Nghiên cứu điều chế và khảo sát tính chất của vật liệu bentonit biến tính nhôm

TẠP CHÍ ĐẠI HỌC SÀI GÒN

Số 21 - Tháng 6/2014

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT
CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHƠM
BÙI VĂN THẮNG(*)

TĨM TẮT
Bentonit biến tính nhơm được điều chế bằng cách trao đổi cation hiđrat lớp giữa của
bentonit bởi Al polyoxocation. Tính chất đặc trưng của bentonit chưa biến tính và bentonit
biến tính được xác định bằng các phương pháp XRD, FTIR, SEM, BET, ICP-OES. Kết quả
phân tích XRD cho thấy khoảng cách lớp, d001, tăng từ 12,61Å đối với bentonit chưa biến
tính lên 18,6Å đối với mẫu bentonit biến tính nhơm. Khoảng cách cơ bản và khoảng cách
lớp giữa của bentonit biến tính phụ thuộc vào hàm lượng Al polyoxocation, thời gian già
hố dung dịch polyoxocation, nhiệt độ tiến hành phản ứng trao đổi và tỉ lệ OH-/Al3+. Tỉ lệ
mol OH-/Al3+ thích hợp cho điều chế bentonit biến tính nhơm là 2,0. Phổ FTIR và ảnh SEM
cho thấy cation hiđrat lớp giữa đã được thay thế bằng tác nhân Al polyoxocation trong
suốt q trình điều chế.
Từ khố: Bentonit, bentonit biến tính, bentonit biến tính nhơm.
ABSTRACT
Al modified bentonites was obtained by exchanging the interlayer cation hidrat of
bentonites by polyoxocation aluminum. Characterization of Al modified bentonites and
unpillared bentonite was determined by XRD, FTIR, SEM, BET, ICP-OES methods. XRD
patterns for raw sample in d001 increased from 12.61 to 18,6Ǻ for Al modified bentonites.
Basing spacing and interlayered of Al modified bentonites depends on polyoxocation
contents, aging time of polyoxocation solution, temperature of exchanging reaction and
effect of OH-/Al3+ ratio. The most favorable polyoxocation solution for the production of Al
modified bentonites had an OH-/Al3+ ratio molar of 2,0. FTIR analysis and SEM images
show that the cation hidrat interlayers exchanged with polyoxocation aluminum during the
preparation.

Keywords: Bentonite, modified bentonite, aluminum modified bentonite.
1. GIỚI THIỆU*
Bentonit là một loại khống cơng
nghiệp, được cấu tạo chủ yếu từ khống vật
thuộc nhóm sét smectit gồm có
montmorillonit và một số khống chất
khác. Khống sét bentonit xuất hiện trong
tự nhiên với sự biến thiên trong thành phần
hố học phụ thuộc vào nguồn gốc hình

thành của chúng. Cơng thức chung của
montmorillonit là (Mn+x.nH2O)(Al2-yMgx)
Si4O10(OH)2, trong đó Mn+ là cation trao
đổi lớp giữa (Mn+ thường là Na+, K+, Mg2+,
Ca2+). Trong tự nhiên, bentonit có sự thay
thế đồng hình của Si4+ bằng Al3+, Al3+
bằng Fe2+ hoặc Mg2+, dẫn đến sự thiếu hụt
điện tích dương trong cấu trúc, làm cho bề
mặt lớp sét bentonit mang điện tích âm.
Điện tích âm này được cân bằng bởi các
ion kim loại kiềm và kiềm thổ (chẳng hạn

(*)

TS, Khoa Sư phạm Hố – Sinh. Trường Đại học
Đồng Tháp

46

BÙI VĂN THẮNG

như Na+ và Ca2+) chiếm giữ khoảng không
giữa các lớp sét [2, 11].
Bentonit tự nhiên chưa biến tính ứng
dụng trong lĩnh vực hấp phụ và xúc tác đạt
hiệu quả thấp [3, 12], do đó, để sử dụng
cho các ứng dụng này, bentonit cần được
biến tính. Bentonit biến tính bằng tác nhân
polyoxocation kim loại thu được loại vật
liệu mới có độ xốp cao, bền nhiệt, diện tích
bề mặt và số lượng tâm hoạt động tăng lên
đáng kể,v.v. phù hợp cho các quá trình hấp
phụ và xúc tác [12, 13].
Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu
về bentonit biến tính bằng tác nhân kim
loại đều được tập trung vào tác nhân
polyoxocation Al137+ (ion Keggin nhôm)
[6]. Ion Keggin Al137+ có cấu trúc hoàn
toàn xác định. Cấu trúc ion này bao gồm 1
ion Al3+ ở tâm cấu trúc tứ diện, còn lại là
12 ion Al3+ bao quanh cấu trúc bát diện.
Khi các cation lớp giữa của bentonit được
trao đổi với ion Al137+ thì khoảng cách lớp
của bentonit biến tính nhôm tăng lên một
khoảng đúng bằng chiều cao của ion
Keggin là 8,6Å [6, 12], đó cũng là quá
trình biến tính bentonit bằng ion Al137+.
Vật liệu bentonit biến tính nhôm thu được
có diện tích bề mặt tăng lên nhiều lần so

với bentonit chưa biến tính và vật liệu này
có các lỗ xốp vi mao quản. Ngoài ra còn có
lỗ xốp mao quản trung bình do các lớp sét
sắp xếp với nhau.
Trong nghiên cứu này, bentonit biến
tính nhôm được khảo sát với các điều kiện
điều chế khác nhau. Khoảng cách lớp cơ
bản của bentonit biến tính được xác định
bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD), diện tích
bề mặt, hình thái sản phẩm, thành phần hóa
học của sản phẩm cũng được khảo sát.
2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu

Bentonit (Ben) tự nhiên được sử dụng
là bentonit kiềm (Bình Thuận) có hàm
lượng montmorillonit là 90% (Ben90).
Mẫu quặng sau khi làm giàu, được nghiền
mịn và sàng qua rây 100 mesh. Dung
lượng trao đổi cation (CEC) trong khoảng
76 - 98 meq/100g.
Các hoá chất AlCl3.6H2O, NaOH, HCl
là những hóa chất sạch phân tích (Trung
Quốc) và một số tác nhân cần thiết khác.

2.2. Phương pháp điều chế và
khảo sát tính chất của vật liệu
bentonit biến tính nhôm
2.2.1. Điều chế dung dịch nhôm

polyoxocation
Dung dịch nhôm polyoxocation được
điều chế bằng cách thuỷ phân dung dịch
AlCl3 0,5M bằng NaOH 0,5M với tỉ lệ mol
OH-/Al3+ khác nhau. Dung dịch AlCl3 được
khuấy mạnh trên máy khuấy, nhỏ từ từ
dung dịch NaOH vào, hỗn hợp được khuấy
liên tục trong 5 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau
đó già hoá dung dịch trong khoảng thời
gian khác nhau thu được dung dịch nhôm
polyoxocation.
2.2.2. Điều chế vật liệu bentonit
biến tính nhôm
Thêm dung dịch nhôm polyoxocation
sau khi già hoá ở trên vào huyền phù
bentonit 1% (được điều chế bằng cách
phân tán 5 gam bentonit trong 500 mL
nước cất, ngâm 24 giờ và khuấy mạnh
trong 2 giờ trước khi tiến hành phản ứng
trao đổi) với tốc độ chậm (1 mL/phút). Hỗn
hợp phản ứng được khuấy liên tục trong 5
giờ ở nhiệt độ khác nhau, duy trì ở nhiệt độ
phòng trong 24 giờ. Sau phản ứng huyền
phù được lọc tách và rửa với nước cất vài
lần để loại bỏ hết các ion dư, làm khô ở
nhiệt độ 60oC trong 10 giờ thu được vật
liệu bentonit biến tính nhôm (Ben-Al).
Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng
47

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM

3.1. Đặc
Bình Thuận

đến quá trình điều chế vật liệu Ben-Al như:
tỉ lệ AlCl3/bentonit, thời gian già hoá dung
dịch Al polyoxocation, nhiệt độ tiến hành
phản ứng trao đổi và tỉ lệ mol OH-/Al3+.
2.2.3. Các phương pháp nghiên cứu
Xác định khoảng cách lớp của vật liệu
bentonit biến tính bằng XRD trên máy D8
Advance-Bruker (Đức) sử dụng bức xạ 40
kV, 300 mA, quét từ 0,5-200, khoảng cách
lớp được xác định bởi XRD là đỉnh 001;
thành phần hóa học của vật liệu được phân
tích trên máy Iris-Intrepid, Optimal 7300
DV (Mỹ); hình thái bề mặt sản phẩm được
xác định bằng ảnh SEM trên máy Hitacho
S-4800 (Nhật). Phổ hồng ngoại của
bentonit nguyên liệu và bentonit biến tính
nhôm được xác định trên máy GXPerkinElmer (Mỹ). Diện tích bề mặt và
tổng thể tích lỗ xốp đo trên máy Coulter
SA3100 (Mỹ).
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

trưng

của

bentonit

Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu Ben90
dùng làm nguyên liệu điều chế bentonit
biến tính nhôm được trình bày trong Hình
1. Theo nghiên cứu của tác giả Yan [12]
cho thấy, mẫu sét bentonit tự nhiên với
cation hiđrat lớp giữa là ion Ca2+ hay Mg2+
thì khoảng cách lớp (d001) là 14,6Å. Giá trị
d001 giảm xuống còn 12,4Å khi các cation
Ca2+ hay Mg2+ được thay thế bằng cation
Na+ hay K+ nằm lớp giữa cho khoảng cách
lớp bentonit thấp hơn. Kết quả phân tích từ
giản đồ XRD chỉ ra trong Hình 1 của
Ben90 có góc 2  = 7,00o, tương ứng với
khoảng cách cơ bản là 12,61Å. Điều này
cho thấy bentonit Bình Thuận thuộc loại
bentonit kiềm (chứa chủ yếu cation hiđrat
lớp xen giữa là Na+, K+), bên cạnh còn
chứa một số ít cation Ca2+ và Mg2+ [13].

Hình 1. Giản đồ XRD của mẫu Ben90.

48


BÙI VĂN THẮNG

thấp hơn mẫu bentonit nguyên liệu đã chỉ

ra trong Hình 1.
Giá trị 2  , khoảng cách lớp và khoảng
các lớp giữa của Ben-Al-Cx chỉ ra trong
Bảng 1 cho thấy, mẫu Ben-Al-Cx có pic
nhiễu xạ đặc trưng của bentonit biến tính
nhôm ở góc 2  = 5,086 ÷ 4,800o, tương
ứng với khoảng cách lớp là 17,36 – 18,39Å
và khoảng cách lớp giữa là 7,76 – 8,79Å.
Giá trị d001 và d của Ben-Al-Cx phụ
thuộc vào hàm lượng của tác nhân Al
polyoxocation (ion Keggin nhôm) sử dụng.
Khi tiến hành trao đổi cation hiđrat lớp
giữa của sét bentonit bằng nhôm
polyoxocation làm khoảng cách lớp của vật
liệu Ben-Al-Cx tăng lên rõ rệt từ 12,61Å
(Ben90) lên trên 18Å khi tỉ lệ Al3+/bentonit
tăng và đạt cực đại ở Ben-Al-C20
(18,39Å), sau đó giá trị d001 giảm (còn
18,30Å) khi tỉ lệ Al3+/bentonit tăng lên
25 mmol/g.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình điều chế vật liệu Ben-Al
3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ
Al3+/bentonit
Kết quả phân tích XRD của Ben-Al-Cx
(x = 5; 10; 15; 20 và 25 mmol/g) được
trình bày trong Hình 2 cho thấy, cường độ
và độ rộng pic phổ của mẫu Ben-Al-Cx
thay đổi không đáng kể trong các mẫu điều

chế với tỉ lệ Al3+/bentonit từ 10 đến 25
mmol/g. Mẫu Ben-Al-C5 có cường độ pic
phổ thấp và rộng, cho biết quá trình biến
tính xảy ra không hoàn toàn, vẫn còn một
phần cation hiđrat lớp giữa của sét bentonit
chưa trao đổi hết hoặc xảy ra quá trình bóc
lớp sản phẩm biến tính [4]. Mẫu Ben-AlC20 có cường độ pic phổ cao, pic phổ hẹp
và sắc nét so với các mẫu Ben-Al-Cx còn
lại, cho thấy rằng quá trình biến tính xảy ra
hoàn toàn và sự phân bố đồng nhất trong
sản phẩm Ben-Al-Cx [8]. Tuy nhiên,
cường độ pic phổ của các mẫu Ben-Al-Cx

Hình 2. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-Cx điều chế với tỉ lệ Al3+/bentonit khác nhau.
49


NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM

Bảng 1. Giá trị d001 và khoảng cách lớp giữa ( d ) của mẫu Ben-Al-Cx
điều chế với tỉ lệ Al3+/bentonit khác nhau

Mẫu sét
Ben-Al-C5
Ben-Al-C10
Ben-Al-C15
Ben-Al-C20
Ben-Al-C25

2  (o)

4,847
5,086
4,867
4,800
4,824

d001 (Å)

d (Å)

18,22
17,36
18,14
18,39
18,30

8,62
7,76
8,54
8,79
8,70
d  d 001  9, 6

Như vậy, hàm lượng ion Keggin nhôm
đưa vào với tỉ lệ Al3+/bentonit là 20
mmol/g cho giá trị d001 là 18,39Å lớn nhất,
khoảng cách lớp ( d =8,79Å) gần bằng
tổng bề dày của lớp bentonit (9,6Å) và
chiều cao trung bình của ion Keggin nhôm
(8,6Å) [7]. Khoảng cách lớp của bentonit

biến tính nhôm lớn hơn nhiều so với
bentonit nguyên liệu. Điều này khẳng định,
quá trình biến tính lớp giữa bentonit đã
thành công và ion Keggin nhôm đã thay
thế cation hiđrat lớp giữa và chiếm giữ
khoảng không gian giữa lớp sét bentonit.
Kết quả này cũng phù hợp với một số công
trình đã công bố trước đây [2, 7, 11].
3.2.2. Ảnh hưởng thời gian già hoá

(Å)

dung dịch nhôm polyoxocation
Kết quả phân tích XRD của mẫu BenAl-xd (x = 1; 7; 14 và 21 ngày) được trình
bày trong Hình 3. Thời gian già hoá dung
dịch nhôm polyoxocation có ảnh hưởng
đến khoảng cách lớp của Ben-Al-xd như
chỉ ra trong Hình 3, nhưng ít ảnh hưởng
đến cường độ pic phổ của Ben-Al-xd.
Thời gian già hoá dung dịch nhôm
polyoxocation cần ít nhất là 7 ngày để ổn
định tác nhân nhôm polyoxocation và thu
được sản phẩm nhôm biến tính bentonit với
khoảng cách lớp lớn (d001 > 18Å) [5, 6, 9].
Hơn nữa, tăng thời gian già hoá thì khoảng
cách lớp và cường độ pic phổ thay đổi
không nhiều..

Hình 3. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-xd điều chế
với thời gian già hoá dung dịch nhôm polyoxocation khác nhau.

50


BÙI VĂN THẮNG

tiến hành phản ứng biến tính tăng lên 90oC
thì giá trị d001 giảm xuống còn 17,76Å.
Điều này được giải thích là do sự phân huỷ
một phần tác nhân nhôm polyoxocation ở
nhiệt độ cao, dẫn đến khoảng cách lớp của
mẫu Ben-Al-Tx giảm. Khoảng cách lớp
của Ben-Al-T70 là 18,69Å, tương ứng với
khoảng cách lớp xen giữa là 9,09Å. Giá trị
d001 này cao hơn một số báo cáo đã công
bố [2, 9], nhưng thấp hơn so với nghiên
cứu của Tian [10]. Như vậy, nhiệt độ phù
hợp cho quá trình điều chế vật liệu bentonit
biến tính bởi tác nhân Al polyoxocation là
70oC.

3.2.3. Ảnh hưởng nhiệt độ đến
quá trình biến tính
Giản đồ phổ nhiễu xạ tia X của mẫu
Ben-Al-Tx (x = 25; 50; 70 và 90oC) được
chỉ ra trong Hình 4. Giá trị 2 , khoảng cách
lớp và khoảng cách lớp giữa của Ben-AlTx được trình bày trong Bảng 3 cho thấy
rằng, khoảng cách lớp của các mẫu BenAl-Tx thay đổi không nhiều khi nhiệt độ
tiến hành phản ứng biến tính tăng từ 25o
lên 90oC. Giá trị d001 của các mẫu BenAl-Tx điều chế ở nhiệt độ thấp (từ 25 đến
70oC) là 18,47 ÷ 18,70Å và khoảng cách

lớp xen giữa là 8,87 ÷ 9,10Å. Khi nhiệt độ

Hình 4. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-Tx điều chế
với nhiệt độ phản ứng trao đổi khác nhau.
Bảng 3. Giá trị d001 và khoảng cách lớp giữa ( d ) của mẫu Ben-Al-Tx điều chế
với nhiệt độ tiến hành phản ứng trao đổi khác nhau

Mẫu sét
Ben-Al-T25
Ben-Al-T50
Ben-Al-T70
Ben-Al-T90

2  (o)
4,722
4,780
4,724
4,972

d001 (Å)

d (Å)

18,70
18,47
18,69
17,76

9,10
8,87

9,09
8,16

d  d 001  9, 6

51

(Å)


NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM

3.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol OH-/Al3+
Giản đồ phổ nhiễu xạ tia X của mẫu

Ben-Al-OH-x (x = 1,0; 1,5; 2,0 và 2,5)
được chỉ ra trong Hình 5.

Hình 5. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-OH-x điều chế với tỉ lệ mol OH-/Al3+ khác nhau.
khả năng thuỷ phân của dung dịch
polyoxocation có ảnh hưởng đến sự hình
thành cấu trúc của tác nhân biến tính trong
vật liệu bentonit biến tính nhôm [1, 2, 5].
Khoảng cách lớp của mẫu Ben-Al-OH-x
điều chế với tỉ lệ mol OH-/Al3+ thấp (tỉ lệ
mol OH-/Al3+ là 1,0) là 17,42Å (2  =
5,070o) và tăng lên 18,91Å (2  = 4,668o)
khi tỉ lệ mol OH-/Al3+ là 2,5. Tuy nhiên,
Ben-Al-OH-2,5 có cường độ pic phổ thấp
và trải rộng hơn Ben-Al-OH-2,0.

Ảnh hưởng của tỉ lệ mol OH-/Al3+ của
mẫu Ben-Al-OH-x được như chỉ ra trong
Hình 5 cho thấy, cường độ pic phổ của
Ben-Al-OH-x thay đổi không đáng kể khi
tỉ lệ mol OH-/Al3+ tăng từ 1,0 lên 2,5. Tuy
nhiên, độ bazơ của dung dịch cao phù hợp
cho sự hình thành nhômpolyoxocation .
Giá trị 2  , khoảng cách lớp và khoảng
cách lớp giữa của chúng được trình bày
trong Bảng 4 cho thấy, khi tỉ lệ mol OH/Al3+ tăng thì giá trị d001 và d của BenAl-OH-x cũng tăng. Điều này cho thấy,

Bảng 4. Giá trị d001 và khoảng cách lớp giữa ( d ) của mẫu Ben-Al-OH-x được điều chế
với tỉ lệ mol OH-/Al3+ khác nhau

Mẫu sét
Ben-Al-OH-1,0
Ben-Al-OH-1,5
Ben-Al-OH-2,0
Ben-Al-OH-2,5

2  (o)
5,070
4,878
4,724
4,668

d001 (Å)
17,42
18,10

18,69
18,91

d (Å)

7,82
8,50
9,09
9,31

d  d 001  9, 6

52

(Å)


BÙI VĂN THẮNG

Kết quả phân tích thành phần hoá học,
diện tích bề mặt và tổng thể tích lỗ xốp của
Ben90 và Ben-Al được trình bày trong
Bảng 5.

3.3. Đánh giá đặc tính lý hoá của
vật liệu Ben-Al
3.3.1. Thành phần hoá học và diện tích
bề mặt

Bảng 5. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của mẫu Ben90 và Ben-Al

% khối lượng
Ben90 Ben-Al
% khối lượng
Ben90 Ben-Al
SiO2

52,22

44,88

MnO2

0,07

0,02

Al2O3

15,78

28,12

P2O5

0,05

0,04

CaO

3,12

0,12

TiO2

0,50

0,65

Fe2O3

6,07

5,81

La

0,01

0,04

Na2O

2,74

0,78

MKN

K2O
MgO

2,51
2,05

2,14

14,88

16,08

2

60,72

117,70

3

0,164

0,199

SBET (m /g)

1,32

VP (cm /g)

(MKN: lượng mất khi nung)
biến tính bentonit là 28,54%.
3.3.2. Tính chất bề mặt
Ảnh SEM của mẫu Ben90 và Ben-Al
chỉ ra trong Hình 6 cho thấy, có sự khác biệt
giữa mẫu Ben90 và Ben-Al. Mẫu Ben90 có
cấu trúc lá mỏng, sắc nhọn, sắp xếp như
những chiếc đĩa chồng lên nhau. Sau khi
tiến hành quá trình biến tính bằng tác nhân
nhôm polyoxocation, hình thái bề mặt của
Ben-Al trở nên xốp và mịn hơn là do sự
chuyển pha từ trạng thái vô định hình sang
trạng thái tinh thể bởi tác nhân nhôm
polyoxocation [3].

Kết quả thu được chỉ ra trong Bảng 5
cho thấy, sau khi tiến hành phản ứng trao
đổi giữa cation hiđrat lớp giữa của sét
bentonit và tác nhân nhôm polyoxocation
thì phần trăm khối lượng Al2O3 tăng từ
15,78% (Ben90) lên 28,12% (Ben-Al).
Trong khi đó, phần trăm khối lượng Na2O
giảm từ 2,74% (Ben90) xuống 0,78%
(Ben-Al), như vậy quá trình biến tính
bentonit
bằng
tác
nhân
nhôm
polyoxocation đã xảy ra. Kết quả này phù

hợp với nghiên cứu của Chae [2] với phần
trăm khối lượng của Al2O3 trong nhôm

a)

b)

Hình 6. Ảnh SEM của các mẫu a) Ben90 và b) Ben-Al.
53


NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM

Ben90, 3625 cm-1 trong mẫu Ben-Al, đặc
trưng cho dao động hoá trị của nhóm OH
liên kết với các cation kim loại (Al3+,
Fe3+, Mg2+) trong bát diện và cường độ
pic phổ của Ben-Al thấp hơn Ben90 và dao
động biến dạng của chúng xuất hiện ở vai
phổ 916 cm-1 trong Ben90 và 918 cm-1
trong Ben-Al.

3.3.3. Phổ hồng ngoại
Phổ FTIR của các mẫu Ben90 và BenAl với các pic đặc trưng chỉ ra trong Hình
7, tín hiệu và tần số phổ được chỉ trong
Bảng 6. Từ Hình 7 cho thấy, dao động hoá
trị của nhóm OH, nhóm Si – O và dao động
biến dạng của chúng xuất hiện trong vùng
3000 – 4000 cm-1 và 400 – 2000 cm-1. Pic
phổ xuất hiện ở 3626 cm-1 trong mẫu

1.000

1038

0.95
0.90
0.85
0.80
1035

0.75
0.70
0.65
0.60
0.55
469

0.50

527
3625

0.45
0.40

3441

420

918

590

3702
1638

0.35

781
693

b)

0.30

9 16

0.25
3626

0.15

532
3445

0.20

1431
1638

3698

471
780

a)

0.10

639
704

0.05
0.000
4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400.0

cm - 1

Hình 7. Phổ FTIR của mẫu a) Ben90 và b) Ben-Al.
Dao động hoá trị và dao động biến
dạng của nhóm OH trong phân tử nước tự
do hoặc nước hấp phụ lớp giữa có sự
chuyển dịch về tần số thấp hơn so với
Ben90, từ 3445 cm-1 và 1638 cm-1 trong
mẫu Ben90 đến 3441 cm-1 và 1638 cm-1
trong mẫu Ben-Al với cường độ pic phổ
cao hơn mẫu Ben90. Cường độ pic phổ cao
trong mẫu bentonit biến tính nhôm cho
thấy có sự hình thành liên kết Al-OH mới
do tương tác giữa montmorillonit và tác
nhân nhôm polyoxocation.
Dao động hoá trị của nhóm Si – O xuất
hiện ở pic phổ 1035 cm-1 trong mẫu Ben90
chuyển dịch về tần số cao hơn 1038 cm-1

trong mẫu Ben-Al. Nhưng cường độ và độ
rộng pic phổ này thấp hơn so với mẫu
bentonit chưa biến tính. Dao động biến
dạng của dao động Si – O xuất hiện pic
phổ ở 532 cm-1 trong mẫu Ben90 chuyển
dịch về tần số thấp hơn ở 527 cm-1 trong
mẫu Ben-Al. Trong khi đó, dao động biến
dạng của Al – O và Fe – O xuất hiện ở 471
cm-1 trong mẫu Ben90 chuyển dịch về tần
số thấp và cường độ pic phổ cao hơn trong
bentonit biến tính nhôm ở 469 cm-1.
Bentonit biến tính có cường độ pic phổ cao
hơn bentonit chưa biến tính là do sự ảnh
hưởng của tác nhân nhôm polyoxocation
lớp giữa.
54


BÙI VĂN THẮNG

Bảng 6. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu Ben-90 và Ben-Al
Tần số (cm-1)

Tín hiệu phổ

Ben90

Ben-Al

3626

3625

HO-H (H2O hấp phụ)

3445

 HO-H (H2O hấp phụ)
Si-O

HO-Al /HO-Mg
VI

 HO-Al

VI

VI

Tín hiệu phổ

Tần số (cm-1)
Ben90

Ben-Al

 Al-Mg-OH

-

-

3441

Si-O-Si /Si-O-Al

704

693

1638

1638

 Si-O-Al

532

527

1035

1038

 Si-O-Si / Fe-O

471

469

916

918

 Fe-O-Fe /  Al-O-Al

-

420

4. KẾT LUẬN
Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình điều chế vật liệu Ben-Al và
rút ra một số kết luận như sau:
- Khoảng cách lớp và khoảng cách lớp
giữa của Ben-Al phụ thuộc vào hàm lượng
nhôm polyoxocation biến tính lớp giữa.
Khoảng cách lớp tăng khi tỉ lệ
Al3+/bentonit tăng. Tỉ lệ Al3+/bentonit là
20 mmol/g phù hợp cho quá trình điều chế.
- Thời gian già hoá dung dịch nhôm
polyoxocation và nhiệt độ tiến hành phản
ứng trao đổi có ảnh hưởng đến cường độ
và độ rộng pic phổ XRD, cũng như giá trị
d001 của Ben-Al. Thời gian già hoá và
nhiệt độ tiến hành phản ứng trao đổi phù
hợp để điều chế Ben-Al là 14 ngày ở nhiệt
độ 70oC.

VI

- Khi tỉ lệ mol OH-/Al3+ tăng từ 1,0
đến 2,5 thì pic phổ của sản phẩm Ben-AlOH-x chuyển dịch về khoảng cách lớp tăng
và cường độ pic phổ cao hơn. Ở tỉ lệ mol
OH-/Al3+ là 2,0 quan sát thấy pic phổ rõ
ràng xuất hiện ở 18,69Å, pic phổ này đặc
trưng cho nhiễu xạ đỉnh 001.
- Sau khi tiến hành biến tính bentonit
bằng tác nhân nhôm polyoxocation thì
phần trăm khối lượng Al2O3 tăng lên so
với bentonit nguyên liệu từ 15,78% trong
Ben90 lên 28,12% trong Ben-Al. Phần
trăm khối lượng của Na2O và K2O trong
các mẫu Ben-Al giảm so với mẫu Ben90.
Điều này cho thấy, tác nhân nhôm
polyoxocation đã trao đổi và đi vào khoảng
không gian lớp giữa của sét bentonit

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.

2.

Altunlu M. and Yapar S. (2007), “Effect of OH-/Al3+ and Al3+/clay ratios on the
adsorption properties of Al-pillared bentonites”, Colloids and Surfaces A:
Physiscochem. Eng. Aspects 306, 88 – 94.
Chae H.J., Nam I.N., Ham S.W. Hong S.B. (2001), “Physicochemical charateristics
of pillared interlayered clays”, Catalysis Today, 68, 31-40.
55

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM

3.
4.

5.

6.

7.
8.

9.

10.

11.
12.

13.

Gu L., Xu J., Lv L., Liu B., Zhang H., Yu X., Luo Z. (2011), “Dissolved organic
nitrogen (DON) adsorption by using Al-pillared bentonite”, Desalination, 269, 206-213.
Katdare S.P., Ramaswamy V., Ramaswamy A.V. (2000), “Factors affecting the
preparation of alumina pillared montmorillonite employing ultrasonics”,
Microporous and Mesoporous Materials, 37, 329-336.
Khalaf H., Bouras O., Perrichon V. (1997), “Synthesis and characterization of Alpillared cationic surfactant modified Al-pillared Algerian bentonite”, Microporous
Materials, 8, 141-150.

Lahodny-Sarc O. and Khalaf H. (1994), “Some considerations of the influence of
source clay material and synthesis conditions on the properties of Al-pillared clays”,
Applied Clay Science, 8, 405-415.
Ohtsuka K. (1997), “Preparation and properties of two-dimensional microporous
pillared interlayered solids. Reviews”, Chem. Mater., Vol.9, 2039-2050.
Sánchez A. and Montes M. (1998), “Influence of the preparation parameters (particle
size and aluminium concentration) on the textural properties of Al-pillared clays for a
scale-up process”, Microporous and Mesoporous Materials, 21, 117-125.
Shin Young-Sub, Oh Seung-Geun and Ha Baik-Hyon (2003), “Pore structures and
Acidities of Al-pillared montmorillonite”, Korean Journal of Chemical Engineering,
20 (1), 77 – 82.
Thomas S.M. and Occelli M.L. (2000), “Effects of synthesis conditions on the
thermal stability of a Texas montmorillonite expanded with [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+
cations”, Clays and Clay mineral, Vol. 48, No. 2, 304 – 308.
Tomul F. and Balci S. (2008), “Synthesis and Characterization of Al-pillared
Interlayered Bentonites”, G.U. Journal of Science, 21(1), 21-31.
Yan L.G., Xu Y.Y., Yu H.Q., Xin X.D., Wei Q., Du B., (2010), “Adsorption of
phosphate from aqueous solution by hydroxyl-aluminum, hydroxy-iron and
hydroxyl-iron-aluminum pillared bentonites”, Journal of Hazardous Materials, 179,
244 – 250.
Zhu M.X., Ding K.Y., Xu S.H., Jiang X. (2009), “Adsorption of phosphate on
hydroxyaluminum-and hydroxyiron-montmorillonite complexes”, Journal of
Harazdous Materials 165, 645-651.
* Nhận bài ngày: 15/1/2014. Biên tập xong: 5/6/2014. Duyệt bài: 12/6/2014.

56