(Luận văn thạc sĩ) quản lý chi ngân sách nhà nước trên địa bàn huyện mường khương, tỉnh lào cai

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ MINH HẢO

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ
TỪ BENTONIT (TRUNG QUỐC) VỚI
CETYLTRIMETYLAMONI BROMUA VÀ
KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL ĐỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ MINH HẢO

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ
TỪ BENTONIT (TRUNG QUỐC) VỚI
CETYLTRIMETYLAMONI BROMUA VÀ
KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL ĐỎ
Ngành: HĨA VƠ CƠ
Mã số: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

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

THÁI NGUYÊN - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit
Trung Quốc với cetyltrimetylamoni bromua và khảo sát khả năng hấp phụ
phenol đỏ" là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các số liệu, kết quả nghiên cứu
trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được cơng bố trong một cơng trình
nào khác.

Thái Nguyên, tháng 06 năm 2020
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Minh Hảo

i


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Thị Hà Thanh - người đã tận tình
chỉ bảo, giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Hóa học đã giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi trong q trình học tập, nghiên cứu để em hồn thành luận văn.
Em xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo và các cán bộ phịng thí nghiệm
Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; Khoa Hóa học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Khoa học Vật
liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và các anh chị học viên đã giúp
đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn.

Vì thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu cịn hạn chế nên kết quả nghiên cứu có
thể cịn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô
giáo và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 06 năm 2020
Tác giả

Nguyễn Thị Minh Hảo

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu về bentonit ............................................................................................ 2
1.1.1. Thành phần và cấu trúc của bentonit .................................................................. 2
1.1.2. Tính chất của bentonit ........................................................................................ 3
1.1.3. Ứng dụng của bentonit ........................................................................................ 7
1.1.4. Nguồn bentonit trên thế giới và ở Việt Nam .................................................... 10
1.2. Sét hữu cơ ............................................................................................................ 11
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ .................................................................................... 11

1.2.2. Cấu trúc của sét hữu cơ ..................................................................................... 13
1.2.3. Tính chất và ứng dụng của sét hữu cơ .............................................................. 15
1.2.4. Tổng hợp sét hữu cơ ......................................................................................... 17
1.2.5. Một số yếu tố ảnh hưởng trong quá trình điều chế sét hữu cơ bằng phương
pháp khuếch tán trong dung dịch nước ....................................................................... 20
1.3. Giới thiệu về phenol đỏ ....................................................................................... 22
1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ .................................................................... 27
1.4.1. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học................................................................... 27
1.4.2. Cân bằng hấp phụ, dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ ......................... 28
1.4.3. Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt - Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .... 29
Chương 2. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................... 31
2.1. Hóa chất, dụng cụ và các phương pháp nghiên cứu ............................................ 31
2.1.1. Hóa chất ............................................................................................................ 31

iii


2.1.2. Dụng cụ ............................................................................................................. 32
2.1.3. Các phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 32
2.2. Khảo sát quá trình tổng hợp sét hữu cơ ............................................................... 34
2.2.1. Quy trình điều chế sét hữu cơ ........................................................................... 34
2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ...................................................... 35
2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng CTAB/bent-TQ................................ 38
2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH huyền phù ............................................................ 40
2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng .................................................... 42
2.2.6. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ...... 44
2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ....... 49
2.3.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ ............................................................. 49
2.3.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của bentTQ và sét hữu cơ điều chế .......................................................................................... 50
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 63

DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 65

iv


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu, viết tắt

Tên gọi

MMT

Montmorillonit

bent-TQ

Bentonit Trung Quốc

bent-Na

Bentonit - natri

bent-Ca

Bentonit - canxi

CTAB

Cetyltrimetylamoni bromua

Bent-BT-PTPB

Bentonit Bình Thuận với tác nhân hữu cơ là
propyltriphenylphotphoni bromua

TĐTM

Tetrađecyltrimetylamoni bromua

d001

Khoảng cách giữa hai mặt mạng

CEC

Dung lượng trao đổi cation

COD

Nhu cầu oxi hóa học

XRD

Phương pháp nhiễu xạ tia X

SEM

Phương pháp hiển vi điện tử quét

TGA

Phương pháp phân tích nhiệt

UV-Vis

Phương pháp phổ hấp thụ phân tử

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Phân loại một số khoáng sét thường gặp dựa vào thành phần 3 nguyên
tố chủ yếu Al, Fe, Mg (không kể Si) ......................................................... 2
Bảng 1.2. Thành phần bentonit Trung Quốc (sử dụng trong đề tài) ......................... 11
Bảng 1.3. Tóm tắt một số cơng trình của Kwolek và cộng sự (2003), Tang và
cộng sự (2003), Yilmaz (2004) và Lee (2004) ......................................... 15
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng (%)
cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ..................................... 36
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng CTAB/bent-TQ đến giá trị d001 và hàm
lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ......................... 38
Bảng 2.3. Ảnh hưởng của pH huyền phù đến giá trị d001 và hàm lượng (%) cation
hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ................................................ 41
Bảng 2.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng (%)
cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ..................................... 43
Bảng 2.5. Giá trị d001 và góc 2θ của bent-TQ ; bentonit Bangladesh và sét hữu cơ
biến tính bởi CTAB [20] .......................................................................... 45
Bảng 2.6. Kết quả phân tích nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ...................... 47
Bảng 2.7. Số liệu xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ ............................................ 49

Bảng 2.8. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ phenol đỏ vào pH của
bent-TQ và sét hữu cơ ................................................................................ 51
Bảng 2.9. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ phenol đỏ của bent-TQ
và sét hữu cơ vào thời gian ......................................................................... 53
Bảng 2.10. Ảnh hưởng của khối lượng bent-TQ, sét hữu cơ đến dung lượng và
hiệu suất hấp phụ phenol đỏ ..................................................................... 55
Bảng 2.11. Ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ban đầu đến dung lượng và hiệu
suất hấp phụ của bent-TQ và sét hữu cơ .................................................. 57
Bảng 2.12. Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir b của bentTQ và sét hữu cơ điều chế ........................................................................ 60
Bảng 2.13 . Sự hấp phụ phenol đỏ của quặng apatit Lào Cai, bent-BT-PTPB và
bent-TQ-CTAB ở điều kiện tối ưu ........................................................... 61

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể 2:1 của MMT ..................................................................... 3
Hình 1.2. Quá trình trao đổi cation trong dung dịch của MMT .................................... 4
Hình 1.3. Lớp giữa bentonit sau khi bị hiđrat hóa ......................................................... 6
Hình 1.4. Cơng thức cấu tạo của muối ankyl amoni ................................................... 12
Hình 1.5. Q trình hữu cơ hóa khống sét ................................................................. 12
Hình 1.6. Sự định hướng của các ion ankyl amoni trong các lớp silicat: .................... 13
Hình 1.7. Cấu trúc sét nanocompozit........................................................................... 17
Hình 1.8. Xử lí nước ơ nhiễm Cu2+, Ni2+, Cd2+ bằng màng nanocompozit có thành
phần sét hữu cơ ......................................................................................... 17
Hình 1.9. Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ ................................... 22
Hình 1.10. Cơ chế chuyển màu của phenol đỏ ............................................................ 23
Hình 1.11. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ........................................................ 31
Hình 1.12. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf.................................................................... 31

Hình 2.1. Quy trình điều chế sét hữu cơ ...................................................................... 35
Hình 2.2. Giản đồ XRD của bent-TQ .......................................................................... 36
Hình 2.3. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ khảo sát ở các nhiệt
độ 20oC, 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC ................................................... 36
Hình 2.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào nhiệt độ phản ứng của
các mẫu sét hữu cơ điều chế ..................................................................... 37
Hình 2.5. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ khảo sát ở các tỉ lệ
khối lượng CTAB/bent-TQ bằng 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 .................... 38
Hình 2.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào tỉ lệ khối lượng
CTAB/bent-TQ của các mẫu sét hữu cơ điều chế .................................... 39
Hình 2.7. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ điều chế khảo sát ở
giá trị pH bằng 6, 7, 8, 9, 10, 11 ............................................................... 41
Hình 2.8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào pH huyền phù ............... 41
Hình 2.9. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ khảo sát ở thời gian
2, 3, 4, 5, 6, 7 giờ ...................................................................................... 42

vi


Hình 2.10. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 vào thời gian phản ứng .......... 43
Hình 2.11. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ......................... 44
Hình 2.12. Giản đồ phân tích nhiệt của bent-TQ......................................................... 46
Hình 2.13. Giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ ...................................................... 46
Hình 2.14. Ảnh SEM của bent-TQ (a); sét hữu cơ điều chế (b) .................................. 48
Hình 2.15. Đường chuẩn của phenol đỏ ...................................................................... 50
Hình 2.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH dung dịch đến dung lượng hấp phụ
phenol đỏ của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ........................................ 52
Hình 2.17. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ
phenol đỏ của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ........................................ 54
Hình 2.18. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bent-TQ, sét hữu cơ điều

chế đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ .................................................... 55
Hình 2.19. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ban đầu đến khả
năng hấp phụ phenol đỏ của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế .................. 58
Hình 2.20. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của bent-TQ đối với phenol đỏ ........... 58
Hình 2.21. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của bent-TQ ........ 59
Hình 2.22. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của sét hữu cơ điều chế đối với
phenol đỏ .................................................................................................. 59
Hình 2.23. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của sét hữu
cơ điều chế ................................................................................................ 60

vii


MỞ ĐẦU
Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền cơng nghiệp, ngồi mặt tích
cực là đem lại những thành quả to lớn đối với sự phát triển kinh tế, xã hội thì mặt trái
của nó là việc thải ra môi trường một lượng lớn các chất thải độc hại, trong đó có
phenol và các hợp chất của phenol trong nước thải, phẩm nhuộm…. Đây là nhóm các
chất tương đối bền vững, khó bị phân hủy sinh học. Trong suốt những thập kỷ qua, các
vật liệu như than hoạt tính, zeolit đã được ứng dụng làm chất hấp phụ cũng như chất
mang xúc tác để xử lý phenol trong mơi trường nước nhưng cịn hạn chế. Do đó, nhiều
nhà khoa học khơng ngừng nghiên cứu, tìm kiếm những vật liệu có tính năng vượt trội
hơn như bằng cách gắn kết vào bentonit một gốc hữu cơ, nhờ khả năng hấp phụ và trao
đổi ion tốt của bentonit nên bentonit biến tính thành vật liệu ưa hữu cơ hơn. Sét hữu
cơ được tạo thành có cấu trúc lớp, thuộc họ vật liệu mao quản trung bình đã khắc phục
được nhược điểm của than hoạt tính, zeolit và có khả năng hấp phụ tốt các chất ơ nhiễm
có nguồn gốc hữu cơ như các hợp chất phenol. Sét hữu cơ tổng hợp từ nguồn bentonit
Trung Quốc (bent-TQ) với cetyltrimetylamoni bromua (CTAB) chưa được nghiên cứu
nhiều trên thế giới và ở Việt Nam. Vì vậy, chúng tơi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu điều
chế sét hữu cơ từ bentonit (Trung Quốc) với cetyltrimetylamoni bromua và khảo sát

khả năng hấp phụ phenol đỏ”.
Trong đề tài này, chúng tôi đặt vấn đề khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ từ
bent-TQ và CTAB; nghiên cứu cấu trúc của sét hữu cơ điều chế bằng một số phương
pháp hóa lý. So sánh khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế,
khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ.

1


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bentonit
1.1.1. Thành phần và cấu trúc của bentonit
Thành phần khoáng vật:
Bentonit là một nguồn khống sét thiên nhiên, thuộc nhóm smectit, có cấu trúc
lớp. Thành phần chính là montmorillonit (MMT), vì vậy nó cịn được gọi là MMT,
ngồi ra cịn chứa một số khống sét khác như kaolinit, mica, thạch anh, cristobalit,
illit, quartz, biotit… và một số khoáng phi sét như canxit, pirit, manhetit, một số muối
kim loại kiềm khác và hợp chất hữu cơ.
Khống sét có thể được phân nhóm dựa vào tỉ lệ và kiểu liên kết giữa các đơn
vị cấu trúc tứ diện và bát diện. Nhóm sét lớp 1:1 có cấu trúc lớp cơ bản gồm một mạng
tứ diện liên kết với một mạng bát diện, đại diện là kaolinit, saponit. Trường hợp lớp bát
diện AlO6 bị kẹp giữa hai lớp tứ diện SiO4 thì khống sét có cấu trúc lớp kiểu 2:1 hay
còn gọi là silicat (smectit), đại diện là montmorillonit, nontronit, illit, vecmiculit, talc…
Ngoài ra, dựa vào thành phần 3 nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (không kể Si) có
thể phân loại khống sét như bảng 1.1.
Bảng 1.1. Phân loại một số khoáng sét thường gặp dựa vào thành phần
3 nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (khơng kể Si) [5]
Sét trương nở
Tên khống sét

Beidellit

Sét khơng trương nở

Ngun tố có nhiều Tên khống sét
trong thành phần
Al
Illit

Montmorillonit Al (Mg, Fe2+ ít)

Ngun tố có nhiều
trong thành phần
K, Al (Fe, Mg ít)

Glauconit

K, Fe2+, Fe3+

Nontronit

Fe3+

Chrolit

Mg, Al, Fe

Saponit.

Mg, Al

Berthierin

Fe2+, Al (Mg ít)

Vecmiculit

Mg, Fe2+ ít

Kaolinit

Al

Thành phần hóa học:
Cơng thức phân tử chung của MMT là (M +x..nH2O)(Al2-xMgx)Si4O10(OH)2,
trong đó M+ là cation trao đổi giữa các lớp (M + = Na+, K+, Mg2+, Ca2+), trong điều
kiện lí tưởng x = 0,33 [13]. Cơng thức đơn giản nhất của MMT là Al 2O3.4SiO2.nH2O

2


ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc. Công thức lí tưởng của MMT là Si 8Al4O20(OH)4
cho một đơn vị cấu trúc.
Tùy vào nguồn gốc mà thành phần của bentonit có sự thay đổi trong đó tỉ lệ
Al2O3 : SiO2 dao động từ 1:2 đến 1:4 [10]. Tuy nhiên thành phần hóa học của MMT ln
khác với thành phần biểu diễn lý thuyết do có sự thay thế đồng hình của ion kim loại Al3+,
Fe3+, Fe2+, Mg2+,... với ion Si4+ trong tứ diện SiO4 và Al3+ trong bát diện AlO6.
Cấu trúc:
Các lớp trong cấu trúc của khoáng sét được tạo ra từ 2 đơn vị cấu trúc cơ bản là
cấu trúc tứ diện SiO4 và cấu trúc bát diện MeO6, trong đó Me = Al, Fe, Mg...

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể 2:1 của MMT
Do MMT có cấu trúc 2:1 dạng diocta đã tạo nên một lớp aluminosilicat. Giữa
các lớp aluminosilicat là các cation có khả năng trao đổi bị hiđrat hóa. Khoảng cách
giữa các lớp trong cấu trúc cơ bản của MMT là 9,6Å đối với trạng thái khơ, khoảng
cách này thay đổi ít hay nhiều tùy thuộc vào số lượng, bản chất các cation trao đổi và
lượng nước bị hấp phụ, thường có thể tăng lên khoảng 15 - 20Å. Khoảng cách này cịn
có thể tăng lên đến 30Å khi các cation trao đổi được thay thế bằng các ion vô cơ phân
cực, các phức cơ kim, các phân tử hữu cơ [11].
1.1.2. Tính chất của bentonit
Bentonit tương đối mềm, có màu thay đổi từ trắng đến vàng phụ thuộc vào
thành phần của Fe trong cấu trúc khoáng. Do bentonit gồm các lớp aluminosilicat liên
kết với nhau bởi lực Van der Waals, có các ion bù trừ điện tích tồn tại giữa các lớp nên
bentonit có các tính chất đặc trưng: tính trương nở, khả năng hấp phụ, trao đổi ion,

3


kết dính, nhớt, dẻo và trơ, trong đó quan trọng nhất là khả năng trao đổi ion, tính
trương nở và hấp phụ [10].
Khả năng trao đổi ion
Bentonit có khả năng trao đổi ion là do trên bề mặt các lớp sét có các trung tâm
(O, OH) mang điện tích âm và do sự thay thế đồng hình của các cation chủ yếu xảy ra
ở lớp bát diện và giữa hai lớp tứ diện, liên kết giữa cation và bề mặt sét là liên kết yếu.
Sự trao đổi ion của bentonit với ion của dung dịch bên ngoài chủ yếu xảy ra giữa các
lớp cấu trúc, được thực hiện hoàn toàn khi cho sét phân tán trong dung dịch muối có
nồng độ thích hợp.

Hình 1.2. Q trình trao đổi cation trong dung dịch của MMT
Ví dụ: khi Si4+ trong mạng tứ diện bị thay thế bởi Al3+ hoặc Fe3+, hoặc Al3+ trong

mạng bát diện bị thay thế bởi Mg2+, Fe3+, Cr3+, Zn2+..., thì sự thay thế các ion điện tích
cao này bằng các ion điện tích thấp hơn sẽ gây ra sự thiếu hụt điện tích dương trong
cấu trúc tứ diện và bát diện tạo ra điện tích âm trên bề mặt phiến sét, điện tích này được
cân bằng bởi một số cation khác như K+, Na+, Mg2+, Ca2+ định vị trong khoảng không
gian giữa lớp. Các cation này liên kết lỏng lẻo với bề mặt lớp sét, do vậy MMT có
dung lượng trao đổi cation tương đối cao (100 meq/100 g), rất ít ảnh hưởng đến kích
thước hạt. Khả năng trao đổi cation làm cho khống bentonit khơng chỉ trao đổi với
các cation vơ cơ, mà có liên kết với các phân tử hữu cơ như: điquat, paraquat, protein
[13].
Dung lượng trao đổi cation (cation exchange capacity - CEC) đặc trưng cho
khả năng trao đổi cation của bentonit. CEC là tổng số các cation trao đổi trong một
trọng lượng đất nhất định và được tính bằng mili đương lượng cho 1 gam đất (meq/g) hoặc

4


thông dụng hơn là mili đương lượng cho 100 gam đất (meq/100g). Trong hệ đơn vị SI thì
đơn vị đặc trưng cho khả năng này là Culong/gam (C/g), 1 meq = 96,5 C/g.
Nếu biết phân tử khối M và giá trị điện tích lớp của bentonit thì dung lượng trao
đổi cation được tính bằng cơng thức:
CEC = 105ζ/M (meq/100g)

(1.1)

ζ : điện tích tổng cộng của các lớp.
Khả năng trao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc lượng điện tích âm bề mặt, bản chất
của các ion trao đổi và pH của môi trường trao đổi. CEC của MMT tăng khi pH của
dung dịch lớn hơn hoặc bằng 6. Nếu lượng điện tích âm bề mặt càng lớn, nồng độ cation
trao đổi càng cao thì dung lượng trao đổi càng lớn. Dung lượng trao đổi cation của sét
dao động từ 80 ÷ 150 meq/100g bentonit khô, gần tương đương với độ dư thừa điện tích

âm. Dung lượng trao đổi anion dao động từ 15 ÷ 40 meq/100g [8].
Sự chọn lọc trao đổi cation cịn phụ thuộc vào đặc tính hóa học của các khoáng
sét, thể hiện qua dãy hấp thụ các cation của các khoáng sét khác nhau:
MMT: Li+ < Na+ < K+ < H+ < Rb+ Kaolinit: Li+ < Na+ < H+ < K+ < Rb+ Khả năng trao đổi ion của lớp aluminosilicat cịn phụ thuộc vào hố trị, mức độ
hiđrat hóa và bán kính của các cation trao đổi.
- Cation hoá trị thấp dễ trao đổi hơn cation hoá trị cao: Me+ > Me2+ > Me3+.
- Đối với cation có cùng hố trị: bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng
lớn, có thể sắp xếp theo trật tự sau: Li+> Na+> K+> Mg2+> Ca2+> Fe2+> Al3+.
- Quá trình hiđrat hóa cation ở lớp giữa làm khoảng cách giữa hai mặt mạng tăng
lên, lực hút tĩnh điện giữa mặt mạng và cation giảm đo đó khả năng trao đổi cation với
môi trường tăng lên. Sự khác nhau về kích thước của các cation cũng gây nên sự thay
đổi đáng kể khoảng cách d001, các cation có kích thước cồng kềnh làm tăng khoảng
cách d001 và ngược lại.
So với một số sét như kaolit có khả năng trao đổi ion yếu, clorit khó trao đổi ion
thì MMT có tính trao đổi ion rất mạnh do điện tích âm của mạng nằm sâu trong lớp
cấu trúc nên năng lượng liên kết của các cation trao đổi nằm ở giữa các lớp với lớp cấu
trúc của mạng thấp, các cation này có thể chuyển động tự do giữa các mặt phẳng tích

5


điện âm và có thể trao đổi với các cation khác. Nhờ khả năng trao đổi ion này mà người
ta có thể biến tính bentonit để tạo ra những vật liệu có tính xúc tác hấp phụ và các tính
chất hóa lý hồn tồn khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng chúng.
Khả năng trương nở
Khi bentonit hấp phụ 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  15Å tùy thuộc
vào loại bentonit và lượng nước bị hấp phụ gây ra sự trương nở. Sự tăng khoảng cách

d001 được giải thích là do sự hiđrat hóa của các cation giữa các lớp. Mức độ trương nở
phụ thuộc vào bản chất khống sét, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình của các ion
trong các lớp và sự có mặt của các ion, các phân tử phân cực trong môi trường phân
tán. Lượng nước được hấp phụ vào giữa các lớp sét phụ thuộc vào khả năng hiđrat hóa
của các cation trao đổi.

Hình 1.3. Lớp giữa bentonit sau khi bị hiđrat hóa
Khả năng trương nở trong nước của bentonit-Na (bent-Na) cao hơn rất nhiều
của bentonit chứa K, Ca hoặc Mg. Độ trương nở của bentonit-Ca (bent-Ca) từ 100 ÷
150%, đối với bent-Na độ trương nở lớn hơn.
Ví dụ: ion Na+ với điện tích +1 có thể liên kết với một tâm tích điện âm trên mặt
lớp sét. Do vậy khi bị hiđrat hóa, bent-Na có khả năng trương nở từ khoảng cách ban
đầu giữa 2 phiến sét là từ 9,2Å đến ít nhất 17Å. Trong mơi trường kiềm bent-Na bị
hiđrat hóa mạnh hơn, lớp nước hấp phụ tăng mạnh. Do vậy trong môi trường kiềm,
huyền phù bent-Na rất bền vững. Cation Ca2+ liên kết với 2 tâm tích điện âm trên 2
phiến sét do vậy khi bent-Ca bị hiđrat hóa, khoảng cách giữa 2 phiến sét chỉ tăng từ
12,1 ÷ 17Å. Điều này hạn chế sự trương nở hay khả năng tạo độ nhớt của bent-Ca.
Khả năng hấp phụ

6


Tính chất hấp phụ của bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt, cấu trúc
rỗng và kích thước hạt của chúng, sự tương tác của các chất bị hấp phụ với các tâm
hoạt tính trên bề mặt. 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 khoảng 800
m2/g, trong khi đó diện tích bề mặt của silicagen là 300 ÷ 600m 2/g, của cao lanh
khoảng 15 ÷ 20m2/g) [25]. Diện tích bề mặt của bentonit gồm diện tích bề mặt ngồi
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. Diện tích bề mặt ngồi phụ thuộc vào

kích thước hạt, hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngồi càng lớn. Cũng giống như các
chất hấp phụ khác, bentonit có cả khả năng hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học tuy
nhiên hấp phụ vật lý cao hơn. 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 trao đổi nằm giữa các lớp hoặc liên kết với các
cation đó qua liên kết với nước hoặc liên kết 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 Waals hoặc liên kết hiđro. Sự hấp phụ các chất hữu cơ không
phân cực, các polime và đặc biệt là vi khuẩn chỉ xảy ra trên bề mặt ngồi của bentonit
[2].
Do bentonit có cấu trúc lớp và độ phân tán cao nên có cấu trúc xốp phức tạp.
Cấu trúc xốp ảnh hưởng rất lớn tới khả năng hấp phụ, đặc trưng là tính chọn lọc hấp
phụ, nó chỉ có thể hấp phụ những cấu tử có đường kính nhỏ hơn lỗ xốp. Dựa vào điều
này người ta có thể dùng bentonit hoạt hóa làm vật liệu tách chất. Đây là điểm khác
nhau giữa bentonit và các chất hấp phụ khác [2].
1.1.3. Ứng dụng của bentonit
Với những tính chất đặc trưng trên, bentonit được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh
vực khác nhau, sau đây là một số ứng dụng chính:
Làm chất hấp phụ
Nhờ khả năng hấp phụ cao, bentonit được sử dụng rộng rãi trong các ngành
cơng nghiệp như: cơng nghiệp hóa than, cơng nghiệp lọc dầu, xử lý chưng cất dầu mỏ,
chế tạo ra các dung dịch khoan… với chất lượng cao và chi phí thấp.

7


Làm chất hấp phụ protein trong rượu bia. Trong công nghiệp chế biến rượu
vang và các chế phẩm từ rượu vang, sử dụng bentonit hoạt hóa làm chất hấp phụ đã

làm giảm 30 ÷ 40% chi phí. Bentonit khơng chỉ hấp phụ các chất hữu cơ, các chất béo,
các sản phẩm phụ khơng mong muốn trong q trình lên men mà còn hấp phụ cả ion
sắt, đồng và các tác nhân gây ra bệnh của rượu lại không làm mất hương vị của rượu,
bia [2].
Trong y học và dược phẩm, bentonit được dùng để điều chế chất khử trùng,
chống viêm, điều trị bỏng và các thương tổn trên da… Đặc biệt, từ nhiều thế kỉ trước,
người ta đã biết sử dụng trực tiếp khoáng sét bentonit để ngăn chặn dịch tả, lị, điều trị
ngộ độc thức ăn. Hiện nay có rất nhiều loại thuốc điều trị tiêu chảy với thành phần hoạt
tính là bentonit (được biết đến dưới tên gọi là diosmectite) [11].
Trong lĩnh vực mỹ phẩm: làm thuốc mỡ và kem dưỡng da [9], [15].
Trong công nghiệp tinh chế nước, dùng bentonit để làm kết tủa các vẩn đục,
hấp phụ các ion gây độc và các vi khuẩn, chất hữu cơ có hại trong nước. Ngồi ra,
bentonit có khả năng khử tính cứng của nước với giá thành tương đối rẻ [13].
Làm chất độn
Một lượng lớn bentonit đã được sử dụng làm chất độn trong công nghiệp sản
xuất vật liệu tổng hợp (xà phòng, vải sợi...), trong sản xuất sơn, giấy, chất màu trong
một số ngành công nghiệp… Việc sử dụng bentonit trong vài thập kỉ gần đây cũng làm
thay đổi đáng kể ngành công nghiệp giấy. Khi trộn thêm 10% bentonit kiềm vào làm tăng
hàm lượng kaolin nguyên chất, giảm lượng xenlulo cần có trong giấy, làm tăng đáng
kể chất lượng và giảm giá thành của giấy.
Làm chất xúc tác
Do có độ axit cao nên bentonit có thể được dùng làm chất xúc tác trong các
phản ứng hữu cơ. Ngồi 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. Vì vậy, bentonit được sử dụng làm chất
mang xúc tác cho nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ
Việc biến tính bentonit bằng phương pháp trao đổi cation kim loại đa hóa trị như
Ti4+, Zr4+, Al3+, Si4+,... tạo ra vật liệu sét chống có độ axit và độ xốp cao hơn, có khả
năng xúc tác cho một số phản ứng hữu cơ.

8

Làm nguyên liệu điều chế sét hữu cơ và nanocompozit
Do khả năng trương nở tốt, người ta có thể điều chế được sét hữu cơ và các
polime - clay nanocompozit có các tính chất cơ học tốt, khả năng chịu nhiệt cao hoặc
tạo mạng phủ bền.
Ví dụ: sét hữu cơ được trộn với các polime để chế tạo các nanocompozit, gọi là
compozit-nano-bentonit. Vật liệu này rất bền, khi kéo thành màng cho màng kín hơn
rất nhiều so với polime khơng trộn, có khả năng ngăn cản hiệu quả nhiều loại phân tử
đi qua, do đó đáp ứng yêu cầu làm các ống mềm để truyền dẫn thuốc, dẫn máu trong y
tế [10].
Dùng để xử lý mơi trường
Do có cấu trúc lớp và tương đối xốp, vì vậy trong lĩnh vực xử lý môi trường
bentonit thường được sử dụng như 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 của xúc tác cũng như tăng khả
năng hấp phụ của xúc tác.
Trong lĩnh vực xử lý chất thải, chất thải phóng xạ
Đây là một lĩnh vực sử dụng truyền thống lâu nay, bentonit được bổ sung những
vòng ion Al3+, Fe3+, Mg2+, Ca2+,… để tăng hoạt tính, được dùng để xử lý kiềm, axit,
nước thải, trong đó bentonit chủ yếu làm chất kết ngưng xúc tiến quá trình đơng quanh
bùn thải. Là chất lọc có hiệu quả đối với nước thải có nhiều chất khơng tan, chất lơ
lửng và chất trôi nổi. Các loại nước thải sau đây có thể bằng bentonit cho hiệu quả tốt:
các chất dầu hòa tan và dầu dạng nhũ tương; các chất phân tán dạng phức chất hữu cơ
(nước thải do giặt giũ, đãi quặng); nước thải công nghiệp từ công nghiệp chế biến thực
phẩm, chăn nuôi gia súc, gia cầm. Đối với chất thải có ơ nhiễm hóa chất, sử dụng
bentonit có hiệu quả tốt trong trường hợp nước bị nhiễm do khuếch tán acrylat [13].
Một số tính chất và ứng dụng khác
Tính kết dính: khi trộn với nước, bentonit sẽ có khả năng kết dính mạnh. Do đó
trong các xưởng đúc gang, bentonit được dùng làm chất kết dính để vê quặng bột thành
viên trước khi đưa vào lò nung, hoặc làm chất kết dính trong khn cát để đúc.

9


Tính trơ: bentonit trơ và bền hóa học nên khơng độc, có thể ăn được. Người ta dùng
bentonit làm chất độn trong dược phẩm, phụ gia trong thuốc tiêu hóa thức ăn và giúp điều
tiết axit cho động vật, ...
Tính nhớt và dẻo: do có cấu trúc lớp, có độ xốp cao, có khả năng trương nở mạnh
trong nước nên bentonit có tính nhớt và dẻo. Nhờ tính dẻo mà từ xưa bentonit và sét tự
nhiên đã được sử dụng phổ biến để chế tạo ra các vật dụng: dụng cụ nấu nướng, bình
đựng, đồ trang sức để phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt, các tác phẩm nghệ thuật,…[8].
Ngày nay, bentonit cịn được dùng làm phụ gia bơi trơn mũi khoan, giảm mô men xoắn
và giúp làm đông cứng thành vách hố khoan; lấp đầy các khe nứt, các hang trong lòng
khi khoan cọc nhồi - cọc barrete và khoan dầu khí, làm phụ gia trong xi măng Portland,
chế vữa và chất dính kết đặc biệt.
1.1.4. Nguồn bentonit trên thế giới và ở Việt Nam
Bentonit có sẵn trong tự nhiên gồm hai loại: bent-Na (có khả năng trương nở,
tạo gel cao) và bent-Ca (thường có sẵn trên thế giới nhưng khả năng trương nở ít hơn).
Các mỏ bent-Na tự nhiên trên thế giới ít hơn nhiều lần các mỏ bent-Ca, nên để có bentNa, người ta hoạt hóa bent-Ca bằng một số biện pháp, tuy vậy các tính chất của chúng
cũng không thể cao bằng bent-Na tự nhiên.
Trên thế giới, bent-Na phân tán nhiều ở Wyoming (Mỹ), Montana, Nam Dakota.
Một lượng nhỏ khác xuất hiện ở Argentina, Canada, Trung Quốc, Nhật Bản, Nam Phi,
Tây Ban Nha, Ấn Độ, Việt Nam. Bentonit Wyoming có hàm lượng MMT tương đối
cao (khoảng 78 - 90%) [13]. Hiện nay nguồn khoáng bentonit trên thế giới được khai
thác ngày càng nhiều và sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
Nguồn tài nguyên bentonit ở Việt Nam
Nước ta có nguồn bentonit khá dồi dào, hiện nay đã phát hiện được hơn 20 mỏ
và điểm quặng bentonit, đều có nguồn gốc trầm tích hoặc phong hóa. Đa phần các mỏ
có trữ lượng lớn đều tập trung ở phía Nam (Lâm Đồng, Bình Thuận, Thành phố Hồ
Chí Minh,...). Ở phía Bắc, bentonit tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và

Thanh Hoá. Một số mỏ bentonit đã được thăm dò địa chất và khai thác như: mỏ bentonit
Tam Bố - Di Linh - Lâm Đồng chứa ion kiềm thổ (Ca2+, Mg2+), mỏ Tuy Phong - Bình

10


Thuận chứa ion kiềm (Na+, K+) nên độ trương nở cao hơn, có khả năng trao đổi lớn
hơn, mỏ Cổ Định - Thanh Hoá. Tại Cheo Reo, Phú Túc và cao ngun Vân Hịa đã
phát hiện 26 tụ khống, điểm quặng bentonit.
Các kết quả của nhiều tác giả đã cho thấy rằng khả năng trao đổi ion của khoáng
sét Tuy Phong - Bình Thuận từ 96 ÷ 105 mgđl/100g, trong khi đó dung lượng trao đổi
ion trong bentonit của hãng Southerm clay Co là 110 ÷ 115 mgđl/100g, của hãng Merck
khoảng 120 mgđl/100g [1]. Các mỏ bentonit khác nói chung có trữ lượng nhỏ, hàm
lượng thấp và chưa được đánh giá đầy đủ [17].
Giới thiệu về bentonit Trung Quốc
Mỏ bentonit lớn nhất Trung Quốc là mỏ bent-Ca ở Xuân Hoa thuộc tỉnh Hồ
Bắc, ngồi ra cịn nhiều mỏ bentonit ở Triết Giang, Quảng Đông ...
Công ty FCC INC tại thành phố nổi tiếng Triết Giang là một công ty hàng đầu
trong lĩnh vực sản xuất và chế biến bentonit của Trung Quốc. Công ty bao gồm các cơ
sở nghiên cứu phát triển, các cơ sở sản xuất chế biến và thương mại những sản phẩm
sét hữu cơ, phụ gia lưu biến, đất tẩy trắng, phụ gia cho dung dịch khoan dầu khí, chăn
ni gia súc,...
Tổng sản lượng hàng năm đối với tất cả các loại sản phẩm bentonit của công ty
là 250.000 tấn. Hiện công ty sản xuất 6 loại mặt hàng với hơn 20 sản phẩm tinh chế
bentonit phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu [8], [15].
Bảng 1.2. Thành phần bentonit Trung Quốc (sử dụng trong đề tài) [15]
Thành phần

Hàm lượng (%)

Thành phần

Hàm lượng (%)

SiO2

46 – 56

MgO

4–9

Al2O3

11 – 23

CaO

0,8 – 3,5

Fe2O3

>5

Chất khác

Na2O, K2O

1.2. Sét hữu cơ
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ

Sét hữu cơ là sản phẩm được tạo thành bởi sự thay thế cation vô cơ trong một
số sét thuộc nhóm smectit có thể trao đổi với cation hữu cơ của nhiều dạng khác nhau.

11


Đặc biệt là MMT được sử dụng rộng rãi để điều chế các sét hữu cơ vì các tính chất đặc
biệt của nó, chẳng hạn như dung lượng trao đổi ion cao, có khả năng trương nở mạnh,
tính hấp phụ cao và diện tích bề mặt lớn.
Các hợp chất hữu cơ thường dùng là các hợp chất hữu cơ phân cực hoặc các
cation hữu cơ có khả năng hoạt động bề mặt như các aminoaxit, ancol … nhất là các
amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4 có mạch khơng nhánh, mạch nhánh và mạch vịng, gần
đây là các muối photphoni.
Phương pháp điều chế sét hữu cơ từ khoáng sét được biến tính bằng tác nhân
hữu cơ hóa là các muối ankyl amoni.

Hình 1.4. Cơng thức cấu tạo của muối ankyl amoni
Phần đi của hợp chất này có tính ưa dầu và là tác nhân làm giãn khoảng cách
giữa các lớp khống sét theo mơ hình:

Hình 1.5. Q trình hữu cơ hóa khống sét
Trong dung dịch nước, phản ứng hữu cơ hóa khống sét phụ thuộc nhiều vào
q trình trương nở của MMT. Khả năng khuếch tán của muối ankyl amoni phụ thuộc
vào điện tích thứ bậc của muối amoni và cấu tạo gốc R. Các gốc hữu cơ càng cồng
kềnh thì khả năng khuếch tán càng khó nhưng khả năng làm giãn khoảng cách giữa hai
lớp MMT càng cao và do đó khả năng khuếch tán khống sét trong polime càng lớn.
Quá trình trương nở và quá trình xâm nhập của các hợp chất hữu cơ, polime vào
giữa các lớp làm thay đổi khoảng cách giữa chúng có thể lên vài chục Å tùy thuộc vào
loại cation thế [3].
Trong nước đã có nhiều tác giả nghiên cứu tổng hợp sét hữu cơ từ các nguồn

bentonit khác nhau (Trung Quốc, Bình Thuận, Thanh Hóa, Cổ Định - Việt Nam …)

12


với các muối amoni bậc bốn. Sét hữu cơ tổng hợp được bước đầu đã được thăm dò ứng
dụng trong một số lĩnh vực như chế tạo màng phủ epoxy, làm vật liệu hấp phụ,... đã
thu được các kết quả khả quan.
1.2.2. Cấu trúc của sét hữu cơ
Sự sắp xếp của các phân tử hữu cơ giữa các lớp aluminosilicat phụ thuộc vào
điện tích lớp, cấu trúc bề mặt, mức độ trao đổi của khoáng sét và chiều dài mạch của
ion hữu cơ. Mạch ankyl càng dài, mật độ điện tích của sét càng lớn thì khoảng cách
d001 càng lớn.
Theo tác giả [6], sự định hướng của các ion amoni hữu cơ trong các khoáng sét
đã lần đầu tiên được Lagaly và Weiss (1969) đề xuất và được đưa ra trên hình 1.6

Hình 1.6. Sự định hướng của các ion ankyl amoni trong các lớp silicat:
a) Đơn lớp; b) Hai lớp; c) Giả ba lớp; và d), e) sắp xếp kiểu parafin của các
ion ankyl amoni với góc nghiêng khác nhau của các mạch ankyl
Đất sét hấp phụ các cation hữu cơ chỉ hình thành đơn lớp. Với đất sét
organophilic, các cation hữu cơ có thể tạo thành cấu trúc đơn lớp, hai lớp, giả ba lớp
hoặc parafin [9].

13


Đơn lớp: khi mật độ đan xen thấp, các gốc R nằm song song với các lớp silicat,
mạch hiđrocacbon trong hợp chất muối amoni và photphoni hữu cơ là mạch thẳng và
có số ngun tử cacbon bằng 10 thì giá trị d001 khoảng 13,6Å.
Hai lớp: các gốc R nằm song song với lớp silicat, số nguyên tử cacbon từ 12 ÷ 18

thì giá trị d001 khoảng 17Å. Khi đó bề mặt phiến sét bị che phủ hơn 50%.
Giả ba lớp: các đuôi hữu cơ không phân cực của các ion ankyl amoni được gắn với
các lớp bằng cách hình thành nút thắt, các gốc hữu cơ chồng lên nhau. Độ dãn lớp xen
giữa được xác định bởi độ dày của ba chuỗi ankyl. Giá trị d001 khoảng 22Å.
Parafin: các nhóm amoni vẫn được gắn với các lớp silicat tuy nhiên các gốc ankyl
nằm chéo với các ion dương ở vị trí đối nhau. Khoảng cách lý thuyết được tính như sau:
n = chẵn

d = 11,3 + 1,27.n.sinα

n = lẻ

d = 11,3 + 1,27.n.sinα + 0,88.cosα

Với: α : góc tạo bởi mạch ankyl của phân tử chất hữu cơ với lớp sét
n : số nguyên tử cacbon trong cation hữu cơ
Hu và cộng sự [23], khi nghiên cứu sự sắp xếp các mạch ankyl của các chất hoạt
động bề mặt trong sét hữu cơ đã đưa ra cách tính góc α (hình 1.6) như sau:
sinα = (d001 - h)/l

(1.2)

Trong đó: h : chiều dày một lớp của MMT (9,6Å)
l : chiều dài phân tử của chất hoạt động bề mặt (Å).
Với CTAB sử dụng trong đề tài có l = 25,3Å.
Trong khi đó, Yui và cộng sự [30] cho rằng: khoảng cách d001 của sét hữu cơ tăng
khi tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt, nhưng khi nồng độ này lớn hơn 1,0 CEC thì
mạch ankyl sắp xếp dạng parafin kiểu 2 lớp với góc α khơng đổi (35°).
Theo nhóm tác giả Zohra [32], giá trị d001 sẽ thay đổi tùy theo loại ankyl ammoni
sử dụng. Thông thường nếu là đơn lớp, 2 lớp, giả 3 lớp, parafin thì d001 lần lượt là

13,7Å; 17,7Å; 21,7Å và lớn hơn 22,0Å. Với CTAB, theo Yu và cộng sự [29], giá trị
d001 trong khoảng 14,5 ÷ 14,7Å; 17,5 ÷ 18,5Å; 19,1 ÷ 20,2Å; 22,5 ÷ 25,0Å;
38,5 ÷ 41,3Å thì mạch ankyl sắp xếp theo kiểu đơn lớp, 2 lớp, giả 3 lớp, parafin kiểu 1
lớp và parafin kiểu 2 lớp.

14


Khoảng cách cơ sở của các sét hữu cơ được điều chế bởi Kwolek và cộng sự
(2003) [24], Tang và cộng sự (2003) [27], Yilmaz (2004) [28] và Lee (2004) [25] trình
bày trên bảng 1.3.
Nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy khi sử dụng các chất hoạt động bề mặt
thì tính bền nhiệt và tính tương hợp của sét hữu cơ tăng lên. Các hợp chất này cung
cấp cho khoáng sét khả năng bền nhiệt cao và hầu như không có hiện tượng thối hóa
ở các nhiệt độ dưới 300oC (Zheng và cộng sự, 2006) [31].
Bảng 1.3. Tóm tắt một số cơng trình của Kwolek và cộng sự (2003),
Tang và cộng sự (2003), Yilmaz (2004) và Lee (2004)
Sét/khoáng sét

Montmorilonit

Montmorilonit

Hợp chất hữu cơ
Benzyltrimetylamoni
bromua
Benzylbutyldimetylamoni
bromua
Benzyldimetyldodecyl
amoni bromua

Octadecylamoni bromua
Hexadecyltrimetylamoni
bromua
Octadecylamoni bromua

Bentonit
Hexadecyltrimetylamoni
bromua

Bentonit

1-hexadecylamin
1-octadecylamin
Cetyltrimetylamoni
bromua
Octadecyltrimetylamoni
bromua

Khoảng cách lớp
d (nm)
1,45

Tài liệu
tham khảo

1,46

Kwolek và
cộng sự
(2003)

1,79
2,46
2,50
1,36 (25% CEC)
1,42 (50% CEC)
1,84 (100% CEC)
1,40 (25% CEC)
1,57 (50% CEC)
1,80 (100% CEC)
1,53
1,57
2,04

Tang và
cộng sự
(2003)

Yilmaz,
Yapar
(2004)

Lee and Lee
(2004)

2,07

1.2.3. Tính chất và ứng dụng của sét hữu cơ
Sự có mặt của các cation hữu cơ bậc 4 trong không gian giữa hai phiến sét không
chỉ làm cho khoảng cách giữa các lớp phiến sét (d001) thay đổi mà còn tạo ra vật liệu

15