Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
Trường đại học sư phạm hà nội 2
Khoa: Hóa học
*******************
Hà tiến dũng
Nghiên cứu tổng hợp và đặc trƣng cấu
trúc bent dl chống bằng al137+ dùng để xử
lý nƣớc bị ô nhiễm màu công nghiệp
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa lí
GV hướng dẫn
Pgs.ts hoa hữu thu
Hà nội - 2009
1
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
Lời cảm ơn
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thàncảm ơn thầy giáo PGS.TS
Hoa Hữu Thu đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trong quá
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
Mục lục
mở đầu ............................................................................................................... 1
chương 1: tổng quan .......................................................................................... 7
1.1. Sét tự nhiên. ............................................................................................ 7
1.1.1. Sự hình thành sét trong tự nhiên. ...................................................... 7
1.1.2. Cấu trúc của sét tự nhiên................................................................... 9
chương 2: các phương pháp biến tính bentonit ............................................... 17
2.1. Hoạt hóa bentonit .................................................................................. 17
2.1.1. Hoạt hóa kiềm. ............................................................................... 17
2.1.2. Hoạt hóa axit. .................................................................................. 18
2.2. Biến tính Zeolit nâng cao khả năng hấp phụ, trao đổi cation. .............. 20
2.2.1. Tính chất trao đổi cation của bentonit. ........................................... 24
2.2.2. Sét chống......................................................................................... 26
2.3. ứng dụng của sét chống trong xử lý hấp phụ các chất màu. ................. 28
2.3.1. Phẩm nhuộm. .................................................................................. 28
2.3.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ............................................... 29
chương 3 : Thực nghiệm, kết quả và thảo luận ............................................... 30
3.1. Điều chế Bent – DL – Al13. ................................................................... 30
3.1.1. Xử lý Bent – DL nguyên khai thành phần khoáng và thành phần
hóa học. ..................................................................................................... 30
3.1.2. Chống Bent – DL bằng [Al13O4(OH)24(H2O)2]7+. ........................... 32
3.1.3. Điều chế sét chống ưa dầu Mont-Al13-CTAB ................................ 33
3.2. Các phương pháp vật lý nghiên cứu các cấu trúc Bent - DL. ............... 33
4
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
MỞ ĐẦU
Khoáng sét tự nhiên là nguyên liệu gần gũi với cuộc sống của chúng ta. Được
sử dụng nhiều nhất, đa dạng nhất trong nghiên cứu khoa học và trong công
nghiệp là Bentonit (Bent). Bent được tìm thấy đầu tiên ở núi Bentox, vùng
Rok-krik bang Uaioming (Mỹ). Đó là một loại sét dẻo, màu nâu hay xanh
xám, trương nở mạnh trong nước. Do tính đặc thù và khả năng ứng dụng của
Bent trong nhiều lĩnh vực khác nhau nên việc quan tâm, nghiên cứu nó ngày
càng phát triển rộng rãi. Vào đầu năm 1888, Bent được khai thác với quy mô
lớn để phục vụ cho công nghiệp. Sau đó Bent nhanh chóng được phát hiện ở
nhiều nơi trên thế giới như: Canađa, Nam Phi, Đức, Pháp, Italia, Hungari,
Trung Quốc, Nhật Bản… ở nước ta, Bent được tìm thấy ở nhiều nơi: Thanh
Hoá, Lâm Đồng, Sơn La, Phan Rang… với trữ lượng khá lớn. Bent được sử
dụng làm vật liệu xây dựng, các chất hấp phụ và trao đổi ion trong quá trình
xử lí nước. Bent được dùng nhiều trong công nghiệp dầu mỏ, thực phẩm, mỹ
phẩm… Trong các lĩnh vực này, Bent được sử dụng làm chất xúc tác và chất
mang cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ. Mặt khác, Bent là một nguyên liệu
dễ kiếm rẻ tiền.
Nhờ khả năng hấp phụ và khả năng trao đổi ion tốt của Bent nên bằng
các phương pháp xử lý khác nhau, người ta có thể thay đổi được lực và lượng
axit bề mặt mạng lưới của Bentonit để thu được các xúc tác axit rắn. Các xúc
tác này không có tính ăn mòn và khi thải vào môi trường không gây ô nhiễm.
Các vật liệu xúc tác này có tính axit cao hơn và có kích thước lỗ xốp lớn hơn
so với Bent tự nhiên nên có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hoá
học. Bent được chống bằng các polioxocation kim loại, có cấu trúc hai chiều
tương tự zeolit, là một họ vật liệu rây phân tử, có độ chọn lọc hình học tốt. Do
vậy, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và đặc trƣng cấu trúc Bent DL chống bằng Al137+ dùng để xử lý nƣớc bị ô nhiễm màu công nghiệp”
như sau:
KAlSi3O8 + 5H2O KOH + HalSi3O8
fenspart
2HalSi3O8
+ 5H2O Al2O3.2SiO2.2H2O + 4H2SiO3.
7
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
kaolinit
Đây là quá trình trao đổi ion H+ với các cation tan trong nước ở trong
đá cũ (fenspart).
Các phản ứng thủy phân này cũng có thể được dùng để minh họa độ
bền tương đối của các loại khoáng theo các thông số hóa học. Sự hình thành
các khoáng sét khác cũng trên cơ sở của các quá trình phong hóa tương tự.
Các khoáng sét có hai tính chất cơ bản khác với các khoáng khác. Đó là kích
thước hạt (nhỏ hơn 2 m) và chúng có cấu trúc lớp. Tùy thuộc vào thành phần
các nguyên tố hóa học, và cấu trúc lớp và khả năng trương phồng của các lớp
sét, các nhà địa chất chia các khoáng sét thành các nhóm, các phân nhóm
khác nhau. Khoáng sét có cấu trúc đơn giản nhất gồm một phân lớp tứ diện
silic nối với một phân lớp bát diện nhôm (cấu trúc 1:1) chính là kaolinit.
Các nhà địa chất học chia các khoáng sét thành hai kiểu chính: sét
trương phồng và không trương phồng. Vì tất cả các khoáng sét điều chứa
SiO2, với hàm lượng chủ yếu không có tác dụng nhận biết khoáng sét. Nói
chung, các nguyên tố Al, Mg, Fe, K và các nguyên tố Na và Ca có hàm lượng
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
Các khoáng không trƣơng phồng
Illite
K+, Al3+ (Fe2+, Mg2+ hàm lượng nhỏ)
Glauconite
K+, Fe2+, Fe3+
Celadomite
K+, Fe2+, Mg2+, Al3+, Fe3+
Chlorite
Fe2+, Fe3+, Al3+,
Berthierine
Fe2+, Al3+, (Mg2+ hàm lượng nhỏ)
Kaolinite
Al3+
1)
9
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
S i tứ di ện
9,6A
0
A l bát di ện
S i tứ di ện
H ì nh 1 . M ô hì nh cấu trúc pyrophyl l i te
C ấu trúc đi octa 2:1 trung hoà
Trong khoáng pyrophyllite chỉ Si chiếm vị trí trong phân lớp tứ diện và
hầu như chỉ có nhôm nằm ở các vị trí trong phân lớp bát diện. Đôi khi có thể
ion Fe2+ nằm ở vị trí này.
ở vị trí bát diện chỉ có hai ion điền vào 3 vị trí có thể với điện tích
dương tổng cộng là 6. Công thức của khoáng là Al2Si4O10(OH)2 dựa trên cơ
sở 22 điện tích âm từ 10 anion oxi và 2 anion OH-. Hai nhóm hiđroxyl nằm
trên mặt phẳng trung bình của các cation của phân lớp bát diện. Những nhóm
OH này chỉ phối trí với các ion nhôm hoá trị 3. Pyrophyllite có kích thước tế
bào như sau: C.sin =9,2A0; b =8,96 A0.
Cấu trúc Pyrophyllite được sử dụng như một cấu trúc mô hình cho các
khoáng kiểu điocta 2:1. Các khoáng sét này có thể được dùng để mô tả cho
1.1.2.2. Cấu trúc 1:1
Các khoáng có cấu trúc 1:1 là các khoáng có 1 phân lớp tứ diện kết hợp
với 1 phân lớp bát diện. Đó là các khoáng như cao lanh, serpentine, Kaolinite.
Kaolinite có công thức hoá học Al2Si2O10(OH)6 và cấu trúc đơn giản
với lớp đơn giản của các ion phối trí tứ diện kết hợp qua anion oxi
chung với phân lớp bát diện nhôm (hình 2).
S i tứ di ện
7,4A
0
A l bát di ện
hi đrox y l bên ngoài
hi đrox y l bên trong
H ì nh 2. C ấu trúc đi octa 1:1 của caol anh. H ai vị trí hi đrox y l có mặt,1 bên
trong phân l ớp bát di ện của các i on nhôm và 1 nhóm k hác ở trên mặt bát di ện.
Đỉnh của các bát diện là các nhóm OH-. Tâm anion trung gian bị chiếm bởi cả
11
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
hai anion oxi và OH-. Cần phân biệt các nhóm hiđroxyl bên trong và bên
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
Họ khoáng serpentine là khoáng được hình thành ở các điều kiện
metamor nhiệt độ thấp. Vì thế kích thước hạt của nó và độ bền nhiệt không
phải là nhóm khoáng sét. Khoảng cách không gian cơ bản của serpentine là
~7A0, kích thước tế bào của chúng : d =7,19A0, b =9,25A0.
1.1.2.3. Cấu trúc 2:1+1 (Chlorite).
Trong các chlorite, khoáng được xây dựng từ cấu trúc kiểu triocta 2:1.
Yếu tố thứ hai trong cấu trúc, đó là một phân lớp bát diện của các ion mà
trong đó các anion đỉnh nối với phân lớp tứ diện ngay cạnh bên được biểu
diễn ở hình dưới đây:
Tø diÖn
7,4A0
2:1 B¸ t diÖn
Tø diÖn
+1 B¸ t diÖn
Cấu trúc 2:1+1 của chlorite bao gồm phân lớp tứ diện (2 phân lớp) và 1 bát
diện. Lớp kiểu brucit không liên kết với phân lớp tứ diện cạnh đó mà tạo
thành 1 phân lớp độc lập. điều này xảy ra ở tâm giữa các lớp.
Lớp bát diện này gồm các cation và các nhóm OH-. Các oxi đáy tứ diện
đối diện với các nhóm OH. Phân lớp bát diện giữa các lớp được gọi là phân
lớp brucit vì thành phân của nó tương tự với khoáng magie hiđroxit
(Mg3(OH)6).
Trong cả hai phân lớp bát diện ta có thể tìm thấy sự thay thế hoàn toàn
bởi anion hoá trị 2, Mg2+ =Fe2+ cũng như sự thay thế kiểu bát diện-tứ diện.
Hơn nữa, sự thay thế bát diện-tứ diện 3Mg2+.2Si4+ 2Mg2+.Al3+(Si4+.Al3+)
dụng hiệu quả nhất.
1.1.4. Bentonit Việt Nam: Bentonit Di Linh – Lâm Đồng.
ở Việt Nam, trên cả ba miền, nơi nào cũng tìm ra các điểm khoáng sét
với quy mô và chất lượng khác nhau. Nhiều mỏ sét được khai thác từ rất lâu
và tới nay vẫn được khai thác như: mỏ cao lanh Tam Dương (Vĩnh Phúc),
Hương châu (Hà Tĩnh), Đất quốc (Bình Dương), Trúc Thôn (Hải Dương)...
14
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
Các mỏ bentonit: Tràng kênh (Hải Phòng), Di linh (Lâm Đồng), Thuận Hải
(Thuận Hải)...
Tổng số các mỏ, tụ khoáng và điểm quặng cao lanh ở Việt Nam là 13.
Với trữ lượng tài nguyên dự báo là 1,680 tỷ tấn [13]. So với các nước có
khoáng cao lạnh trên thế giới như Trung Quốc, Anh, Mỹ, Nhật, Nga, ấn Độ,...
trữ lượng cao lanh ở Việt Nam thuộc loại tương đối lớn. Theo [4] thì sét
bentonit (sét giàu khoáng vật montmorillonit), được phát hiện, tìm kiếm đánh
giá và thăm dò, khai thác ở nhiều nơi như Di Linh – Bảo Lộc (Lâm Đồng),
dọc sông Ba Thị xã KomTum (Tỉnh KomTum) và khu vực Gia Quý (Tỉnh Bà
Rịa Vũng Tàu).
1.1.4.1. Điều kiện hình thành Bentonit Di Linh (Bent – DL).
Sự hình thành montmorillonit mà nó là thành phần chính của bentonit
phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện địa chất như:
- Địa hình, địa mạo. Địa hình nơi hình thành khoáng bentonite thường là
các thung lũng kín hay nửa kín. Các kiều thung lũng này có tác dụng hạn chế
tốc độ thoát nước mặt và nước dưới đất từ lục địa ra sông biển.
K
2
1,5 ).
Dung dịch bentonit Dilinh có độ chịu nhiệt tốt hơn các dung dịch
bentonit kiềm như bentonit Thuận Hải, Nha mé,…
16
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
CHƢƠNG 2: CáC PHƢƠNG PHáP BIếN TíNH BENTONIT
2.1. Hoạt hóa bentonit
Như chúng ta đã biết các khoáng sét như cao lanh, montmorillonite,
hectorit, beiđelit, saponit... có trong tự nhiên là do sự phong hoá hay thuỷ
phân đá felsparte [7], ở trong các điều kiện như nhau, thí dụ, như sự hình
thành montmorillomit.
PH = 7
(CaNaK)[Si2Al(S,Al)O4]
[3H2O(CaNaK)Al2(OH)2Si4O10]n.H2O + K2O
Felspart
Phương pháp hoạt hóa bằng kiềm là dùng kiềm hoà tan một số oxit
lưỡng tính như Al2O3, Fe2O3 để tạo trên bề mặt sét những lỗ xốp và những
trung tâm hoạt động. Tuy nhiên một số liên kết nhômsilicat bị đứt tạo cấu trúc
khác và một số chất khác không bị hoà tan bị loại do sa lắng. Mặt khác khi
hàm lượng kim loại kiềm lớn thì hoạt tính xúc tác của nhômsilicat giảm do
ion Natri đầu độc các tâm axit. Do vậy phương pháp hoạt hoá bằng kiềm ít
được dùng, chỉ khi do một nhu cầu cụ thể nào đó, ví dụ cần tính chất đặc
trưng bazơ của nhômsilicat thì người ta mới dùng tới phương pháp này.
2.1.2. Hoạt hóa axit.
2.1.2.1. Cách hoạt hóa.
Trong thực tế, để tăng tính chất hấp phụ, xúc tác của sét tự nhiên,
người ta thường biến tính chúng bằng cách hoạt hóa với axit vô cơ H2SO4,
HCl, H3PO4. Tuy nhiên theo từng loại sét ta phải dùng các axit thích hợp.
Thông thường các sét được biến tính về dạng axit bằng axit HCl 10-15%, nếu
nồng độ axit cao hơn nữa dễ dẫn tới hòa tan nhôm trong mạng bát diện và làm
sập khung nhôm silicat. Khi xử lý các axit các khoáng sét tự nhiên, các tạp
chất khoáng như canxi, đolomit, sắt oxit bị hòa tan chuyền vào dung dịch lúc
đó ta thu được các sét sạch hơn.
MgCO3 + 2 HCl
Fe2O3 + 6HCl
CaCO3 + 2HCl
MgCl2 + CO2 + H2O
2FeCl3 + 3H2O
CaCl2
+
đặc trưng ở 3610 cm-1.
Cách thực hiện biến tính sét bằng axit có thể thực hiện như sau: đem
trộn hạt sét có cỡ < 0,1 nm với dung dịch HCl 10% theo tỷ lệ khối lượng
rắn/lỏng = 1/4. Khuấy liên tục hỗn hợp ở nhiệt độ phòng từ 4 – 6 giờ, sau đó
đem rửa hết Cl- (thử bằng dung dịch AgNO3 0,1%). Sấy khô, nghiền nhỏ để
sử dụng.
2.1.2.2. Cơ chế hoạt hóa.
Khi biến tính sét bằng axit, khi đó các khoáng cacbonat bị hòa tan.
Ngoài ra các khoáng khác như gơtit cũng bị hòa tan. Sự hòa tan khoáng khác
giải phóng bề mặt ngoài của các sét và loại các tạp chất khoáng có kích thước
tương tự khoáng sét ra khỏi thành phần của sét. Ngoài ra khi hoạt hóa axit tùy
thuộc vào nồng độ axit, thời gian hoạt hóa và nhiệt độ hoạt hóa một phần
nhôm ở phân lớp bát diện hay magie ở phân lớp bát diện có thể kéo ra khỏi
mạng của sét hòa tan vào dung dịch làm tăng tỷ lệ Si/Al kết quả là tăng tính
bền nhiệt của sét. Quá trình này có thể biểu diễn bằng phương trình hóa học
sau:
O
Si
O
O
O
O
Si
Si
Mg
O
O OH
Si
Si
O
Montmonrillonit
OO
O
O
Si
O
O
O
Si
Si
O OH OH
+ A l3+ + Mg2+ + H O
2
O
H ì nh 4. Sự hòa tan nhôm và magi e từ montmori l l oni te trong môi trường ax i t.
Đương nhiên nếu nhôm bát diện bị kéo ra quá nhiều có thể dẫn tơi sập cấu
trúc của các lớp sét và lúc đó sét chuyển thành các pha mới như SiO2 hoạt
19
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
động. Thông thường để thu được sét hoạt tính người ta chỉ họat hóa sét trong
các điều kiện tối ưu không làm biến đổi cấu trúc ban đầu của sét.
2.2. Biến tính Zeolit nâng cao khả năng hấp phụ, trao đổi cation.
Mặc dù hoạt hoá sét bằng kiềm không thể loại được các oxit sắt, TiO2,
canxi, đôlômit, song hoạt hoá sét bằng kiềm là phương pháp đầu tiên để
chuyển hoá sét thành zeolit, các nhôm silicat có cấu trúc tinh thể 3 chiều có
nhiều ứng dụng trong công nghiệp hoá học và hoá chất. Thông thường trước
khi chuyển sét, thường là cao lanh [3] hay bentonit [4], người ta loại bỏ trước
các khoáng vật khác như canxi, đôlômit, bằng axit hay hoạt hoá nhiệt ở 600 6500C, sau đó người ta chuyển các dạng hoạt động thu được trong môi trường
kiềm NaOH và điều chỉnh tỷ lệ SiO2 /Al2O3 theo ý muốn và thêm chất tạo cấu
trúc như, các muối amoni bậc 4 về dạng nhôm silicat tinh thể hay các zeolit
X, Y, A,... có cấu trúc và kích thước lỗ xác định làm vật liệu xúc tác hay vật
Hình 6. Sơ đồ quá trình chuyển hóa cao lanh thành zeolit.
20
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
Đây là một trong những xu hướng nghiên cứu tận dụng các nguồn
nguyên liệu tự nhiên tại chỗ để chế tạo các vật liệu xúc tác, hấp phụ... cho
công nghiệp lọc hoá dầu, xử lý môi trường và các công nghiệp khác, đặc biệt
trong công nghiệp sản xuất các nhiên liệu hiđro hay các nhiên liệu thay thế
cho xăng có nguồn gốc hoá thạch.
Khi hoạt hoá sét bằng kiềm, đặc biệt với cao lanh, thì mạng cấu trúc
1:1 của sét bị biến dạng và dẫn tới các pha hoạt động như Al2O3, SiO2. Các
pha hoạt động này trong điều kiện nhiệt độ và tỷ lệ Si/Al thích hợp có thể
chuyển thành các aluminat, silicat sau đó chúng kết hợp với nhau thành các
đơn vị cấu trúc 4 cạnh, 5 cạnh, 6 cạnh,... và nối với nhau theo sự định hướng
của các tác nhân định hướng cấu trúc tạo nên các zeolit có cấu trúc khác nhau
và kích thước kênh, cửa sổ khác nhau. Cấu trúc như vậy làm cho các zeolit có
một tính chất rất thú vị đó là tính chất chọn lọc hình học. Trong thực tế công
nghiệp người ta đã tận dụng tính chất chọn lọc hình học của zeolit để sản xuất
xăng có chất lượng cao, các hoá chất cần thiết cho công nghiệp chất dẻo.
Chúng ta thấy rằng sét là các nhôm silicat lớp còn zeolit là các nhôm
silicat có cấu trúc không gian 3 chiều, có thành phần hoá học tương tự nhau,
(Me2, Me’)O.Al2O3.nSiO2.mH2O (Me là kim loại hoá trị 1 như Na+, K+, Me’
là kim loại hoá trị 2) vì thế việc chuyển từ dạng này sang dạng khác là có khả
năng và có thể tiện lợi khi tìm được các điều kiện cần thiết cho quá trình
chuyển hoá này. Như vậy, chúng ta có thể hình dung từ cao lanh,
Các sét biến tính bằng kiềm và chỉ dừng lại ở giai đoạn tạo nên các pha
hoạt động có ít ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác, hấp phụ vì các trung tâm
hoạt động trên bề mặt sét đã bị các ion kiềm làm mất tính axit của bề mặt sét.
Cho tới nay có rất ít công trình đề cập tới các sét bazơ làm xúc tác cho quá
trình chuyển hoá các hợp chất hữu cơ đặc biệt trong công nghiệp lọc hoá dầu.
Các sản phẩm sét được biến tính bằng kiềm trong điều kiện thuỷ phân có mặt
chất tạo cấu trúc cho ta các zeolit dạng kiềm, Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O. Các
zeolit dạng kiềm có thể dùng làm xúc tác cho các phản ứng hữu cơ cần xúc
tác bazơ như phản ứng ngưng tụ anđol... Nói chung, khi thu được zeolit dạng
bazơ người ta chuyển các zeolit này về dạng axit và chính ở dạng axit các
zeolit có thể làm xúc tác cho nhiều loại phản ứng hoá học khác nhau.
a. Đặc điểm cấu trúc tinh thể của zeolit
Trong tinh thể zeolit, các nguyên tử silic và nhôm đều ở trạng thái lai
hoá sp3 có cấu trúc tứ diện. Điều này khác cơ bản với cấu trúc của sét: silic ở
trạng thái tứ diện, còn nhôm ở trạng thái bát diện, số phối trí đều là 4 nên mạng
silicat mang một điện tích âm trên nhôm. Điện tích âm này được đền bù bởi
các cation kim loại nằm ngoài mạng. Đối với zeolit nhân tạo, cation tổng hợp
thường là Na+, sau đó người ta thực hiện trao đổi Na+ với các cation đa hoá trị
khác hay proton H+ tạo nên bề mặt nhôm silicat phân cực, có tính axit, có khả
năng hấp phụ lớn và xúc tác. Các tứ diện SiO4 và AlO4 nối với nhau theo một
trật tự nhất định tạo ra các đơn vị cấu trúc thứ cấp khác nhau. Hiện nay người
ta cho rằng có khoảng 12 đơn vị cấu trúc thứ cấp. Hình dưới biểu diễn một số
đơn vị cấu trúc thứ cấp của zeolit.
Vòng 4
Vòng 6
22
Khi chuyển zeolit-Na về dạng zeolit-H hay zeolit-Me (ở đây H là
proton, còn Me là các cation đa hoá trị) chúng đều có tính axit. Tính axit bề
mặt của zeolit quyết định khả năng xúc tác axit của chúng. Trên bề mặt zeolit
lúc này tồn tại hai loại tâm axit là tâm axit Bronsted và tâm axit Lewis. Lực
và lượng tâm axit quyết định tốc độ hoạt động xúc tác axit của chúng trong
các phản ứng hữu cơ xúc tác axit như crackinh các hiđrocacbon, đề hiđrat hoá
ancol,..
c. Tính chất trao đổi cation
Các cation đền bù điện tích âm trên tứ diện nhôm có khả năng trao đổi
cation. Các quá trình trao đổi cation phụ thuộc vào các yếu tố sau:
23
Khóa luận tốt nghiệp
Hà Tiến Dũng
- Nhiệt độ môi trường khi thực hiện trao đổi,
- Nồng độ cation trao đổi trong dung dịch,
- Bản chất cation đền bù điện tích âm trên bề mặt zeolit,
- Dung môi thực hiện trao đổi ( dung môi nước hay hữu cơ),
- Phương pháp trao đổi cation.
- Đặc điểm cấu trúc zeolit (kích thước của sổ, kênh, vị trí cation trong
cấu trúc zeolit)
Thông thường các zeolit có tỷ số SiO2/Al2O cao có khả năng trao đổi
trong môi trường axit, còn các zeolit A, X, Y có tỷ số SiO2/Al2O3 thấp không
có khả năng trao đổi trong môi trường axit vì axit có thể phá vỡ cấu trúc của
chúng.
d. Tính chất hấp phụ
Khả năng trao đổi ion của nhômsilicat còn phụ thuộc vào hoá trị và bán
kính cation. Các cation hoá trị thấp dễ trao đổi hơn các cation hoá trị cao:
Me+> Me2+ >Me3+
Đối với các cation cùng hóa trị, bán kính cation càng nhỏ thì khả năng
trao đổi càng lớn. Có thể sắp xếp khả năng trao đổi ion theo trật tự sau: [3]
Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Fe2+ > Al3+
Tuy nhiên, khả năng trao đổi ion của nhômsilicat chủ yếu vẫn phụ
thuộc vào điện tích âm bề mặt và lượng điện tích âm trong mạng lưới. Bề mặt
của Bentonite gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong. Khả năng trao đổi ion bề
mặt ngoài phản ánh kích thước tinh thể, phụ thuộc vào sự gãy liên kết và
khuyết tật bề mặt. Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng trao đổi ion càng lớn.
Khả năng trao đổi ion bề mặt trong, phản ánh lượng điện tích âm trong
mạng lưới và khả năng hấp phụ của Bentonite. Nó phụ thuộc vào số lượng
25
Copyright: Tài liệu đại học ©