Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Ấn Độ và khả năng hấp phụ phenol đỏ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về bentonit

1.2. Thành phần hóa học của bentonit

1.3. Cấu trúc của MMT. Tính chất của bentonit

1.4. Những ứng dụng của bentonit

1.5. Nguồn tài nguyên bentonit trên thế giới

1.6. Giới thiệu về sét hữu cơ

1.7. Cấu tạo sét hữu cơ. Biến tính sét hữu cơ

1.8. Tính chất của sét hữu cơ

1.9. Ứng dụng của sét hữu cơ

1.10. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ bằng phương pháp khuếch tán trong dung dịch nước

1.11. Giới thiệu về tetrađecyltrimetyl amoni bromua

1.12. Giới thiệu về phenol đỏ

1.13. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

1.14. Bản chất của quá trình hấp phụ. Phân loại hấp phụ

1.15. Cân bằng hấp phụ và dung lượng hấp phụ

1.16. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất, dụng cụ

2.2. Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ trong môi trường nước

2.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent- A và sét hữu cơ điều chế

2.4. Các phương pháp nghiên cứu

2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

2.4.2. Phương pháp xác định hàm lượng cation hữu cơ trong sét hữu cơ

2.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

2.4.4. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình điều chế sét hữu cơ

3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TMAB/bent-A

3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH

3.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

3.6. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu

3.7. Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

3.8. Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp phân tích nhiệt

3.9. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế

3.10. Khảo sát ảnh hưởng của pH

3.11. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ

3.12. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bent-A; sét hữu cơ điều chế

3.13. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ

3.14. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

I. Tổng quan về bentonit và sét hữu cơ

Bentonit là một loại khoáng sét tự nhiên, chủ yếu chứa montmorillonite (MMT), có cấu trúc lớp và khả năng trao đổi ion cao. Sét hữu cơ được điều chế từ bentonit bằng cách biến tính với các hợp chất hữu cơ như tetrađecyltrimetyl amoni bromua (TMAB), nhằm tăng khả năng hấp phụ các chất hữu cơ độc hại như phenol đỏ. Nghiên cứu này tập trung vào việc điều chế sét hữu cơ từ bentonit Ấn Độ và đánh giá khả năng hấp phụ phenol đỏ, một chất gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng.

1.1. Thành phần và cấu trúc của bentonit

Bentonit có thành phần chính là MMT, với công thức hóa học Al2O3.nH2O. Cấu trúc của MMT bao gồm các lớp tứ diện SiO2 và bát diện AlO6, liên kết với nhau bằng lực Van der Waals. Sự thay thế đồng hình của các ion như Fe3+ cho Al3+ hoặc Mg2+ cho Si4+ tạo ra điện tích âm trên bề mặt, được trung hòa bởi các cation như Na+, K+, Ca2+. Điều này làm cho bentonit có khả năng trao đổi ion cao, một tính chất quan trọng trong việc biến tính thành sét hữu cơ.

1.2. Tính chất và ứng dụng của bentonit

Bentonit có các tính chất nổi bật như khả năng trương nở, hấp phụ, và trao đổi ion. Nhờ diện tích bề mặt lớn và cấu trúc xốp, bentonit được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như lọc dầu, xử lý nước thải, và sản xuất vật liệu nano. Sét hữu cơ được điều chế từ bentonit có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là phenol đỏ, một chất gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng.

II. Phương pháp điều chế sét hữu cơ

Quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Ấn Độ được thực hiện bằng cách sử dụng TMAB làm chất biến tính. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế bao gồm nhiệt độ, tỉ lệ khối lượng TMAB/bentonit, pH, và thời gian phản ứng. Nghiên cứu này đã xác định các điều kiện tối ưu để đạt được sét hữu cơ có khả năng hấp phụ cao nhất.

2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ TMAB bentonit

Nhiệt độ và tỉ lệ TMAB/bentonit là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở nhiệt độ 60°C và tỉ lệ TMAB/bentonit là 0.5, sét hữu cơ đạt được khoảng cách giữa các lớp (d001) lớn nhất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp phụ phenol đỏ.

2.2. Ảnh hưởng của pH và thời gian phản ứng

pH và thời gian phản ứng cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều chế. Kết quả cho thấy, ở pH 9 và thời gian phản ứng 6 giờ, sét hữu cơ đạt được hiệu suất biến tính cao nhất. Điều này được chứng minh qua việc tăng khoảng cách giữa các lớp và hàm lượng cation hữu cơ xâm nhập vào cấu trúc sét.

III. Khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ

Nghiên cứu đã khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế từ bentonit Ấn Độ. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bao gồm pH, thời gian đạt cân bằng, khối lượng sét hữu cơ, và nồng độ phenol đỏ ban đầu. Kết quả cho thấy, sét hữu cơ có khả năng hấp phụ phenol đỏ cao hơn so với bentonit nguyên chất.

3.1. Ảnh hưởng của pH và thời gian hấp phụ

pH và thời gian hấp phụ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ phenol đỏ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở pH 7 và thời gian hấp phụ 120 phút, sét hữu cơ đạt được dung lượng hấp phụ cao nhất. Điều này được giải thích bởi sự tương tác tĩnh điện giữa các nhóm chức trên bề mặt sét hữu cơ và phân tử phenol đỏ.

3.2. Ảnh hưởng của khối lượng sét hữu cơ và nồng độ phenol đỏ

Khối lượng sét hữu cơ và nồng độ phenol đỏ ban đầu cũng ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Kết quả cho thấy, khi tăng khối lượng sét hữu cơ và nồng độ phenol đỏ, dung lượng hấp phụ tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, khi nồng độ phenol đỏ vượt quá một ngưỡng nhất định, hiệu suất hấp phụ bắt đầu giảm do sự bão hòa các vị trí hấp phụ trên bề mặt sét hữu cơ.

IV. Đánh giá cấu trúc và hiệu suất hấp phụ

Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp phân tích như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ hấp thụ UV-VIS để đánh giá cấu trúc và hiệu suất hấp phụ của sét hữu cơ. Kết quả cho thấy, sét hữu cơ điều chế có cấu trúc lớp mở rộng và khả năng hấp phụ phenol đỏ cao hơn so với bentonit nguyên chất.

4.1. Phân tích cấu trúc bằng XRD và SEM

Kết quả phân tích XRD cho thấy, khoảng cách giữa các lớp (d001) của sét hữu cơ tăng lên đáng kể so với bentonit nguyên chất, chứng tỏ sự xâm nhập thành công của TMAB vào cấu trúc sét. SEM cũng cho thấy sự thay đổi rõ rệt về hình thái bề mặt của sét hữu cơ, với các lớp cấu trúc mở rộng và bề mặt xốp hơn.

4.2. Đánh giá hiệu suất hấp phụ bằng UV VIS

Phương pháp UV-VIS được sử dụng để đánh giá hiệu suất hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ. Kết quả cho thấy, sét hữu cơ có khả năng hấp phụ phenol đỏ cao hơn so với bentonit nguyên chất, với dung lượng hấp phụ cực đại đạt được theo mô hình Langmuir là 45 mg/g. Điều này chứng tỏ sét hữu cơ là vật liệu tiềm năng trong việc xử lý nước thải chứa phenol đỏ.

Luận Văn Thạc Sĩ: Điều Chế Sét Hữu Cơ Từ Bentonit Ấn Độ Và Khả Năng Hấp Phụ Phenol Đỏ