Điều chế và khảo sát hoạt tính quang xúc tác của TiO2 trên bentonite
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1014.07 KB, 40 trang )
Header Page 1 of 126.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Vũ Thị Thanh Huyền
ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
CỦA TiO2 TRÊN BENTONITE
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2016
Footer Page 1 of 126.
Header Page 2 of 126.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Vũ Thị Thanh Huyền
ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
CỦA TiO2 TRÊN BENTONITE
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Ngô Sỹ Lƣơng
TS. Nguyễn Văn Hƣng
Hà Nội – Năm 2016
Footer Page 2 of 126.
Header Page 3 of 126.
LỜI CẢM ƠN
Với sự giúp đỡ của các thầy giáo và cô giáo, các anh chị và các bạn học
viên, sau một thời gian học tập và thực nghiệm em đã hoàn thành bản luận văn này.
Thông qua bản luận văn, với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn
thầy giáo PGS.TS Ngô Sỹ Lương và TS. Nguyễn Văn Hưng, người đã trực tiếp
hướng dẫn trong suốt quá trình em học cao học, làm luận văn thạc sỹ hết sức tận
tình.
Đồng thời em xin chân thành cảm ơn thầy cô tại phòng thí nghiệm Hóa vô
cơ, khoa Hóa học, trường ĐHKHTN đã hướng dẫn nhiệt tình trong quá trình em
làm bản luận văn này.
Hà Nội, ngày 14 tháng 12 năm 2016
Học viên
Vũ Thị Thanh Huyền
Footer Page 3 of 126.
Header Page 4 of 126.
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU
1. Các chữ viết tắt
Abs
: Độ hấp thụ quang (Absorbance)
BET
: Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2 (Brunauer - Emmett - Teller)
EDX
: Tán sắc năng lƣợng tia X (Energy-Dispersive X-ray)
FWHM : Độ rộng bán cực đại của vạch (Full Width at Half Maximum)
MB
: Xanh metylen (Methylene Blue)
MMT : Montmorillonite
N-TiO2 : TiO2 đƣợc pha tạp bởi Nitơ
N-TiO2/Bentonite: Vật liệu N-TiO2 trên nền bentonite
PILC
: Sét chống (Pillared interlayer clay)
QXT
: Quang xúc tác
SEM
: Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
TEM
: Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope)
TGA
: Phân tích nhiệt trọng lƣợng (Thermo Gravimetric Analysis)
UV-Vis : Tử ngoại - khả kiến (Ultra Violet - Visible)
XRD
: Nhiễu xạ tia X (X - Ray Diffrection)
2. Các ký hiệu
A
: Anatase
R
: Rutile
C
: Nồng độ
D
: Kích thƣớc hạt trung bình
Ebg
: Năng lƣợng vùng cấm
H
: Hiệu suất phân hủy quang
nm
: Nanomet
2θ
: Góc nhiễu xạ trong nhiễu xạ tia X
Footer Page 4 of 126.
Header Page 5 of 126.
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase ..............................13
Bảng 1. 2. Đƣờng kính hydrat hóa của một số cation kim loại.................................27
Bảng 3. 1. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật của bentonite Bình
Thuận.....Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 2. Kích thƣớc hạt trung bình (D) và giá trị d001 của các mẫu N-TiO2/
Bentonite theo hàm lƣợng bentonite thay đổi ........... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 3. Hiệu suất phân hủy quang (H%) của các mẫu N-TiO2/Bentonite theo
lƣợng bentonite thay đổi: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 và 3,0 gamError!
Bookmark
not
defined.
Bảng 3. 4. Kích thƣớc hạt trung bình (D) và giá trị d001 của các mẫu NTiO2/Bentonite theo thể tích dung dịch phản ứng thay đổiError!
Bookmark
not
defined.
Bảng 3. 5. Hiệu suất phân hủy quang (H%) của các mẫu N-TiO2/Bentonite theo
tổng thể tích dung dịch phản ứng thay đổi: 90; 120; 150; 180 và 210 ml ........ Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 6. Kích thƣớc hạt trung bình (D) và giá trị d001 của các mẫu NTiO2/Bentonite theo nồng độ dung dịch NaOH thay đổiError!
Bookmark
not
defined.
Bảng 3. 7. Hiệu suất phân hủy quang (H%) của các mẫu N-TiO2/Bentonite theo
nồng độ dung dịch NaOH thay đổi: 0,50; 0,75; 1,00; 1,25 và 1,50 M ............. Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 8. Kích thƣớc hạt trung bình (D) và giá trị d001 của các mẫu NTiO2/Bentonite theo nồng độ dung dịch NaOH thay đổiError!
Bookmark
not
defined.
Bảng 3. 9. Hiệu suất phân hủy quang (H%) của các mẫu N-TiO2/Bentonite theo thời
gian phản ứng thay đổi: 10 giờ; 15 giờ; 20 giờ; 25 giờ và 30 giờError! Bookmark
not defined.
Bảng 3. 10. Kích thƣớc hạt trung bình (D) và giá trị d001 của các mẫu NTiO2/Bentonite theo tỷ lệ mol urê/Ti(IV) khác nhau Error! Bookmark not defined.
Footer Page 5 of 126.
Header Page 6 of 126.
Bảng 3. 11. Hiệu suất phân hủy quang (H%) của các mẫu N-TiO2/Bentonite theo tỷ
lệ mol urê/Ti(IV) khác nhau ...................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 12. Nguyên tố và thành phần nguyên tử (NT)Error!
Bookmark
not
defined.
Bảng 3. 13. Kích thƣớc hạt trung bình (D) và giá trị d001 của các mẫu NTiO2/Bentonite theo nhiệt độ nung khác nhau .......... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 14. Hiệu suất phân hủy quang (H%) của các mẫu N-TiO2/Bentonite theo
nhiệt độ nung khác nhau ........................................... Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 .........................................13
Hình 1. 2. Cấu trúc bề mặt của TiO2 ........................................................................14
Hình 1. 3. Giản đồ MO của TiO2 anatase ....................................................................15
Hình 1. 4. Sơ đồ minh họa nguyên tắc của quá trình quang xúc tác trên TiO2 .......17
Hình 1. 6. Quá trình kết tủa TiO2 từ dung dịch nƣớc ................................................23
Hình 1. 7. Sơ đồ cấu trúc MMT (a) và ảnh AFM của Na-MMT (b) ........................24
Hình 1. 8. Các vị trí trao đổi cation trên hạt sét ........................................................26
Hình 1. 9. Mô hình quá trình hydrat và dehydrat smectite và sét chống ..................29
Hình
2.
1.
Quy
trình
điều
chế
vật
liệu
NTiO2/Bentonite………………………….Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 2. Hệ thống đánh giá hoạt tính QXT của sản phẩmError! Bookmark not
defined.
Hình 2. 3. Phổ phát xạ của đèn Compact Goldstar có công suất 40 W .............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 2. 4. Phổ UV-Vis của các mẫu TiO2 và mô hình tính toán Ebg ............... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 1. Giản đồ XRD của mẫu bentonite nguyên khai (NKBent) và mẫu
bentonite
sau
khi
đƣợc
làm
sạch
(LSBent)………………………………………...Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 2. Giản đồ XRD của các mẫu N-TiO2/Bentonite ở các lƣợng bentonite thay
đổi: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 và 3 gam.................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 3. Giản đồ XRD của các mẫu N-TiO2/Bentonite ở các thể tích dung dịch
phản ứng thay đổi: 90; 120; 150; 180 và 210 ml ...... Error! Bookmark not defined.
Footer Page 6 of 126.
Header Page 7 of 126.
Hình 3. 4. Giản đồ XRD của các mẫu N-TiO2/Bentonite ở các nồng độ dung dịch
NaOH khác nhau: 0,50; 0,75; 1,00; 1,25 và 1,50 M . Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 5. Giản đồ XRD của các mẫu N-TiO2/Bentonite ở các khoảng thời gian
phản ứng khác nhau: 10; 15; 20; 25 và 30 giờ .......... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 6. Giản đồ XRD của các mẫu N-TiO2/Bentonite ở các tỷ lệ mol urê/Ti(IV)
khác nhau: 1/1; 2/1; 3/1 và 4/1 .................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 7. Giản đồ XRD của các mẫu TiO2 và N-TiO2Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 3. 8. Ảnh SEM của các mẫu: a) TiO2; b) N-TiO2;Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 3. 9. Ảnh TEM của các mẫu: a) TiO2; b) N-TiO2;Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 3. 10. Giản đồ EDX của mẫu N-TiO2/Bentonite ở tỷ lệ mol urê/Ti(IV) = 1/1
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 11. Phổ UV-Vis của các mẫu:TiO2 (Ti-700); bentonite (LSBent-700) Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 12. Giản đồ phân tích nhiệt TG của hai mẫu N-TiO2 và N-TiO2/Bentonite
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 13. Giản đồ XRD của các mẫu N-TiO2/Bentonite ở các điều kiện nung khác
nhau: 100 (sấy khô); 600; 650; 700; 750 và 800oC... Error! Bookmark not defined.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................12
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu TiO2...................................................................12
1.1.1. Đặc tính cấu trúc của TiO2 ......................................................................12
1.1.2. Tính chất của TiO2 ...................................................................................16
1.1.3. Ứng dụng của vật liệu TiO2 ....................................................................18
1.1.4. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính ....................................................................19
1.1.5. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính nitơ ............................................................20
1.1.6. Phƣơng pháp điều chế vật liệu TiO2 biến tính .........................................21
1.2. Giới thiệu về bentonite ..................................................................................23
Footer Page 7 of 126.
Header Page 8 of 126.
1.2.1. Cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của montmorillonite ................23
1.2.2. Các tính chất của sét bentonite ................................................................25
1.2.3. Ứng dụng của bentonite ...........................................................................28
1.3. Vật liệu TiO2 trên bentonite ...........................................................................28
1.3.1. Vật liệu bentonite chống .........................................................................28
1.3.2. Vật liệu TiO2 trên pha nền bentonite .......................................................29
1.4. Giới thiệu về xanh metylen (MB) .................................................................31
1.5. Một số kết luận quan trọng rút ra từ tổng quan ..............................................32
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................ Error! Bookmark not defined.
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị .......................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Thực nghiệm làm sạch và xác định một số tính chất cơ bản của sét bentonite
Bình Thuận ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Làm sạch sét bentonite Bình Thuận theo phƣơng pháp lắng gạn .... Error!
Bookmark not defined.
2.2.2. Xác định một số tính chất cơ bản của sét bentonite Bình Thuận .... Error!
Bookmark not defined.
2.3. Thực nghiệm điều chế và đánh giá hoạt tính QXT của vật liệu TiO2 đƣợc pha
tạp N trên bentonite (N-TiO2/Bentonite) ............... Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Thực nghiệm điều chế vật liệu N-TiO2/BentoniteError! Bookmark not
defined.
2.3.1. Thực nghiệm đánh giá hoạt tính QXT của sản phẩmError!
Bookmark
not defined.
2.4. Phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu ........ Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA).......... Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ........ Error! Bookmark not defined.
2.4.3. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined.
2.4.4. Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)Error! Bookmark not
defined.
Footer Page 8 of 126.
Header Page 9 of 126.
2.4.5. Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET)Error!
Bookmark
not
defined.
2.4.6. Phƣơng pháp phổ UV-Vis-DRS pha rắn . Error! Bookmark not defined.
2.4.7. Phƣơng pháp phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX)Error! Bookmark not
defined.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............ Error! Bookmark not defined.
3.1. Một số đặc trƣng quan trọng của sét bentonite Bình ThuậnError! Bookmark
not defined.
3.2. Nghiên cứu điều chế vật liệu N-TiO2/BentoniteError!
Bookmark
not
defined.
3.2.1. Ảnh hƣởng của khối lƣợng bentonite đến kích thƣớc hạt trung bình và
tính chất quang xúc tác của vật liệu N-TiO2/Bentonite.Error! Bookmark not
defined.
3.2.2. Ảnh hƣởng của thể tích dung dịch phản ứng đến kích thƣớc hạt trung
bình và tính chất quang xúc tác của vật liệu N-TiO2/Bentonite. ............... Error!
Bookmark not defined.
3.2.3. Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến kích thƣớc hạt trung bình và tính
chất quang xúc tác của vật liệu N-TiO2/Bentonite.Error!
Bookmark
not
defined.
3.2.4. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến kích thƣớc hạt trung bình và tính
chất quang xúc tác của vật liệu N-TiO2/Bentonite.Error!
Bookmark
not
defined.
3.2.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol urê/Ti(IV) đến kích thƣớc hạt trung bình và
tính chất quang xúc tác của vật liệu N-TiO2/Bentonite.Error! Bookmark not
defined.
3.2.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến kích thƣớc hạt trung bình và tính chất
quang xúc tác của vật liệu N-TiO2/Bentonite. ... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ............................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................33
Footer Page 9 of 126.
Header Page 10 of 126.
PHỤ LỤC.....................................................................................................................
Footer Page 10 of 126.
Header Page 11 of 126.
MỞ ĐẦU
Để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ trong môi trƣờng nƣớc ngƣời ta có thể sử
dụng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp phân
hủy sinh học, phƣơng pháp phân hủy hóa học, phƣơng pháp oxi hóa nâng cao...
trong đó, phƣơng pháp oxi hóa nâng cao nhờ sử dụng chất bán dẫn có khả năng hoạt
động quang xúc tác (QXT) đang đƣợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [7,
18]. Quá trình này có nhiều ƣu việt nhƣ: sự phân hủy các chất hữu cơ có thể đạt đến
mức vô cơ hóa hoàn toàn, không sinh ra bùn hoặc bã thải, chi phí thấp, có thể thực
hiện trong điều kiện áp suất bình thƣờng và có thể sử dụng chất xúc tác không độc
và rẻ tiền [33, 34].
Trong nhiều chất bán dẫn có khả năng quang xúc tác nhƣ: TiO2, WO3,
SrTiO3, Fe2O3, ZnO, ZnS, CdS... TiO2 đƣợc chứng minh là phù hợp nhất cho các
ứng dụng rộng rãi trong xử lí môi trƣờng do nó có hoạt tính QXT cao, trơ về mặt
hóa học, bền dƣới tác dụng của ánh sáng cũng nhƣ hóa học và giá thành thấp [21].
Tuy nhiên, TiO2 ở dạng tinh khiết có giá trị năng lƣợng vùng cấm khá lớn (3,05 eV
đối với rutile và 3,25 eV đối với anatase) nên chỉ bị kích thích bởi ánh sáng tử ngoại
gần, hạn chế khả năng ứng dụng thực tế của nó. Một xu hƣớng đang đƣợc các nhà
nghiên cứu quan tâm là tìm cách thu hẹp năng lƣợng vùng cấm của TiO2, sao cho có
thể tận dụng đƣợc tối đa nguồn năng lƣợng ánh sáng mặt trời cho các mục đích
QXT của chúng. Vì vậy, nhiều ion kim loại và không kim loại đƣợc sử dụng để biến
tính các dạng thù hình của TiO2.
Mặc dù, việc biến tính cấu trúc mạng tinh thể TiO2 có thể giúp cải thiện khả
năng QXT trong vùng ánh sáng khả kiến nhƣng phần nhiều các nghiên cứu chỉ tập
trung điều chế vật liệu TiO2 ở dạng hạt. Hạn chế của việc sử dụng chất xúc tác TiO2
ở dạng hạt để xử lí môi trƣờng nƣớc là đòi hỏi bên ngoài thiết bị phản ứng phải có
thêm bộ phận để tách chất xúc tác ra khỏi nƣớc sau khi phản ứng xong. Giai đoạn
này có thể thực hiện bằng cách lọc, ly tâm hoặc keo tụ, nói chung rất phiền phức và
tốn kém vì kích thƣớc các hạt nano TiO2 thƣờng rất nhỏ (~ 2030 nm) [7].
Footer Page 11 of 126.
Header Page 12 of 126.
Để khắc phục nhƣợc điểm trên, nhiều phƣơng pháp tổng hợp mới đã đƣợc
đƣa ra và nghiên cứu. Phƣơng pháp phổ biến là phân tán TiO2 trên các pha nền. Pha
nền bentonite đƣợc biết đến là một trong những sự lựa chọn thích hợp do tính sẵn
có và rẻ tiền. Mặt khác, bentonite có cấu trúc lớp và tƣơng đối xốp, vì vậy trong
lĩnh vực xử lí môi trƣờng, bentonite thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ là một vật liệu hấp
phụ tự nhiên và làm pha nền để phân tán xúc tác nhằm gia tăng diện tích bề mặt
riêng cũng nhƣ tăng khả năng hấp phụ của xúc tác nên tạo kiện thuận lợi cho quá
trình tập hợp và phân hủy các độc chất trên bề mặt TiO2.
Với những lý do trên, chúng tôi đề xuất đề tài “Điều chế và khảo sát hoạt
tính quang xúc tác của TiO2 trên bentonite” nhằm khai thác tiềm năng ứng dụng
của loại vật liệu này trong việc xử lí các chất ô nhiễm hữu cơ nói riêng và xử lý ô
nhiễm môi trƣờng nói chung.
1. Mục tiêu của đề tài:
Tổng hợp thành công vật liệu nano N-TiO2 trên bentonite từ nguồn bentonite
Bình Thuận và đánh giá đƣợc hoạt tính QXT của sản phẩm điều chế đƣợc.
2. Đối tƣợng nghiên cứu:
Vật liệu N-TiO2 phân tán trên pha nền bentonite Bình Thuận.
3. Phạm vi nghiên cứu:
- Tổng hợp vật liệu N-TiO2 trên bentonite từ nguồn chất đầu là titanyl sunfat,
urê và bentonite Bình Thuận bằng phƣơng pháp thủy phân.
- Xác định một số đặc tính của vật liệu nhƣ: kích thƣớc hạt, cấu trúc pha,
diện tích bề mặt riêng, khả năng hấp thụ ánh sáng UV-VIS,...
- Đánh giá sơ bộ về khả năng QXT của sản phẩm điều chế đƣợc dƣới bức xạ
nhìn thấy từ nguồn ánh sáng đèn Compact thông qua khả năng phân hủy dung dịch
xanh metylen (là hợp chất màu hữu cơ bền vững, thƣờng đƣợc chọn nhƣ là chất mô
hình để đánh giá hoạt tính QXT của TiO2 sau khi điều chế).
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Để đạt đƣợc mục tiêu và nội dung nghiên cứu đặt ra trong quá trình thực hiện
đề tài, chúng tôi tiến hành theo những phƣơng pháp chủ yếu nhƣ sau:
Footer Page 12 of 126.
Header Page 13 of 126.
a) Thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu liên quan.
b) Sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm để điều chế vật liệu.
c) Dùng một số phƣơng pháp hóa lý hiện đại để đánh giá tính chất vật liệu.
Footer Page 13 of 126.
Header Page 14 of 126.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu TiO2
Titan đioxit (TiO2) ở dạng khối (có kích thƣớc hạt lớn) đƣợc sản xuất thƣơng
mại từ những năm đầu thế kỷ XX cho nhiều ứng dụng rộng rãi nhƣ: dùng làm chất
màu trong sơn, chất độn trong cao su, nhựa, giấy và mỹ phẩm,... Mãi đến năm 1972,
khi Fujishima và Honda khám phá ra hiện tƣợng quang phân giải nƣớc trên bề mặt
điện cực TiO2 dƣới bức xạ tử ngoại, TiO2 đƣợc biết đến nhƣ chất bán dẫn có nhiều
triển vọng trong các lĩnh vực quang xúc tác xử lí môi trƣờng, lĩnh vực quang điện
trong chế tạo pin năng lƣợng mặt trời, vật liệu tự làm sạch trong các công trình xây
dựng, vật liệu diệt khuẩn ở các bệnh viện, chế tạo gƣơng chiếu hậu trong công
nghiệp sản xuất ô tô [37],...
1.1.1. Đặc tính cấu trúc của TiO2 [14, 15]
1.1.1.1. Cấu trúc tinh thể TiO2
Trong tự nhiên, TiO2 tồn tại ở ba dạng thù hình chủ yếu là anatase
(tetragonal), rutile (tetragonal) và brookite (orthorhombic) [14]. Cấu trúc tinh thể
của ba dạng thù hình này đƣợc đƣa ra ở hình 1.1.
Theo [15], cấu trúc mạng lƣới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều
đƣợc xây dựng từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua
cạnh hoặc qua đỉnh oxi chung. Mỗi ion Ti4+ đƣợc bao quanh bởi tám mặt tạo bởi
sáu ion O2-. Các mạng lƣới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự
biến dạng của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các octahedra. Hình tám mặt
trong rutile là không đồng đều do đó có sự biến dạng orthorhombic (hệ trực thoi)
yếu. Các octahedra của anatase bị biến dạng mạnh hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ
là thấp hơn hệ trực thoi. Khoảng cách Ti-Ti trong anatase lớn hơn trong rutile
nhƣng khoảng cách Ti-O trong anatase lại ngắn hơn so với rutile. Trong cả ba dạng
tinh thể thù hình của TiO2 các octahedra đƣợc nối với nhau qua đỉnh hoặc qua cạnh.
Một số đặc tính cấu trúc quan trọng của hai dạng thù hình anatase và rutile đƣợc
trình bày trong bảng 1.1.
Footer Page 14 of 126.
Header Page 15 of 126.
Dạng anatase
Dạng rutile
Dạng brookite
Hình 1. 1. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 [14]
Bảng 1. 1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase
Các thông số
Rutile
Anatase
Cấu trúc tinh thể
Tứ diện
Tứ diện
A (Å)
4.58
3.78
C (Å)
2.95
9.49
Khối lƣợng riêng (g/cm3)
4.25
3.895
Chiết suất
2.75
2.54
Độ rộng vùng cấm (eV)
3.05
3.25
Nhiệt độ nóng chảy
1830 1850OC
Thông số mạng
Footer Page 15 of 126.
Ở nhiệt độ cao
chuyển thành rutile
Header Page 16 of 126.
1.1.1.2. Cấu trúc bề mặt của TiO2
Cấu trúc bề mặt hoàn thiện của anatase và rutile đƣợc minh họa trên Hình
1.2 A, B. Trong mọi quá trình dị thể, bề mặt tiếp xúc pha có vai trò quan trọng, nó
là nơi hấp phụ các chất phản ứng và xảy ra các quá trình bề mặt khác. Khi vật liệu
có kích thƣớc tinh thể càng nhỏ thì tỉ lệ phân tử trên bề mặt càng cao và các quá
trình bề mặt diễn ra càng mạnh [14]. Đối với QXT TiO2 kích thƣớc nanomet, bề mặt
của nó còn là nơi hấp thụ năng lƣợng ánh sáng và diễn ra quá trình tái hợp e-, h+. Vì
vậy, diện tích, cấu trúc và khuyết tật bề mặt là các yếu tố có ảnh hƣởng quan trọng
đến tính chất của sản phẩm.
B
A
(K)
C
D
E
Hình 1. 2. Cấu trúc bề mặt của TiO2 [17]
A. Anatase (101); B. Rutile (110); C. Mặt (101) khuyết oxy (K); D, E.
Hai cầu OH trên mặt (101) khuyết oxy. (Ti : quả cầu màu xám, O: quả cầu màu đỏ)
Footer Page 16 of 126.
Header Page 17 of 126.
Có ít nhất 4 loại khuyết tật bề mặt: phối trí thấp, tạp chất, cặp lỗ khuyết và
trống bề mặt [13]. Chúng có thể trở thành tâm bắt các điện tích, kéo dài thời gian
sống của e-, h+ và làm tăng hiệu quả QXT, hoặc là tâm tái hợp, làm giảm hiệu quả
quang xúc tác của TiO2. Chúng có thể đóng vai trò nhƣ các mầm, làm tăng tốc độ
phát triển tinh thể và ảnh hƣởng tới tốc độ chuyển pha [14, 25]. Khuyết tật bề mặt
phụ thuộc vào phƣơng pháp tổng hợp, sự có mặt của các chất biến tính và điều kiện
điều chế [14]. Một vài dạng khuyết tật bề mặt phổ biến của TiO2 đƣợc minh họa
trên Hình 1.2 [17].
1.1.1.3. Cấu trúc điện tử của TiO2
Tính chất quang điện hóa của TiO2 phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc điện tử
của nó. Giản đồ MO của anatase TiO2 tinh khiết đƣợc mô tả trong Hình 1.3 [15].
Đặc trƣng có thể nhận ra trên Hình 1.3 là các trạng thái không liên kết nằm
gần vùng cấm: obitan không liên kết Opπ của oxi nằm ở đỉnh vùng hóa trị, obitan
không liên kết dxy của titan nằm ở đáy vùng dẫn. Tám điện tử đã điền đầy vào 4
trạng thái năng lƣợng trên vùng hóa trị, còn vùng dẫn hoàn toàn trống. Giữa vùng
hóa trị và vùng dẫn cách nhau bởi vùng cấm có năng lƣợng khoảng 3,30 eV đối với
anatase và 3,10 eV đối với rutile [15]. Vì vậy, theo vật lý chất rắn, TiO2 là một bán
dẫn điển hình.
Hình 1. 3. Giản đồ MO của TiO2
anatase [15]
a. Các mức AO của titan và oxi;
b. Sự tách mức trong trường tinh
E
thể;
c. MO của TiO2 dạng Anatase.
Footer Page 17 of 126.
Header Page 18 of 126.
1.1.2. Tính chất của TiO2
1.1.2.1. Tính chất quang xúc tác của TiO2 [2]
Khi chiếu các photon với năng lƣợng bằng hoặc cao hơn Ebg ( 387,5nm )
đến bề mặt TiO2, chúng sẽ gây ra sự kích thích điện tử. Kết quả là, các điện tử linh
động (e-) sẽ đƣợc tạo ra trong vùng dẫn ở mức năng lƣợng cao hơn, đồng thời tạo
thành các lỗ trống dƣơng (h+) trong vùng hóa trị ở mức năng lƣợng thấp của TiO2
theo phƣơng trình:
h3,2eV
TiO2
e h
(1.1)
Tuy nhiên, các electron và lỗ trống quang sinh có xu hƣớng tái kết hợp kèm
theo giải phóng nhiệt hoặc ánh sáng:
e h nhiệt và/hoặc ánh sáng
(1.2)
Khi xuất hiện các lỗ trống quang sinh mang điện tích dƣơng, các lỗ trống
quang sinh này sẽ di chuyển ra bề mặt các hạt TiO2, nếu chúng không bị tái kết hợp
và môi trƣờng là nƣớc sẽ xảy ra những phản ứng tạo gốc hydroxyl *OH trên bề mặt
này theo các phƣơng trình:
h H2O *OH H
(1.3)
h OH *OH
(1.4)
Tƣơng tự, khi xuất hiện các electron quang sinh trên vùng dẫn, những
electron này cũng di chuyển ra bề mặt hạt xúc tác TiO2. Nếu chúng không bị tái kết
hợp và có mặt O2 hấp phụ trên bề mặt TiO2, sẽ xảy ra phản ứng khử tạo gốc ion
superoxit (*O2-) trên bề mặt này và tiếp sau sẽ xảy ra phản ứng với H2O để tạo gốc
hydroxyl *OH theo các phản ứng nhƣ sau:
e O2 *O2
(1.5)
2*O2 2H2O H2O2 2OH O2
(1.6)
H2O2 e *OH OH
(1.7)
Ion OH- lại có thể tác dụng với lỗ trống quang sinh h+ trên vùng hóa trị tạo ra
thêm gốc *OH theo phƣơng trình (1.4).
Footer Page 18 of 126.
Header Page 19 of 126.
Gốc hydroxyl là tác nhân oxi hóa mạnh, nó có thể tấn công các hợp chất hữu cơ
độc hại (R) tại hoặc gần bề mặt TiO2 và phân hủy chúng thành các hợp chất ít độc hại
hơn (ví dụ CO2, H2O...). Sự phân hủy này có thể giải thích thông qua hai phản ứng nhƣ
sau:
- Phản ứng oxi hóa:
h+ + R Các hợp chất trung gian CO2 + H2O
(1.8)
- Phản ứng khử:
*OH + R Các hợp chất trung gian CO2 + H2O
(1.9)
Cơ chế chung về QXT trên vật liệu nano TiO2 nhƣ đƣợc mô tả ở hình 1.4.
Hình 1. 4. Sơ đồ minh họa nguyên tắc của quá trình quang xúc tác trên TiO2 [2]
1.1.2.2. Tính chất chuyển pha của TiO2
Quá trình chuyển dạng thù hình của TiO2 vô định hình - anatase - rutile bị ảnh
hƣởng rõ rệt bởi các điều kiện tổng hợp và các tạp chất, quá trình chuyển pha từ
dạng vô định hình hoặc cấu trúc anatase sang cấu trúc rutile xảy ra ở nhiệt độ trên
Footer Page 19 of 126.
Header Page 20 of 126.
450oC. Ví dụ: Với các axit metatitanic sạch, không có tạp chất, thì nhiệt độ chuyển
pha từ anatase thành rutile sẽ nằm trong khoảng 610730oC [15]. Với axit
metatitanic thu đƣợc khi thuỷ phân các muối clorua và nitrat của titan thì quá trình
chuyển thành rutile dễ dàng hơn nhiều (ở gần 500oC). Trong khi đó, với axit
metatitanic đã đƣợc điều chế bằng cách thuỷ phân các muối sunfat thì nhiệt độ
chuyển pha sẽ cao hơn, nằm trong khoảng 850900oC. Điều này có thể là do có sự
liên quan đến sự có mặt của các sunfat bazơ hoặc là các anion sunfat nằm dƣới dạng
hấp phụ [15]. Ngoài ion SO42- nhiệt độ chuyển anatase thành rutile cũng bị tăng cao
khi có mặt một lƣợng nhỏ tạp chất SiO2, cũng nhƣ khi có mặt HCl trong khí quyển
bao quanh.
Theo [15], năng lƣợng hoạt hoá của quá trình chuyển anatase thành rutile
phụ thuộc vào kích thƣớc hạt của anatase, nếu kích thƣớc hạt càng bé thì năng
lƣợng hoạt hoá cần thiết để chuyển anatase thành rutile càng nhỏ. Sự có mặt của
pha brookite có ảnh hƣởng đến sự chuyển pha anatase thành rutile [15]: khi tăng
nhiệt độ nung thì tốc độ chuyển pha brookite sang rutile xảy ra nhanh hơn tốc độ
chuyển pha anatase sang rutile nên tạo ra nhiều mầm tinh thể rutile hơn, đặc biệt với
các mẫu TiO2 chứa càng nhiều pha brookite thì sự chuyển pha anatase sang rutile
xảy ra càng nhanh. Quá trình xảy ra hoàn toàn ở 900oC.
1.1.3. Ứng dụng của vật liệu TiO2 [6]
Tính chất quang của TiO 2 thể hiện ở ba hiệu ứng: quang điện, quang xúc
tác và siêu ƣa nƣớc (Hình 1.5). Hiệu ứng quang điện xảy ra khi TiO 2 hấp thụ ánh
sáng có năng lƣợng hν ≥ E bg của nó, electron bị kích thích từ vùng hóa trị vƣợt
lên vùng dẫn, chạy qua mạch ngoài và tạo nên dòng điện. Hiệu ứng siêu ƣa nƣớc
của TiO2 đƣợc phát hiện năm 1998 bởi Wang và các cộng sự. Ngay sau đó, nó
mang lại các ứng dụng tuyệt vời khi chế tạo vật liệu tự làm sạch và kính chống
mờ. Hiệu ứng quang xúc tác của TiO 2 đã đƣa đến những ứng dụng rộng lớn và
rất quan trọng nhƣ phân hủy các chất ô nhiễm làm sạch môi trƣờng, quang phân
tách nƣớc tạo H2, O2, diệt khuẩn, …
Footer Page 20 of 126.
Header Page 21 of 126.
Quang điện
Tổng hợp hữu cơ
Quang xúc
tác
Phản ứng
đặc biệt
Siêu ƣa nƣớc
Phân huỷ chất
ô nhiễm
Khử CO2 thành
chất hữu cơ
Loại bỏ các
chất độc vô cơ
Diệt khuẩn và
vi sinh vật
Oxi hoá
chất hữu cơ
Cố định nitơ
TiO2
+
Ánh
sáng
Phân tách
nƣớc
Hình 1.5. Tính chất quang của TiO và một số ứng dụng chủ yếu [6]
Hình 1. 5. Tính chất quang của TiO22 và một số ứng dụng chủ yếu [6]
1.1.4. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính
Đây là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong việc tìm cách nâng cao
hiệu quả quá trình QXT của TiO2. Sự biến tính TiO2 là một hƣớng tiếp cận chủ yếu
trong kỹ thuật năng lƣợng vùng cấm nhằm thay đổi độ nhạy quang học của các chất
QXT bán dẫn. Mục tiêu chính của biến tính là thu hẹp năng lƣợng vùng cấm, dẫn
đến hấp thụ mạnh ánh sáng nhìn thấy hơn, trong khi đó vẫn duy trì tính toàn vẹn cấu
trúc tinh thể của chất QXT và chỉ thay đổi cấu trúc điện tử của chúng bằng cách
biến tính [15].
Theo nhiều công trình nghiên cứu, để biến tính TiO2 ngƣời ta có thể tiến
hành: nhạy quang bề mặt TiO2 với một số hợp chất hữu cơ mang màu [9, 11], biến
tính TiO2 bởi các ion kim loại chuyển tiếp [36, 32], biến tính với các ion đất hiếm
[16], ion kim loại quý [41], biến tính với các á kim [42], biến tính với các anion phi
kim [10]. Kết quả thu đƣợc từ những nghiên cứu này cho thấy, việc pha tạp các ion
vào cấu trúc mạng tinh thể TiO2 có thể cải thiện hơn nữa hoạt tính QXT của nó.
Việc biến tính TiO2 bởi các ion phi kim, đặc biệt là N thƣờng cho sản phẩm TiO2 có
hoạt tính QXT cao trong vùng ánh sáng nhìn thấy.
Footer Page 21 of 126.
Header Page 22 of 126.
1.1.5. Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính nitơ
Trong số các vật liệu TiO2 đƣợc pha tạp bởi các nguyên tố phi kim, vật liệu
N/TiO2 đƣợc nghiên cứu sớm và rộng rãi nhất do hiệu quả hoạt động quang xúc tác
cao của nó trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Để điều chế vật liệu TiO2 pha tạp N có
thể tiến hành bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ: sol-gel [33-20], thủy nhiệt
[21-46], thủy phân [37-28], tẩm ion [15],... Đồng thời, để điều chế vật liệu N-TiO2
có thể sử dụng nguồn N từ các chất đầu khác nhau nhƣ: NH4Cl, C6H15N và dung
dịch NH3 [36-44]; etylamin [32-26]; urê [21-46]... Sản phẩm N-TiO2 tạo thành cũng
rất đa dạng nhƣ: dạng hạt, dạng màng mỏng, dạng mesopo, dạng nano tấm... Nhìn
chung, các công trình nghiên cứu đều cho thấy việc pha tạp N trong mạng tinh thể
TiO2 có thể giúp thu hẹp năng lƣợng vùng cấm và nâng cao hoạt tính QXT của
TiO2. Tuy nhiên, còn nhiều vấn đề giữa các công trình nghiên cứu vẫn chƣa đƣợc
thống nhất nhƣ: tỷ lệ thành phần N/Ti, vai trò ức chế hoặc xúc tiến sự tăng trƣởng
kích thƣớc hạt của N, mối tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang UV-Vis và hoạt tính
QXT...
H. L. Qin và cộng sự [20] đã điều chế bột N-TiO2 bằng phƣơng pháp sol-gel
với chất đầu là Ti(O-Bu)4 và nguồn nitơ từ (NH4)2CO3. Các kết quả phân tích cho
thấy, tất cả các mẫu TiO2 ở dạng đơn pha anatase, kích thƣớc tinh thể tăng khi tỉ lệ
N/TiO2 tăng, và việc pha tạp nitơ giúp tăng cƣờng khả năng hấp thụ quang trong vùng
ánh sáng nhìn thấy. Mẫu N-TiO2 với tỉ lệ N/Ti là 20% mol nung ở 400oC có hoạt tính
QXT cao nhất trong việc phân hủy quang metyl da cam và 2-mecaptobenzothiazon
trong dung dịch nƣớc dƣới ánh sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, cũng bằng phƣơng pháp
sol-gel với chất đầu là Ti(O-Bu)4 nhƣng với nguồn nitơ từ dung dịch NH3, H. L. Qin
nhận thấy mẫu có hoạt tính QXT cao nhất ứng với mẫu có tỷ lệ N/Ti là 4% mol, nung
ở 400oC [34-19]. Đồng thời, H. L. Qin cũng nhận thấy việc tham gia của N vào mạng
tinh thể TiO2 đã thể hiện vai trò xúc tiến sự tăng trƣởng các hạt tinh thể. Trái lại, tác
dụng kìm hãm sự phát triển tinh thể TiO2 khi đƣợc pha tạp N bằng phƣơng pháp solgel lại đƣợc tìm thấy ở các công trình [44, 26]. Y. Yin đã điều chế bột nano N-TiO2
bằng phƣơng pháp sol-gel từ nguồn titan là Ti(OC2H5)4 và các nguồn N khác nhau:
Footer Page 22 of 126.
Header Page 23 of 126.
NH4Cl, C6H15N và dung dịch NH3. Kết quả cho thấy, tất cả các mẫu bột N-TiO2 đều
có kích thƣớc hạt trung bình nhỏ hơn so với mẫu TiO2 không biến tính [44]. Kết quả
khác nhau trên chúng tôi nghĩ rằng do cách thức tiến hành điều chế, việc sử dụng
nguồn titan và N ban đầu khác nhau.
Mục đích chủ yếu của quá trình pha tạp vào cấu trúc mạng tinh thể TiO2 là tạo
ra những khuyết tật có lợi, giúp chuyển dịch khả năng hấp thụ quang về vùng ánh
sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, ảnh hƣởng của giá trị năng lƣợng vùng cấm Ebg đến hiệu
suất phân hủy quang còn nhiều ý kiến khác nhau. Một số tác giả cho rằng, phổ hấp
thụ UV-Vis chuyển dịch càng nhiều về phía sóng dài, Ebg mà nhỏ thì hiệu quả QXT
sẽ cao. Tuy nhiên, A.R. Gandhe và các đồng nghiệp đã điều chế vật liệu N-TiO2 từ
HNO3, TiCl3, axit oxalic và urê. Kết quả cho thấy, mẫu có Ebg thấp hơn (2,22 eV) lại
có hoạt tính QXT thấp hơn mẫu có Ebg cao hơn (2,8 eV) trong điều kiện điều chế
tƣơng tự [44-8]. Trong nghiên cứu mới đây về kim loại biến tính TiO2, J. Choi và các
cộng sự cũng cho rằng, không có sự tƣơng thích hoàn toàn giữa phổ UV-Vis với hiệu
suất phân hủy MB [23]. Nhiều công trình nghiên cứu đối với nitơ biến tính TiO2 cũng
cho thấy, hiệu suất QXT không hoàn toàn phụ thuộc vào giá trị Ebg của vật liệu [40].
Đây là vấn đề quan trọng đối với vật liệu QXT, nguyên nhân chủ yếu của nó đƣợc
cho là do hiện tƣợng tái hợp giữa electron va lỗ trống quang sinh. Do vậy, việc đánh
giá đúng bản chất về ảnh hƣởng giữa khả năng khả năng hấp thụ quang UV-VIS đến
hoạt tính QXT trong một phƣơng pháp điều chế cụ thể sẽ góp phần làm rõ sự ảnh
hƣởng của N trong mạng tinh thể TiO2.
Tất cả những sự khác nhau ở trên theo chúng tôi là do có sự khác nhau về
chất đầu, phƣơng pháp và cách thức điều chế mà chƣa đƣợc đánh giá trong mối
quan hệ tổng thể. Do vậy, việc đánh giá một cách chi tiết về ảnh hƣởng của N đến
cấu trúc pha của TiO2 cho một phƣơng pháp điều chế cụ thể là cần thiết.
1.1.6. Phƣơng pháp điều chế vật liệu TiO2 biến tính
Vật liệu nano TiO2 biến tính có thể đƣợc điều chế bằng nhiều phƣơng pháp
khác nhau và hiện còn đang phát triển rất đa dạng. Nhìn chung, từ góc độ hóa học
có thể chia thành hai nhóm chính là nhóm các phƣơng pháp hóa ƣớt và nhóm các
phƣơng pháp hóa khô. Mỗi nhóm phƣơng pháp gồm nhiều phƣơng pháp riêng biệt,
Footer Page 23 of 126.
Header Page 24 of 126.
có những ƣu điểm và hạn chế riêng. Việc lựa chọn nguồn chất đầu và cách thức tiến
hành cho một phƣơng pháp cụ thể có ảnh hƣởng nhiều đến cấu trúc và tính chất
QXT của vật liệu TiO2. Dƣới đây chúng tôi chỉ trình bày phƣơng pháp thủy phân
tạo kết tủa có liên quan trực tiếp đến luận văn.
Kết tủa các cation kim loại từ dung dịch nƣớc là một quá trình phức tạp, nó
bao gồm 4 quá trình chủ yếu: thủy phân hình thành tiền chất hydroxyl hóa, ngƣng tụ
tạo mầm qua cầu hydroxo (OH) hoặc cầu oxo, ngƣng tụ phát triển mầm và làm già.
Quá trình thủy phân, ngƣng tụ tạo mầm và phát triển mầm là các quá trình thế ái
nhân thƣờng xảy ra theo hai cơ chế: phân ly [SN1] và kết hợp [SN2], hai cơ chế này
đƣợc nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến. Trong thực tế, quá trình ngƣng tụ tạo
cầu hydroxo thƣờng xảy ra theo cơ chế SN1, ngƣng tụ tạo cầu oxo thƣờng xảy ra
theo cơ chế SN2. Khả năng tạo cầu oxo thƣờng kém xảy ra hơn tạo cầu hydroxo.
Số phối tử hydroxo trong cầu phối trí của nó xác định hệ số thủy phân các
cation, nó đƣợc hiểu nhƣ là các nhóm chức của tiền chất. Sự ngƣng tụ các phân tử
tiền chất đã đƣợc hydroxyl hóa có thể dẫn tới hình thành chuỗi mắt xích là các khối
đa diện theo kiểu chung đỉnh hoặc chung cạnh qua cầu hydroxo kép hoặc chung
mặt. Kiểu ngƣng tụ các phân tử tiền chất và khoảng cách giữa các cation quyết định
cấu trúc của sản phẩm ngƣng tụ (hình 1.6).
Tác giả [18] cho rằng, trƣớc hết xảy ra quá trình thủy phân Ti4+ hình thành
tiền chất có điện tích không [Ti(OH)4(OH2)2]o, sau đó xảy ra quá trình ngƣng tụ
hình thành các đime [Ti2(OH)8(OH2)2]o, trong đó hai bát diện góp chung một cạnh
gọi là cầu hydroxo kép. Sự phát triển của phôi mầm này bởi quá trình tạo cầu
hydroxyl (quá trình olaytion) giữa các monome có thể dẫn tới các mầm có hình
dạng thẳng hoặc cong. Các mầm này ngƣng tụ tạo cầu oxo có thể khơi ngòi cho
việc tạo thành tinh thể rutile hay anatase (hình 1.6). Khả năng phát triển của phôi
mầm qua cạnh góp chung thành chuỗi mắt xích bát diện thẳng nhỏ hơn nhiều so với
sự hình thành chuỗi mắt xích cong nên sự tạo thành tinh thể anatase nhanh hơn
nhiều so với rutile. Tuy nhiên, trong môi trƣờng axít mạnh (HCl, HNO3), pha
anatase không bền nên bị tan ra, rutile là pha bền động học nên đƣợc bảo toàn.
Footer Page 24 of 126.
Header Page 25 of 126.
Phối tử
Tạo cầu OH-
Tạo cầu oxo
Anata
Rutin
Hình 1. 6. Quá trình kết tủa TiO2 từ dung dịch nước
1.2. Giới thiệu về bentonite [1]
Bentonite là loại sét tự nhiên có thành phần chính là montmorillonite
(MMT), khoáng MMT và thêm một số khoáng khác nhƣ Saponite, Nontronite,
Beidellite. Ngoài ra, ngƣời ta còn phát hiện thấy trong bentonite có một số khoáng
sét nhƣ kaolinite, clorite, mica và các khoáng phi sét nhƣ: calcite, pyrite, magnetite,
biolit… các muối kiềm và các chất hữu cơ. Bentonite còn gọi theo tên khoáng chính
của nó là montmorillonite.
1.2.1. Cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của montmorillonite
MMT có công thức chung [(Al.M)2Si4O10](OH)2.nH2O, với M là nguyên tố
kim loại Ca, Mg, Fe, Na, K,… Phân tích thành phần hóa học của bentonite, ngoài
nguyên tố chính nhƣ silic, nhôm, ngƣời ta còn phát hiện thấy sự có mặt của các
nguyên tố nhƣ Fe, Ca, Mg, Na, K và hơn 30 nguyên tố hóa học khác ở dạng vi
lƣợng nhƣ Ni, Ti, Mo, Zn, Co, …, các độc tố nhƣ As, Hg, Pb ít phát hiện thấy .
MMT có cấu trúc lớp 2:1, mỗi lớp cấu trúc trong tinh thể của MMT đƣợc cấu tạo từ
Footer Page 25 of 126.
