Nghiên cứu tổng hợp sét chống từ bentonit Cổ Định đã làm giàu bằng hydrocyclon và đánh giá khả năng ứng dụng làm xúc tác xử lý tar và hấp phụ xanh metylen

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PSG. TS Phạm Thanh Huyền đã tận tình giúp đỡ em
về mặt kiến thức khoa học cùng với sự giúp đỡ tận tình và chỉ bảo của cô đã giúp em
hiểu được những vấn đề cần thiết trong quá trình làm đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ hữu cơHóa Dầu, Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều
kiệnnghiên cứu về cơ sở vật chất, trang thiết bị và những ý kiến đóng góp quý báu để
hoàn thiện đồ án tốt nghiệp của mình.
Qua đây, em cũng xin cảm ơn sự động viên, giúp đỡ từ gia đình và bạn bè
trongquá trình làm đồ án. Tuy nhiên, với khối lượng công việc lớn và thời gian nghiên
cứukhông dài nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình làm đồ án tốt
nghiệp, em kính mong sự góp ý và chỉ bảo từ thầy, cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 9 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hải Yến

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
MỤC LỤC

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

CEC – Cation exchange capacity : Dung lượng trao đổi ion
MMT – Montmorilonite: Montmorillonit
PILC – Pillar Clay: Sét chống
XRD – X-ray Difraction: Phổ nhiễu xạ tịa X
SEM – Scanning Electron Microscopy : Kính hiển vi điện tử quét
BET – Brunauer, Emmett, Teller
GC – Gas Chromatograph: Sắc kí khí
XRF – X-ray fluorescence : Phổ tán xạ tia X

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

DANH MỤC HÌNH VẼ

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

4

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

DANH MỤC BẢNG BIỂU

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

5


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

LỜI MỞ ĐẦU
Trong xã hội ngày nay, việc đảm bảo an ninh năng lượng đang trở thành một
vấn đề vô cùng quan trọng và cấp thiết. Quá trình khí hóa Biomass thu khí tổng hợp
nhằm cung cấp cho các nhà máy sản xuất năng lượng đã góp phần giải quyết phần
nào vấn đề thiếu hụt năng lượng. Tuy nhiên, quá trình này có một nhược điểm là
trong khí sản phẩm, ngoài thành phần khí tổng hợp ra còn chứa một lượng khá lớn
Tar. Tar là thành phần không mong muốn, làm giảm nhiệt trị cũng như giá trị sử
dụng của khí tổng hợp, đồng thời Tar còn gây tắc nghẽn đường ống trong quá trình
sản xuất vì chúng có khả năng ngưng tụ cao, do đó cần được xử lý. Trên thế giới đã
có rất nhiều công trình nghiên cứu cho quá trình xử lý Tar và quá trình xử lý Tar sử
dụng xúc tác dị thể trên cơ sở các khoáng vật tự nhiên là phổ biến hơn cả.
Trong khi đó, Bentonite là một loại khoáng sét có sẵn trong tự nhiên với trữ
lượng lớn, có các chỉ tiêu chất lượng phù hợp và có ứng dụng rộng rãi trong nhiều

ngành công nghiệp hóa học, dầu khí, xây dựng, mỹ phẩm… Đặc biệt chúng nó cấu
trúc lớp, có khả năng làm chất mang cho xúc tác dị thể.
Ở Việt Nam, Bentonite mỏ Cổ Định – Thanh hóa vốn là một loại chất thải
của mỏ cromit rất rẻ tiền và sẵn có. Nếu tận dụng được loại chất thải này để tổng
hợp chất mang xúc tác cho phản ứng xử lý Tar thì sẽ có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh
tế, môi trường cũng như đảm bảo an ninh năng lượng.
Tuy nhiên, để đáp ứng các chỉ tiêu chất lượng của chất mang cho xúc tác dị
thể thì cần tìm ra phương pháp nhằm làm tăng diện tích bề mặt của Bentonite. Việc
biến tính Bentonite bằng phương pháp chống kim loại sẽ giúp thực hiện điều này.
Do đó, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp sét chống từ bentonit Cổ Định đã
làm giàu bằng hydrocyclon và đánh giá khả năng ứng dụng làm xúc tác xử lý tar và
hấp phụ xanh metylen”.

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về Bentonit
1.1.1 Thành phần
Bentonit là một loại khoáng sét có sẵn trong tự nhiên, thành phần khoáng vật
chủ yếu là montmorillonit (MMT), có công thức đơn giản là Al 2O3.4SiO2.nH2O ứng

với nửa tế bào đơn vị cấu trúc. Ngoài thành phần chính là montmorillonit, bentonit
còn chứa một số khoáng vật khác như kaolinit, calcit, hectorit, saponit, beidelit,
nontronit,… và một số muối kim loại kiềm khác và các hợp chất hữu cơ [1]. . Thành
phần hoá học của montmorillonit chủ yếu là các nguyên tố Si và Al, các nguyên tố
Mg, Fe, Na, Ca, K…Ngoài ra trong khoáng còn tồn tại một số nguyên tố vi lượng
khác như: Ti, Tl,... Trong đó tỷ lệ của Al 2O3: SiO2 dao động từ 1:2 đến 1:4. Trong
khoáng sét cũng tồn tại cái cation kim loại. Dựa vào thành phần các cation có trong
khoáng sét người ta phân bentonit thành 3 loại chính:
Natri- Bentonit: có khả năng hút ẩm cao, trương nở mạnh khi hòa vào nước
và có thể duy trì tình trạng này trong một thời gian dài.
Canxi- Bentonit: Khác với Na-Bentonit, Ca-Bentonit không có tính trương
nở mạnh mà tính chất đặc trưng của nó là khả năng hấp thụ các ion trong dung dịch.
Kali- Bentonit: giàu kali. Giống như Ca-bentonit, K-Bentonit không có tính
trương nở, nó chủ yếu được ứng dụng trong việc sản xuất các vật liệu xây dựng và
ngăn chặn các chất thải phóng xạ.
1.1.2 Cấu trúc
Cấu trúc và thành phần của các loại khoáng sét nói chung và Bentonit nói
riêng được nghiên cứu bằng các phương pháp vật lý hiện đại như phương pháp
nhiễu xạ tia Rownghen, phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA, phương pháp phân
tích nhiệt trọng lực TGA, phương pháp kính hiển vi điện tử,… Kết quả cho thấy
rằng khoáng sét có cấu trúc lớp và được tạo ra từ hai đơn vị cấu trúc cơ bản: tứ diện
SiO4và bát diện MeO6.

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Hình 1: Cấu trúc mạng tinh thể của khoáng sét bentonite

Theo hình trên, mạng tinh thể của MMT gồm có lớp hai chiều trong đó lớp
Al2O3 (hoặc MgO) bát diện ở trung tâm giữa hai lớp SiO 2 tứ diện nằm ở đầu nguyên
tử O vì thế nguyên tử oxi của lớp tứ diện cũng thuộc lớp bát diện. Nguyên tử Si
trong lớp tứ diện thì phối trí với 4 nguyên tử oxy định vị ở bốn góc của tứ diện.
Nguyên tử Al (hoặc Mg) trong lớp bát diện thì phối trí với 6 nguyên tử oxy hoặc
nhóm hyđroxyl (OH) định vị ở 6 góc của bát diện đều. Ba lớp này chồng lên nhau
hình thành một tiểu cầu sét hoặc một đơn vị cơ sở của nanoclay. Bề dày của tiểu cầu
có kích thước khoảng 1 nm (10 Å) và chiều dài của tiểu cầu thay đổi từ hàng trăm
đến hàng nghìn nm.
MMT trong tự nhiên phân bố thành từng lớp, khoảng cách giữa các lớp ấy
gọi là khoảng cách van đéc van- là khoảng không gian giữa 2 lớp sét liên tiếp. Sự
hình thành khoáng sét trong tự nhiên thường có sự thay thế đồng hình. Đó là hiện
tượng xảy ra do nguyên tử Si hoá trị 4 trong lớp tứ diện có thể bị thay thế bởi Al3+
(có thể là Fe3+) và tất cả các anion trong tứ diện đều là oxy và nguyên tử Al hoá trị 3
trong lớp bát diện thì được thay thế một phần bằng Fe2+ và Mg2+.
Điều này dẫn tới việc thiếu hụt điện tích dương và làm cho bề mặt của các
tiểu cầu sét bị tích điện âm. Điện tích dương thiếu hụt này thường được bù bởi các
cation kim loại kiềm hoặc kiềm thổ, nằm xen giữa các lớp này.
1.1.3 Tính chất của bentonite
1.1.3.1 Tính trao đổi ion
Bentonite có tính trao đổi ion là do khả năng thay thế đồng hình các kim loại
chủ yếu xảy ra trong lớp bát diện, giữa hai lớp tứ diện của phiến sét dẫn tới việc
thiếu hụt điện tích dương và làm cho bề mặt của các tiểu cầu sét bị tích điện âm.
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

8

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Các catioon nằm tại vùng không gian giữa các lớp sét có liên kết lỏng lẻo với bề
mặt lớp sét, do vậy montmorillonit có dung lượng trao đổi cation tương đối cao (80
- 150 meq/100g), mà rất ít ảnh hưởng đến kích thước hạt.
Khả năng trao đổi cation mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng điện thích âm
bề mặt và số lượng ion trao đổi. Khả năng trao đổi cation làm cho khoáng Bentonite
không chỉ trao đổi với các cation vô cơ mà còn có liên kết với các phân tử hữu cơ
như: diquat, paraqua hay protein. Bên cạnh đó, khả năng trao đổi ion của lớp
aluminosilicat còn phụ thuộc vào điện tích và bán kính ion của cation trao đổi.
Cation có điện tích thấp dễ trao đổi cation hơn loại có điện thích cao:
Me+> Me2+> Me3+.
Đối với cation cùng điện tích, bán kính ion càng nhỏ thì khả năng trao đổi
càng lớn:
Li+> Na+> K+> Cu2+> Fe2+> Al3+.

Hình 2: Trao đổi cation giữa Ca2+ và Na+[2]

Sự trao đổi ion của bentonite còn liên quan đến sự thay thế các nguyên tử
hydro trong các nhóm hydroxyl của montmorillonit. Theo một số nghiên cứu thì ở
đỉnh các tứ diện SiO2 hướng ra ngoài của lớp cấu trúc, các nguyên tử oxy được thay
thế bởi các nhóm hydroxyl và các nhóm này đảm nhiệm việc duy trì liên kết yếu
giữa các lớp và góp phần vào sự cân bằng điện tích. Ngoài ra, trong cấu trúc của
bentonite còn có các nhóm hydroxyl khác nằm ở đỉnh các bát diện. Trong sáu đỉnh
của bát diện có hai đỉnh là nhóm OH còn bốn đỉnh kia là oxy, trong đỉnh hydroxyl
của liên kết Si-OH không có khả năng trao đổi hydro. Nhóm hydroxyl của liên kết

Al-OH có tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu. Nhóm Si-O-Al c tính trao đổi
mạnh nên có tính quyết địnhđến trao đổi cation H+.
Trong khi khả năng trao đổi ion bề mặt phản ánh kính thước hạt tinh thể, phụ
thuộc vào sự đứt gãy liên kết và khuyết tật bề mặt, kích thước hạt càng nhỏ thì khả
năng trao đổi càng lớn, thì khả năng trao đổi ion bề mặt trong phản ánh lượng điện
tích âm trên mạng lưới và khả năng hấp phụ của Bentonite. Điều này phụ thuộc vào
lượng cation bù trừ trong mạng lưới. Số lượng cation càng lớn thì khả năng trao đổi
càng lớn.
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

1.1.3.2 Khả năng hút nước và trương nở
Mộtđặc tính cơ bảncủa Bentonitelà hấp thụ nướcvà trương nở. Tuy nhiên,
không phải tất cả các loại bentonitecó cùng khả năng hấp thụ. Mức độhydrat hóavà
trương nở của bentonite phụ thuộcvào loại bản chất khoáng sét (thành phần cấp hạt,
thành phần khoáng vật, thành phần hóa học), iontrao đổi,khả năng thấm nước và
solvat hóa.
Dưới sự có mặt của nước, các phân tử phân cực hoặc các cation sẽ bị hấp
phụ vào khe trống giữa các lớp, làm tăng chiều dày cấu trúc, tính chất này gọi là
tính chất trương nở. Khi bentonite hấp phụ hơi nước hay tiếp xúc với nước, các
phân tử nước phân cực sẽ thâm nhập vào bên trong các lớp, làm khoảng cách này
tăng lên ít nhất 14 – 15 Ao tùy thuộc vào lượng bentonite và lượng nước bị hấp phụ.
Các cation trao đổi giưa các lớp khác nhau có ảnh hưởng đến khả năng hấp
phụ nước và tính chất trương nở của sét. Khả năng trương nở trong nước của

bentonite chứa Na lớn hơn bentonite chứa K, Ca hoặc Mg. Bentonite kiềm bị hydrat
hóa mạnh, lớp nước hấp phụ nhanh nên có khả năng trương nở cao. Do ion Na + có
điện tích +1 nên có thể liên kết với một điện tích âm trên mặt lớp sét, khi hydrat hóa
bentonite-Na bị hydrat mạnh hơn, khả năng trương nở từ khoảng cách ban đầu giữa
hai phiến sét từ 9.2Ao đến ít nhất 17 Ao.
Trương nở kéo theo sự giảm độ xốp, giảm độ thấm, nhờ tính chất ưu việt
này mà một số loại đất như đất cát pha, đất xám bạc màu nếu được trộn với
bentonite sẽ tăng được khả năng giữ ẩm, giảm độ thấm, cải thiện trạng thái cấu
trúc, giảm khả năng buốc hơi lý học, tăng cường sự hoạt động của vi sinh vật và
cải thiện nhiều tính chất khác cho đất. [3]
1.1.3.3 Độ nhớtvàtính xúc biến
Khibentoniteđượcphân tán trong nước, huyền phùdạng keocó độ bền
caođược hình thành vớiđộ nhớtcao và có tính xúc biến. Ở nồng độđủ cao, cáchuyền
phùbắt đầucó cácđặc tính củahệgel. Huyền phùđược hình thànhkhi các phân
tửnướcxâm nhập vàogiữa các lớp MMT. Ở đây,liên kếthydro được tạo thànhbởicác
nguyên tửhydrochứa trongcác phân tử nước. Ngược lại, dưới áp lực cơ học, các liên
kết nàymột phần bị phá vỡ, do đó cho phépcác MMT di chuyểntự do hơn.Quá
trìnhnày được gọi làtính xúc biến. Với những thuộc tính trên bentonite thường được
sử dụng trong dung dịch khoan.
1.1.3.4 Tính dẻo
Ở trạng thái độ ẩm mà bentonit có khả năng tạo được những hình dạng
nhất định và giữ nguyên được trạng thái hình dạng đó khi không có lực tác động
bên ngoài gọi là độ dẻo (hay còn gọi là tính dẻo, hoặc tính tạo hình) của bentonit.
Tính dẻo được đặc trưng bằng số dẻo (Tính theo độ ẩm đất) tức là hiệu số giữa
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

giới hạn trên (còn gọi là giới hạn chảy dưới) và giới hạn dưới (còn gọi là giới hạn
về thành sợi). [3]
Số dẻo
0
0–7
7 – 17
> 17

Phân loại
Cát
Cát pha
Đất thịt
Đất sét

Bảng 1: Phân loại đất theo tính dẻo[3]

1.1.3.5 Tính hấp phụ, hấp thụ
Bentonitđược xem là mộtchất hấp phụ tự nhiên tiêu biểu để làm sạch nước
khỏi các chất hữu cơ (ví dụ: các hợpchất hữu cơ đa vòng thơm), chất cao phân tử,
những hoá chất thải độc hại của các nhàmáy xí nghiệp, các kim loại nặng và phóng
xạ (ví dụ: Cu, Zn, Pd, Cd, Hg, As...), cáchuyền phù gây đục và các vi sinh vật có
hại...[4].
Tính chất hấp phụ của bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu
trúc lớp của chúng. Với kích thước hạt nhỏ hơn 2µm và có cấu trúc mạng tinh thể
dạng lớp nên bentonit có bề mặt riêng lớn. Diện tích bề mặt của bentonit gồm diện
tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong. Diện tích bề mặt trong được xác định
bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể. Bề mặt

ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt. Sự hấp phụ bề mặt trong của bentonit có thể
xảy ra với chất bị hấp phụ là các ion vô cơ, các chất hữu cơ ở dạng ion hoặc chất
hữu cơ phân cực.
Các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng nhỏ bị hấp phụ bằng
cách tạo liên kết trực tiếp với các cation đó qua liên kết với nước hoặc liênkết với
các trung tâm mang điện tích trên bề mặt các lớp sét. 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
hidro.
Sự hấp phụ các chất hữu cơ không phân cực, các polime và đặc biệt là vi
khuẩn chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của bentonit. Do bentonit có cấu trúc lớp và độ
phân tán cao nên có cấu trúc xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn. Cấu trúc xốp ảnh
hưởng rất lớn đến tính chất hấp phụ của các khoáng sét, đặc trưng của nó là tính
chọn lọc đối với chất bị hấp phụ. Chỉ có phân tử nào có đường kính đủ nhỏ so với lỗ
xốp thì mới chui vào được. Dựa vào điều này người ta có thể dùng bentonit hoạt
hóa làm vật liệu tách chất. Đây cũng là một điểm khác nhau giữa bentonit và các
chất hấp phụ khác.[3].
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

11


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

1.1.3.6 Một số tính chất khác
−
Tính kết dính
Bentonit có khả năng kết dính mạnh nên người ta thường sử dụng bentonit

làm chất gắn kết trong công nghiệp và sản xuất.
−
Tính trơ
Bentonit tương đối trơ và bền về mặt hóa học nên có thể ăn được. Vì vậy nó
được ứng dụng làm chất độn trong dược phẩm, thức ăn gia súc và mỹ phẩm….
1.1.4 Ứng dụng của bentonite
1.1.4.1 Làm chất xúc tác, chất hấp phụ cho quá trình tổng hợp hữu cơ [3]
Bentonite có cấu trúc lớp, có độ axit cao nên có khả năng làm xúc tác cho
nhiều quá trình tổng hợp hữu cơ. Trên bề mặt của bentonit tồn tại các nhóm
hydroxyl, các nhóm hydroxyl có khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt
Bentonit những tâm axit Bronsted. Số lượng nhóm hydroxyl có khả năng tách
proton tăng lên sẽ làm tăng độ axit trên bề mặt của bentonit. Ngoài ra, do bentonit
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.
Nhờ khả năng hấp phụ lớn và đa dạng mà bentonite được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp cũng như trong nền kinh tế quốc dân với vai trò là một vật liệu
hấp phụ tự nhiên tiêu biểu.
Trong công nghiệp tinh chế dầu thực vật để sản xuất dầu ăn, mỡ, bơ, xà
phòng, việc sử dụng bentonit làm chất hấp phụ là ưu việt hơn hẳn phương pháp cũ
là phương pháp rửa kiềm. Lượng bentonit mất đi trong quá trình tinh chế chi bằng
0,5% lượng dầu được tinh chế. Ngoài ra phương pháp dùng bentonit còn có mức
hao phí dầu thấp do tránh được phản ứng thủy phân.
Việc sử dụng bentonit hoạt hóa làm chất hấp phụ đã làm giảm 30% đến 40%
chi phí công nghiệp chế biến rượu vang và các chế phẩm từ rượu vang. Bentonit có
khả năng hấp phụ không chỉ các axit hữu cơ, các chất béo, các sản phẩm phụ không
mong muốn trong quá trình lên men mà còn cả ion sắt và đồng là những tác nhân
gây ra bệnh hả ruợu. Ưu điểm đặc biệt trong quá trình xử lý với chất hấp phụ là
bentonit là hương vị riêng của rượu không bị mất đi.
Bentonit là một chất trao đổi có trong tự nhiên, nó có khả năng khử tính cứng
của nước với giá thành tương đối rẻ. Khả năng lắng cạn lơ lửng trong nước, đồng

thời với tác dụng trao đổi ion và hấp phụ chất hữu cơ, trong đó có các vi khuẩn gây
bệnh tạo ra giá trị đặc biệt của bentonit trong công nghệ xử lý nước.
1.1.4.2 Dùng làm dung dịch khoan
Do tính hấp phụ và trương nở đặc biệt tốt nên bentonit được sử dụng để tạo
ra các dung dịch khoan trong khoan thăm dò dầu khí, khoan trên thềm lục địa,
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

khoang cọc nhồi... với chất lượng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp. Vì vậy,
cùng với sự phát triển của nghành thăm dò và khai thác dầu khí, lượng bentonit
được sử dụng trong việc sản xuất dung dịch khoan ngày càng tăng.Ngày nay ở Mỹ,
lượng bentonitđược sử dụng làm dung dịch khoan chiếm tới 40% tổng sản lượng
bentonit của nước này.
Trong nông nghiệp
− Trong trồng trọt:
Do có khả năng hút ẩm cao và trương nở mạnh khi tiếp xúc với nước nên
bentonit tỏ ra hiệu quả trong việc cải tạo đất, tăng khả năng giữ ẩm cho đất, tăng
tính trương, tính dẻo, độ bền cơ học, độ bền trong nước của đất cũng như tăng khả
năng giữ chất dinh dưỡng, hạn chế hoặc chống lại sự rửa trôi các chất dinh dưỡng
có trong đất vào mùa mưa, đồng thời loại bỏ các chất độc hại có trong đất nhờ khả
− Trong chăn nuôi:
Bentonit được ứng dụng nhiều trong việc chế biến thức ăn gia súc, nó đóng
vai trò như một chất hấp phụ các độc tố có trong thức ăn, tạo chất kết dính, tăng độ
bền của viên thức ăn đồng thời cũng làm chất độn, góp phần giảm giá thành và nâng

cao chất lượng sản phẩm.
1.1.4.3 Trong xây dựng và luyện kim
− Trong xây dựng:
Công nghiệp xây dựng là một trong những ngành sử dụng bentonit từ khá
sớm, nó được ứng dụng rỗng rãi vào tất cả các lĩnh vực của nghành xây dựng,từ
những ứng dụng trong khoan, gia cố nền móng, chống thấm trong các công trình
xây dựng dân dụng, đê điều, đập thủy điện tới những ứng dụng trong ngành trong
ngành sản xuất vật liệu xây dựng xi măng,gạch….
− Trong luyện kim:
Trong công nghiệp luyện kim, nhờ có tính dẻo ưu việt nên bentonit được sử
dụng để chế tạo các khuôn đúc, vê nhỏ quặng trước khi đưa vào lò, hay những ứng
dụng của tính chất hấp thụ tốt trong công tác tuyển và sơ chế quặng trước khi đưa
vào quá trình luyện kim.
1.1.4.4 Trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm
Do có đặc tính hấp phụ cao và khả năng giữ ẩm tốt, bentonit được ứng dụng
trong nghành công nghiệp mỹ phẩm với vai trò làm chất hấp phụ lượng protein thừa
cũng như bụi bẩn, vi khuẩn trên da góp phần ngăn ngừa mụn, đồng thời nhờ khả
năng giữ ẩm cao nên nó giúp bảo vệ da, làm giảm các nết nhăn, tăng độ nhớt của
các sản phẩm làm đẹp….

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

1.1.4.5 Trong y tê

Nó được sử dụng như là một thành phần quan trọng trong các loại thuốc và
các sản phẩm chăm sóc sức khỏe. Là thành phần quan trọng trong các loại kem,
thuốc nước, chất kích thích và bôi. Bentonit có tác dụng giải độc cho các trường
hợp bị ngộ độc bởi các kim loại nặng nhờ khả năng hấp thụ tốt các ion của kim loại
này. Ngoài ra, nó có tác dụng cải thiện khả năng tiêu hóa, giảm bớt hội chứng kích
thích đường ruột, có tác dụng cai nghiện, hấp thụ các vi-rut gây bệnh trong cơ thể…
[4,5]
1.1.5 Một số mỏ khoáng sét ở Việt Nam
Hiện nay ở nước ta đã phát hiện được hơn hai chục mỏ và điểm quặng sét
bentonit. Các mỏ có triển vọng và quy mô lớn đều tập trung ở phía nam của đất
nước(Lâm Đồng, Bình Thuận,Thành phố Hồ Chí Minh,...). Phía Bắc thì sét
bentonit tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng Bắc Bộ,Thanh Hoá và chủ yếu thuộc
nhóm smectit thấp.
Một số mỏ bentonit lớn ở nước ta đã được thăm dò, khai thác như: Mỏ
bentonit Tam Bố-Di Linh-Lâm Đồng; Mỏ bentonit Tuy Phong-Bình Thuận; Mỏ
bentonit Cổ Định (Thanh Hoá ); Gia Quy – Bà Rịa Vũng Tàu, Kiên Bình - An
Giang, Long Đất - Đồng Nai…
− Bentonit Tam Bố - Di Linh - Lâm Đồng
BentonitDi Linh khai thác từ mỏ sét Tam Bố thuộc thôn Hiệp Thành, xã Gia
Hiệp, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng; cách thị trấn Di Linh 17km. Nguồn sét này là
sản phẩm phong hóa từ vật liệu tro, tro núi lửa, thủy tích núi lửa được lắng đọng
trong môi trường nước. Sét có màu xanh xám, xanh lục, vàng phớt xanh hoặc phớt
nâu đã được thăm dò địa chất và xác nhận mỏ có trữ lượng trong cân đối là:
542.000 tấn, chất lượng bentonit khá tốt, điều kiện địa chất thuỷ văn, địa chất công
trình thuận lợi, đơn giản.
Thành phần khoáng sét Di Linh gồm khoảng 60% Montmorillonit, 40%
thạch anh, kaolinite và một số tạp chất phi sét khác, thuộc loại bentonit kiềm thổ
(giàu Mg). Hệ số độ keo (K) từ 0,29-0,42; dung tích trao đổi cation từ 25,01-48,5
mgđl/100g, cá biệt đến 170 mgđl/100g. Các cation có khả năng trao đổi chính là
kiềm thổ (Ca2+, Mg2+) [6].

Bảng 2 thống kê thành phần khoáng bentonit Di Linh-Lâm Đồng:

Bảng 2: Thành phần khoáng bentonit Di Linh-Lâm Đồng [1]

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

14


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
Tên khoáng chất
Montmorillonit
Illite
Kaolinite Clorite
Thạch anh
Felspat
Gơtit
Canxit

Thành phần (%)
64,0
6,0
9,5
5,0
3,5
3,0
ít

Bảng 3: Thành phần hoá học của Bentonit Di Linh-Lâm Đồng (Phần trăm khối lượng các oxide)
[1]

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

MgO

CaO

Na2O

MKN

50,5

17,67

7,0

0,82

2,83

0,78

0,54

18,97

− Bentonit Tuy Phong – Bình Thuận
Mỏ Bentonit Nha Mé, huyện Tuy Phong tỉnh Bình Thuận được đặc trưng bởi
khí hậu khô nóng, lượng mưa ít và là nơi phân bố rộng rãi đá Magma giàu kiềm
(giàu Na và K), với những đặc điểm trên sét bentonit tạo thành bởi hai quá trình
thủy phân và quá trình hấp phụ trao đổi cation. Là mỏ bentonit kiềm duy nhất được
phát hiện và được thăm dò trữ lượng đầy đủ theo các qui định của Luật khoáng sản
Việt Nam. Thung lũng Nha Mé với diện tích gần 10 km 2, trong đó diện tích có bề
dày thân quặng lớn hơn 1m chỉ khoảng 2 - 4km 2. Chiều dày lớp bentonit tối đa 11m,
trung bình là 3-4m. Trữ lượng ước tính là 42.000.000 tấn.
Bentonit kiềm Bình Thuận thành phần chính là Montmorillonit công thức
hóa học là (Al.Fe)1,67 Mg0,33Si4(OH2)(Na.Ca0,33)[8]. Hàm lượng Montmorillonit từ
10-20%. Hệ số độ keo từ 0,2-0,22. Dung tích trao đổi cation 15,62-19,67
mgđl/100g. Khả năng trao đổi ion có thể là các cation kiềm (Na+, K+).
Bentonit kiềm Bình Thuận là nguồn nguyên liệu không thể thiếu, đặc biệt là
nguyên liệu tốt để sản xuất các chất xúc tác có tác dụng làm sạch môi trường một
cách triệt để đối với những vùng đất và nước bị nhiễm các chất độc hóa học như
đioxin, chất phóng xạ, thuốc bảo quản thực vật, phân bón hóa học và thuốc trừ sâu.

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

15


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Bảng 4: Thành phần khoáng chất chủ yếu (dựa theo kết quả phân tích Ronghen)[3]

Tên khoáng chất

Thành phần

Montmorillonite
Illite
Kaolinite Clorite
Thạch anh
Felspat
Gơtit
Canxit

49-50
7-9
13-15
6-8
7-9
4-6
4-6

Bảng 5: Thành phần hoá học của bentonit Bình Thuận- Việt Nam[4]
(Phần trăm khối lượng các oxide)

SiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MgO

CaO

K2 O

Na2O

MKN

65,576,5

6,7111,81

1,442,27

0,210,75

1,052,13

3,298,32

0,621,92

1,352,4

1011,30

1.2 Giới thiệu về bentonit Cổ Định- Thanh Hóa
Mỏ bentonit Cổ Định (Thanh Hoá) thuộc xã Tân Minh, huyện Triệu Sơn,
cách thị xã Thanh Hóa 20km về phía Tây Bắc, nằm trong khu bãi thải của chân Núi
Nưa. Trữ lượng bentonit Cổ Định - Thanh Hóa khoảng 4,380,000 m3. Sét bentonit
là sản phẩm thải trong quá trình khai thác và làm giàu quặng cromit. Phần bentonit
ở dạng dung dịch chảy theo máng ra bãi thải và lắng đọng lại. Với cách lắng đọng
này tự nó được xem như là tuyển lọc tự nhiên. Hàm lượng montmorillonit nguyên
khai là 43,9%. Bentonit Cổ Định có màu vàng sẫm. Thành phần hạt vụn: 6,3%; hạt
dưới 1 µm: 53,47 % ; từ 6-32 µm: 15,86%; từ 32-63 µm: 2,27%, lượng sét trên sàng
63µm là 16,1%. Dung tích trao đổi cation 52,9mgđl/100g, trong đó chủ yếu là
cation Ca2+:20,3 mgđl/100g sét và Mg2+: 31,1 mgđl/100 g sét [9].

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

16


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Hình 3: Mỏ bentonit Cổ Định – Thanh Hóa

Bentonit Cổ Định – Thanh Hóa có trữ lượng lớn, giá thành khai thác rẻ
nhưng chất lượng thấp và chưa được khai thác để sử dụng cho nhiều mục đích khác
nhau. Hiện mới có ứng dụng làm phụ gia trong chế biến thức ăn gia súc, phân bón,
khoan cọc nhồi chất lượng trung bình, hoặc bán ở dạng thô chưa chế biến.

1.2.1 Thành phần khoáng vật của bentonit Cổ Định -Thanh Hoá
Trong sét bentonit Cổ Định - Thanh Hóa có 2 nhóm khoáng vật chứa sét và
Cromit. Nhóm khoáng vật chứa sét bao gồm : Actinolite, Baumit, Monoriolit,
Clinochlore, Nepowite. Nhóm khoáng vật chứa Cromit bao gồm : Magneto
chromite, Aluminian chromite, Niken Chromium, Manganese oxide, Iron silicate,
Chrom silicate. Trong thành phần bùn sét chủ yếu là các khoáng vật thạch anh
pyroxene… ở dạng mảnh vụn. Phần lớn các hạt mịn (bùn) là các sản phẩm phong
hóa vỡ vụn của limonit, bruxit,… và các sản phẩm biến đổi thứ sinh từ pyroxene,
olirin (sét) giàu sắt,Magie. Phần bùn ít hơn phần vỡ vụn, chúng chiếm khoảng 1/4 1/5 khối lượng của mẫu ở phần không có từ tính. Trong các tinh quặng tuyển trọng
lực đều có mặt của các khoáng vật chứa bạc và platin, rutil, và zincon.
Thành phần khoáng vật của bentonit Cổ Định Thanh Hoá được xác định
bằng phương pháp nhiễu xạ tia rơnghen và nhiệt vi sai.

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

17


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Bảng 6: Thành phần khoáng vật của bentonit Cổ Định - Thanh Hoá [3]

Thành phần khoáng vật

Hàm lượng, (%)
Phương pháp Rơnghen

Phương pháp nhiệt vi sai

Montmorillonit

35 - 44

38 - 42

Hydromica

8-15

10 – 13

Chlorit

10-20

12 – 17

Kaolinite

10-14

8-10

Thạch anh

7-15

Felspat

5-8

Hydrogotit

7-10

Canxi

ít

5-8

Mỏ sét Cổ Định đã được nghiên cứu bước đầu trong công trình của Phan Văn
Tường, Lương Trọng Đảng và đã được nhiên cứu một cách hệ thống trong nhiều
công trình tiếp theo [6,10].
Sét được khai thác đồng thời với quặng cromit bằng phương pháp trọng lực,
sét là phế thải được tách ra dưới dạng hạt mịn, qua các máng thải đi vào bể chứa và
lắng đọng thành bùn nhão. Tính trung bình cứ khai thác được một tấn quặng cromit
thì thải ra 10 tấn bùn sét. Theo các công trình nghiên cứu [6] sét chứa trong các bể
thải có thành phần đồng nhất, chiếm chủ yếu là khoáng monmorilonit giàu sắt,
thành phần hàm lượng cát thạch anh, gơtit không đáng kể.
Những số liệu được trình bày ở trên cho thấy thành phần khoáng vật của
bentonit Cổ Định - Thanh Hóa có chlorit 10-20%, hydromica 8-15%,montmorillonit
35 -44%. Ngoài ra, còn một số khoáng sét rất có ý nghĩa khác mà trong bentonit Cổ
Định - Thanh Hóa đều chứa một hàm lượng đáng kể như hydromica (vermiculit)
10-14%, hydrogotit 7- 10%...Cấu trúc lưới tinh thể trong sét bentonit còn chứa một
lượng đáng kể keo sét vô định hình khác, nhất là các hợp chất đa dạng Si, Al, Fe,
Mg...

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

18


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

1.2.2 Thành phần hóa học của bentonit Cổ Định - Thanh Hoá
Các mẫu bentonit nguyên khai lấy về từ mỏ Cổ Định-Thanh Hóa sau khi xử
lý mẫu được tiến hành phân tích hóa học tổng số, hóa lý học và hoạt hóa để khảo
nghiệm các đặc tính nông hóa học.
Bảng 7: Thành phần hóa học của bentonit Cổ Định -Thanh Hoá [3]

Thành phần hóa học

Hàm lượng,%

SiO2

47,54 - 48,66

Al2O3

6,32 - 9,14

Fe2O3

17,26 - 19,49

FeO

0,21 – 0,34

TiO2

0,65 - 0,70

CaO

0,29 - 0,38

MgO

6,80 - 8,42

MnO

0,08 - 0,13

K2O

0,26 - 0,63

Na2O

0,07 - 0,09

MKN

14,71 - 15,37

Kết quả phân tích cho thấy, sét Bentonit Cổ Định thuộc nhóm Monmorilonit,
thành phần SiO2 và Al2O3 tương đối thấp; Fe2O3 và MgO khá cao.
1.2.3 Tính chất trao đổi ion của bentonit Cổ Định
Kết quả xác định dung lượng trao đổi cation của bentonit Cổ Định và một số
tính chất khác được ghi ra ở bảng 3. Từ kết quả đó cho thấy bentonit Cổ Định có
dung lượng trao đổi cation tương đối cao.
Bảng 8: Dung lượng trao đổi cation [3]

Các thông số

Đơn vị đo

Giá trị

Na+ trao đổi

mgđl/100g

0,14 - 0,24

K+ trao đổi

mgđl/100g

0,38 - 0,64

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

19


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Ca2+ trao đổi

mgđl/100g

2,24 - 3,04

Mg2+ trao đổi

mgđl/100g

49,60 - 53,20

Nhìn vào bảng 8, ta thấy tổng dung lượng cation trao đổi cao mà chủ yếu là
Mg2+ và Ca2+.
Bảng 9: Một số tính chất khác của bentonit Cổ Định - Thanh Hóa. [3]
Các thông số

Đơn vị đo

pHKCl

Giá trị

6,2

N

%

0,042

CEC

meq/l00g

46,75

Cu

ppm

13,52

Zn

ppm

63,25

Cd

ppm

0,87

Pb

ppm

12,15

Nguyên tố vi lượng

Các số liệu phân tích cho thấy bentonit của Thanh Hóa có phản ứng trung
tính đến hơi kiềm, N, P2O5, K2O thấp, dung tích hấp thụ khá cao ( CEC: 4648meq/100g). Kiềm thổ chiếm chủ yếu trong hệ hấp phụ - trao đổi, độ bão hòa bazơ
cao, nhưng ion K+ và Na+ trong hệ hấp phụ thấp.
Trong sét bentonit Cổ Định -Thanh Hóa, Mg chiếm tỷ lệ cao, và một tỷ lệ
không nhỏ các dạng hydroxit Fe có trong bentonitCổ Định-Thanh Hóa khi độ ẩm
của sét cao. Có thể nhận định rằng bentonitCổ Định - Thanh Hóa là loại bentonit kiềm
thổ và với hàm lượng keo sét trong quặng nguyên khai tương đối cao, tỷ diện lớn cộng
với những tính chất hóa lý ưu việt của khoáng sét montmorillonit, hydromica.... cho
thấy nó là những nguyên liệu tốt có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
1.2.4 Khả năng trương nở và tính dẻo của bentonite Cổ Định – Thanh Hóa
Kết quả phân tích độ trương nở của bentonit Cổ Định -Thanh Hóa cho thấy
thông số này của bentonit Cổ Định -Thanh Hóa là 30,541%.[11]

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

20


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
Bảng 10: Phân loại đất theo tính dẻo[3]

Số dẻo
0
0 - 7
7 - 17
> 17

Phân loại
Cát
Cát pha
Đất thịt
Đất sét

Những số liệu đo đạc cho thấy bentonitCổ Định -Thanh Hóa có tính dẻo (với
trị số dẻo là 41,73).Tính chất này được ứng dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất
đồ gốm, xi măng,…nhằm tăng độ dẻo cho sản phẩm.
1.3 Phương pháp làm giàu bentonite

-

Bentonite thô ban đầu khai thác được từ các mỏ trong nước có chứa rất nhiều
thành phần khoáng nặng và tạp chất có hại cho xúc tác. Bên cạnh đó, hàm lượng
MMT ở mức trung bình khoảng hơn 30%, do đó cần phải có các phương pháp làm
giàu để loại bỏ các thành phần có hại và tăng hàm lượng khoáng chất mong muốn
như đập, nghiền, sàng,... tách bớt các thành phần phi sét để ứng dụng được trong
các lĩnh vực khác nhau. Dựa vào đặc trưng về thành phần và cấu trúc của từng loại
bentonite mà có những phương pháp làm giàu khác nhau. Trong công nghiệp hiện
nay, người ta sử dụng 3 phương pháp làm giàu:

Phương pháp khô
Phương pháp ướt
Phương pháp cyclon thủy lực
1.3.1 Phương pháp khô
Với phương pháp khô, bentonite được nghiền và sàng (0.2mm) để loại bỏ tạp
chất và khoáng nặng, sau đó được sấy khô ở 150-200oC để loại bỏ hợp chất hữu cơ,
hơi ẩm trong bentonite và được nghiền và sàng tinh ở bằng sàng 150m.
1.3.2 Phương pháp ướt
Phương pháp lọc ướt phụ thuộc vào khả năng trương nở, phân tán của các hạt
MMT trong nước. Phương pháp này chủ yếu là sử dụng phương pháp lắng, gạn để
loại bỏ tạp chất không mong muốn, ngoài ra còn sử dụng hóa chất để loại bỏ những
chất có hại cho sản phẩm sau khi làm giàu.
Bentonite được nghiền và sàng (0.2mm) để loại bỏ tạp chất và khoáng nặng,
tiếp đó được phân tán trong H2O2để loại bỏ hợp chất màu và tạp chất vô cơ khác,
cuối cùng là phân tán trong Na2CO3 để loại bỏ canxi và các khoáng nhẹ hơn lơ lửng
trong huyền phù sau khi lắng trọng lực.
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

21


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

1.3.3 Phương pháp cyclon thủy lực
Phương pháp này dùng để phân cấp các khoáng vật có kích thước 0.0050,04mm. Quá trình phân cấp được thực hiện dựa vào tác động của lực ly tâm. Khi
cấp bùn quặng vào trong máy, dòng bùn chuyển động xoáy nhanh, bắn các hạt
quặng vào thành máy với lực ly tâm tăng dần. Bùn quặng được cấp vào cyclon theo
hướng tiếp tuyến, tạo thành dòng xoắn ốc nhỏ về phía dưới và đến một thời điểm

nào đó phân thành 2 dòng: Dòng thứ nhất theo chiều xoắn ốc, đi xuống dưới và qua
ống tháo cát ra ngoài. Dòng thứ 2 đi ngược lên, luồn bên trong dòng chính, qua ống
bùn tràn ra ngoài.
Hiệu quả của việc phân chia theo cỡ hạt phụ thuộc vào kích thước máy và
các yếu tố như đường kính ống bùn tràn, ống tháo cát, áp lực đầu vào, đặc tính độ
hạt nguyên liệu, tỷ trọng các thành phần của bùn...
So với phương pháp lọc ướt, phương pháp cyclon thủy lực có năng suất cao
hơn và tiết kiệm nước, tuy nhiên thiết bị phức tạp và tốn kém hơn.Vì vậy, tùy vào
điều kiện thực tế để chọn phương pháp phù hợp.[12]
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm giàu bentonite
-

-

-

Hàm lượng chất phân tán: Lượng sét phân tán trong nước càng lớn thì độ
nhớt huyền phù càng cao, các hạt sẽ bị che chắn lẫn nhau làm giảm khả năng tách
tạp chất.
Thời gian trộn, khuấy chất phân tán: Thời gian tăng thì không ảnh hưởng
nhiều đến kết quả phân tán của sét tu nhiên tốn thời gian, nếu thấp hơn thì quá trình
phân tánkhông tốt.
Ảnh hưởng quá trình lắng ly tâm: Các quá trình thực nghiệm khảo sát cho
thấy, ở tốc độ cao 1200rpm thì quá trình tách tạp chất gần như không ảy ra mà chủ
yếu là quá trình tách nước thông thường. Quá trình tách ổn định được tối ưu ở tốc
độ 700rpm.
1.4 Tổng quan về sét chống
1.4.1 Khái niệm sét chống
Sét chống (pillared clay) PILC có cấu trúc mao quản, diện tích bề mặt lớn, bề
mặt có tính axit và ổn định nhiệt. Do những tính chất đó, PILC thích hợp để sử dụng

như chất mang xúc tác trong 1 số phản ứng, đặc biệt là các phản ứng xử lý môi
trường.[13]
1.4.2 Nguyên tắc điều chế sét chống
Sét chống được tổng hợp từ polyoxycations vô cơ để đạt được cấu trúc vi
mao quản với diện tích bề mặt riêng lớn. Các polyoxycations dùng để tổng hợp sét
chống phổ biến nhất là các hợp chất của nhôm, sắt, crom, titan, zirconi. Sét chống
sử dụng như một vật liệu tiềm năng để sản xuất xúc tác cho phản ứng cracking các
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

22


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

phân đoạn dầu nặng vì chúng có kích thước mao quản lớn hơn so với zeolit. Sự có
mặt của các tâm axit trên bề mặt của các lớp cũng như trên các cột chống làm cho
loại vật liệu này phù hợp cho các phản ứng cần sử dụng xúc tác axit. Vì các lớp sét
chồng lên nhau ở nhiệt độ cao trong các phản ứng nên độ bền nhiệt của cột chống
phải được tăng cường. Một phương pháp đã được thử nghiệm để nâng cao độ bền
nhiệt của vật liệu là sử dụng hỗn hợp chống lên vật liệu và phương pháp phổ biến
nhất là dùng hỗ hợp của dung dịch chống nhôm và lanthane cations. [14]

Hình 4: Sơ đồ khối quy trình điều chế sét chống[7]

Theo sơ đồ trên, bước đầu tiên, ta cần điều chế Na- montmorillonite. Song
song với việc điều chế Na- MMT, ta cũng pha dung dịch chống từ muối kim loại,
điều chỉnh độ pH bằng axit hoặc Ba zơ. Bên cạnh đó cũng cần xác định tỷ lệ rắn
lỏng giữa Na-MMT và dung dịch chống

Dung dịch chống được nhỏ từ từ vào dd chứa Na- MMT, khuấy đều, ở nhiệt
độ nhất định và trong một thời gian nhất định
Hỗn hợp huyền phù sau đó được khuấy, tách, rửa và sấy; sau cùng đem đi
nung ở nhiệt độ cao. Cuối cùng ta thu được sét chống PILC.
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

23


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

1.4.3 Ứng dụng
1.4.3.1 Ứng dụng làm chất hấp phụ
Vì có cấu trúc mao quản đồng đều, diện tích bề mặt lớn, ổn định nhiệt nên
PILC được ứng dụng để làm chất hấp phụ.
PILC có thể được ứng dụng làm chất hấp phụ trong quá trình xử lý VOCs.
Tăng khả năng tái sử dụng VOCs. Tùy thuộc vào loại kim loại chống mà PILC có
diện tích bề mặt và kích thước mao quản khác nhau. Từ đó tạo ra hiệu quả hấp phụ
chọn lọc một vài chất khí. Đã có nhưng nghiên cứu về khả năng hấp phụ của sét
chống nhôm và sét chống sắt đối với khí H 2S. Kết quả cho thấy rằng khả năng hấp
phụ H2S của Al-PILC cao hơn sơ với Fe-PILC. [13]
Hấp phụ khí tự nhiên và Biogas [14]. Một trong nhữn ứng dụng quan trọng
của chất hấp phụ là trong quá trình phân tách và xử lý khí. Sét chống đã được tiến
hành nghiên cứu khả năng tách khí Methane/ethane. Quá trình tách khí này có tầm
quan trọng đặc biệt trong qua trình khai thác chế biến khí tự nhiên.
Trong đồ án này sử dụng xanh metylen để nghiên cứu khả năng ứng dụng
làm chất hấp phụ của sét chống.
a. Giới thiệu về xanh metylen

Xanh metylen là một hợp chất hóa học vòng thơm, có công thức hóa học là
C16H18N3SCl, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như hóa chất và sinh
học. Ở nhiệt độ phòng, xanh metylen là chất rắn, màu ánh tím, có khả năng hòa tan
tốt trong nước.

SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

24


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Xanh metylen là một trong các hợp chất hưu cơ phổ biến trong nước thải
công nghiệp. Các hợp chất này có độc tính cao đối với người và loài vật, bởi chúng
khi bị phân hủy trong tự nhiên, được hấp thụ qua da, đi vào cơ thể phát huy độc
tính, tàn phá hủy hoại tế bào sống. Nghiên cứu để loại các hợp chất này và các hợp
chất hữu cơ độc hại khác ra khỏi môi trường nước là góp phần giảm thiểu ô nhiễm
môi trường.
b. Cơ chế quá trình hấp phụ xanh metylen [15]
Quá trình hấp phụ từ dung dịch phức tạp hơn quá trình tương ứng khi hấp
phụ khí trên cùng bề mặt chất rắn. Hiệu ứng dung môi và tương tác giữa các phân tử
dung môi với các phân tử chất màu được hấp phụ cũng phải được tính đến.
Việc nghiên cứu quá trình hấp phụ chất màu trên sét bentonite cần xét đển
bẩn chất bề mặt và cấu trúc hóa học của chất màu. Bền mặt bentonite bao gồm
những diện tích nhỏ chứa nhiều loại tâm hoạt tính khác nhau về bản chất h a lý hay
định hướng không gian của phân tử đối với bề mặt. Mặt khác, cấu trúc hóa học của
xanh methylene cho thấy sự có mặt của vòng phenothiazine mang điện tích dương
trên phân tử lưu huỳnh. Điều này cho thấy khả năng của cơ chế trao đổi ion hay hấp

phụ hóa học bên cạnh cơ chế quá trình hấp phụ vật lý đã biết.

Trong một nghiên cứu, sự hấp phụ malachite xanh lá cây từ dung dịch nước
lên bentonite được tiến hành bằng quá trình hấp phụ vật lý với các thông số nhiệt
động học đã được tính toán.
Cơ chế quá trình hấp phụ của bất kỳ chất bị hấp phụ nào trên các loại
bentonite khác nhau được miêu tả tốt nhất với một mô hình bao gồm: trao đổi
cation, phức hóa bề mặt các ion tạo nên hợp chất, thay đối dạng ion trong dung dịch
(theo pH), sự có mặt của các ion cạnh tranh khác trong bentonite, và các mao quản
nước có thể trao đổi cũng ảnh hưởng đến quá trình.
1.4.3.2 Ứng dụng làm chất mang xúc tác
Do có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc mao quản, bề mặt có tính axit nên sét
chống còn được ứng dụng làm chất mang xúc tác cho một số phản ứng.[13]
a. Xúc tác cho quá trình xử lý nước thải- quá trình Fenton
SVTH: Lê Thị Hải Yến - 20103680

25