BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LÊ THỊ HỒNG HUỆ ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT VÀI ĐẶC TRƯNG
CỦA ĐẤT SÉT LÂM ĐỒNG CHỐNG BỞI
POLICATION ZIRCONNINIUM
TỪ QUẶNG ZIRCON VIỆT NAM LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH HOÁ VÔ CƠ
MÃ SỐ :
Người hướng dẫn khoa học
- Dạng ZrSiO
4
tương ứng với trạng thái vật chất ở nhiệt độ thấp.
- Dạng ZrO
2
. SiO
2
tương ứng với trạng thái vật chất ở nhiệt độ cao.
Tuy nhiên , người ta khó tìm được những mỏ quặng Zircon lớn có giá trị
cơng nghiệp vì chúng phân tán rất tản mạn trên vỏ trái đất. Thơng thường chúng
được tìm thấy ở dạng cát gồm những hạt tinh thể nhỏ có lẫn các loại khống vật
khác như Ilmenit, Rutil, thạch anh …. Ngồi ra, người ta còn tìm thấy những hạt
tinh thể lớn Zircon ở trong nhiều loại đá tại Canada, Madagasta , Siam (Thái
Lan), Ural và tại Greeland . Những viên đá này trong suốt, tinh khiết có màu
hoặc khơng màu trơng rất đẹp thường dùng làm đồ trang sức cho phụ nữ.
Trong cơng nghiệp, đa số tinh quặng Zircon thu được đều do xử lý bẩn
thải ra từ dây chuyền làm tinh quặng Ilmenit hoặc Rutil.
Hiện nay trên thế giới , mỏ Zircon nằm ở tỉnh Travancore thuộc miền
Nam Ấn Độ, ở New – South Wales của Úc, ở Florida của Mỹ.
Ở Việt Nam, nguồn khống Zircon chủ yếu n
ằm dọc theo ven biển với trữ
lượng lớn , có nhiều ở bờ biển Phan Thiết và bán đảo Phương Nam (Thị xã Qui
Nhơn) với trữ lượng lớn và chất lượng cao. Ngồi ra còn có ở Bãi Dâu Vũng Tàu
với trữ lượng khơng đáng kể.
Dựa vào hàm lượng của chúng người ta phân thành từng loại tổ hợp:
-
Tổ hợp 1: Ilmenit – Rutil – Leucoxen, với hàm lượng Zircon 5%.
-
Tổ hợp 2 : Ilmenit - Manhetit – Amfibon chứa từ 5 – 10% Zircon. Có ở
bãi trước hệ thống sơng Hồng, sơng Cửa Đại, Tam Kỳ, Nghĩa Bình, Thanh Hóa.
3
, 0.12% Al
2
O
3
,
0.08% P
2
O
5
, 0.017% U
3
O
8
, 0.36% Y
2
O
3
.
Về cấu tạo, tinh thể phát triển đều đặn, hình trụ chính phương hay song
chóp.
2.2.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ:
- Thường có ánh phi kim loại (như ánh kim cương, ánh thủy tinh)
- Có độ cứng nằm giữa thạch anh và Topaz
- Nếu hàm lượng ZrSiO
4
khoảng 99% thì quặng Zircon có màu trắng.
Thơng thướng có màu , thay đổi từ màu vàng nâu, vàng, da cam rồi lam.
- Tỷ trọng trung bình từ 4.6 –4.7 tùy độ tinh khiết của quặng.
- Bị làm mềm ở 1600
ξ
) và điện trở suất P (
Ω
/Cm) của khống
zircon:
0
C 20 100 200 300 400 450
Hằng số điện mơi 8.03 8.03 8.08 8.21 8.38 8.51
Điện trở suất - - 9.910
13
5.1x10
12
5.7x10
11
2.2x10
10
PHẦN TỔNG QUAN
Trang
2
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
2.2.3. TÍNH CHẤT HĨA HỌC:
Zircon rất bền nhất là ở nhiệt độ thấp.
-
Với acid: Zircon chỉ tác dụng vơi acid HF đặc để tạo thành Zirconium
oxifluorur (ZrOF
2
.2HF) ngậm nước và Silic tetrafluorur SiF
phương pháp Clor hóa.
2.3.1. PHƯƠNG PHÁP KIỀM CHẢY:[14]
Trong phương pháp này, người ta dùng chất kiềm nóng chảy như Sud
caustic, soda ahs, vơi hoặc hỗn hợp các chất kiềm.
2.3.1.1
Phân giải quặng bằng NaOH:
N. Các yếu tố ảnh hưởng dến hiệu suất phân hủy quặng:
Ngày nay đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về các điều kiện tối ưu để
phân giải quặng. Người ta đã thừa nhận có 4 yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất
phân hủy:
- Độ mịn của hạt.
- Tỷ lệ phối liệu: K= khối lượng NaOH / khối lượng quặng.
- Thời gian phân hủy.
- Nhiệt độ phân hủy.
Tùy theo tỷ lệ về khối l
ượng NaOH / ZrSiO
4
ta có 2 phương trình phản
ứng khác nhau:
ZrSiO
4
+ 4NaOH = Na
2
ZrO
3
+ Na
2
SiO
3
PHẦN TỔNG QUAN
Trang
3
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
- Kích thước hạt: hạt nhỏ thì thời gian để đạt được cùng một hiệu suất
phân hủy ngắn hơn.
- Tỷ lệ phối liệu:
K= 0.44 – 1: hiệu suất phân hủy tăng đáng kể.
K= 1 –1.2: hiệu suất phân hủy tăng chậm.
K= 1.2 – 1.5: hiệu suất phân hủy tăng mạnh.
K > 1.5 : hiệu suất phân hủy tăng chậm.
- Thời gian:
10 phút đầu: hiệu suất phân hủy tăng nhanh.
10 phút tiế
p: hiệu suất phân hủy tăng cực đại.
Sau 50 phút: hiệu suất phân hủy cực đại.
- Nhiệt độ:
350
0
– 450
0
C: hiệu suất phân hủy tăng chậm.
450
0
– 600
0
C: hiệu suất phân hủy tăng nhanh.
650
0
2
SiO
3
+ 2H
2
O.
+
Giai đoạn 2: Hòa tách bằng nước.
Sau khi khối chảy để nguội, hòa tan khối chảy này bằng nước nóng và rửa
lại bằng nước nóng để loại bớt lượng NaOH dư và silicat natri là phần tan tốt
trong nước. Phần khơng tan còn lại chủ yếu là ZrO
2
.xH
2
O cùng một số tạp chất
được lọc tách ra để xử lý tiếp.
Phản ứng khi hòa tan khối chảy này bằng nước:
Na
2
ZrO
3
+ (1+x)H
2
O = ZrO
2
.xH
2
O +2NaOH.
+
Giai đoạn 3: Hòa tách bằng dung dịch HCl.
và HNO
3
. Trong lưu trình của tác giả [14] đã sử dụng dung dịch
HCl hòa tan phần khơng tan để nó chuyển sang muối Zirconyl dễ tan trong nước.
Phương trình xảy ra như sau:
ZrO
2
.xH
2
O +2HCl = ZrOCl
2
+ (x+1)H
2
O.
+
Giai đoạn 4: Kết tinh và tinh chế ZrOCl
2
.8H
2
O.
- Dung dịch Zirconyl được đem cơ đặc, làm nguội kết tinh ta thu được tinh thể
ZrOCl
2
.8H
2
O.
- Tinh thể ZrOCl
2
.8H
2
.xH
2
O,tạp chất
DD ZrOCl
2
ZrOCl
2
.8H
2
O
Cơ đặc, kết tinh
HCl
Lọc , rửa
H
2
O
NaOH
ZrOCl
2
.8H
2
O
tinh khiết
Tinh quặng Zircon
Tinh chế
PHẦN TỔNG QUAN
Trang
6
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
2.3.1.2. Phân giải quặng bằng soda ash (Na
2
CO
3
):
Q trình phân giải bằng Na
2
CO
3
cũng tương tự như trường hợp phân giải
bằng NaOH. Tuy nhiên nó có một chế độ phân giải như sau:
- Nhiệt độ nung: 900
0
– 1100
0
C.
- Tỷ lệ phối liệu theo khối lượng: K= Na
2
CO
3
/ ZrSiO
4
Phân giải quặng bằng vơi:
Một số tác giả đề nghị phân giải quặng bằng vơi với một chế độ như sau:
- Nhiệt độ nung: 1400
0
– 1500
0
C (Nếu có thêm CaCl
2
hoặc NaCl vào hỗn
hợp thiêu kết thì nhiệt độ nung sẽ là 1000
0
– 1100
0
C ).
- Thời gian nung: 4h – 5h.
- Tỷ lệ phối liệu: ZrSiO
4
: CaCO
3
: CaCl
2
= 1 : 2 : (0.06 – 0.4).
Hỗn hợp đã thiêu kết chủ ú gồm silicat calci và Zirconat calci, chúng
được xử lý bằng HCl lỗng để loại bớt calci và một phần silic.
2.3.2. PHƯƠNG PHÁP ACID:[14][15]
Ngồi phương pháp phân giải quặng bằng kiềm chảy, người ta còn phân
giải quặng bằng các acid vơ cơ. Trong đó xử lý bằng acid HF là phương pháp đã
được sử dụng nhiều từ lâu.
*
.
*
Theo ơng Marignac: ơng đề nghị dùng muối chứa fluor như KHF
2
để
phân giải quặng với một chế độ phân giải là:
- Nhiệt độ nung: 1200
0
– 1300
0
C .
- Tỷ lệ phối liệu: Zircon : muối = 1 : 4 đến 1 : 6.
Phản ứng xảy ra theo phương trình:
ZrSiO
4
+ 6KHF
2
= K
2
SiF
6
+ K
2
ZrF
6
+ 2KOH + 2H
2
O.
Đem hỗn hợp thiêu kết để nguội xử lý tiếp bằng nước có chứa HF và đun
4
:
- Clor hóa trực tiếp quặng Zircon với sự hiện diện của bột than.
- Clor hóa gián tiếp quặng Zircon qua trung gian của hợp chất ZrC.
Cơ sở của phản ứng Clor hóa quặng Zircon hiện nay chưa được nghiên
cứu kỹ, nhưng q trình phản ứng tổng qt được biểu diễn:
ZrSiO
4
+ 2C + 4Cl
2
= ZrCl
4
+ SiCl
4
+2CO
2
.
*
Cách 1: Clor hóa trực tiếp quặng Zircon.
Phương pháp này được tiến hành như sau:
- Nghiền mịn quặng Zircon rồi trơn với bột than theo một tỷ lệ nhất định,
sau đó đóng lại thành bánh tiếp cho vào lò nung.
- Cho khí Clor vào lò nung ở nhiệt độ từ 800
0
đến 900
0
C.
- Sản phẩm thu được là ZrCl
4
dạng thơ còn lẫn nhiều tạp chất như Fe, Ti,
PHẦN TỔNG QUAN
Trang
8
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
ng thành bánh
Clor hóa lần 1
Ngưng tụ
ZrCl
4
thơ
Hòa tan
Lọc tinh thể
ZrOCl
2
.8H
2
O
Kết tủa
Lọc
Nung
ZrO
2
Nghiền mịn
Trộn đều
Nhào thành bánh
Clor hóa lần 2
ZrCl
4
HCl đặc
Cl
2
Hắc ín Bột than
Hòa tan
Al
0
C mất 6H
2
O.
+ Ở 210
0
C mất hết nước.
- Dễ hút ẩm.
- Tan tốt trong n
theo nhiệt
- Khơng tan trong hidrocarbon
ete.
Bảng 2.3.:Độ tan của ZrOCl
2
.8H
2
O trong HCl ở 20
0
C của Van Hevesy.
Nồng ộ HCl(N) đ 0.2 1.47 4.97 8.72 10.14 10.94 11.61
Số gam ZrOCl
2
/1 lít dd 358.1 264.5 40.5 6.78 12.18 25.3 41.1
Bảng 2.4.: Độ tan của ZrOCl
2
phụ thuộc vào nhiệt độ.
8
(H
2
O)
16
]
8+
. Trong ion này các ngun tử Zr tạo thành hình vng
lệch và chúng liên kết nhau bởi các cầu nối hydroxyl. Ngồi ra mỗi ngun tử Zr
liên kết với 4 phân tử nước. Như vậy mỗi ngun tử Zr liên kết vơí 8 ngun tử
oxi, tám ngun tử oxi này tạo thành hình 12 mặt lệch.[20]
- Trong dung dịch ZrOCl
2
.8H
2
O khơng có ion Zr
4+
hoặc ion ZrO
2+
mà chỉ
có các tiểu phân polyme chiếm ưu thế. Trong dung dịch nó tồn tại ở dạng bị thủy
phân ZrOOH
+
mà người ta cho rằng nó có cấu trúc tương ứng:[21]
tồ
c
phối trí 8 và được liên kế
n
2 ỮNG NÉT KHÁI QT VỀ KHỐNG SÉT:
2.5.1.GIỚI THIỆU VỀ KHỐNG SÉT:
Khống vật sét là một nhóm có chứa các khống vật sau: Kaolinit
(Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O), Montmorillonit hay còn
ợp sét.
(Al
2
O
2.1a) và tấm bát diện MeO
6
với Me là các ngun tốA
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 1
1
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ Hình 2.1.
:
(a) Đơn vị cấu trúc tứ diện (b) Đơn vị cấu trúc bát diện
Các tấm tứ diện liên kết thành mạng tứ diện qua ngun tử oxi theo khơng
ợc
ọi là sáu
Hình 2.gian hai chiều của hai ngun tử oxi góp chung nằm trên mặt phẳng và còn đư
oxi đáy. Các oxi đáy liên kết và sắp xếp với nhau tạo nên một “lỗ” g
cạnh, ở mỗi đỉnh của sáu cạnh này là một ngun tử oxi và được gọi là oxi ở
đỉnh.
trong khơng gian của lớp Aluminat và silicat.
ện
2.5.2.2. Phân loại:
Mạ g
qui luậ c
:1; 2:
ng tứ diện và mạng bát diện liên kết nhau qua oxi ở đỉnh theo nhữn
như cấu trút trật tự nhất định tạo ra những cấu trúc tinh thể khác nhau
1 1; 2:1+1. [24][25]
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 1
2
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
Trong cùng một nhóm, khống sét có thể được chia thành nhóm diocta và
triocta.
- Phân nhóm diocta, trong mạng bát diện cứ 3 vị trí tâm bát diện thì có 2
ị trí c
Phân nhóm triocta, trong mạng tinh thể thì mỗi vị trí tâm bát diện bị
hiếm
Hình 2.5.
v hiếm bởi ion hóa trị 3 (Al
3+
), còn 1 vị trí bỏ trống.
-
c bởi ion hóa trị 2 (Mg
2+
).
Hình 2.6.: (a) Cấu trúc 1:1 triocta (b) Cấu trúc 1:1 diocta
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 1
3
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
ÅNG QUAN
Trang 1
4
Hình 2.7.: Cấu trúc khơng gian của kaolinit.
N
Nhóm khống sét 2:1Hình 2.8.: (a) Cấu trúc 2:1 triota (b) Cấu trúc2:1 diocta Hình 2.9.: Sơ đồ cấu trúc khơng gian Hình2.10: Mơ hình cấu
orillonit lớp của Montmorillonit
trúc của
ontm
N
Nhóm khống sét 2:1+1
M Có cấu trúc lớp gồm bên ngồi một lớp cấu trúc tương tự nhóm 2:1 còn
êm một mạng lưới bát diện.
Đại diện cho nhóm này là nhóm Clorit
th
ation nằm trong lớp cấu trúc.
-
Ở lớp tứ diện:
c
ion Si
4+
trong một số trường hợp được thay thế đồng hình
ởi ion Al
3+
.
-
Ở lớp bát diện:
b
ion Mg
2+
có thể bị thay thế bởi những ion cóhóa trị 2 và
như Fe
2+
,
Ni
2+
,Li
+
. Đối với ion Al
3+
có thể bị thay thế bởi những ion có hóa trị
- Nếu cation thay th
mạng ưới sẽ trung hòa.
Đại diện cho loại khống sét này là talc (2:1), kaolinit (1:1), clorit
(2:1+1). Ví dụ ion Al
3+
bị thay
3+.
-
Nếu cation thay thế có hóa trị thấp hơn thì mạng lưới sẽ mang điện tích
âm.
Ví dụ: Trong Montmorillonit
- Điện tích âm xuất hiện ở mạng lưới bát diện là do sự thay thế đồng
hình của ion Al
3+
bởi ion Mg
2+
ứng
- Điện
io
3+
ứng vơí tỷ lệ Al:Si ~ 1:(15 – 30).
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 1
5
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
Tùy thuộc vào số lượng và các loại cation thay thế mà mạng lưới khống
sét mang điện tích âm cao hay thấp. Điện tích âm trong mạng sẽ được bù trừ bởi
các cation nằm giữa các lớp. Chính những điện tích này sẽ gây ra lực liên kết
ÁNG SÉT:
dễ dàng thấm vào mạng tinh thể làm cho khoảng cách giữa hai lớp sét cũng dễ
dàng bị giản ra. Đây là ngun nhân gây nên hiện tượng trương nở mạnh rất đặc
trưng của khống sét Montmorillonit.
+ Ở kaolinit, có sự hình thành liên kết hidrogen gi
ữa các
ti ể của kaolinit trở nên chắc chắn và tương đối ổn định nên khả năng trương
nở khơng đáng kể.
+ Riêng đối với clorit, các lớp của cấu trúc nối nhau bằng lực hút tĩnh
điện bền chắc nên nó được xếp vào loại khống khơng trương nở.
2.5.4.2.
Tính trao đổi ion:
Sự trao đổi ion của sét với ion dung dịch bên ngồi chủ yếu xảy ra tại lớp
cấu trúc. Sự trao đổi ion được thực hiện hồn tồn khi cho sét phân tán trong
ung d
i ion phụ thuộc vào s
ố lượng điện tích âm
nhất định có thể tham gia phản ứng trao đổi.
tion có hóa trị
d ịch muối có nồng độ thích hợp. Tính acid của đất sét có được là nhờ vào
sự trao đổi ion này.
Có hai ngun nhân gây nên khả năng trao đổi :
- Sự xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới cấu trúc sẽ được bù trừ bằng
các cation trao đổi. Dung lượng trao đổ
trên bề mặt. Số lượng cation càng lớn thì dung lượng trao đổi càng lớn.
- Trong tinh thể của sét tồn tại các nhóm OH. Ngun tử H trong nhóm
này trong điều kiện
Khả năng trao đổi ion của sét còn phụ thuộc vào hóa trị và bán kính của
các cation trao đổi, các cation có hóa trị nhỏ dễ trao đổi hơn các ca
PHẦN TỔNG QUAN
3+
.
So với một số sét như kaolinit có khả năng trao đổi ion yếu, clorit khó
trao đổi ion thì Mon
â mạng nằm sâu trong lớp cấu trúc nên năng lượng liên k
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 điện âm và có thể trao đổ
i với các
cation khác.
Nhờ có tính chất trao đổi ion này mà người ta có thể biến tính
Montmorillonit để tạo ra những mẫu có tính chất xúc tác, hấp
chất hóa lý hồn tồn khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng chúng.
2.5.4.3.
Tính hấp phụ:
Sau khi hoạt hóa, thơng thường trên bề mặt khống sét ln xuất hiện
đồng thời các tâ
3+
m acid Bronsted và tâm acid Lewis (trên Al
trong mạng còn
tion phân cực hoặc tại những proton ở
tâm acid được sinh ra do q trình xử lý acid. Các cation bù trừ
ngun
Al lớn hơn bán kính ngun tử của Si) nên một phần liên kết Al-O bị đứt hình
d và tâm acid Lewis.
một vân đạo trống), đặc biệt là tại các ca
lớp trung gian thể hiện tính acid Bronsted khá mạnh. Chính những tâm này là nơi
xảy ra các phản ứng và cũng là nơi có khả năng hấp phụ các chất phân cực hay
các chất hữu cơ.
Trang 1
7
PHẦN TỔNG QUAN
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ Hình 2.14.: Q trình tạo tâm acid khi có xử lý nhiệt.
2
.6. ĐẤT SÉT HOẠT HĨA ACID:[3]
2.6.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP HOẠT HĨA:
ểm là:
iện tích bề mặt lớn và khả năng trao đổi ion cao. Tuy nhiên ở sét tự nhiên các lỗ
ốp bị lấp đầy các tạp chất và nước hấp phụ, do vậy việc loại bỏ tạp chất trả lại
ấu trúc khơng gian xốp củ
a sét sẽ làm tăng hoạt tính xúc tác, khả năng hấp phụ
à tính tẩy màu của sét.
Để hoạt hóa các khống sét người ta thường áp dụng một số phương pháp
au:
- Phương pháp nhiệt.
phụ vàxúc tác của sét sẽ mất.
i nồng độ, nhiệt độ và thời gian
Theo nhiều kết quả ng
- Việc hoạt hóa bằng kiềm sẽ mạ
há vở cấu trúc cũ, do vậy khả năng hấp p
- Riêng hoạt hóa sét bằng acid mạnh vớ
thích hợp nó sẽ loại bỏ tạp chất trong khung xốp của sét nhưng khơng phá vở cấu
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 1
8
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
trúc khơng gian của nó. Các acid vơ cơ thường được sử dụng để hoạt hóa sét là
acid HCl, H
2
SO
4
.
Cũng theo kết quả của nhiều nghiên cứu thì hoạt tính xúc tác của sét đạt
i trong mạng sét đã chuyển ra
đạt điều kiện
tạo hệ thống lỗ xốp theo
giá trị cao nhất khi 40% - 60% các oxid kim loạ
ngồi khối sét mà khung tinh thể khống sét vẫn bảo tồn.
Về đặc điểm của họat hóa hóa học là thành phần và tỷ lệ các ngun tố
trong cấu trúc tinh thể thay đổi rất nhiều, cũng qua việc theo dõi thành phần hóa
học này có thể giúp ta định hướng cho việc xử lý các chất hấp phụ
cơng nghệ tối ưu: tăng diện tích bề mặt chất hấp phụ,
u cầu và giữ ngun cấu trúc ban đầu của khung sét.
2+
, K
+
và
Na
+
bị tách ra khỏi sét nhưng khơng thể tách nhơm ra khỏi lớp trung tâm.
Dưới tác dụng của acid nóng, ngun tử nhơm ở lớp trung tâm có thể tách
ra khỏi lớp cấu trúc và càng tách ra nhanh ở nhiệt độ cao và v
tă
đến một giới hạn nhất định thì cấu trúc mạng tinh thể chuyển d
định hình. Có nghĩa là silic khơng hồn t
sét khi hoạt hóa acid.
Kết quả việc loại bỏ các cation kim loại cũng như tạp chất làm cho sét trở
nên xốp hơn, do vậy bề mặt thể tích riêng của mao quản của sét tăng lên đáng kể
.
Sự loại đi các cation trao đổi và những cation cấu trúc trong các lớp tứ
diện, bát diện xảy ra trong q trình hoạt hóa acid phụ th
lư acid sử dụng, nhiệt độ hoạt hóavà thời gian hoạt hóa.Sự ảnh hưởng này
được thể hiện qua các bảng sau:
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 1
9
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
Bảng 2.5.
:
Anh hưởng của nồng độ acid đến thành phần hóa học (%kl)
của
SiO
2
60.20 62.00 70.80
Al
2
O
3
9.82 9.65 8.76
Fe
2
O
3
4.23 3.55 1.60
Bảng 2.7.: Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến thành phần hóa học
của các mẫu Bentonit: T=90
0
C ; acid: HCl 20%.
Thời gian(giờ)
Thành phần
2 3 4 5
SiO
2
65.60 66.40 70.80 73.40
Al
2
O
3
9.21 9.12 8.76 7.65
001
trong q trình hoạt hóa xảy ra ở nhiệt độ phòng thì lớn hơn so
với mũi d
001
của q trình hoạt hóa acid ở 90
0
C (so sánh 0.3SaRT và 0.3Sa90).
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 2
0
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ ình 2.1
đến khoảng 400
0
C → 600
0
C mới bị tách ra.
Sau đây là kết quả cơng trình nghiên cứu của tác giả [29]về sự mất nước
ủa Bentonit hoạt hóa acid trong q trình đun nóng được thể hiệc
DTA.
PHẦN TỔNG QUAN
Trang 2
1
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
ng độ acid càng tăng (do khi hoạt hóa acid với nồng độ cao, lượng kim
+
, Mg
2+
bị tách ra khỏi mạng lưới bá
lo
làm giảm các nhóm OH liên kết và sẽ làm giảm lượng nước cấu trúc tinh thể).
- Hiệu ứng thứ ba ở trên 900
0
C là tổng hiệu ứng nhiệt của sự phá hủy
mạng tinh thể và các q trình tổ hợp lại tạo cấu t
năng lượng. Do việc loại các tạp chất cũng như các cation kim loại đã làm
sét hoạt hóa trở nên xốp hơn vì thế dẫn đến tăng bề mặt riêng và thể tích của m
quản một cách đáng kể.
2.6.3. ĐỘ ACID VÀ HO
ẠT TÍNH XÚC TÁ
HOẠT HĨA ACID:
2.6.3.1. Độ acid: Như đã nói khi ta thay đổi các cation đưa vào thành
điện tích được loại ra trong q trình tác kích của proton vào cấu trúc của
ạng sét.
Q trình di chuyển của các cation tâm bát diện ra khỏi mạng lưới khống
ét dưới tác dụng của acid được giải thích như
sau: cứ một trong hai ngun tử
hơm bát diện của tế bào sét bị loại ra sẽ mang theo hai nhóm hydroxyl, ngun
nhơm còn lại sẽ chuyển từ cấu hình bát diện sang cấu hình tứ diện với bốn
gun tử oxi còn lại. Có nghĩa là một ngun tử nhơm có hóa trị ba sẽ phối trí
ới bốn ngun tử oxi, lúc đó sẽ gây ra điện tích âm cho mạng lưới, proton H
+
cid Bronsted và tâm acid Lewis.
Như vậy sự chế hóa sét bằng acid làm tăng diện tích bề mặt, thể tích lỗ
ốp và đồng thời làm tăng các tâm xúc tác. Do vậy người ta có thể điều chỉnh
ấu trú ọn
ồng độ
ất
n
lượ
d
x
v
g
a
x
c c của mạng sét cho từng lọai phản ứng xúc tác cụ thể bằng cách ch
acid và nhi
ệt độ hoạt hóa tối ưu sao cho phản ứng đạt được hiệu su
n
mong muốn.
2.6.3.2.
Hoạt tính xúc tác:
Hoạt tính xúc tác hoạt hóa được đánh giá qua nhiều phản ứng hữu cơ khác
nhau, trong đó phản ứng chuyển hóa alcol và cracking cumen hiện nay được
quan tâm nhiều. Độ chuyển hóa alcol và phản ứng cracking cumen tỷ lệ với độ
acid bề mặt xúc tác [31]. Ngồi ra thành phần và cấu trúc của chất xúc tác cũng
ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của phản ứng này.
Trang 2
3
Luận án Thạc só Khoa học Hóa học Lê Thò Hồng Huệ
Các polication này thường có kích thước lớn, nó sẽ trao đổi với các cation
bù trừ điên tích giữa các lớp sét và nó sẽ nới rộng khoảng cách giữa hai lớp
o gồm các ion độc lập.[33]
a những vi lỗ cũng như tính acid- baz của đất
hống được đặc trưng bởi tâm acid Lewis chiếm ưu thế, điều này
ược lý giải qua nghiên cứu phổ IR của các phân tử pyridin hấp phụ trên sét
thành những xúc tác acid có
ả hai loại tâm acid: Bronsted và Lewis.
nhơm- silicat. Khi nung sét chống bằng polication ở nhiệt độ cao thì những
polimer hydroxycation kim loại này sẽ trãi qua q trình loại nước và loại
hydroxyl hình thành những tổ hợp oxid kim loại vững chắc, chúng đóng vai trò
như những trụ chống giữa những lớp silicat tạo nên khoảng khơng gian liên lớp.
Các trụ này làm sét trở nên bền v
ững ở nhiệt độ cao, có cấu trúc lỗ xốp nhỏ mở
và các trụ này bao gồm các hạt kết oxid khơng ba
Cấu trúc của đất sét chống sau khi nung sẽ có cấu trúc hai chiều giống
như cấu trúc Zeolit. Kích thước củ
sét chống phụ thuộc vào bản chất của chất chống ban đầu và điều kiện chống.
Hơn n
ữa khi các chất chống trở thành các oxid kim loại thì bản thân của
những oxid này cũng trở hành những tâm acid có khả năng hoạt hóa cho những
phân tử tác chất khi đun nóng đất sét chống. Ở nhiệt độ cao (400
0
-500
0
C) tính
acid của sét c
Trang 2
4
Copyright: Tài liệu đại học ©