BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA - KHÓA 31 CU NHAN HOA HOC CHUYEN NGANH HÓA VO CƠ TONG HOP VA DAC TRUNG VAT LIEU HAP PHU ORGANO MONTMORILLONITE SVTH : LƯU THỊ THU HUYEN GVHD: TS. ĐÀO THANH HUNG THU VIEN TP.HỒ CHÍ MINH - 05/2009 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến Sĩ Đào Thanh Hùng đã luôn theo sát hướng dẫn chúng em hoàn thành khóa luận này. Em xin cảm ơn Cô Phan Thị Hoàng Oanh, Thầy Chung Thanh Nam, Thay Mai Anh Hùng, Thầy Nguyễn Lê Vũ va các Thay Cô trong khoa Hóa trường DH Su Phạm TP.HCM, cùng toàn the thầy cô và anh chị trong Viện Công Nghệ Hóa Học, trường DH.HCM đã giúp đỡ chủng em rất nhiều trong thời gian qua. Cảm ơn gia đình và người thân đã luôn ủng hộ.
giúp đỡ con hoàn thanh tốt công việc. Cảm ơn những người bạn lớp Hóa CN khóa 31 đã giúp đỡ và động viên tôi khi tôi gặp khó khăn. Xin chân thành cảm ơn Trân trọng TP.HCM ngày 10 tháng 05 năm 2009 Sinh viên thực hiện để tài Lưu Thị Thu Huyền Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: TS. Đào Thanh Hing MỤC LỤC 1.
CHƯƠNG ] GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOẢNG SÉT.ề- l4 /CÁU TT ‹vvacỷeikilaeoiitoiiiaiaseeisiiiid6esftqieszarsesiine -9- 1.ccscccsscssesessensenessnssssensenrenneensssersrenesenesesrensnteqeeseseseseseestseses -9- 113 aaipeesata: sce a 2200135100) 0223462215A/202223555/812 521/0 -9- By? SRM «RRR Spout Byphichs oarerto opie trent seen owen Sere NPN = ein -10- 1.5 cEA Lk pega ease cascades elias iba -10- I.2 Thành phần hóa hoc của một số mỏ bentonite trên thế giới và Việt Nam .1 Lm -12- 132 Nhôm lkhoảngeklogi2Í.3 Nhóm khoáng sét có cấu trúc 2:l:Ì.c225555555Ssct -14- f :ỨNG DŨNG.1 — Làm chất mang, chất xúc tác.› -15- 142 Làm chat hap phụ trong việc xử lý làm sạch môitrường.3 TRÔNG COME NGHI l/:14-260/0662sc2002222/09/2iesieoviivccecce2y -17- Sie SNL a 9 ARS A RE «18 1.5 SAN LƯỢNG KHAI THÁC HÀNG NAM. ,, NNNNNNNNNNANNNAERINERNNNERAnannne -22- VN: Thu E1 =—=.1 THÀNH PHAN HÓA HOC Montmorillonite.55-523 -22- 23 CA tein teh tae -24- 2. TÍNH CHAT VẬT LÝ VÀ HOA HOC CUA MMT.1 Tính chất inmm. -25- 232 — Tính chất trao đổi ion.3 Tính chất hắp phụ.BN iar acl tacit cat Oya 0100/G56,-xivvàŠ -27- 2.4 ĐIÊU CHE VÀ TINH CHE MONTMORILLONITE.5 BIÊN TINH MONTMORILLONITE .2 (pillaring) } sét bằng Polyoxometalate.43 Biến tính MMT bằng chất hữu cơ.- Ba BG: TRAC TUBA ĐỀ TÀ G2 crcsesecias iss accagtean is itaasamstseas i icaeaaatoancaiad -39- 3, CHƯƠNG3 CAC PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CUU .1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BE MAT RIÊNG (BET) .2 PHƯƠNG PHÁP NHIÊU XA RONGHEN (XRD,.3 PHƯƠNG PHÁP PHO HỎNG NGOẠI IR.4 PHƯƠNG PHÁP NHIỆT VI SAI DTA.
PHƯƠNG PHAP PHO HAP THY NGUYÊN TU(AAS) .6 CÁC CÁCH XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TRAO DOI CATION (CEC) - 44 3.1 Phương pháp Amoni Acctal .2 Phương pháp Stronti Clorua.ccseceenieeeeiee - 44 - 37 CÁC CÁCH TINH CHE MONTMORILLONITE. CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM. 6S 2S S111 114021121112 71212 21127 - 46 - ET GIÁ II NGHREENELH1. co enemmmveeraveemimseronsoe - 46 - AD, HÒA CHẤT -DỤNGCÚ 222222002212 soissa.- SV : Lưu Thị Thu Huyền Khoa Luận tốt nghiệp GVHD: TS, Đào Thanh Hùng 421 Cáo Môá GIẢI và a G2406 620401060A16612002006e)40 - 46 - 422 — Các thiết bị dụng cụ được sử dụng.
TINH CHE MONTMORILLONITE .cccssssssssssssssseecssssveceesrvenssssoeeesnssaves - 48 - 43) SG Elỗc<caeororesaessdooerseoaeeeeoseeednssseesaxte - 48 - 43.2 _ Tinh chế MMT bang phương pháp Tributh và Lagaly.4 TONG HỢP HDTMA-MONTMORILLONITE. NGHIÊN CUU KHẢ NANG HAP PHU MỘT SO CATION KIM LOẠI NĂNG CỦA FRDVT MANNY sss a as ccpst temas SĨ Ỷ——¿ =53- 4.52 Sựhấp phy Pb?",Cd”, Hạ”, Cr”, As* của các HDTMA-MMT.- 55 - 3 CHƯƠNG5 KKTQUAVATHAÁOTUẬNG.=eem===nn- - $6 - 51 Montmorillonite sau khi tinh ChE ( Bị, Ba, By ). 555-555 c:s22 - 56 - KUI ` Sib exe A2212 c2 022cc x⁄ảa - $6 - $39: Pil hbeg ngogs WR cna eeepc -57- 5.13 Dung lượng trao đổi Cation ( CEC). - 58 - 52 KET QUÁ TONG HỢP HDTMA-MMT.
5552 - 59- 521 — Đặc trưng của mẫu HDTMA-MMT.-----©5e2 - 59 - Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục -3. SV : Lưu Thị Thu Huyén Khóa Luận tốt nghiệp GVHD : TS. Đào Thanh Hùng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIET TAT 1. BET : Brunauer — Emmett — Teller 2.
Bo ; Bentonite Lâm Đồng loại làm dịch khoan chưa tỉnh chế 4. Bị : Bentonite thô Lâm Đồng đã tinh chế 5. B;ạ : Bentonite thô Binh Thuận đã tinh chế 6. B; : Bentonite thương mại loại tỉnh khiết 100% 7.
Bs : Bentonite Lam Đông loại làm dịch khoan đã tinh chế 8.cey| :Mau Lâm Đồng (loại làm địch khoan) chưa tỉnh chế-Cetyl 9. Bi-cey! : Mẫu Lâm Đồng (Dt Sét thô) đã tinh chế - Cetyl 10.ceyi : Mẫu Binh Thuận (Đắt Sét thô) đã tình chế - Cetyl 11.Bạceyi : Mẫu MMT 100% của hãng Sigma — Cetyl 12. Bạcay : Mẫu Lâm Đồng (loại làm địch khoan) đã tinh chế - Cetyl 13.CEC : Khả năng trao đổi cation (Cation Exchange Capacity) 14.Cy : Nong độ đầu của các dung địch cation kim loại nặng 15.C, : Nồng độ sau của các dung dịch cation kim loại nặng 16.DTA : Phan tich nhiét vi sai (Differential Thermal Analysis) 17. XRD : Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) SV : Lưu Thị Thu Huyền Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: TS.
Đào Thanh Hùng DANH MỤC BANG BIEU Bảng | : Thành phần hóa học của một số bentonite thô trên thé giới Bảng 2 : Thành phần hóa học của một số bentonite thô ở Việt Nam Bảng 3 : Bảng thống kê sản lượng khoáng sét khai thác và sử dụng hàng năm ở Mỹ (tính theo nghìn tan và nghìn USD) Bang 4 : Bảng thống kê sản lượng khoáng sét được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của Mỹ (tấn) Bang 5 : Bảng thống kê sản lượng khoáng sét bentonite được sử dụng ở Mỹ qua các năm Bảng 6 : Thành phần hóa học của sét Na-Montmorillonite Bảng 7 : Công thức hóa học của một số khoáng 2:1 phyllosilicat Bảng 8 : Lượng của các mẫu bentonite và cetyl Bảng 9 : Lượng cân, hàm lượng và pH hiệu chỉnh của các dung dịch muối Bảng 10 : Kết quả XRD của Bo, Bị , Bz , B; , By tinh chế Bảng 11 : Kết quaIR của By, B,,B2,B;,B, biến tính Bảng 12 : Kết quả XRD của Baers Bảng 13 : Dung lượng trao đổi CEC của Bạ, B; , Bạ, B;, Bs Bang 14 : Kết qua IR của Bo-cery, Bị-«eb Ba-cetys Ba-ceye Ba-cety! Bảng 15 : Dung lượng trao đổi CEC của Bo««w Bị.cey, Ba-cetyls Ba-ceryts Ðạ.cay SV : Lưu Thị Thu tuyên Khóa Luận tốt nghiệp GVHD : TS, Đào Thanh Hùng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 : Đơn vị cấu trúc tứ điện (a), đơn vị cấu trúc lớp tứ điện (b). —WCHINA Hình 2 : Đơn vị cấu trúc bát diện (a), cấu trúc mạng bát diện (b) Hình 3 : Nhóm khoáng sét loại 2:1 Hình 4 : Nhóm khoáng sét loại 1:1 Hình 5 : Cấu trúc không gian của Kaolinit Hình 6 : Cấu trúc của Montmorillonite Hình 7 : Cấu trúc không gian của Clorit Hình 8 : Sơ dé cấu trúc không gian của Montmorillonite. Hình 9 : Khả năng trương nở của Montmorillonite so với Illit, mica 10. Hình 10 : Quá trình trao đôi cation 11.
Hình 11 : Một số kích thước cơ bản trong cấu trúc MMT 12. Hình 12 : Khoảng cách cơ bản giữa các lớp sét trước va sau khi chong 13. Hình 13 : Sơ đồ xử lý bentonite với HO SV : Lưu Thị Thu Huyền Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: TS. Đào Thanh Hing Mé đầu Khoáng sét tự nhiên là một loại vật liệu mả con người đã biết đến và sử dụng tử rất lâu.
Một trong những khoáng sét có nhiều ứng dụng nhất trong hau hết các ngành công nghiệp và trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân là Bentonite. Bentonite đã được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa học, dau mỏ, thực phẩm, được phẩm, xây dựng,.Ngày nay phạm vi sử dụng Bentonite lại cảng phát triển va mở rộng hơn nhờ khả năng hap phụ, xúc tác và trao đổi ion của nó. Bentonite được dùng làm chất hip phụ và trao đổi ion trong các quá trình xử lý nước, làm chất xúc tác và chất mang xúc tác cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ, trong các quá trình gia công và chế biến dầu mỏ. Bentonite được coi là chất mang, chất xúc tác, chất hắp phụ và chất tạo khung nén.
Bentonite được phát hiện ở nhiễu nơi trên thé giới như Mỹ, Canada, Nam Phi, Tây Đức, Pháp, Ý, Hungari, Trung Quốc, Án Độ, Nhật Bản. Ở nước ta Bentonite đã được tìm thấy ở nhiều nơi: Cổ Định (Thanh Hóa), Di Linh (Lâm Đồng), Thuận Hải, Mộc Chau. với trữ lượng dồi dao. Hiện nay Bentonite Việt Nam được khai thác chủ yếu để pha chế dung dịch khoan.
Việc sử dụng Bentonite trong lĩnh vực xúc tác và hap phụ vẫn còn rat hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu thành phần cấu trúc và tính chất của Bentonite Việt Nam để làm cơ sở cho sự điều chỉnh tính chất của Bentonite, nhằm định hướng sử dụng chúng có hiệu quả trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ và bảo vệ môi trường là hết sức cần thiết, góp phần tận dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên quý báu của đất nước trong công cuộc xây đựng nền kinh tế nước nha, SV : Lưu Thị Thu Huyện Khóa Luận tốt nghiệp GVHD : TS. Đào Thanh Hùng 1. CHUONG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VE KHOANG SET 1.
[2], [13] Khoáng sét là một loại aluminosilicat tự nhiên. trong đó khoáng vật sét chủ yếu chiếm trên 70% gồm có Kaolinit (Al;O:.nH;©), Hit, Mica ngậm nước.còn lại là những khoáng vật không phải là sét gọi là khoáng phi sét như : (Gơtit, Gipxit, Thạch anh, Trang Thạch. Ngoài ra, trong sét còn chứa các chất hữu cơ là sản phẩm của quá trình mục nát thực vật, động vật như: Xenlulo, Lignin,.1 Phiến (Sheet) Bang những phương pháp nghiên cứu hóa lý hiện đại như : nghiên cứu cấu trúc bằng tia X, chụp anh bảng kính hiến vi điện tử, khảo sát quá trình chuyển hóa xảy ra khi nung và kết hợp với phân tích hóa học. mà người ta biết được rằng các loại khoáng sét đều được cấu tạo từ những phiến tứ diện SiO,” và phiến bát điện AKOH),”.1 Phiến tứ diện (Tetrahedral) Do các tứ diện SiO,“ (hoặc AlO,” ) liên kết với nhau tạo thành.
Mỗi tứ diện gồm một cation trung tâm liên kết với bốn nguyên tử oxy. Các tứ diện liên kết với nhau bằng cách chia sẻ ba trong bến đỉnh của tứ diện. Ba oxy trong cùng một mặt phẳng được gọi la oxy đáy. Oxy còn lại gọi là oxy đỉnh.
Có nghĩa là một anion O* sẽ liên kết với một cặp ion Si”" - Si* hoặc Sỉ”" - AI”. Các oxi đáy sắp xếp sao cho tạo thành một lỗ sáu cạnh mà mỗi đỉnh chính là nguyên tử oxy. SV : Lưu Thị Thu Huyền Khóa Luận tốt nghiệp GVHD : TS. Dao Thanh Hùng 1.2 Phiến bát điện (Octahedral) Gồm các bát diện Al(OH)¿* (hoặc M(OH), ) liên kết với nhau tạo thành.