

Montmorillonit

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

Shc

Sét hữu cơ

TĐTM

Tetrađecyltrimetylamoni bromua

XRD

X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X


1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề nóng bỏng mang tính toàn cầu, ảnh
hưởng trực tiếp đến sự tồn tại và phát triển của con người và các sinh vật trên Trái Đất. Trong số các
chất độc hại thải ra môi trường, đáng chú ý là những chất hữu cơ độc hại bền vững trong đó có phenol
và các hợp chất của phenol cùng với một số kim loại nặng. Các chất này có khả năng tích lũy trong cơ
thể sinh vật và gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con người. Do vậy, việc nghiên cứu xử lý triệt để
các hợp chất phenol và một số ion kim loại nặng trong nước bị ô nhiễm luôn là mối quan tâm hàng đầu
của mỗi quốc gia và đặc biệt có ý nghĩa quan trọng đối với cuộc sống hiện tại và tương lai của loài
người.
Việc sử dụng các chất như than hoạt tính, silicagen, các khoáng sét để hấp phụ các kim loại và
hợp chất hữu cơ bị hạn chế bởi kích thước mao quản nhỏ. Trước những hạn chế đó, bentonit được lựa
chọn thay thế các chất hấp phụ trên 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.
Mặt khác 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,...Việc nghiên cứu sử
dụng chúng làm vật liệu hấp phụ còn chưa được quan tâm nghiên cứu.
Trên những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu
hấp phụ từ bentonit Thanh Hóa và thăm dò khả năng xử lý môi trường”.
2. Mục đích nghiên cứu
Từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh Hóa biến tính (bởi cation hữu cơ, bởi nhiệt, bởi axit) chế
tạo được vật liệu hấp phụ, đánh giá khả năng hấp phụ hợp chất hữu cơ và cation kim loại.
Nghiên cứu cấu trúc, hình thái học của vật liệu bằng các phương pháp vật lý hiện đại như XRD,
IR, SEM,...
So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ hai nguồn: bentonit Trung Quốc và bentonit
Thanh Hóa.
3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
3.1. Khách thể nghiên cứu
Môi trường nước bị ô nhiễm chất hữu cơ độc hại (như phenol đỏ) và các ion kim loại nặng.
3.2. Đối tượng nghiên cứu
- Nguồn bentonit Trung Quốc và bentonit Thanh Hóa.
- Hợp chất hữu cơ phenol đỏ.
- Kim loại nặng như Mn(II).
4. Giả thuyết khoa học
Xuất phát từ thực tế hiện nay là sự phát triển của các ngành công nghiệp, khai thác và sử dụng
khoáng sản kim loại làm cho ô nhiễm môi trường trong đó có môi trường nước bị ô nhiễm một cách
trầm trọng. Môi trường nước bị ô nhiễm nếu không được xử lý sẽ ảnh hưởng xấu đến đời sống của con
người. Vì vậy, tìm biện pháp xử lý môi trường bị ô nhiễm đang là vấn đề nóng bỏng hiện nay. Tuy
nhiên, chi phí cho vấn đề này rất tốn kém. Nếu bằng cách sử dụng chất hấp phụ có nguồn gốc tại Việt
Nam như bentonit Thanh Hóa, biến tính đơn giản chế tạo vật liệu hấp phụ thì giá thành của quá trình
xử lý nguồn nước có chứa các chất độc hại sẽ giảm đi rất nhiều.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu


2

- Khảo sát một số yếu tố (nhiệt độ, tỉ lệ khối lượng, pH dung dịch, thời gian phản ứng) để tìm
điều kiện thích hợp điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc; bentonit Thanh Hóa với
tetrađecyltrimetyl amoni bromua.
- Nghiên cứu các đặc trưng về liên kết, hình thái học của vật liệu tổng hợp ở điều kiện tối ưu.
Nghiên cứu một số yếu tố khi sử dụng sét hữu cơ điều chế để hấp phụ phenol đỏ.
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh Hóa biến tính bởi
nhiệt, bởi axit.
- So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ hai nguồn bentonit: bentonit Trung Quốc và
bentonit Thanh Hóa.
6. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu chế tạo sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh Hóa với tetrađecyltrimetyl
amoni bromua. Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu bằng một số
phương pháp vật lý hiện đại.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu (sét hữu cơ, bentonit biến tính bởi nhiệt, axit) đối với
phenol đỏ, Mn (II).
7. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp dung dịch để chế tạo vật liệu sét hữu cơ, biến tính bentonit bởi axit. Phương pháp
nhiệt để biến tính bentonit.
- Các phương pháp phân tích, đánh giá cấu trúc vật liệu: phương pháp nhiễu xạ tia X, phương
pháp phân tích nhiệt, phương pháp phổ hồng ngoại, phương pháp hiển vi điện tử quét.
- Phương pháp phân tích nồng độ của các chất hữu cơ và ion kim loại: phương pháp UV-Vis.
8. Cấu trúc đề tài
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bentonit
1.2. Sét hữu cơ
1.3. Giới thiệu về một số chất gây ô nhiễm môi trường
1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
Chương 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất, dụng cụ

2.2. Thực nghiệm
2.3. Các phương pháp nghiên cứu
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc và bentonit Thanh Hóa
3.1.1. Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc
3.1.1.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp sét hữu cơ
a. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Bentonit và các mẫu sét hữu cơ điều chế được đánh giá bằng giản đồ XRD, phân tích nhiệt bằng
phương pháp nung mẫu trực tiếp. Kết quả được trình bày trên bảng 3.1 .


3

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
Nhiệt độ (oC)

Bent-TQ

20

30

40

50

60

70

d001 (Å)

12,401

35,007

35,518

36,341

35,058

34,710

34,500

Tổng (%)
mất khối lượng

13,500

36,710

36,970

37,560

36,960

36,720

36,550

23,460

23,220

23,050

Hàm lượng (%) cation hữu
0,000
23,210 23,470 24,060
cơ xâm nhập
Như vậy nhiệt độ phù hợp để điều chế sét hữu cơ là 40oC.
b. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng TĐTM/bentonit được tiến hành theo quy trình mục
2.2.1 với các điều kiện: khối lượng của bentonit 1,0 gam, nhiệt độ phản ứng 40oC, pH dung dịch bằng
9, thời gian phản ứng là 4 giờ, khối lượng TĐTM thay đổi lần lượt là 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 gam. Kết
quả được trình bày trên bảng 3.2.
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 điều chế
Tỉ lệ khối lượng
TĐTM/bentonit

Bent-TQ

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

d001 (Å)

12,401

33,154

35,142

36,314

34,866

34,745

Tổng (%) mất khối lượng

13,500

36,780

36,950

37,560

36,860

36,61

0,000

23,280

23,450

24,060

23,360

23,11

Hàm lượng (%) cation
hữu cơ xâm nhập

Tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit phù hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ là 0,5.
c. Khảo sát ảnh hưởngcủa pH dung dịch
Kết quả được trình bày trên bảng 3.3.
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
pH dung dịch

Bent-TQ

6

7

8

9

10

11

d001 (Å)

12,401

34,580

34,942

35,705

36,314

35,357

34,327

Tổng (%) mất khối lượng

13,500

36,500

36,660

36,930

37,560

37,480

37,220

Hàm lượng (%) cation hữu cơ
xâm nhập

0,000

23,000

23,160

23,430

24,060

23,980

23,720

Để thuận lợi chúng tôi lựa chọn điều chế sét hữu cơ trong dung dịch có pH bằng 9.
d. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Kết quả được trình bày trên bảng 3.4.


4

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
Thời gian(giờ)

Bent-TQ

1

2

3

4

5

6

d001 (Å)

12,401

34,726

35,301

35,363

36,314

35,321

34,964

Tổng (%) mất khối lượng

13,500

36,850

37,060

37,130

37,560

37,210

37,180

Hàm lượng (%) cation hữu cơ
xâm nhập

0,000

23,350

23,560

23,630

24,060

23,710

23,680

Như vậy thời gian phản ứng phù hợp để điều chế sét hữu cơ là 4 giờ.
Nhận xét: Như vậy điều kiện tối ưu cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ bent–TQ là: nhiệt độ
phản ứng 40oC, tỷ lệ khối lượng TĐTM/bentonit là 0,5, pH dung dịch bằng 9, thời gian phản ứng 4
giờ.
3.1.1.2. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
a. Nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ XRD của bentonit và sét hữu cơ tương ứng được trình bày trên hình 3.5 và hình 3.6.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample BR-TQ
600

500

300

d=12.401

Lin (Cps)

400

200

100

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2-Theta - Scale
File: Thanh TN mau BE-TQ.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.008 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 5 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 °

Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu bent-TQ

Hình 3.6. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
Hình 3.5 và hình 3.6 cho thấy góc nhiễu xạ 2θ đã dịch chuyển từ 7,2o (trong bent-TQ) về 2,4o (trong
sét hữu cơ). Giá trị d001 đã tăng mạnh từ 12,401Å (trong bent-TQ) lên 36,314Å (trong sét hữu cơ).
b. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
Phổ hấp thụ hồng ngoại của bent-TQ, TĐTM và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu được
trình bày trên hình trên bảng 3.5.
9.

Bảng 3.5. Các số sóng đặc trưng trong phổ hồng ngoại


5

của ben-TQ, TĐTM và sét hữu cơ (cm-1)
υ-OH
υC-N
υCH

υSi-O

υAl-O

-

1039

914

2922

1480

-

-

2926

1474

1034

915

STT

Mẫu

1

Bent-TQ

3440 - 3619

-

2

TĐTM

-

3

Sét hữu cơ

3434 - 3635

3

Kết quả đã chứng minh sự có mặt của TĐTM trong sét hữu cơ điều chế.
c. Nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt
Giản đồ phân tích nhiệt của bent-TQ, sét hữu cơ điều chế và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm
nhập trong sét hữu cơ được trình bày trên bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-TQ và
sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
Hiệu ứng mất khối lượng thứ
nhất
Nhiệt độ
o

(%)

Quá trình

8,02

Mất nước hấp
phụ

( C)
BentTQ
Sét
hữu
cơ

50÷180

Hiệu ứng mất khối lượng thứ hai
Nhiệt độ
(oC)

Quá trình

(%)

280÷720 5,21

Phân hủy nhóm -OH
liên kết với cation vô cơ

Phân hủy cháy của cation
Phân hủy, cháy
hữu cơ trao đổi giữa các
205÷260 27,21 của cation hữu 300÷730 10,48 lớp sét và phân hủy nhóm

cơ hấp phụ
-OH liên kết với cation vô
cơ
Hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập

Tổng (%)
mất khối
lượng

13,23

37,69

24,46

Kết quả cho thấy độ mất khối lượng của sét hữu cơ (37,69%) lớn hơn bent-TQ (13,23%),
như vậy hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của sét hữu cơ điều chế ở các điều kiện tối ưu là
24,46%, kết quả này khá phù hợp với phương pháp nung mẫu trực tiếp.
d. Nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh SEM của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu được trình bày trên hình 3.16.


6

a)

b)

Hình 3.16. Ảnh SEM của bent–TQ (a), của sét hữu cơ điều chế (b)
Qua ảnh SEM của bent-TQ và sét hữu cơ nhận thấy có sự khác nhau rõ rệt về cấu trúc, sét hữu

cơ điều chế có cấu trúc lớp và có độ xốp khá cao. Điều này chứng tỏ đã có muối cation hữu cơ chèn
vào giữa các lớp sét.
Nhận xét: Bằng các phương pháp nghiên cứu nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hấp thụ hồng ngoại,
phân tích nhiệt, hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy đã điều chế được sét hữu cơ có cấu trúc lớp, giá
trị d001 lớn và độ xốp cao. Như vậy sét hữu cơ điều chế có thể ứng dụng hấp phụ hợp chất hữu cơ có
kích thước lớn.
3.1.2. Nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Thanh Hóa
3.1.2.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp sét hữu cơ
a. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Kết quả được trình bày trên bảng 3.7.
Bảng 3.7. 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
Nhiệt độ (oC)

Bent-TH

30

40

50

60

70

d001 (Å)

-

35,793

35,888

37,967

35,543

34,597

Tổng (%) mất khối lượng

19,720

50,950

52,000

54,040

52,020

50,010

0,000

31,230

32,280

34,320

32,300

30,290

Hàm lượng (%)
cation hữu cơ xâm nhập

Như vậy nhiệt độ phù hợp để điều chế sét hữu cơ là 50oC.
b. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit
Kết quả được trình bày trên bảng 3.8.


7

Bảng 3.8. 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
Tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit

Bent-TH

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

d001 (Å)

-

34,974

36,285

37,967

37,689

36,462

Tổng (%) mất khối lượng

19,720

49,390

50,010

54,550

52,030

52,840

Hàm lượng (%) cation hữu cơ
xâm nhập

0,000

29,670

30,290

34,830

32,310

32,120

Tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit lựa chọn cho quá trình điều chế sét hữu cơ là 0,5.
c. Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch
Kết quả được trình bày trên bảng 3.9.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị d001
và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ
pH dung dịch

Bent-TH

7

8

9

10

11

d001 (Å)

-

34,468

35,360

37,967

35,101

33,237

Tổng (%) mất khối lượng

19,740

49,990

51,120

52,060

51,660

51,820

Hàm lượng (%) cation hữu cơ
xâm nhập

0,000

30,250

31,380

34,680

31,920

32,080

Để thuận lợi chúng tôi lựa chọn điều chế sét hữu cơ trong dung dịch có pH bằng 9.
d. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Kết quả được trình bày trên bảng 3.10.
Vì vậy thời gian lựa chọn cho quá trình điều chế sét hữu cơ là 4 giờ.
Nhận xét: Điều kiện thích hợp lựa chọn cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ bent-TH là: nhiệt
độ phản ứng 50oC; tỷ lệ khối lượng TĐTM/bentonit là 0,5; pH dung dịch bằng 9; thời gian phản ứng 4
giờ.
Bảng 3.10. 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
Thời gian (giờ)

Bent-TH

2

3

4

5

6

d001 (Å)

-

35,076

35,688

37,967

36,558

34,567

Tổng (%) mất khối lượng

19,750

48,110

51,080

52,100

54,580

54,660

Hàm lượng (%) cation hữu cơ
xâm nhập

0,000

28,360

31,330

35,020

34,830

34,910


8

3.1.2.2. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
a. Nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ XRD của bentonit và sét hữu cơ tương ứng được trình bày trên hình 3.17 và hình 3.18.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample Bent TH

700

600

Lin (Cps)

500

400

300

200

100

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2-Theta - Scale
File: Thanh TN mau Bent TH.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.008 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 9 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00

Hình 3.17. Giản đồ XRD của mẫu bent-TH
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample TH-0,8
700

600

d=37.967

Lin (Cps)

500

400

300

200

100

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2-Theta - Scale
File: Thanh TN mau TH-0,8.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.008 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 6 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 °

Hình 3.18. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
Kết quả cho thấy góc nhiễu xạ 2θ đã dịch chuyển mạnh từ 6o ÷ 7,4o (trong bent-TH) về khoảng
2,3o (trong sét hữu cơ).
b. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại
Kết quả được trình bày trên bảng 3.11.
Bảng 3.11. Các số sóng đặc trưng trong phổ hồng ngoại

của bent-TH, TĐTM và sét hữu cơ (cm-1)
STT

Mẫu

υ-OH

υCH3

υC-N

υSi-O

1

Bent-TH

3533

-

-

1011

2

TĐTM

-

2922

1480

-

3

Sét hữu cơ

3550

2922

1477

1027

Các kết quả cho thấy đã có mặt của TĐTM trong sét hữu cơ điều chế.
c. Nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt
Giản đồ phân tích nhiệt của bent-TH, sét hữu cơ điều chế và hàm lượng (%) cation hữu cơ
xâm nhập trong sét hữu cơ được trình bày ở bảng 3.12.
Kết quả phân tích nhiệt của bent-TH và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu cho thấy độ
mất khối lượng của sét hữu cơ (52,05%) lớn hơn bent-TH (19,72%), như vậy hàm lượng (%)
cation hữu cơ xâm nhập của sét hữu cơ điều chế ở các điều kiện tối ưu là 32,33%, kết quả này khá
phù hợp với phương pháp nung mẫu trực tiếp.


9

Bảng 3.12. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-TH
và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu

Mẫu

Hiệu ứng mất khối lượng

Hiệu ứng mất khối lượng

thứ nhất và thứ hai

thứ ba

Nhiệt độ
(%)

Quá trình

7,07

Mất nước ẩm

198,7÷232,22 5,07

Mất nước hấp
phụ

o

( C)
29,4÷30,86
BentTH

25÷31
Sét
hữu
cơ

3,19

Mất nước ẩm

Phân hủy, cháy
của cation
192,3÷245,8 31,25

Nhiệt độ
(oC)

Quá trình

(%)

Tổng (%)
mất khối
lượng

Phân hủy nhóm -OH
250÷700

7,58

liên kết với

19,72

cation vô cơ

Phân hủy cháy của
cation hữu cơ trao
đổi giữa các lớp sét
250÷700 17,61
và phân hủy nhóm OH liên kết với
cation vô cơ

52,05

hữu cơ hấp phụ
Hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập

32,33

d. Nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh SEM của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu được trình bày trên hình 3.24.

a)

b)

Hình 3.24. Ảnh SEM của bent–TH (a); của sét hữu cơ điều chế (b)


10

Nhận xét: Bằng các phương pháp nghiên cứu: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương
pháp phổ hồng ngoại, phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy
đã điều chế được sét hữu cơ có cấu trúc lớp, giá trị d001 lớn và độ xốp cao. Như vậy sét hữu cơ điều
chế có thể ứng dụng hấp phụ hợp chất hữu cơ có kích thước lớn.
3.1.3. So sánh điều kiện tổng hợp và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế từ hai nguồn bentonit
(Trung Quốc và Thanh Hóa)
Bảng 3.13. Điều kiện tổng hợp sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc
và bentonit Thanh Hóa với TĐTM
Sét hữu cơ từ bentonit

Sét hữu cơ từ bentonit

Trung Quốc

Thanh Hóa

Nhiệt độ (oC)

40

50

Tỉ lệ khối lượng TĐTM/bent

0,5

0,5

pH

9

9

Thời gian phản ứng (giờ)

4

4

Điều kiện tổng hợp

Bảng 3.14. Đặc điểm của sét hữu cơ điều chế từ bentonit Trung Quốc
và bentonit Thanh Hóa với TĐTM
Sét hữu cơ từ bentonit

Sét hữu cơ từ bentonit

Trung Quốc

Thanh Hóa

Giá trị d001 (Å)

36,314

37,967

Hàm lượng (%) cation hữu cơ
xâm nhập

24,46

32,33

Đặc điểm

Nhận xét: Như vậy sét hữu cơ điều chế cần các điều kiện tỉ lệ khối lượng TĐTM/bent, pH, thời
gian phản ứng như nhau, nhưng nhiệt độ phản ứng đối với bentonit Thanh Hóa cao hơn so với bentonit Trung
Quốc. Đồng thời giá trị d001 và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của mẫu sét hữu cơ điều chế từ
bentonit Thanh Hóa cao hơn so với bentonit Trung Quốc.
3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế từ bentonit Trung Quốc
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ
Vậy phương trình đường chuẩn xác định nồng độ phenol đỏ có dạng:
y = 0,0524x - 0,0027 với

R² = 0,9973

3.2.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
Trong khoảng thời gian khảo sát từ 15 ÷ 100 phút, dung lượng hấp phụ phenol đỏ của bentTQ và sét hữu cơ điều chế đều tăng theo thời gian. Dung lượng hấp phụ phenol đỏ đối với sét hữu cơ
điều chế (từ 38,29 ÷ 46,58 mg/g) cao hơn nhiều so với bent-TQ (từ 1,57÷ 9,83mg/g).
Đối với sét hữu cơ sau 60 phút dung lượng hấp phụ đã dần ổn định nhưng đối với bent-TQ
sau 90 phút dung lượng hấp phụ mới dần ổn định.
Do đó, trong các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ phenol đỏ
của sét hữu cơ điều chế là 60 phút và của bent-TQ là 90 phút.

11

3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điều chế
Trong khoảng khối lượng khảo sát, khi tăng khối lượng vật liệu thì hiệu suất hấp phụ phenol đỏ
tăng và dung lượng hấp phụ giảm. Điều này có thể giải thích là khi tăng khối lượng của vật liệu hấp
phụ, diện tích bề mặt tăng do đó dung lượng hấp phụ giảm và hiệu suất hấp phụ tăng. Khi khối lượng
vật liệu hấp phụ tăng từ 0,01 ÷ 0,05 gam thì hiệu suất hấp phụ tăng nhanh nhưng khi khối lượng vật
liệu tăng lên từ 0,06 ÷ 0,10 gam thì hiệu suất hấp phụ thay đổi không nhiều và tương đối ổn định (quá
trình hấp phụ đã đạt cân bằng).
Do vậy chúng tôi lựa chọn khối lượng của bent-TQ, sét hữu cơ điều chế là 0,05 gam để tiến
hành các khảo sát tiếp theo.
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ
Kết quả cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của phenol đỏ thì dung
lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ giảm.
3.2.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Từ phương trình tuyến tính Langmuir chúng tôi tính được các thông số cân bằng hấp phụ như
sau:
Mẫu

Bent-TQ

Sét hữu cơ

Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g)

29,41

333,333

Hằng số Langmuir b

0,010

0,042

Nhận xét: Bent-TQ sau khi được biến tính bằng muối amoni bậc bốn tạo sét hữu cơ có khả
năng hấp phụ phenol đỏ tốt hơn nhiều so với bent-TQ khi chưa biến tính. Điều đó được thể hiện
qua dung lượng hấp phụ cực đại của sét hữu cơ điều chế rất cao (q max= 333,333 mg/g), còn của
bent-TQ thấp (qmax= 29,41 mg/g).
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế từ bentonit Thanh Hóa
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ
Vậy phương trình đường chuẩn xác định nồng độ phenol đỏ có dạng :
y = 0,0525x - 0,0036

với

R2 = 0,9977.

3.3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
Từ kết quả của bảng 3.21 và hình 3.34 nhận thấy: quá trình hấp phụ diễn ra chủ yếu trong 60
phút đầu, đặc biệt trong khoảng 45 phút đầu, tốc độ hấp phụ phenol đỏ trên bề mặt vật liệu tăng rất
nhanh, sau đó tốc độ này giảm đáng kể trong khoảng thời gian còn lại. Do đó, trong các nghiên cứu
tiếp theo chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế là 45 phút
và của bent-TH là 60 phút.
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điều chế
Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.22. Khi khối lượng vật liệu hấp phụ tăng từ 0,01 ÷ 0,05 gam thì
hiệu suất hấp phụ tăng mạnh nhưng khi khối lượng vật liệu tăng lên từ 0,06 ÷ 0,10 gam thì hiệu suất
hấp phụ thay đổi không nhiều và tương đối ổn định (quá trình hấp phụ đã đạt cân bằng). Do vậy chúng

tôi lựa chọn khối lượng của bent-TH, sét hữu cơ điều chế là 0,05 gam để tiến hành các khảo sát tiếp
theo.


12

3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ
Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.23 cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng nồng độ đầu
của phenol đỏ thì dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ giảm.
3.3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Từ phương trình tuyến tính Langmuir chúng tôi tính được các thông số cân bằng hấp phụ như
sau:
Mẫu

Bent-TH

Sét hữu cơ

Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g)

32,258

333,33

Hằng số Langmuir b

0,106

0,042

Nhận xét: Từ các kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mô tả
khá tốt sự hấp phụ của bent-TH và sét hữu cơ điều chế đối với phenol đỏ.
Bent-TH sau khi được biến tính bằng muối amoni bậc bốn tạo sét hữu cơ có khả năng hấp phụ
phenol đỏ tốt hơn nhiều so với bent-TH khi chưa biến tính.
3.4. Nghiên cứu chế tạo vật liệu bentonit biến tính bởi nhiệt
3.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit hoạt hóa bởi nhiệt độ
3.4.1.1. Xây dựng đường chuẩn của Mn(II)
Vậy phương trình đường chuẩn của Mn(II) có dạng:
y = 0,0152x + 0,0036

với R2 là 0,997.

3.4.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính bentonit tới khả năng hấp phụ Mn(II)
Khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit sau khi biến tính bằng nhiệt đều tốt hơn so với bentonit
chưa biến tính. Khi tăng dần nhiệt độ biến tính thì hiệu suất hấp phụ Mn(II) của bent-TQ và bent-TH đều
tăng (hiệu suất hấp phụ cực đại của bent-TQ là 88,29% ở 120oC và của bent-TH là 82,37% ở 140oC).
Điều này có thể giải thích do bent-TH có lẫn nhiều tạp chất hơn so với bent-TQ nên cần mức nhiệt cao
hơn để hoạt hóa. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao hơn thì khả năng hấp phụ Mn(II) của bent giảm dần
(đối với bent-TQ từ 140oC, bent-TH từ 160oC). Nguyên nhân là khi tăng nhiệt độ làm mất nước giữa các
lớp bent dẫn đến khoảng cách d001 giảm do đó khả năng hấp phụ giảm. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn nhiệt
độ thích hợp để biến tính bent-TQ là 120oC và đối với bent-TH là 140oC để nghiên cứu những yếu tố
tiếp theo.
3.4.1.3. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đạt cân bằng hấp phụ tới khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit
biến tính
Kết quả cho thấy: lượng Mn(II) trong dung dịch bị hấp phụ tăng theo thời gian. Quá trình hấp
phụ đạt cân bằng sau 80 phút với bent-TQ (hiệu suất lớn nhất bằng 84,80%) và 100 phút với bent-TH
(hiệu suất lớn nhất bằng 82,17%). Như vậy, chúng tôi lựa chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ của
bent-TQ là 80 phút, của bent-TH là 100 phút.
3.4.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit đến khả năng hấp phụ Mn(II)
Kết quả được trình bày trên bảng 3.28. Trong khoảng khối lượng khảo sát, khi tăng khối lượng

vật liệu thì hiệu suất hấp phụ Mn(II) tăng và dung lượng hấp phụ giảm. Điều này có thể giải thích là
khi tăng khối lượng của vật liệu hấp phụ, diện tích bề mặt hấp phụ tăng do đó dung lượng hấp phụ
giảm và hiệu suất hấp phụ tăng. Tuy nhiên khi khối lượng vật liệu tăng lên từ 0,04 ÷ 0,06 gam với
bent-TQ và từ 0,02 ÷ 0,06 gam với bent-TH thì hiệu suất hấp phụ thay đổi không nhiều và tương đối
ổn định.


13

Như vậy, chúng tôi chọn khối lượng bent-TQ biến tính bằng nhiệt ở 120oC hấp phụ Mn(II) là
0,04 gam. Đối với khối lượng bent-TH biến tính bằng nhiệt ở 140oC hấp phụ Mn(II) là 0,02 gam.
3.4.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến khả năng hấp phụ Mn(II)
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit biến tính đến khả năng hấp phụ Mn(II)
lần lượt được trình bày trên bảng 3.29. Trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của
Mn(II) thì dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ giảm.
3.4.1.6. Khảo sát dung lượng hấp phụ Mn(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Từ phương trình tuyến tính Langmuir chúng tôi tính được các thông số cân bằng hấp phụ như
sau:
Bảng 3.30. Giá trị hấp phụ lớn nhất và hằng số Langmuir b của bent-TQ và bent-TH
Mẫu

bent-TQ

bent-TH

Dung lượng hấp phụ cực đại amax (mg/g)

17,241

15,385

Hằng số Langmuir b

0,4874

0,5328

Khả năng hấp phụ Mn(II) của bent-TQ biến tính bằng nhiệt ở 120 oC (có qmax = 17,241 mg/g)
tốt hơn so với bent-TH biến tính bằng nhiệt ở 140 oC (có qmax = 15,385 mg/g).
3.4.2. Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơnghen
Giản đồ XRD của bent-TQ chưa biến tính và đã biến tính, bent-TH chưa biến tính và đã biến
tính tương ứng được trình bày trên hình 3.49, 3.50, 3.51 và 3.52. Kết quả trên cho ta thấy: đối với
bent-TQ: giá trị d001 đã tăng từ 12,401Å (trong bent-TQ) lên 12,568Å (trong bent-TQ biến tính ở
120oC). Đối với bent-TH: giản đồ XRD của các mẫu bent-TH chưa biến tính đều không đọc được giá
trị d001, sau khi biến tính ở 140oC giá trị d001 là 12,286Å. Như vậy, giản đồ XRD cho thấy khoảng cách
d001 của bent-TQ và bent-TH sau khi biến tính bằng nhiệt tăng lên, dẫn đến khả năng hấp phụ của bentonit
biến tính tốt hơn so với khi chưa biến tính.
3.5. Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ bentonit biến tính bởi axit
3.5.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit biến tính bởi axit
3.5.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl hoạt hóa tới khả năng hấp phụ Mn(II)
Từ kết quả bảng 3.31 và hình 3.53 cho thấy: Khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit sau khi
biến tính bằng axit HCl đều tốt hơn so với khi chưa biến tính. Hiệu suất hấp phụ tăng theo nồng độ
HCl dùng để biến tính (đạt cao nhất ở nồng độ HCl 3% đối với cả bent-TQ và bent-TH). Tuy nhiên,
khi nồng độ axit tăng thì khả năng hấp phụ của bentonit biến tính giảm. Nguyên nhân là do HCl hòa
tan một số khoáng canxit có trong bentonit làm tăng diện tích bề mặt và kích thước lỗ mao quản; song
ở nồng độ axit cao thì một phần Al2O3 trong bộ khung của bentonit bị hòa tan dẫn đến làm sập cấu trúc
tinh thể nên hiệu suất hấp phụ giảm. Vì vậy, nồng độ HCl 3% được chọn để biến tính bent-TQ và
bent-TH trong điều kiện khảo sát cho các nghiên cứu sau.
3.5.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ tới khả năng hấp phụ Mn(II) của
bentonit

Từ kết quả bảng 3.32 và hình 3.54 cho thấy: Khả năng hấp phụ Mn(II) tăng theo thời gian (đặc
biệt là 60 phút đầu) nhưng dung lượng hấp phụ của bent-TQ cao hơn so với bent-TH mặc dù cùng
được biến tính bằng dung dịch HCl 3%. Đối với bent-TQ sau 60 phút dung lượng hấp phụ đã dần ổn
định (qmax= 4,1791) còn với bent-TH sau 90 phút dung lượng hấp phụ mới dần ổn định (q max=
3,8711). Như vậy, chúng tôi lựa chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ của bent-TQ là 60 phút, của
bent-TH là 90 phút.
3.5.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit đến khả năng hấp phụ Mn(II)


14

Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.33. Trong khoảng khối lượng khảo sát, khi tăng khối lượng vật
liệu thì hiệu suất hấp phụ Mn(II) tăng và dung lượng hấp phụ giảm. Tuy nhiên khi khối lượng vật liệu
hấp phụ tăng từ 0,01 ÷ 0,03 gam thì hiệu suất hấp phụ tăng mạnh nhưng khi khối lượng vật liệu tăng
lên từ 0,04 ÷ 0,06 gam thì hiệu suất hấp phụ thay đổi không nhiều và tương đối ổn định (quá trình hấp
phụ đã đạt cân bằng). Như vậy, chúng tôi chọn khối lượng bent-TQ và bent-TH biến tính bằng axit
HCl 3% đều là 0,03 gam để khảo sát các yếu tố tiếp theo.
3.5.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Mn(II) đến khả năng hấp phụ của bentonit
Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.34. Kết quả cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng
nồng độ đầu của Mn(II) thì dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ giảm.
3.5.1.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ Mn(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Từ phương trình tuyến tính Langmuir chúng tôi tính được các thông số cân bằng hấp phụ như sau:
Mẫu

Bent-TQ

Bent-TH

Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g)

15,699

10,858

Hằng số Langmuir b

0,641

0,521

Nhận xét: Cùng được biến tính bằng axit HCl 3% nhưng khả năng hấp phụ Mn(II) của bent-TQ
(có qmax= 15,699 mg/g) cao hơn so với bent-TH (có qmax= 10,8578 mg/g).
3.5.2. Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơnghen
Giản đồ XRD của bent-TQ, bent-TH chưa biến tính và đã biến tính được trình bày trên hình
3.61; 3.62; 3.63 và hình 3.64. Kết quả cho thấy: So với bent-TQ chưa biến tính, bent-TQ sau khi được
biến tính bởi axit HCl 3% đã có sự thay đổi rõ rệt về cấu trúc: góc nhiễu xạ 2θ đã dịch chuyển từ 6 o ÷
7o về 5o ÷ 6,1o và giá trị d001 tăng từ 12,401Å lên 14,377Å.
Đối với bent-TH: chúng tôi đã tiến hành ghi giản đồ XRD của các mẫu bent TH chưa biến tính
và đã biến tính nhưng không cho giá trị d001, tuy nhiên góc 2θ cũng thấy có sự dịch chuyển về góc nhỏ
hơn.