TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(31).2009
1
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH CỦA NGUYÊN LIỆU DIATOMITE PHÚ
YÊN BẰNG FT-IR, XRF, XRD KẾT HỢP VỚI PHƯƠNG PHÁP TÍNH
TOÁN LÝ THUYẾT DFT
DETERMINATION OF PHUYEN’S DIATOMITE CHARACTERISTICS BY
MEANS OF FT-IR, XRF, XRD AND THE DFT THEORETICAL
COMPUTATIONAL STUDY

Phạm Cẩm Nam
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
Trần Thanh Tuấn
Nhà máy ximăng Long Thọ, Học viên cao học Đại học Khoa học Huế
Lâm Đại Tú

Võ Đình Vũ
Trung tâm Phân tích Phân loại Hàng hóa Xuất khẩu Nhập khẩu miền Trung

TÓM TẮT
Trong bài báo này, các đặc tính của nguyên liệu diatomite Phú Yên đã được nghiên
cứu bằng phân tích hồng ngoại, nhiễu xạ tia X, huỳnh quang tia X kết hợp với phương pháp mô
phỏng lượng tử bằng phần mềm Gaussian 03. Kết quả đã cho thấy cấu trúc của diatomite gồm
các nhóm silanol (Si-OH) và siloxan (Si-O-Si) với tần số dao động lần lượt 3697.4 cm

1
(hay
3622.9cm

1
)


1
),
respectively. The main phase in diatomite amorphous opal (SiO
2.
nH
2
O) which was found by
XRD. This conclusion is quite adaptable with the silica content of 71%. Loss on ignition of
PhuYen’s diatomite is 9.9%, corresponding to the value of mass variation on DTA-TG diagram
of 10.57%. On the basis of PhuYen’s diatomite structure, this material offers some perspective
applications to water filtration and absorption, lightweight and insulation materials, pozzolan etc.

1. Giới thiệu
Diatomite còn có tên gọi là Kieselgühr là một loại đá trầm tích với thành phần
gồm các khung xương tảo diatome và có nhiều ứng dụng vào công nghiệp nhờ vào tính
xốp cao và bền nhiệt và các đặc tính quí giá khác [1]. Diatomite có màu thay đổi từ
trắng xám, vàng đến đỏ tùy thuộc vào thành phần các oxide chứa trong chúng.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(31).2009
2
Diatomite có tính cách nhiệt, không cháy, không hòa tan trong nước, và bền trong
không khí. Do đó chúng được sử dụng rông rãi làm chất trợ lọc, chất mang xúc tác và
chất hấp phụ [2],[3]. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng ứng dụng
diatomite trên thế giới [4],[5].
Tại Việt Nam, nguồn diatomite có trữ lượng 165 triệu tấn [6], trong đó có khu vực
mỏ tại huyện Tuy An, Phú Yên với trữ lượng dự báo khoảng 60 triệu tấn. Các ứng dụng
của diatomite Phú Yên
đã được nghiên cứu và áp dụng thử nghiệm làm bột trợ lọc trong
công nghiệp rượu bia, nước giải khát [6]. Một số công trình khác đã nghiên cứu sử dụng
để sản xuất vật liệu nhẹ, vật liệu chịu nhiệt [12]. Bên cạnh đó, diatomite còn được
nghiên cứu sử dụng làm các chất hấp thụ, chất mang, phụ gia cho công nghiệp xi măng

3
Fe
2
O
3
CaO MgO SO
3
MKN
(#)
Phương pháp XRF

71.0 10.1 5.8 0.6 0.9 0.2 9.9
#
MKN: Mất khi nung, phân tích bằng phương pháp mất trọng lượng khi nung ở 1000
0
C
Từ kết quả nhận được trong Bảng 1 cho thấy oxide chủ yếu của diatomite là
SiO
2
với giá trị 71% khối lượng. Hàm lượng MgO, SO
3
rất thấp khoảng 1% cho mỗi
oxide phù hợp để sử dụng làm phụ gia pozzolana trong sản xuất xi măng (TCVN 3735-
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(31).2009
3
82). Hàm lương Fe
2
O
3
khoảng 5.8% cao hơn kết quả đã công bố trước đây

được gán cho dao động hóa trị (stretching hay co giãn liên kết) của liên kết OH gắn
trong nhóm silanol tự do (SiOH). Các peak tại tần số 1102 cm
1
(hoặc 1050cm
1
)
tương ứng với dao động hóa trị của nhóm siloxan và tại 914.3cm
1
tương ứng với dao
động hóa trị của liên kết SiO trong nhóm silanol. Peak 795.6 và 695 cm
1
đại diện cho
dao động của cả nhóm SiOH. Các peak hấp thụ chung quanh tần số 534.9 và 469.2
cm
1
đại diện cho dao động biến dạng góc (bending) trong nhóm SiOSi.
Chúng ta có nhận xét rằng dù mẫu nguyên liệu diatomite đã sấy nhưng vẫn còn
một lượng nước hydrate hóa trên bề mặt hay trong các mao quản của cấu trúc, do đó
vẫn còn thấy xuất hiện dao động với số sóng 1635cm
-1
dù rằng với cường độ rất nhỏ. Và
peak dao động này sẽ mất đi khi nung ở nhiệt độ trên 535
0
C. Kết quả này hoàn toàn phù
hợp các công bố của Ahmad và cộng sự trên mẫu diatomite vùng East Jordan
[9],[10],[11].

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(31).2009
4
Hình 1. Giản đồ FT-IR mẫu nguyên liệu diatomite Phú Yên (sấy ở 100

a) Hexamethylcyclotrisiloxane (C
6
H
18
O
3
Si
3
)
b) C
4
H
14
O
4
Si
3

Hình 3. Cấu trúc tối ưu hóa của hai mô hình so sánh tại B3LYP/6-31G(d)
Để làm rõ việc đặc trưng dao động của các nhóm OH và SiOSi trên bề mặt
diatomite Phú Yên, chúng tôi tiến hành so sánh các peak đặc trưng trên phổ FT-IR của
diatomite Phú Yên với dao động của các nhóm silanol và siloxan bằng phương pháp mô
phỏng cấu trúc sử dụng phần mềm Gausian 03
Error! Bookmark not defined.
với lý thuyết DFT,
đồng thời so sánh các số liệu thực nghiệm đã công bố.
Error! Bookmark not defined.
Các mô
hình chọn tính toán mô phỏng ở đây là phân tử vòng năm C
2


(cm

1
) (Thực nghiệm
a
)  (Mô phỏng DFT
b
)
(geminal)

OH
=374510

(vicinal yếu)

OH
=37175 (vicinal)

OH
= 36605



OH
=3885.4


SiOSi
=1036.9 và 1040,9
a
Theo kết quả của Ahmad và cộng sự, Water Research 39 (2005) 922–932
b
`
Kết quả trong công trình này
3.4. Xác định thành phần khoáng bằng X-RAY và phân tích nhiệt vi sai DTA
Dựa vào kết quả phân tích X-ray của diatomite Phú Yên trên Hình 4 chúng ta
nhận xét rằng thành phần chủ yếu của diatomite là SiO
2
tự do, vô định hình. Mặt khác
trên giản đồ có xuất hiện các peak đặc trưng của SiO
2
dạng quartz ở 220.9
o
và peak
của khoáng kaolinite ở 2 = 26.8
o
.

Hình 4. Giản đồ phân tích X-ray Hình 5. Giản đồ DTA-TG
Với kết quả này có thể khẳng định rằng diatomite Phú Yên chứa phần lớn là
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(31).2009

.nH
2
O). Tuy nhiên vẫn có các khoáng thuộc họ
kaolinite hay các tạp chất khác trong đó. Do đó để đưa vào sản xuất chất trợ lọc trong
công nghệ thực phẩm cần có việc làm giàu các khoáng SiO
2
.nH
2
O trong nguyên liệu.
Cấu trúc bề mặt cấu trúc của diatomite được đặc trưng bởi các nhóm silanol và siloxan
với tần số dao động lần lượt 3697.4 cm
-1
(hay 3622.9 cm
-1
)

và 1102 cm
1
(hoặc
1050cm
1
). Nhiều triển vọng sử dụng nguyên liệu này trong các lĩnh vực lọc nước, hấp
thụ, nguyên liệu hay làm phụ gia pozzolan trong sản xuất xi măng sẽ được đề cập trong
các bài báo tiếp theo.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hadjar, H. Hamdi, B. Jaber, M.; Brendlé, J; Kessaissia, Z.; Balard, H.; Donnet,
J.B; Elaboration and characterisation of new mesoporous materials from
diatomite and charcoal, Microporous and Mesoporous Materials, 2007,