MỞ ĐẦU
Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, thuộc nhóm smectit gồm montmorilonit và
một số khoáng khác. Bentonit có các tính chất đặc trưng là trương nở, kết dính, hấp
phụ, trơ, nhớt và dẻo [1,3,4,35,37]. Do những tính chất này mà bentonit được ứng
dụng từ xa xưa như làm đồ gia dụng (bát đĩa, nồi, chum, vại…) và ngày nay được sử
dụng làm chất xúc tác [2,8,10,20,39], chất tạo huyền phù trong sơn, thuốc nhuộm,
vecni, làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải [11,17,20,26,27], khử giấy, mực, làm
chất đầu chế tạo nanocompozit [7,14]…
Sét hữu cơ là sản phẩm của quá trình tương tác giữa sét bentonit và các hợp chất
hữu cơ phân cực hoặc các cation hữu cơ, đặc biệt là các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc
4 có mạch thẳng, nhánh và vòng [9,11,25,31]. Sét hữu cơ có tính chất đặc biệt như ưa
hữu cơ, nhớt, hấp phụ. Do có những tính chất trên mà sét hữu cơ được ứng dụng làm
chất chống sa lắng trong sơn, dầu nhờn, mực in,… và gần đây là điều chế vật liệu
nanocompozit, làm chất hấp phụ các chất hữu cơ và dầu mỏ trong xử lý môi trường
nước [17,20,26,27,30].
Do có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, sét hữu cơ đã và đang được
các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu ngày càng nhiều. Ở Việt Nam có một trữ
lượng khoáng sét dồi dào song mới được khai thác trong phạm vi nhỏ và mới được sử
dụng làm vật liệu gốm, vật liệu xây dựng, xử lý môi trường,… mà chưa được nghiên
cứu nhiều để nâng cao tính năng sử dụng. Do đó việc nghiên cứu để sử dụng một
cách có hiệu quả nguồn khoáng sét ở Việt Nam là nhiệm vụ cấp thiết, có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn của các nhà khoa học Việt Nam.
Để đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu về bentonit và điều chế sét hữu
cơ từ bentonit ở Việt Nam, trong luận văn này chúng tôi trình bày các kết quả khảo
sát quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận hàm lượng MMT >90% với
cetyl trimetyl amoni bromua và dodecyl amoni clorua, sau đó tiến hành xác định cấu
trúc và tính chất của sản phẩm sét hữu cơ điều chế được.
1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bentonit [1,3,4]
Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên thành phần chính là montmorilonit (MMT)
trong tứ diện SiO
4
và Al
3+
trong bát diện AlO
6
. Như vậy thành phần hóa học của MMT ngoài sự có mặt của Si
và Al còn thấy các nguyên tố khác như Fe, Zn, Mg, Na, K… trong đó tỷ lệ Al
2
O
3
:
SiO
2
từ 1: 2 đến 1: 4 [1,3-6].
Ngoài thành phần chính là MMT, trong bentonit còn chứa một số khoáng sét
khác như hectorit, saponit, beidelit, nontronit,… và một số khoáng phi sét như canxit,
pirit, manhetit, một số muối kim loại kiềm khác và hợp chất hữu cơ.
1.1.1. Cấu trúc của bentonit
Cấu trúc không gian mạng lưới của montmorilonit được trình bày trên hình 1.
Hình 1.1. Cấu trúc không gian mạng lưới của montmorilonit
2
Trong trường hợp lý tưởng, các nguyên tử Si nằm ở tâm của các tứ diện, còn các
nguyên tử Al nằm ở tâm các bát diện của MMT. Do MMT có cấu trúc 2:1 dạng diocta
nên cấu trúc lớp của MMT đã được hình thành từ hai lá tứ diện liên kết với một lá bát
diện ở giữa tạo nên một lớp aluminosilicat. Giữa các lớp aluminosilicat là các cation
có khả năng trao đổi bị hydrat hóa. Khoảng cách giữa các lớp trong cấu trúc cơ bản
của MMT là 9,6Å, khoảng cách này bị thay đổi ít hay nhiều tùy thuộc vào số lượng,
bản chất các cation trao đổi và lượng nước bị hấp phụ, thường có thể đến 15Å.
Sơ đồ cấu trúc không gian mạng lưới của MMT ở hình 1.1 là cấu trúc trung hòa
3+
, hoặc Al
3+
trong
mạng bát diện bị thay thế bởi Mg
2+
, Fe
3+
, Cr
3+
, Zn
2+
..., thì sự thay thế các ion điện tích
cao này bằng các ion điện tích thấp hơn sẽ gây ra sự thiếu hụt điện tích dương trong
cấu trúc tứ diện và bát diện tạo ra điện tích âm trên bề mặt phiến sét.
Đối với bentonit, sự thay thế đồng hình chủ yếu xảy ra trong lớp bát diện, ở
giữa hai lớp tứ diện của phiến sét. Do đó liên kết của cation với bề mặt lớp sét là liên
kết yếu và các cation đó có thể bị thay thế bởi các cation khác. Khả năng trao đổi
mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng điện tích âm bề mặt và số lượng ion trao đổi. Nếu
3
số lượng điện tích âm càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao
đổi càng lớn.
Khả năng trao đổi ion của lớp aluminosilicat còn phụ thuộc vào điện tích và bán
kính ion của cation trao đổi. Cation có điện tích thấp dễ trao đổi hơn cation có điện
tích cao:
Me
+
> Me
2+
> Me
và góp phần vào sự cân bằng điện tích. Ngoài ra trong cấu trúc của bentonit còn có
các nhóm hiđroxyl khác nằm ở đỉnh các bát diện. Trong sáu đỉnh của bát diện có hai
đỉnh là nhóm OH còn bốn đỉnh kia là oxi, trong đó nhóm hiđroxyl của liên kết Si –
OH không có khả năng trao đổi hiđro. Nhóm hiđroxyl của liên kết Al – OH có tính
axit yếu nên khả năng trao đổi yếu. Nhóm Si – O –Al có tính trao đổi mạnh nên có
tính quyết định đến trao đổi cation H
+
.
4
1.1.2.2. Tính chất trương nở [9,37]
Khi nước, các phân tử phân cực hoặc các cation bị hấp phụ vào khe trống giữa
các lớp sẽ làm tăng chiều dày lớp cấu trúc, tính chất này gọi là tính chất trương nở.
Mức độ trương nở phụ thuộc vào bản chất khoáng sét, cation trao đổi, sự thay thế
đồng hình của các ion trong các lớp và sự có mặt của các ion, các phân tử phân cực
trong môi trường phân tán. Lượng nước được hấp phụ vào giữa các lớp sét phụ thuộc
vào khả năng hydrat hóa của các cation trao đổi.
Khi bentonit hấp phụ hơi nước hay tiếp xúc với nước, các phân tử nước phân
cực sẽ thâm nhập vào bên trong các lớp, làm khoảng cách này tăng lên ít nhất 14÷15Å
tùy thuộc vào loại bentonit và lượng nước bị hấp phụ. Sự tăng khoảng cách d
001
được
giải thích là do sự hydrat hóa của các cation giữa các lớp.
Độ trương nở của bentonit phụ thuộc vào bản chất cation trao đổi trên bề mặt
lớp sét. Ví dụ, ion Na
+
với điện tích +1 có thể liên kết với một tâm tích điện âm trên
mặt lớp sét. Do vậy khi bị hyđrat hóa, bentonit Na có khả năng trương nở từ khoảng
cách ban đầu giữa 2 phiến sét là từ 9,2Å đến ít nhất 17Å. Trong môi trường kiềm
bentonit-Na bị hiđrat hóa mạnh hơn, lớp nước hấp phụ tăng mạnh. Do vậy trong môi
trường kiềm, huyền phù bentonit-Na rất bền vững.
Khi trộn với nước, bentonit sẽ có khả năng kết dính mạnh nên từ thời xa xưa con
người đã biết sử dụng loại sét này để nặn thành các vật dụng nhằm mục đích phục vụ
đời sống. Lợi dụng tính chất kết dính này, trong các xưởng đúc gang, bentonit được
dùng làm chất kết dính để vê quặng bột thành viên trước khi đưa vào lò nung, hoặc
làm chất kết dính trong khuôn cát để đúc.
1.1.2.5. Tính trơ
Bentonit trơ và bền hóa học nên không độc, có thể ăn được. Người ta dùng
bentonit làm chất độn trong dược phẩm, thức ăn gia súc, mỹ phẩm, làm chất lọc sạch
và tẩy màu cho bia, rượu vang và mật ong...
1.1.2.6. Tính nhớt và dẻo
6
Do có cấu trúc lớp, có độ xốp cao, có khả năng trương nở mạnh trong nước nên
bentonit có tính nhớt và dẻo. Do có các tính chất này mà bentonit được sử dụng làm
phụ gia bôi trơn mũi khoan, gia cố thành của lỗ khoan, làm phụ gia trong xi măng
Portland, chế vữa và chất dính kết đặc biệt.
1.1.3. Ứng dụng của bentonit
1.1.3.1. Làm chất xúc tác trong các quá trình tổng hợp hữu cơ [1,10,12,28]
Do có độ axit cao nên bentonit có thể được dùng làm chất xúc tác trong các
phản ứng hữu cơ. Bề mặt của bentonit mang điện tích âm do sự thay thế đồng hình
của các ion Si
4+
bằng ion Al
3+
ở tâm tứ diện và ion Mg
2+
thay thế ion Al
3+
ở tâm bát
diện. Các ion thay thế Al
3+
, Si
4+
,... tạo ra vật liệu sét chống có độ axit và độ xốp cao hơn, có
khả năng xúc tác cho một số phản ứng hữu cơ. Ví dụ; việc sử dụng sét chống làm
chất xúc tác axit rắn trong phản ứng hữu cơ ở pha lỏng thuận lợi hơn nhiều so với
axit lỏng. Sau khi kết thúc phản ứng chỉ cần lọc hỗn hợp phản ứng có thể tách chất
xúc tác rắn ra khỏi hỗn hợp phản ứng.
7
Ngoài ra, do bentonit có khả năng hấp phụ cao nên có thể hấp phụ các chất xúc
tác trên bề mặt trong giữa các lớp. Vì vậy, bentonit được sử dụng làm chất mang xúc
tác cho nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ.
1.1.3.2. Làm vật liệu hấp phụ [18]
Bentonit được dùng rộng rãi làm chất hấp phụ trong nhiều ngành công nghiệp.
Trong công nghiệp lọc dầu, lượng bentonit được sử dụng với lượng rất lớn, bao gồm
bentonit tự nhiên và bentonit đã hoạt hóa. Lượng bentonit tự nhiên tiêu tốn cho quá
trình lọc dầu là 25% khối lượng dầu và lượng bentonit đã hoạt hóa bằng 10% khối
lượng dầu. Việc sử dụng bentonit làm chất hấp phụ ưu việt hơn hẳn phương pháp cũ
là phương pháp rửa kiềm. Lượng bentonit mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng
0,5% lượng dầu được tinh chế. Ngoài ra, phương pháp dùng bentonit còn có mức hao
phí dầu thấp do tránh được phản ứng thủy phân.
Trong công nghiệp hóa than, bentonit được sử dụng để tinh chế benzen thô và
các bán sản phẩm khác.
Với tư cách là một chất hấp phụ đặc biệt tốt, bentonit có thể tạo ra các dung dịch
khoan với chất lượng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp. Vì thế, cùng với sự
phát triển của ngành thăm dò và khai thác dầu, lượng bentonit được sử dụng trong
việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng. Ngày nay ở Mỹ, lượng bentonit được
sử dụng làm dung dịch khoan chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonit của nước này.
Các chức năng quan trọng của bentonit trong dung dịch khoan là:
+ Làm tăng khả năng lưu chuyển của dung dịch khoan do có độ nhớt cao ngay
cả khi nồng độ chất rắn thấp.
cơ có trong nước với giá thành tương đối rẻ.
9
Do có đặc tính trơ, không độc hại nên bentonit còn được dùng làm phụ gia trong
thuốc tiêu hóa thức ăn và giúp điều tiết axit cho động vật, làm phụ gia dược phẩm.
1.1.4. Làm giàu, làm sạch bentonit
10
Các mỏ bentonit kiềm trên thế giới thường có hàm lượng MMT cao, nên các
công trình nghiên cứu về làm giàu, làm sạch bentonit kiềm để nâng cao hàm lượng
MMT-Na của các tác giả trên thế giới không nhiều. Đối với những mỏ bentonit kiềm
có hàm lượng MMT cao như bentonit kiềm Wyoming (Mỹ) người ta có thể trực tiếp
sử dụng mà không cần qua giai đoạn làm giàu, hoặc biến tính nó để thu được sản
phẩm cho những mục đích khác nhau.
Tuy nhiên đối với loại quặng bentonit có hàm lượng MMT thấp - như bentonit
Tuy Phong, Bình Thuận của Việt Nam, người ta phải sử dụng phương pháp tuyển
trọng lực như của các tác giả ở công trình [2] hoặc phương pháp ướt như của các tác
giả ở Mỹ ở các công trình [3,4]. Theo phương pháp này, bentonit được pha với nước
theo một tỷ lệ thích hợp. Sử dụng chất phân tán Na(PO
3
)
6
để làm lắng các khoáng phi
sét theo nhiều giai đoạn, sau đó huyền phù mịn được lọc, sấy khô và nghiền mịn để
thu sản phẩm. Một số tác giả khác sử dụng phương pháp tuyển thủy xyclon, xử lý
nhiệt và hóa học để nâng cao hàm lượng MMT trong bentonit.
11
Trên thế giới số lượng khoáng bentonit kiềm thổ (chứa các cation Ca
+2
, Mg
+2
,
3
, HCl) và các chất hữu cơ khác để hoạt hóa bentonit kiềm và bentonit kiềm thổ
nhằm thu nhanh các sản phẩm hoạt hóa cho những mục đích sử dụng khác nhau.
1.1.5. Giới thiệu về bentonit Bình Thuận – Việt Nam
Ở nước ta bentonit được phát hiện ở nhiều nơi: Cổ Định (Thanh Hóa), Di Linh
(Lâm Đồng), Bình Thuận, Mộc Châu v.v... với trữ lượng dồi dào. Trong đó mỏ
bentonit Bình Thuận có trữ lượng lớn hàng trăm triệu tấn, mới được tìm thấy năm
1987.
12
Bình Thuận được đặc trưng bởi khí hậu khô nóng, lượng mưa ít và là nơi phân
bố rộng rãi đá magma giàu kiềm (giàu Na và K). Với những đặc điểm trên bentonit
tạo thành bởi hai quá trình thủy phân và quá trình hấp phụ trao đổi cation. Trữ lượng
có thể khai thác được ở Nha Mé khoảng 42 triệu tấn còn ở thung lũng Vĩnh Hảo
khoảng 33 triệu tấn [6]. Hàm lượng MMT-Na trong sét Bình Thuận khá thấp, khoảng
từ 12% đến 20%. Tạp chất chủ yếu trong khoáng sét là canxit, thạch anh vi tinh thể,
phenspat, cao lanh. Trên bảng 1.1 đưa ra thành phần hóa học của bentonit Bình Thuận
[3,6].
Trong thực tế, tùy theo mục đích sử dụng cho từng lĩnh vực mà đòi hỏi về hàm
lượng montmorilonit cũng khác nhau, như khi dùng làm khuôn đúc trong ngành thép
hoặc để sử dụng trong nông nghiệp thì có thể dùng bentonit nguyên khai hay chỉ qua
khâu xử lý quặng sơ bộ, còn nếu dùng cho mục đích làm chất xúc tác, sử dụng trong
ngành y, dùng để sản xuất sét hữu cơ thì đòi hỏi phải làm sạch, làm giàu bentonit để
nâng hàm lượng montmorilonit trong bentonit lên cao. Có hai phương pháp hoạt hóa
bentonit thường được sử dụng là hoạt hóa bằng kiềm, hoạt hóa bằng axit.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của bentonit Bình Thuận
Thành phần
hóa học
SiO
2
Al
năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ trong môi trường lỏng trội hơn hẳn khiến chúng
trở thành tiềm năng hữu ích trong nhiều ứng dụng.
Các nghiên cứu về tương tác giữa các khoáng sét và các hợp chất hữu cơ đã
được thực hiện từ những năm đầu của thế kỷ XX và tăng lên không ngừng về số
lượng và đa dạng về đề tài. Nghiên cứu sự thâm nhập của các phân tử hữu cơ vào
khoảng cách giữa các lớp của các khoáng sét tự nhiên cũng đã được bắt đầu từ những
năm 20 của thế kỉ XX, sau khi xuất hiện phương pháp nhiễu xạ tia X vào năm 1913.
Một trong những bài báo sớm nhất là của Smith vào năm 1934 đã thông báo về sự
tương tác của khoáng sét với nicotin. Tuy nhiên, việc ứng dụng các khoáng sét làm
vật liệu hấp phụ hữu cơ thì đã được con người thực hiện sớm nhất là khoảng 7.000
năm trước công nguyên.
Hiện nay, ứng dụng quan trọng của các sét hữu cơ là trong lĩnh vực điều chế các
polime nanocompozit. Việc thêm sét hữu cơ vào môi trường polime sẽ làm tăng các
tính chất hóa học, vật lý và cơ học của môi trường và làm giảm giá thành trong một
số trường hợp. Điển hình là sét hữu cơ thay thế các chất độn (fillers) talc hoặc thủy
tinh ở tỷ lệ 3:1. Ví dụ, việc sử dụng 5% sét hữu cơ có thể thay thế cho 15÷50% chất
độn như canxi cacbonat để làm giảm giá thành và làm tăng các tính chất cơ học. Sét
hữu cơ là vật liệu thương mại ưu thế nhất để điều chế các polime nanocompozit,
chiếm khoảng 70% khối lượng đã sử dụng [28].
Sét hữu cơ cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các ứng dụng
này bao gồm các chất hấp phụ, các tác nhân kiểm soát tính lưu biến trong sơn, dầu
14
mỡ, mỹ phẩm, các sản phẩm chăm sóc dành cho cá nhân, chất lỏng khoan giếng dầu,
làm chất hấp phụ dầu tràn trên biển,...
Trong số các khoáng sét, smectit, đặc biệt là montmorilonit đã được sử dụng
rộng rãi để điều chế các sét hữu cơ vì các tính chất đặc biệt của nó, chẳng hạn như
dung lượng trao đổi ion cao, có khả năng trương nở mạnh, có các tính chất hấp phụ
cao và diện tích bề mặt lớn. Ngoài montmorilonit, các khoáng sét khác cũng đã được
sử dụng, như hectorit (Vougaris và Petridis, 2002), fluoro-hectorit tổng hợp nhân tạo
(Gorassi và các cộng sự, 2003), sepiollit (Akyüz và Akyüz, 2003),...
amoni giữa các lớp aluminosilicat của montmorilonit đã được Lagaly và các cộng sự
(1976) nghiên cứu. Khoảng cách giữa các lớp aluminosilicat của montmorilonit chứa
ankyl amoni thay đổi theo độ dài của ankyl amoni (hình 1.3).
16
Hình 1.3. Sự thay đổi khoảng cách giữa các lớp aluminosilicat của montmorilonit
chứa ankyl amoni theo độ dài mạch cacbon (n
c
) do sự tạo thành các lớp đơn, các lớp
kép, và các lớp giả tam phân tử của các ion ankyl amoni
Cấu trúc lớp đơn được đặc trưng bởi khoảng cách giữa các lớp aluminosilicat
vào khoảng 1,35nm. Sự hình thành cấu trúc lớp đơn là có thể nếu A
c
(=), là diện tích
đòi hỏi cho các cation sắp xếp nằm dọc theo lớp với n
c
nguyên tử cacbon trong mạch,
trở nên lớn hơn so với diện tích đương lượng A
e
, là diện tích có thể sử dụng được đối
với mỗi cation có hóa trị 1 trong một lớp đơn ở giữa hai lớp silicat. Nếu như
A
c
(=) > A
e
, thì phần cuối của các mạch ankyl sẽ bắt buộc phải nằm trong phạm vi lớp
đơn. Khi xâm phạm giới hạn A
c
(=) = A
e
, các lớp kép của các ion ankyl amoni nằm
hơn trong khi một trạng thái có trật tự (cấu hình tất cả đều là trans) chỉ có mặt trong
các trường hợp đặc biệt. Nói chung, khi mật độ sắp xếp giữa các lớp hoặc độ dài
mạch giảm xuống hoặc khi nhiệt độ tăng lên thì các mạch đã thâm nhập sẽ chấp nhận
một cấu trúc giống chất lỏng mất trật tự hơn do sự tăng tỷ số cấu hình gauche/trans.
Khi giá trị diện tích bề mặt/mol nằm trong một khoảng nào đó các chuỗi mạch
ankyl được sắp đặt không hoàn toàn mất trật tự mà giữ lại một vài kiểu sắp đặt có trật
tự và định hướng nhất định, giống với trạng thái tinh thể lỏng. Vì các mạch trong
trạng thái giống với trạng thái lỏng được tự do chuyển động và tái định hướng nên
chúng có thể đạt đến cân bằng nhanh hơn nhiều so với khi chúng ở trong trạng thái
rắn.
18
Hình 1.4 đưa ra các kiểu tập hợp đuôi ankyl đã được Vaia và các cộng sự (1994)
đưa ra. Khi số các nguyên tử cacbon tăng lên thì sự sắp xếp các mạch tuân theo những
cấu trúc có trật tự hơn.
Hình 1.4
. Các cách tập hợp đuôi ankyl được Vaia và các cộng sự (1994) đưa ra: a) độ
dài mạch ngắn, lớp đơn ở bên; b) độ dài mạch trung bình, mất trật tự trong mặt
phẳng và đan vào nhau để hình thành kiểu lớp kép; c) mạch dài: trật tự giữa các lớp
tăng lên dẫn đến tạo thành một môi trường polime tinh thể lỏng.
Hackett và các cộng sự (1998) đã sử dụng sự mô phỏng phân tử để nghiên cứu
các sự định hướng của các đuôi ankyl trong các khoáng sét được biến tính hữu cơ.
Hình 1.5 đưa ra các hình ảnh của các phân tử chất hoạt động bề mặt trên các lớp
aluminosilicat. Sự sắp xếp bền là một lớp đơn với khoảng cách giữa các lớp
aluminosilicat là 1,32nm, trong khi lớp kép và lớp ba thì tương ứng với các khoảng
cách giữa các lớp aluminosilicat là 1,80nm và 2,27nm. Các sự mô phỏng đã chỉ ra
rằng sự sắp xếp mất trật tự của các mạch cacbon ở trạng thái giống với chất lỏng
không nằm phẳng như ở lớp đơn thay vào đó lại quấn vào các mạch trong lớp đối
diện. Trong lớp kép, gần như một nửa số nhóm CH
2
ở trong lớp đối diện với nhóm
2
, và NH
3
(Moore và Reynolds,
1997).
20
Trong đề tài này chúng tôi sử dụng dodecyl ammoni clorua và cetyl trimetyl
amoni bromua làm tác nhân hữu cơ để khuếch tán vào khoảng không giữa các lớp
trong cấu trúc của bentonit.
1.2.2. Tính chất và ứng dụng của sét hữu cơ [17,21,29]
1.2.2.1. Tính chất của sét hữu cơ
* Tính hấp phụ
Trong cấu tạo của sét hữu cơ có các gốc hiđrocacbon là nhóm ưa dầu, mỡ nên
sét hữu cơ có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ. Vì vậy đã có nhiều công trình
nghiên cứu sử dụng sét hữu cơ để hấp phụ dầu tràn trên biển, loại bỏ các chất hữu cơ
khỏi môi trường nước.
* Tính lưu biến
Sét hữu cơ có khả năng trương nở tốt trong các dung môi hữu cơ, là chất ưa hữu
cơ. Khi được phân tán vào môi trường là các chất hữu cơ nó làm tăng độ phân tán của
các chất hữu cơ. Do đó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong làm
chất chống sa lắng trong sơn, trong mực in, làm sạch nước bị ô nhiễm bởi dầu mỡ.
1.2.2.2. Ứng dụng của sét hữu cơ
* Làm chất hấp phụ [25]
Sét hữu cơ có chức năng tương tự như cacbon hoạt tính, nhựa trao đổi ion và
màng lọc để tách dầu/nước. Bột sét ưa dầu có thể là 1 hợp phần hoặc nguyên liệu
chính của bột sét đông tụ. Chúng là chất hấp phụ cực mạnh để loại bỏ dầu, chất hoạt
động bề mặt, và các dung môi, bao gồm metyl etyl xeton, t-butyl ancol (TBA) và các
chất khác.
Do loại bỏ dầu và dầu nhờn ở tỷ lệ thể tích/khối lượng cao, sét ưa hữu cơ có thể
tiết kiệm tới 50% chi phí hoặc hơn. Sét hữu cơ có thể dùng trong pha trộn nhiên liệu
22
Phương pháp ướt là phương pháp trao đổi giữa cation hữu cơ với bentonit đã
hoạt hóa trong môi trường nước. Có ba phương pháp điều chế sét hữu cơ trên cơ sở
phương pháp ướt:
* Phương pháp khuếch tán trong môi trường nước
Phương pháp này dựa trên sự khuếch tán của các chất hữu cơ và bentonit trong
môi trường nước. Sự khuếch tán được thực hiện nhờ khuấy liên tục hỗn hợp bentonit
và các tác nhân hữu cơ trong môi trường nước ở điều kiện (nhiệt độ, pH, tỷ lệ hữu
cơ/sét,..) nhất định. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, thực hiện dễ dàng và
chi phí thấp. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất ở Việt Nam cũng như
trên thế giới. Một dạng thiết bị điều chế sét hữu cơ trong phòng thí nghiệm mà chúng
tôi sử dụng để điều chế sét hữu cơ được đưa ra trên hình 1.6.
Hình 1.6. Thiết bị điều chế sét hữu cơ theo phương pháp khuyếch tán trong
nước trong phòng thí nghiệm có dung tích 2 lít và 10 lít
* Phương pháp lò vi sóng
Tương tự phương pháp khuếch tán thì phương pháp lò vi sóng cũng được thực
hiện trong môi trường nước, tuy nhiên phương pháp này dựa trên nguyên tắc sử dụng
vi sóng tác dụng lên hỗn hợp phản ứng và được thực hiện trong lò vi sóng. Ưu điểm
23
của phương pháp này là cho hiệu suất cao hơn phương pháp khuếch tán, tuy nhiên do
chi phí lớn về thiết bị và năng lượng nên phương pháp này chưa được ứng dụng rộng
rãi.
* Phương pháp thủy nhiệt
Trong phương pháp này, quá trình điều chế sét hữu cơ được thực hiện trong thiết
bị thủy nhiệt, để có thể thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Phương
pháp thủy nhiệt có nhiều ưu điểm:
- Cho phép điều chế sản phẩm có tính đồng nhất cao, với thành phần hóa học
được điều chỉnh một cách dễ dàng: quá trình cho phép lấy những lượng chính xác
chất đầu trộn với nhau theo tỷ lệ hóa học của sản phẩm đạt được như mong muốn.
Trong quá trình nghiên cứu xây dựng quy trình điều chế sét hữu cơ trong phòng
thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng phương pháp khuếch tán trong dung dịch nước vì
phương pháp này dễ thực hiện, trang thiết bị đơn giản và đặc biệt là nó dễ triển khai
với quy mô sản xuất lớn trong thực tế sau này.
1.3. Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận văn
1.3.1. Mục đích
Tìm được các điều kiện thích hợp về tỷ lệ chất hữu cơ/bentonit, nhiệt độ huyền
phù, pH huyền phù và thời gian khuấy trộn cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ
bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% với dodecylamoni clorua và cetyl trimetyl
amoni bromua. Từ đó xây dựng được quy trình chuẩn điều chế sét hữu cơ từ bentonit
Bình Thuận >90% và hai amin trên với quy mô phòng thí nghiệm.
1.3.2. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục đích nêu trên chúng tôi sẽ thực hiện những nội dung nghiên
cứu sau:
* Điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% và cetyl
trimetyl amoni bromua (CTAB)
- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cetyl trimetyl amoni bromua/bentonit
25
Copyright: Tài liệu đại học ©