VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ XẠ HIẾM

BÙI VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
BENTONIT BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ
PHỐTPHO TRONG NƯỚC
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC HÀ NỘI - 2012

i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Lê Bá Thuận và TS. Thân Văn
Liên. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, được các
đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Bùi Văn Thắng

ii
LỜI CAM ĐOAN
i

LỜI CẢM ƠN
ii

MỤC LỤC
iii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG
ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
xii

MỞ ĐẦU
1

Chương 1. TỔNG QUAN
3

1.1. BENTONIT
3

1.1.1. Thành phần khoáng và thành phần hoá học
3



1.2.4.1. Bentonit biến tính lantan 12

1.2.4.2. Bentonit biến tính nhôm 13

1.2.4.3. Bentonit biến tính sắt 14

1.2.4.4. Bentonit biến tính nhôm/lantan 16

1.2.4.5. Bentonit biến tính nhôm/sắt 17

1.3. TÍNH CHẤT CỦA BENTONIT BIẾN TÍNH
18iv

1.4. TÍNH CHẤT HẤP PHỤ PHỐTPHO CỦA BENTONIT BIẾN TÍNH
19

1.4.1. Hiện tượng phú dưỡng
20

1.4.2. Ảnh hưởng của phú dưỡng
21

1.4.3. Bentonit biến tính là vật liệu hấp phụ phốtpho hiệu quả
22

1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG BENTONIT BÌNH THUẬN

29

2.3.1. Điều chế vật liệu B90-La và B40-La
29

2.3.2. Điều chế vật liệu BAl, BFe, BAlLa và BAlFe
30

2.3.2.1. Điều chế dung dịch polyoxocation kim loại 31

2.3.2.2. Điều chế bentonit biến tính bằng polyoxocation kim loại 32

2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
32

2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
32

2.4.2. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X
33

2.4.3. Phương pháp xác định bề mặt riêng BET
33

2.4.4. Phương pháp hiển vi điệt tử quét
33

2.4.5. Phương pháp phổ hồng ngoại
33


39

2.8.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và các tham số nhiệt động học
40

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
42

3.1. ĐẶC TRƯNG CỦA BENTONIT BÌNH THUẬN
42

3.2. NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ BENTONIT BIẾN TÍNH LANTAN
46

3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu B90-La và B40-La
46

3.2.1.1. Ảnh hưởng thời gian trao đổi và tỉ lệ LaCl
3
/bentonit 46

3.2.1.2. Ảnh hưởng của pH 49

3.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ 51

3.2.1.4. Ảnh hưởng của phần trăm huyền phù bentonit 52

3.2.2. Đánh giá đặc tính lý hoá của bentonit biến tính lantan
54


65

3.3.2.1. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt 65vi

3.3.2.2. Tính chất bề mặt 65

3.3.2.3. Phổ FTIR 66

3.3.3. Kết luận về quá trình điều chế vật liệu BAl, BFe
67

3.4. NGHÊN CỨU ĐIỀU CHẾ BENTONIT BIẾN TÍNH Al/La VÀ Al/Fe
68

3.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu BAlLa, BAlFe
68

3.4.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ AlCl
3
/MCl
3
68

3.4.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ (Al
3+
+M
3+

3.5.1. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phốtpho của
bentonit biến tính
80

3.5.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy 80

3.5.1.2. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ 81

3.5.1.3. Ảnh hưởng của pH 82

3.5.1.4. Động học hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính 84

3.5.1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ 86

3.5.1.6. Các tham số nhiệt động học hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính 90

3.5.1.7. Ảnh hưởng của một số ion cản 93

3.5.1.8. Khả năng lưu giữ phốtpho của bentonit biến tính 94

3.5.1.9. Cơ chế hấp phụ phốtpho của bentontie biến tính 94

3.5.2. Thành phần hoá học và tính chất bề mặt của vật liệu sau khi hấp phụ
97

3.5.3. Kết luận về khả năng hấp phụ phốtpho trong dung dịch nước tổng
hợp bằng vật liệu bentonit biến tính
99

3.7.3. Đặc tính lý hoá của hồ Hoà Mục sau khi phun bằng B90-La
109

3.7.3.1. Chất dinh dưỡng 109

3.7.3.2. Yếu tố pH 115

3.7.3.3. Nhiệt độ 116

3.7.3.4. DO và chất hữu cơ 117

3.7.3.5. Nồng độ kim loại trong nước và bùn đáy hồ Hoà Mục sau khi xử lý 118

3.7.4. Thành phần loài và mật độ tảo trước và sau khi xử lý hồ Hoà Mục
bằng vật liệu B90-La
119

3.7.4.1. Thành phần loài 119

3.7.4.2. Mật độ tảo 121

3.7.5. Kết luận về quá trình xử lý toàn hồ Hoà Mục bằng vật liệu B90-La
122

KẾT LUẬN
123

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
124

ICP-OES Phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma
FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại
PHT Phốtpho hoà tan
TP Tổng phốtpho
TN Tổng nitơ
XL Xử lý
ĐC Đối chứng
S
BET
Diện tích bề mặt riêng tính theo phương trình BET
V
p
Tổng thể tích lỗ xốp

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Dung lượng trao đổi cation (CEC) của một số loại khoáng sét 5

Bảng 1.2. Yếu tố giới hạn đối với sự phú dưỡng, WHO 21

Bảng 1.3. Thành phần hoá học các loại sản phẩm bentonit Nha Mé 24

Bảng 3.1. Dung lượng trao đổi cation (CEC) của B90 và B40 42

Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật của Bent, B90 và B40 43

Bảng 3.3. Kết quả phân tích thành phần hoá học của Bent, B90 và B40 43

Bảng 3.4. Phần trăm lantan clorua trao đổi (%) trên B90 và B40 sau 24 giờ 47

001
và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-Cx và BFe-Cx
điều chế với tỉ lệ M
3+
/bentonit khác nhau
58

Bảng 3.12. Giá trị d
001
và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-xd và BFe-xd
điều chế với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation khác nhau
61

Bảng 3.13. Giá trị d
001
và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-Tx và BFe-Tx
điều chế với nhiệt độ của quá trình biến tính khác nhau 62

Bảng 3.14. Giá trị d
001
và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-OH-x và BFe-
OH-x điều chế với tỉ lệ mol OH
-
/M
3+
khác nhau 64

Bảng 3.15. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của BAl và BFe 65

Bảng 3.16. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu BAl và BFe 67

Tx điều chế ở nhiệt độ khác nhau 75

Bảng 3.21. Giá trị d
001
và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-OH-x và
BAlFe-OH-x được điều chế ở tỉ lệ mol OH
-
/(Al
3+
+M
3+
) khác nhau 76

Bảng 3.22. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của BAlLa và BAlFe 77

Bảng 3.23. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu BAlLa và BAlFe 79

Bảng 3.24. Hiệu suất hấp phụ H
x
(%) của anion phốtphat trên bentonit biến
tính sau 120 phút khuấy 81

Bảng 3.25. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của bentonit biến tính 85

Bảng 3.26. Các tham số phương trình Langmuir và Freundlich của quá trình
hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính ở 25
o
C, 30
o
C và 35

) là 0,5 mmol/l

93

Bảng 3.31. Thành phần hoá học của vật liệu sau khi hấp phụ phốtpho 97

Bảng 3.32. Các tham số động học hấp phụ phốtpho trên B90-La trong nước
tổng hợp trong điều kiện khuấy liên tục với lượng chất hấp phụ là 1;
2,3; 3,4 và 4,5 g/L 101xi

Bảng 3.33. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của B90-La trong nước
hồ Hoà Mục với điều kiện khuấy liên tục ở liều lượng dùng khác nhau 104

Bảng 3.34. Nồng độ PHT và một số chỉ tiêu lý hoá của nướ c hồ Hoà Mục trước khi
xử lý bằng B90-La

104

Bảng 3.35. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của B90-La trong nước
hồ Hoà Mục theo mô hình cột với liều lượng dùng khác nhau
106

Bảng 3.36. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu lý hoá của nước hồ Hoà Mục 108

Bảng 3.37. Hàm lượng kim loại có trong nước hồ Hoà Mục trước khi phun B90-La 109

Bảng 3.38. Hàm lượng một số kim loại có trong mẫu bùn đáy hồ Hoà Mục


Hình 1.9. Một số thuỷ vực bị phú dưỡng 20

Hình 2.1. Quy trình điều chế vật liệu bentonit biến tính lantan 30

Hình 2.2. Quy trình điều chế vật liệu bentonit biến tính bằng polyoxocation kim koại 31

Hình 2.3. Mô hình thử nghiệm cột xử lý nước hồ 36

Hình 2.4. Hồ Hoà Mục 36

Hình 3.1. Ảnh SEM của mẫu a) B90 và b) B40 44

Hình 3.2. Giản đồ XRD của mẫu a) B90 và b) B40 44

Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của mẫu a) B90 và b) B40
45

Hình 3.4. Phần trăm lantan clorua trao đổi (%) trên mẫu a) B90-Lax và b)
B40-Lax theo thời gian ở tỉ lệ LaCl
3
/bentonit khác nhau 47

Hình 3.5. Giản đồ phổ XRD của mẫu a) B90-Lax và b) B40-Lax điều chế với
tỉ lệ LaCl
3
/bentonit khác nhau 48

Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-LapHx và b) B40-LapHx điều chế ở
khoảng pH khác nhau 50

/M
3+
khác nhau
63

Hình 3.15. Ảnh SEM của mẫu a) BAl và b) BFe 66

Hình 3.16. Phổ FTIR của mẫu a) BAl và b) BFe 66

Hình 3.17. Giản đồ XRD của mẫu a) BAlLa-x và b) BAlFe-x điều chế với tỉ
lệ AlCl
3
/MCl
3
khác nhau 68

Hình 3.18. Giản đồ XRD các mẫu a) BAlLa-Cx và b) BAlFe-Cx điều chế với
tỉ lệ (Al
3+
+M
3+
)/bentonit khác nhau
71

Hình 3.19. Giản đồ phổ XRD của mẫu a) BAlLa-xd và b) BAlFe-xd điều chế
với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation Al/M khác nhau
72

Hình 3.20. Giản đồ XRD của mẫu a) BAlLa-Tx và b) BAlFe-Tx điều chế ở
nhiệt độ khác nhau

Hình 3.28. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir của quá
trình hấp phụ phốtphat 87xiv

Hình 3.29. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich của
quá trình hấp phụ phốtphat 88

Hình 3.30. Đồ thị biểu diễn lnK
C
qua 1/T của bentonit biến tính. 91

Hình 3.31. Phần trăm phốtpho bị hấp phụ giải phóng phụ thuộc vào pH. 94

Hình 3.32. Sự biến đổi pH dung dịch theo thời gian hấp phụ phốtpho trên vật
liệu bentonit biến tính. 95

Hình 3.33. Ảnh SEM của vật liệu sau khi hấp phụ phốtpho: (a) B40-La-P, b)
B90-La-P, c) BAl-P, d) BFe-P, e) BAlLa-P và f) BAlFe-P. 98

Hình 3.34. Dung lượng hấp phụ phốtpho của bentonit biến tính lantan theo
thời gian trong điều kiện khuấy liên tục với dung dịch nước tổng hợp. 100

Hình 3.35. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 áp dụng cho quá trình hấp
phụ phốtpho trên bentonit biến tính lantan với dung dịch nước tổng hợp. 100

Hình 3.36. Sự phụ thuộc của lnk vào lnW. 101

Hình 3.37. Sự biến đổi nồng độ PHT trong thí nghiệm đối chứng và thí


Hình 3.46. Biến đổi giá trị N-NH
4
+
(mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối
chứng trong thời gian thử nghiệm. 112

Hình 3.47. Biến đổi giá trị N–NO
3
-
(mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối
chứng trong thời gian thử nghiệm. 112

Hình 3.48. Nồng độ N-NO
2
-
(mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng
trong thời gian thử nghiệm 113

Hình 3.49. Biến đổi giá trị TN (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng
trong thời gian thử nghiệm 113

Hình 3.50. Tỷ số TN/TP theo thời gian xử lý. 114

Hình 3.51. Nồng độ Chl a (
µg/l
) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng
trong thời gian thử nghiệm 114

Hình 3.52. Giá trị pH của các khu vực xử lý và đối chứng 2 ngày trước khi

1

MỞ ĐẦU
Bentonit là loại khoáng sét thiên nhiên, thuộc nhóm sét smectit. Thành phần
chính của bentonit là khoáng chất montmorillonit, ngoài ra còn có một số khoáng chất
khác như quartz, cristobalit, fenspat, biotit, kaolinit, illit, pyroxene, zircon, canxit,v.v
Chính do cấu trúc, thành phần hoá học, khả năng trao đổi cation lớn, với lớp xen giữa
có đặc tính hiđrat hoá, cho nên bentonit có các tính chất rất đặc trưng của khoáng sét
trương nở như: khả năng trao đổi ion, trương nở, hấp phụ, kết dính, trơ, nhớt và
dẻo,v.v Do những tính chất quý này mà bentonit có tiềm năng ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp. Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp người ta còn dùng
bentonit làm vật liệu hấp phụ, chế tạo tác nhân xúc tác trong chuyển hoá chất hữu cơ,
trong công nghiệp dầu khí và ứng dụng trong xử lý môi trường.
Nước ta có nguồn quặng bentonit rất phong phú được phát hiện ở nhiều nơi.
Theo số liệu của Tổng cục Địa chất, ở Việt Nam có số lượng mỏ bentonit với trữ
lượng tương đối lớn đã được phát hiện, thăm dò và khai khác. Trong đó mỏ bentonit
Tuy Phong – Bình Thuận thuộc loại bentonit kiềm, với trữ lượng tương đối lớn,
khoảng 150 triệu tấn. Bên cạnh đó, mỏ quặng bentonit Di Linh – Lâm Đồng thuộc
loại bentonit kiềm thổ và một số mỏ bentonit khác ở Phú Yên, Thanh Hoá, An
Giang,v.v. với trữ lượng bé hơn [1, 4, 5, 9]. Mặc dù vậy, bentonit ở nước ta mới được
khai thác trong phạm vi nhỏ và chủ yếu dưới dạng thô, sử dụng làm vật liệu gốm, vật
liệu xây dựng, chế tạo dung dịch khoan,v.v Hiện nay, bentonit hoạt hoá và biến tính
sử dụng làm vật liệu hấp phụ ở nước ta chỉ mới nghiên cứu với lượng nhỏ và kết quả
chưa được triển khai thực tế. Vì vậy việc nghiên cứu, sử dụng loại tài nguyên quý giá
này và biến nó thành vật liệu sử dụng có hiệu quả trong các lĩnh vực khác nhau của
nền kinh tế quốc dân là nhiệm vụ của các nhà khoa học nước nhà.
Biến tính bentonit bằng tác nhân kim loại hoặc tác nhân polyoxocation kim
loại thu được loại vật liệu có cấu trúc lỗ xốp vi mao quản – mao quản trung bình
[48, 50, 69, 72]. Bentonit biến tính được tạo thành khi trao đổi cation hiđrat lớp
giữa của bentonit với cation kim loại hoặc polyoxocation kim loại. Các

Fe [32, 155], La [55, 130], Cr [105, 135], Ti [53, 77] và Ga [36, 42] được sử dụng
nhiều trong thời gian qua. Bentonit biến tính có khả năng hấp phụ hiệu quả các dạng
phốtpho trong nước và lưu giữ chúng ở giữa lớp sét, không cho phát sinh trở lại cột
nước nên thực vật thuỷ sinh không thể hấp thu phát triển [55, 148, 152].
Việc tìm kiếm các vật liệu hấp phụ mới trên cơ sở sử dụng các tài nguyên
hiện có ở Việt Nam nhằm xử lý ô nhiễm môi trường nước là nhiệm vụ cần thiết và
cấp bách. Với ý tưởng sử dụng nguồn tài nguyên bentonit phong phú, sẵn có, rẻ tiền
ở nước ta để điều chế các vật liệu bentonit biến tính có khả năng hấp phụ phốtpho
trong nước, nhằm kiểm soát ngăn chặn phú dưỡng, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu
cho luận án là: “Nghiên cứu điều chế, tính chất của vật liệu bentonit biến tính và
ứng dụng hấp phụ phốtpho trong nước”.

3

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. BENTONIT
1.1.1. Thành phần khoáng và thành phần hoá học
Bentonit là loại khoáng sét thiên nhiên, thuộc nhóm smectit. Thành phần
chính của bentonit là khoáng chất montmorillonit (MMT), ngoài ra còn có một số
khoáng chất khác như quartz, cristobalit, fenspat, biotit, kaolinit, illit, pyroxene,
zircon, canxit,v.v Đôi khi người ta còn gọi khoáng bentonit là MMT. Công thức
đơn giản nhất của MMT (Al
2
O
3
.4SiO
2
.nH
2
O) ứng với nửa đơn vị cấu trúc. Công

4-y
Mg
x
)Si
8
O
20
(OH)
4
.nH
2
O, trong đó M
+
là cation trao đổi lớp giữa
(M
+
là Na
+
, K
+
, Mg
2+
, Ca
2+
,v.v.), trong điều kiện lý tưởng, x = 0,33 [4, 8, 35].
Như vậy thành phần hoá học của MMT với sự có mặt của Si, Al, còn có các
nguyên tố khác Mg, Fe, Na, Ca,v.v. ngoài ra còn một số nguyên tố vi lượng khác
như: Ti, Tl,v.v Trong đó tỉ lệ của Al
2
O

kim loại kiềm và kiềm thổ hiđrat (chẳng hạn như Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Mg
2+
,v.v.) chiếm
giữ khoảng không gian giữa các lớp này.

Hình 1.1. Đơn vị cấu trúc cơ bản của tinh thể montmorillonit.

Hình 1.2. Cấu trúc khoáng chất montmorillonit.
Trong Hình 1.2 cho thấy sự thay thế đồng hình của một số ion Al
3+
, Fe
3+
,
Mg
2+
,v.v. trong tấm tứ diện và tấm bát diện, cũng như khoảng cách lớp của MMT.
Bề dày của một lớp cơ sở của MMT đã chỉ ra trong Hình 1.2 là 9,6Å [4, 22, 51],

5

còn khoảng cách lớp d
001
của sét khô (làm khô ở 70
o

Halloysit.4H
2
O 40 – 50 Vermiculit 100 – 150
Illit 10 – 40 Beidellit 60 – 120
Chlorit 10 – 40 Nontronit 60 – 120
Pyrophyllit 0 Hectorit 60 – 120
Talc 0 Saponit 60 – 120

6

1.1.3.2. Tính chất hấp phụ
Tính chất hấp phụ của bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt, cấu trúc
lỗ xốp và kích thước hạt của chúng [4, 9, 27]. Bentonit có cấu trúc tinh thể và độ
phân tán cao, cho nên có cấu trúc lỗ xốp phức tạp và có diện tích bề mặt lớn. Cấu
trúc lỗ xốp ảnh hưởng rất lớn đến tính hấp phụ của các chất hấp phụ, đặc trưng của
bentonit là tính chọn lọc chất bị hấp phụ. Chỉ có những phân tử nào có đường kính
đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào được. Dựa vào điều này người ta có thể hoạt
hoá hoặc biến tính sao cho có thể dùng bentonit làm vật liệu tách các chất. Đây
cũng là điểm khác nhau giữa bentonit và các chất hấp phụ khác [4, 9, 14, 15].
Do sự dư hoá trị trên các nguyên tử của các nút mạng tinh thể cho nên bentonit
là một chất hấp phụ phân cực và vì vậy nó sẽ ưu tiên hấp phụ các chất phân cực. Tuy
nhiên, bentonit vẫn có thể hấp phụ các chất không phân cực do lực Van de Van và
tương tác hấp phụ chủ yếu là tương tác cảm ứng. Bentonit có diện tích bề mặt tương
đối lớn bao gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong. Bề mặt trong bao gồm bề mặt của các
lớp cơ sở chồng lên nhau và được ngăn cách bằng các cation kim loại bù đắp điện
tích trên bề mặt bentonit. Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt của các mao quản
chuyển tiếp. Các mao quản này được tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonit với
nhau và có kích thước khoảng hàng trăm Å. Diện tích của bề mặt ngoài phụ thuộc
vào kích thước các hạt bentonit, hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn. Khả
năng trao đổi ion càng lớn cùng với khả năng hấp phụ tốt mà ta có một loại vật liệu

2
O
Na
+
Na
+
H
2
O

Hình 1.3. Sơ đồ mô tả quá trình trương nở của bentonit.
Để quá trình trương nở hiệu quả, năng lượng giải phóng bởi sự hyđrat hoá của
các cation (hoặc lớp) phải đủ vượt qua lực hút giữa các lớp liền kề (chẳng hạn như
liên kết hiđro). Với khoáng sét kiểu 2:1, khả năng trương nở phụ thuộc vào sự hyđrat
cation lớp xen giữa và điện tích lớp. Khoáng sét với cấu trúc kiểu 2:1 và có điện tích
lớp thấp (talc và pyrophyllit) có số lượng cation nằm ở lớp xen giữa thấp, do đó khả
năng trương nở kém. Ngược lại, với khoáng sét có điện tích cao (bentonit) có lực
tương tác tĩnh điện giữa lớp điện tích âm và cation lớp xen giữa cho nên khả năng
trương nở dễ dàng với cation lớp xen giữa hoá trị thấp và giảm khi cation đa hoá trị.
Vì vậy, bentonit với lớp xen giữa chứa chủ yếu các ion Li
+
, Na
+
có khả năng trương
nở cao [4, 9, 22, 123]. Sự di chuyển của cation của lớp xen giữa ra bên ngoài và phân
tử nước đi vào (sự khuếch tán) và sự di chuyển của nước vào trong không gian giữa
các lớp sét (sự thẩm thấu) làm thúc đẩy quá trình tách lớp cho đến khi các lớp sét
được bóc tách hoàn toàn chỉ ra trong Hình 1.4.
Hàm lượng nước ở lớp xen giữa tăng khi áp suất tăng, một hay nhiều lớp nước
có thể hình thành ở lớp xen giữa. Khoảng cách lớp (giá trị d

O
H
2
O
H
2
O
~
+
~
+
~
+
~
+
~
+
~
+
~
+
~
+

Hình 1.4. Sơ đồ mô tả sự trương nở hoàn toàn của bentonit.
1.3.4. Ứng dụng của bentonit
Trên thế giới việc ứng dụng bentonit vào những ngành công nghiệp là khá đa
dạng và phong phú. Bentonit được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:
làm chất hấp phụ, chế tạo dung dịch khoan, làm chất độn, chất màu trong công
nghiệp sản xuất các vật liệu tổng hợp, công nghiệp rượu, bia; trong công nghiệp tinh