Nghiên cứu quy trình tinh chế và biến tính bentonite bình thuận để tạo vật liệu có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA
CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2015 - 2016
XÉT GIẢI THƯỞNG
"TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT" NĂM 2016

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TINH CHẾ VÀ BIẾN TÍNH BENTONITE BÌNH THUẬN
ĐỂ TẠO VẬT LIỆU CĨ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
THUỐC NHUỘM

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học tự nhiên

Bình Dương, tháng 04/
2016


2

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG
ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: Lê Quốc Anh
Sinh ngày: 20 tháng 06 năm 1993
Nơi sinh:
Lớp:

D13HPT01

Khoa: Khoa học tự nhiên
Địa chỉ liên hệ: Tổ 5, Kh7, Phường
Uyên
Điện thoại: 0961016161

II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

Khóa: 2013- 2017

Hưng, thị xã Tân Un, Bình
Dương
Email:

* Năm thứ 1:
Ngành học: Hoá học
Kết quả xếp loại học tập: TB

Khoa: Khoa học tự nhiên

Sơ lược thành tích:

* Năm thứ 2:

Ngành học: Hoá học
Kết quả xếp loại học tập: TB

Khoa: Khoa học tự nhiên

Sơ lược thành tích:

Xác nhận của lãnh đạo khoa

Ngày tháng 4 năm 2016

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Lê Quốc Anh


LỜI CẢM ƠN
Những lời đầu tiên trong báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học này chúng
tôi xin chân thành cảm ơn Ths. Nguyễn Thị Lợi đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
và giúp đỡ chúng tơi để hồn thành nghiên cứu khoa học.
Qua đây chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến q thầy cơ chun ngành hóa
phân tích nói riêng cũng như bộ mơn hóa nói chung, đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho chúng tôi trong quá trình làm thực nghiệm..
Qua việc hồn thành đề tài giúp chúng tôi hiểu sâu ơn các kiến thức cơ
bản cũng như các ứng dụng khoa học của mơn Hóa phân tích trong cuộc sống.
Trong khoảng thời gian nghiên cứu ngắn ngủi, kiến thức của chúng em
còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, khơng tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy, để từ đó chúng

em rút được nhiều kinh nghiệm cho các nghiên cứu khoa học sau này.
Cám ơn bạn bè và gia đình đã động viên chúng tơi trong thời gian thực
hiện đề tài nghiên cứu khoa học.
Cuối lời em xin chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và niềm
tin để tiếp tục là truyền đạt kiến thức ươn mầm cho thế hệ mai sau.
Bình Dương, ngày tháng 4 năm 2016
Thay mặt nhóm nghiên cứu

Lê Quốc Anh


UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TINH CHẾ VÀ BIẾN TÍNH BENTONITE BÌNH
THUẬN ĐỂ TẠO VẬT LIỆU CÓ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM

STT

Họ và tên

Lớp

Khoa

Năm thứ/ Số năm

D13HPT01
D13HPT01
D13HPT01

KHTN
KHTN
KHTN

đào tạo
%
%
%

Lê Trúc Hòa
D13HPT01
Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thị Lợi

KHTN

%

1
2
3

Lê Quốc Anh
Nguyễn Thị Kim Huyền

Đặng Thị Thuỳ Dung

4

2. Mục tiêu đề tài:

-

Tinh chế, biến tính mont từ bentonite Bình Thuận tạo vật liệu có khả năng
hấp phụ thuốc nhuộm.

3. Tính mới:

-

Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm metylen blue của vật liệu sau
khi tinh chế và biến tính.

4. Kết quả nghiên cứu:

-

Đã biến tính thành cơng montmonrillonte bằng cetyl dimethyl amoni
bromua và montmonrillonte bằng ion keggin

-

Vật liệu sau khi tinh chế và biến tính có khả nằng hấp phụ tốt thuốc
nhuộm metylen blue.

-

Độ hấp phụ của các mẫu:

• Mont.: 65 %

• Mont.-CTAB: 90 %

• Mont.- kegging: 63%

5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng

và khả năng áp dụng của đề tài:


- Tạo vật liệu có khả nằng hấp phụ thuốc nhuộm xanh metylen là thành
phần có nhiều trong phẩm nhuộm.
6. Công bố:
Nguyễn Thị Lợi, Lê Quốc Anh, Nguyễn Thị Kim Huyền, Đặng Thị Thùy
Dung, Lê Trúc Hịa.“Nghiên cứu quy trình tinh chế và biến tính bentonite Bình

Thuận để tạo vật liệu có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm ” gửi đăng tại hội thảo “
Hóa học vì sự phát triển bền vững lần thứ 3: trường Đại học Thủ Dầu Một dự kiến
tổ chức 5/2016.
Ngày tháng năm
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

LÊ QUỐC ANH
Nhận xét của người hướng dẫn về đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề

tài:

Xác nhận của lãnh đạo khoa

Ngày tháng năm
Người hướng dẫn

NGUYỄN THỊ LỢI

MỤC LỤC
1.1.1......................................................................................................
1.1.1.1
Phương pháp tinh chế montmorillonite ( Mont.) từ
bentonite
22
1.1.1.2

Phương pháp điều chế montmorinolite -Na (Mont.


-Na).. .23
1.1.1.3

Phương pháp biến tính Mont. bằng cety dimethyl


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.Thành phần khống chất và hóa học của bentonite Bình
Thuận

Bảng 2. Số liệu xây dựng đường chuẩn của MB...........................32
Bảng 3.Kết quả thu được ....................................................33

12


10


9

...................._ .... £___________________
DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

Mont.
IR
XRD
CTAB
Al13 7+
MB
H

Montmonrillonite
Infra - red (phổ hồng ngoại)
X - ray diffraction (phương pháp nhiễu xạ tia X)
Cety dimetyl amoni bromua
Ion kegging

Metylen blue
Hiệu suất

PILC

Pillared interlayer clay


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Ngày nay với sự phát triển khơng ngừng của các ngành cơng nghiệp thì ô
nhiễm môi trường đã đạt đến mức báo động. Đặc biệt là ngành công nghệ dệt
nhuộm. Chúng tôi mong muốn góp phần nào đó về việc nghiên cứu bentonite
để xử lý môi trường và đặc biệt là ngành dệt nhuộm.
Bentonite là loại khoáng sét silicate lớp được tạo bởi nhiều loại khống
khác nhau, trong đó thành phần chiếm nhiều nhất là montmorinite, bentonite
có khảng năng hấp thụ nước hơn 10 lần trọng lượng của nó và độ trương nở lên
tới 15 lần so với thể tích.
Những cấu trúc của khống vật montmonrillonte cho phép ứng dụng
montmorillonte hoạt tính và biến tính.[5,6]
Các sản phẩm hoạt hóa và biến tính montmorillonite đã được ứng dụng
này càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: dùng làm chất hấp phụ, chế
tạo, xúc tác trong cơng nghiệp hóa học, xử lí mơi trường...[1,4]
Sản lượng montmonrillonite hoạt hóa và biến tính mỗi năm trên thế giới
hàng triệu tấn, các nước đứng đầu là Mỹ, Hy Lạp, Trung Quốc.
Việt Nam có tài ngun chứa khống vật montmorillonite đa dạng về
chủng loại, với trữ lượng hàng trăm triệu tấn. Tuy nhiên mới được khai thác ở
quy mô nhỏ và chủ yếu ở dạng thơ, chưa có sản phẩm đạt chất lượng cao và ổn
định, phạm vi ứng dụng còn rất hạn chế. Hơn nữa, chất lượng bentonite ở nước
ta không cao, không thể sử dụng trong ngành cơng nghiêp địi hỏi vật liệu

bentonite có hàm lượng montmonrillonite. Hiện nay nhu cầu montmonrillonite
hoạt hóa và biến tính cho một số lĩnh vực công nghiệp được đáp ứng bằng cách
nhập ngoại, với những khó khan về giá cả và giao dịch.[5]
Trên cơ sở đó chúng tơi tiến hành “ nghiên cứu quy trình tinh chế và biến

tính bentonite Bình Thuận để tạo vật liệu có khả năng hấp thụ thuốc nhuộm ”. Dựa
trên các tài liệu nghiên cứu trong lĩnh vực bentonite chúng tơi chọn khống
bentonite Bình Thuận làm nguyên liệu đầu cho việc nghiên cứu.

2. Mục tiêu nghiên cứu:
Tinh chế và biến tính bentonite Bình Thuận để tạo vật liệu có khả năng
hấp phụ thuốc nhuộm.


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Khống bentonite (Bình Thuận), thuốc nhuộm metylen blue.

4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết: thu thập, tổng hợp, nghiên cứu và phân tích tài
liệu liên quan, xây dựng quy trình thực hiện, thừa kế, phát huy, vận dụng một
số phương pháp làm giàu khoáng điều chế vật liệu.
Phương pháp thực nghiệm: tiến hành khảo tinh chế khống bentonite và
biến tính mont., khảo sát khả năng hấp phụ thuốc nhuộm metylen blue của vật
liệu Bố cục chính của đề tài
Luận văn chia thành các chương sau:
Chương 1 : Tổng quan
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
I.1.Tổng quan về bentonite và montmorilonite
I.1.1.

Tổng quan về bentonite:
Bentonite là loại khoáng sét silicate lớp được tạo nên bởi nhiều loại

khống khác nhau, trong đó thành phần chiếm nhiều nhất là montmorilonite
(bảng 1.1). Hiện nay, nguồn bentonite của nước ta khá phong phú, có thể khai
thác với trữ lượng 20.000 - 24.000 tấn/năm, phân bố ở một số khu vực như: Bình
Thuận, Ninh Thuận (Thuận Hải), Lâm Đồng (Di Linh), Thanh Hóa (Cổ Định), Mộc
Châu.......................................................................................................

Bàngl.l.Thành phần khống chất và hóa học của bentonite Bình Thuận[5,6]
Tên khống chất
Hàm lượng
Hàm lượng
Thành phần hóa học
Montmorillonite
Illite
Kaolinite chlorite
Thạch anh
Felspate
Gơtite

(%)
49- 51
7- 9
13- 15

6- 8
7- 9
4- 6

chính
SiOz
AlzOs
Fe2O3
CaO + MgO
K2O + Na2O
Thành phần khác

(%)
55,90
17,60
2,85
2,02
4,05
7,58

Caxite
4- 6
Mất khi nung
10,00
Nhờ khả năng hấp phụ cao, bentonite được sử dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp, chủ yếu là công nghiệp dầu mỏ, sử dụng để xử lý chưng cất
dầu mỏ, làm dung dịch khoan trong ngành khoan dầu khí, địa chất, xây dựng
............................................................................................................... Ngồi ra
bentonite cịn được sử dụng làm keo chống thấm trong các đập nước thủy điện,
thủy lợi, làm nguyên liệu hấp phụ tẩy rửa, làm chất kết dính trong khn đúc hay

phụ gia táng dẻo trong gốm sử. Ngồi ra, bentonite cịn được dùng làm xúc tác
cho một loạt các phản ứng như oxy hóa các alcohol, oxy hóa ghép đơi các thiol,
các phản ứng tạo ra nhóm carbonyl từ thioacetal hoặc thiocarbonyl..., các phản
ứng này xảy ra dễ dàng (nhiệt độ, áp suất thường) và cho độ chọn lọc cao.[1,4]

I.1.2.
I.1.2.1

Tổng quan về Mont.
Thành phần hóa học của Mont.


Mont. là loại khoáng silicate lớp, mềm, được tạo nên bởi các cấu trúc tinh
thể hiển vi, thuộc họ smectic. Mont. được tìm thấy nhiều trong các loại khống
sét tự nhiên (clay), đặc biệt nhiều nhất trong bentonite và được phát hiện đầu
tiên ở Pháp (1847), với tên gọi là montmorillonite. Đơi khi người ta cịn gọi Mont.
với một tên chung là clay.
Công thức đơn giản nhất của Mont.: Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với một nửa tế
bào đơn vị cấu trúc. Trong trường hợp lý tưởng công thức của Mont là
Si8Al4O20(OH)4 ứng với một đơn vị cấu trúc. Tuy nhiên, thành phần của Mont luôn
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. Như vậy, thành phần hóa học của Mont ngồi sự có mặt của Si, Al, O, H còn
thấy các nguyên tố khác như: Fe, Zn, Mg, Na, K

Trong đó, tỷ lệ A12O3: SiO2

thay đổi từ 1: 2 đến 1: 4 .[5,6]

I.1.2.2

Cấu trúc tinh thể

Montmorillonite là aluminosilicat tự nhiên có cấu trúc lớp 2:1. cấu trúc tinh
thể của nó được cấu tạo từ 2 mạng lưới tứ diện liên kết với một mạng lưới bát
diện ở giữa tạo nên lớp cấu trúc. Giữa các lớp cấu trúc là các cation trao đổi và
nước hấp phụ hình 1.2.[6]


Tiim tư diện
Tầm bát diện

Tĩiin tư diện

Lóp gíưĩi

o Al. Fe. Mg, Li
ỆĐOH

♦o
© Lì, Na. Rb. Cs

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của montmorillonite
Chiều dày của một lớp cấu trúc là 9,6 Ằ. Nếu kể cả lớp cation trao đổi và
nước hấp phụ thì chiều dày của lớp khoảng 15-19 Ằ. Trong mạng lưới cấu trúc
của Mont. thường xảy ra sự thay thế đồng hình của các cation. Ở mạng lưới tứ
diện, một phần không lớn cation Si 4+ bị thay thế bởi cation Al 3+ hoặc Fe3+. Al3+ có
thể thay thế Si4+ trong mạng lưới tứ diện lớn nhất là 15%, tương ứng với tỷ lệ Al:
Si ~ 1 / (15:30). Sự thay thế này dẫn đến sự xuất hiện điện tích âm trong mạng
lưới. Điện tích đó được bù trừ bởi các cation nằm ở khoảng không gian giữa hai

lớp. Đó là các cation Na+ K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Li+... Chúng bị hydrat hóa bởi các
phân tử nước ở giữa hai lớp cấu trúc. Người ta nhận thấy rằng, điện tích âm trong
mạng lưới cấu trúc của Mont. xuất hiện chủ yếu ở mạng bát diện, do sự thay thế
đồng hình của ion Al 3+ bằng ion Mg2+ ứng với tỷ lệ Mg: Al~l/(4:5). Vì vậy, điện tích
âm của mạng phân bố sâu trong lớp cấu trúc mà không nằm ở bề mặt ngoài của
lớp cấu trúc, nên năng lượng liên kết của các cation trao đổi nằm giữa các lớp với
cấu trúc của mạng thấp, các cation có thể chuyện động tự do giữa các mặt
phẳng điện tích âm và có thể trao đổi với các cation khác, tạo ra khả năng biến
tính Mont. bằng cách trao đổi ion. Lượng cation trao đổi của Mont. dao động
trong khoảng 0,7^1,2 mgdl/g. Các phân tử nước đễ dàng xâm nhập khoảng
không gian giữa các lớp và làm thay đổi khoảng cách cơ bản. Khoảng cách này
có thể tăng đến vài chục Ằ khi thay thế các cation trao đổi bởi các ion phân cực,


các phức cơ kim, các phân tử oligomer, các polymer vơ cơ, các phân tử hữu cơ.

I.1.2.3

Tính chất của Montmorilonite
Tính chất hóa ý

Có thể nói, Mont. là khống sét được biêt đến và ứng dụng nhiều nhất
trong nhóm silicate lớp bởi những tính chất sau:
• Kích thước hạt nằm trong khoảng phân tán keo.
• Diện tích bề mặt riêng lớn.
• Có cả tâm axit Lewis và Bronsted.
• Dung lượng trao đổi ion tương đối lớn.
• Có các nhóm hydroxyl (-OH) ở bề mặt và các gờ (cạnh của lớp).
I.1.2.3.2.

Tính hấp phụ [5,6]

Tính chất hấp phụ của Mont. được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu
trúc lớp của chúng. Với kích thước hạt từ vài nanomet đến vài chục nanomet và
có cấu trúc mạng tinh thể dạng lớp nên Mont. có diện tích bề mặt riêng lớn. Diện
tích bê mặt của Mont. gồm diện tích bề mặt ngồi và diện tích bê mặt trong.
Diện tích bê mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các
lớp trong câu trúc tinh thể. Bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt. Sự hấp
phụ bề mặt trong của Mont. có thể xảy ra với chât 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 phức trực tiếp với các
cation trao đổi nằm giữa các lớp hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với
nước. 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 oxy đáy của tứ diện trong mạng lưới tinh
thể bằng lực Van der Walls hoặc liên kết hydro. Sự hấp phụ các chất hữu cơ
không phân cực hay các polymer chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của Mont..
Mont. có cấu trúc xốp, chính cấu trúc xốp này tạo cho Mont. tính chọn lọc
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 hoạt hố sao cho có thể dùng Mont., làm vật
liệu tách chất. Đây cũng là một điểm khác nhau giữa Mont. và các chất hấp phụ
khác I.1.2.3.3.

Tính trương nở [5,6]

Khi nước bị hấp phụ vào giữa các lớp, sẽ làm thay đổi chiều dày lớp cấu
trúc. Tính chất này được gọi là tính chất trương nở. Sự trương nở phụ thuộc vào


bản chất của Mont., cation trao đổi, sự thay thế đồng hình trong các lớp bát diện
và sự có mặt của các ion trong môi trường phân tán. Lượng nước được hấp phụ

vào giữa các lớp phụ thuộc vào khả năng hydrate hố của các cation trao đổi.
Ngồi hai tính chất cơ bản trên, Mont, cịn có tính kết dính, tính trơ, tính nhớt và
tính dẻo..............................................................................................
Nhờ các tính chất này, Mont. được sử dụng làm chất hấp phụ, chất xúc
tác, pha gia cường cho các vật liệu nanocomposite đặc biệt là nanocomposite
phân hủy sinh học
ft ÍNYM

Hình 1.3. Giản dị XRDcua montmorillonite chuân 124 J
Hình 1.3. Giản đồ XRD của mẫu
montmorillonite chuẩn
Giản đồ XRD của Mont. chuẩn theo thư viện được trình bày trên hình 1.3
peak đặc trưng nhất thể hiện khoảng cách giữa hai lóp cấu trúc liên tiếp trong
Mont dooi=15,4 A.

I.1.3.

Tổng quan về sét hữu cơ[5,6]

Bentonite biến tính hay sét hữu cơ là sản phẩm của quá trình tương tác
giữa bentonite và các hợp chất hữu cơ có khả năng hoạt động bề mặt, đặc biệt là
các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4, mạch thẳng, nhánh và vịng. Mục đích của
việc biến tính khống sét bằng phản ứng hữu cơ hóa MMT là nhằm tạo ra vật liệu
từ dạng ưa nước chuyển sang dạng ưa dầuvới những gốc thế khác nhau và có
khả năng trương nở trong dung môi hữu cơ, khuếch tán và tương hợp tốt trong
các polyme thơng qua q trình hịa tan trong dung mơi hữu cơ hoặc q trinh
nóng chảy. Sản phẩm được ứng dụng rộng rãi hơn, đặc biệt dùng để điều chế vật


liệu nanocomposit.

Bentonite là chất vơ cơ, có tính ưa nước, trong khi đó nền polyme có tính
kỵ nước nên bentonite rất khó trộn hợp với polyme. Để tăng sự tương hợp giữa
bentonite và polyme, người ta đã phải biến tính bentonite. Một số phương pháp
có thể dùng để biến tính bentonite như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp
dùng chất hoạt động bề mặt, phương pháp trùng hợp các monome tạo polyme
trực tiếp, trong đó thường sử dụng là phương pháp trao đổi ion.
Phản ứng hữu cơ hóa MMT xảy ra theo phương trình sau:
R-N

+

+ Na+- MMT-> MMT- N+- R + Na+

Khả năng khuếch tán của muối alkyl 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 sét trong polyme càng lớn.

I.1.4.

Tổng quan về sét chống nhôm

Vật liệu chống Pillared interlayer clay (PILC) là vaatk liệu rắn siêu xốp, có
cấu trúc và tính độc đáo, được hình thành bởi các polycation kim laoij chèn vào
giữa các lớp của khoáng sét trường nở, đặc biệt là smectite. Nung ở nhiệt độ cao
300- 5000C, các polycation chèn giữa được chuyển thành các cụm oxide kim loại
thơng qua q trình hydrat và dehydroxy. Bằng cách chuẩn đỡ các lớp silicate,
các oxide kim loại có tính năng như cột chống giữa các lớp, tạo ra các lỗ xốp kích
cỡ meso và micro. Các polycation kim loại chèn giữa các lớp làm tăng khoảng
cách cơ bản và diện tích bề mặt riêng của đất sét tự nhiên. Các PILC khơng có

tính trương nở, duy trì độ xốp của nó trong q trình hydrat hóa hoặc dehydrat
háo. Đây là đặc tính quang trọng và khác biệt của PILC so với smectite ban đầu
có tính trương nở và khi nung ở nhiệt độ cao, có sự sụp các lớp làm cho bề mặt
trong của smectite khơng cịn được sử dụng trong các q trình hóa học [5,6].

I.1.4.1

Tác nhân chống

Al- polycation: Al
Ion Al

13

7+

13

7+(

ion kenggin).

có dạng hình cầu thn, gồm một khối tứ diện AlO4 ở trung tâm,

bao quanh bởi mười hai bát diện của nhôm hydroxide, mỗi bát diện chia sẽ với
nhau ba cạnh qua cầu nối là oxy trên đỉnh tứ diện.Trục đường chéo từ oxy phía
trên xuống oxy phía dưới của ion AI13 7+ là 8,8 Ằ, nếu tính thêm chiều dài của liên


kết O- H thì có giá trị khoảng 10 Ằ [5,6,12]

I.1.5.
I.1.5.1

Tổng quan về metylen blue
Cấu trúc hóa học, đặc tính

Metylen blue ( xanh Methylene, C16H8ClN3S.3H2O) là loại phẩm nhuộm
được sử dụng trong công nghệ nhuộm và cũng là cấu tử gây ô nhiễm trong nước
thải dệt nhuộm. Khi thải ra môi trường nước một lượng lớn với nồng độ xấp xỉ l
ppm thì sẽ làm cho nước có màu xanh rất bẩn làm hạn chế khả năng quang hợp
của các loài thủy sinh dẫn đến đe dọa hệ thủy sinh.
Ở dạng rắn, metylen xanh là các tinh thể màu xanh lá cây thẫm có ánh đồng
đỏ hoặc là bột nhỏ màu xanh lá cây thẫm. Khó tan trong nước lạnh và rượu
etylic. Khi đun nóng thì tan dễ hơn. Các dung dịch có màu xanh. Khơng tan trong
ete, benzen và elorofom. Hoà tan trong H 2SO4 đậm đặc cho dung dịch màu vàng
nhạt-xanh lá cây mà khi pha loãng bằng nước thì chuyển sang xanh lam, Metylen
xanh có kích thước phân tử khá lớn (>15 Ằ), công thức cấu tạo trình bày ở
hình1.4.

Hình 1.4: Cơng thức cấu tạo của metylen xanh
I.1.5.2

Sự ô nhiễm môi trường bởi phẩm nhuộm

Nước thải phẩm nhuộm được thải ra bởi nhiều nguồn khác nhau như dệt,
in, nhuộm, sản xuất phẩm nhuộm và phân bón. Chúng là những nguồn chủ yếu
làm ơ nhiễm nước vì các phẩm nhuộm và dẫn xuất của chúng có lẽ là chất gây
ung thư và độc đối với động vật có vú[14 ]. Hơn nữa, các sản phẩm nhuộm hữu
cơ màu trong nước có ảnh hưởng lớn về mặt thẩm mỹ. nhiều nghiên cứu đã sử

dụng phương pháp vật lý, hóa học và sinh học để khử màu của nước thải phẩm
nhuộm [15]. Trong những phương pháp đó, phương pháp hấp phụ vật lý có lẽ là
phương pháp hiệu quả và kinh tế để laoij bỏ phẩm nhuộm và cũng ổn định lượng
oxi sinh- hóa tồn tại trong nước. Đã có nhiều nghiên cứu đưa ra cơ chế hấp phụ
phẩm nhuộm và tìm kiếm các chất hấp phụ thích hợp [13]. Sự ứng dụng kỹ thuật
hấp phụ bằng cách sử dụng than hoạt tính đã được thương mại hóa và là một
trong những kỹ thuật hữu hiệu để loại bỏ các phẩm nhuộm thải. Tuy nhiên, than
hoạt tính có q trình sản xuất và hồn nguyên với giá thành cao. Vì vậy, những
vật liệu khác đã được lựa chọn làm chất hấp phụ như đất sét và khoáng sét, vật
liệu xenlulo, chitin và chitosan, các vật liệu thải khác và các sản phẩm nông
nghiệp [13]. Do đó, việc nghiên cứu xử lý nước thải bằng các loại vật liệu có giá
thành thấp và hiệu quả cao là thách thức đối với các nhà khoa học. Cùng một nổ
lực như vậy, với đề tài này chúng tơi nghiên cứu biến tính bentonit để hấp phụ
metylen blue ( một loại phẩm nhuộm điểm hình).

CHƯƠNG II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
II.1.

Nội dung

11.1.1.

Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

II.1.1.1

Đối tượng nghiên cứu

Khống bentonite được mua từ Cơng ty cổ phần khoáng sản Bentonite
Linh Vũ Trân, Tuy Phong, Bình Thuận, phẩm nhuộm metylen blue


II.1.1.2

Mục tiêu nghiên cứu

Tinh chế và biến tính Mont có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hữu cơ tốt
hơn nguyên liệu ban đầu.

II.1.1.3

Nội dung nghiên cứu

-

Tinh chế và biến tính Mont từ Bentonite Bình Thuận.

-

Xác định tính chất của vật liệu sau tinh chế và biến tính bằng phổ XRD và
IR

-

Đánh giá khả nằng hấp phụ thuốc nhuộm metylen blue của vật liệu bằng
phổ UV - Vis.

11.1.2.

II.1.2.1

Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
Hóa chất

Natri hydroxit, bạc nitrat, Nati clorua, , thuốc nhuộm metylen blue.......
II.1.2.2
Dụng cụ, thiết bị
Máy khuấy đũa (NB), Máy UV-Vis, máy XRD, máy IR, máy khuấy từ , tủ sấy,
nhiệt kế,... và các dụng cụ thông dụng của phịng thí nghiệm: cốc thủy tinh, bình
định mức, buret, pipet,...

II.2.
II.2.1.

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [2,3]

Phương pháp XRD được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu,
có thể xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha tinh thể và
kích thước hạt với độ tin cậy cao. Đây là phương pháp quan trọng hàng đầu trong
các nghiên cứu về vật liệu. Từ bảng phổ tán xạ cấu trúc thu được, căn cứ vào các
bảng phổ chuẩn chúng ta có thể tìm ra tất cả các khống có trong sản phẩm
chúng ta cần nghiên cứu.
Nguyên lý của phương pháp là xác định cấu trúc tinh thể dựa vào hình ảnh
khác nhau của kích thước tinh thể lên phổ nhiễu xạ. Mạng tinh thể nguyên tử hay
ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định. Khoảng cách
giữa các nút mạng vào khoảng vài ăngstron (

A0

) xấp xỉ với bước sóng của tia

Rơnghen.
Một chùm electron đã được gia tốc, có năng lượng cao, đang chuyển động
nhanh, bị hãm đột ngột bằng một vật cản, một phần năng lượng của chúng


chuyển thành bức xạ sóng điện từ (tia X) gọi là bức xạ hãm.
Khi một chùm tia X có bước sóng À và cường độ I đi qua vật liệu, nếu tia
tới thay đổi phương truyền và thay đổi năng lượng gọi là tán xạ không đàn hồi.
Khi tia tới thay đổi phương truyền nhưng không thay đổi năng lượng gọi là tán xạ
đàn hồi. Trường hợp vật liệu đang nghiên cứu có cấu trúc tinh thể thì hiện tượng
tán xạ đàn hồi của tia X sẽ đưa đến hiện tượng nhiễu xạ tia X. Hiện tượng này chỉ
xảy ra với ba điều kiện: Vật liệu có cấu trúc tinh thể; có tán xạ đàn hồi; bước
sóng của tia X (tia tới) có giá trị cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên tử
trong mạng tinh thể.
Trong mạng lưới tinh thể luôn tồn tại họ các mặt phẳng song song, cách
đều nhau một khoảng bằng d. Một chùm tia X có bước sóng À chiếu tới bề mặt
của mạng lưới tinh thể với một góc 0 sẽ bị phản xạ trở lại. Tất cả các tia phản xạ
đó tạo nên chùm tia X song song có cùng một bước sóng và có phương truyền
làm với phương tia tới một góc 20. Khi hiệu số pha giữa các tia X phản xạ là 2n%
(n là số nguyên), tại điểm hội tụ chùm tia X sẽ có vân giao thoa với cường độ ánh
sáng cực đại.
Các nguyên tử, ion này được phân bố đều trên các mặt phẳng song song,
do vậy hiệu quang trình của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt phẳng song song
cạnh nhau được tính bằng cơng thức:
A = 2.d.sin0
Trong đó, d là khoảng cách giữa hai mặt song song, 0 là góc giữa chùm tia
X và mặt phẳng phản xạ, A là hiệu quang trình của hai tia phản xạ.

Bragg trình bày điều kiện để có hiện tượng nhiễu xạ bằng phương trình:
2.d.sin0 = nÀ

Trong đó:
d là khoảng cách giữa hai mặt song song,
0 là góc giữa chùm tia X,
n là bậc phản xạ (số nguyên dương),
À là bước sóng của tia tới.
Đây là phương trình cơ sở để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể. Căn cứ
vào giá trị cực đại trên giản đồ (giá trị 2 0) có thể tínhđược d. Bằng phương pháp


này sẽ xác định được cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu.

II.2.2.

Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [2]

Nguyên tắc: Xác định sự có mặt của peak đặc trưng của ion keggin và
CTAB trong Mont.
Trong nghiên cứu này, phổ hồng ngoại được sử dụng để: chứng minh trong
vật liệu có sự hấp phụ ion keggin và CTAB vào Mont. thu được dựa vào sự thay
đổi cường độ của các peak đặc trưng..

II.2.3.

Phương pháp thực hiện

II.2.3.1
-

Phương pháp tinh chế montmorillonite ( Mont.) từ bentonite

Nguyên tắc:
Sử dụng phương pháp sa lắng để loại tạp, sau đỏ ly tâm đề lấy phần hạt

rắn.

-

Tiến hành:
Cân 50 (g) bentonite, khuấy với 6 lít nước cất trong 24 giờ bằng máy

khuấy đũa, để lắng trong 96 giờ rồi ly tâm, sấy khô và nghiền nhỏ thu được Mont.
[5,6].

■ịĐé lạng 96*

Loại bõ
phần long

Hình2.1. Quy trình tinh chế montmorillonite từ
bentonite


II.2.3.2

Phương pháp điều chế montmorinolite -Na ( Mont. -Na)

Mont. cho vào nước tạo huyền phù. Cho một lượng NaCl rắn sao cho nồng

độ NaCl đạt được trong dung dịch huyền phù là 1M. Để yên qua đêm, lọc nóng
rửa nhiều lần để loại bỏ ion Cl-. Đem sấy trong 24 giờ ở 800C thu được Mont.- Na


II.2.3.3

Phương pháp biến tính Mont. bằng cety dimethyl amoni

bromua (CTAB) [5,6]

Hình 2.2. Sơ đồ quy trình biến tính Mont bằng cetyl dimethyl amoni
( CTAB)
Cân chính xác 1 gam Mont.- Na vào 50ml nước cất khuấy tạo huyền phù.
Cân 0.51g CTAB cho vào 50ml nước cất khuấy cho tan hết. trộn 2 dung dịch với
nhau khuấy ở 800C ta thu được sét hữu cơ


II.2.3.4 Phương pháp biến tính Mont. bằng ion keggin [6,12]

Hình 2.3. Sơ đồ quy trình biến tính Mont. bằng ion keggin
Tổng hợp ion keggin: cho từ từ dung dịch NaOH 1M vào dung dịch AlCl3
0.2M khuấy mạnh ở 600C cho đến khi đạt tỷ lệ OH/AL là 2.4. Để trong 2 ngày ở
600C.
Cân chính xác 1 gam Mont.- Na vào 50ml nước cất. Lấy chính xác lượng
ion keggin tổng hợp ở trên sao cho đúng tỉ lệ 10mmol Al/g Mont.- Na cho vào
dung dịch huyền phù khuấy trộn trong 2 ngày ở 600C. Ly tâm rửa nhiều lần để
loại ion Cl- . Thử bằng AgNO3 sau đó đem sấy ở 500C ta thu được Mont. chống