ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ BENTONIT THANH HÓA
VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Mã số: ĐH2014-TN04-06

Chủ nhiệm đề tài: TS. Phạm Thị Hà Thanh

THÁI NGUYÊN, 2016


2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ BENTONIT THANH HÓA
VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Mã số: ĐH2014-TN04-06
Xác nhận của cơ quan

Chủ nhiệm đề tài

Đơn vị công tác và

Nội dung nghiên cứu

lĩnh vực chuyên môn

cụ thể được giao

Khoa Hoá học – ĐHSP
ĐH Thái Nguyên

Chủ nhiệm đề tài

Khoa Hoá học – ĐHSP

Thư kí đề tài

ĐH Thái Nguyên

Tổng hợp vật liệu

Khoa Hoá học – ĐHSP
ĐH Thái Nguyên

Nghiên cứu
ứng dụng của vật liệu

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
Tên đơn vị



MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. i
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................x
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... xiii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU……………………………………….xvii
MỞ ĐẦU.. ..................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN .........................................................................................4
1.1. Giới thiệu về bentonit.........................................................................................4
1.1.1. Thành phần của bentonit ................................................................................... 4
1.1.2. Cấu trúc của bentonit ........................................................................................ 4
1.1.3. Tính chất của bentonit ....................................................................................... 5
1.1.4. Ứng dụng của bentonit ...................................................................................... 6
1.1.5. Một số phương pháp hoạt hóa bentonit ............................................................. 7
1.1.6. Nguồn tài nguyên bentonit ................................................................................ 7
1.2. Sét hữu cơ ............................................................................................................9
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ .................................................................................... 9
1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ............................................................................................ 9
1.2.3. Tính chất của sét hữu cơ.................................................................................. 11
1.2.4. Ứng dụng của sét hữu cơ................................................................................. 11
1.2.5. Tổng hợp sét hữu cơ ........................................................................................ 12
1.3. Giới thiệu về một số chất gây ô nhiễm môi trường .......................................12
1.3.1. Giới thiệu về phenol đỏ ...................................................................................12
1.3.2. Giới thiệu về mangan ......................................................................................14
1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ...............................................................15
1.4.1. Khái niệm ........................................................................................................ 15
1.4.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ................................................................. 15
1.4.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ ........................................................... 15


3.2.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ…........................................................51
3.2.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ………………………………...… 53


iii

3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điều chế ................54
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ...................................................55
3.2.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir ..........................................................................................................57
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ điều chế từ bent-TH ..59
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ............................................................ 59
3.3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ........................................................ 60
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ điều chế ................ 62
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ................................................... 63
3.3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir................................................................................................... 64
3.4. Nghiên cứu chế tạo vật liệu bentonit biến tính bởi nhiệt ..............................67
3.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit hoạt hóa bởi nhiệt độ ..........67
3.4.2. Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơnghen ..............................................................77
3.5. Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ bentonit biến tính bởi axit ...........................79
3.5.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Mn(II) của bentonit biến tính bởi axit ................79
3.5.2. Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơnghen ..............................................................88
KẾT LUẬN ..............................................................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................93
PHỤ LỤC
ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT TRUNG QUỐC
ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT THANH HÓA





v

4. Kết quả nghiên cứu
Tìm được điều kiện thích hợp điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc,
bentonit Thanh Hóa với tetrađecyltrimetyl amoni bromua.
Đã nghiên cứu các đặc trưng về liên kết, hình thái học của vật liệu tổng hợp
ở điều kiện tối ưu. Nghiên cứu một số yếu tố khi sử dụng sét hữu cơ điều chế để hấp
phụ phenol đỏ.
Đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh
Hóa biến tính bởi nhiệt, bởi axit.
So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ hai nguồn bentonit:
bentonit Trung Quốc và bentonit Thanh Hóa.
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học
1. Phạm Thị Hà Thanh (2014), “Nghiên cứu cấu trúc của sét hữu cơ điều chế từ
bentonit (Trung Quốc) và tetrađecyltrimetyl amoni bromua”, Tạp chí Hóa học,
52(5A), tr. 265-269.
2. Phạm Thị Hà Thanh, Nguyễn Thị Thu Hường (2015), “Khảo sát quá trình điều
chế sét hữu cơ từ bentonit (Trung Quốc) và tetrađecyltrimetyl amoni bromua”,
Tạp chí phân tích Hóa, lý và sinh học, 20(1), tr. 53-58.
3. Phạm Thị Hà Thanh, Lý Thị Thêm (2015), “Khảo sát quá trình điều chế sét hữu
cơ điều chế từ bentonit (Trung Quốc) và tetrađecyltrimetyl amoni bromua
trong dung dịch rượu nước”, Tạp chí Hoá học, 53(3E12), tr. 493-500.
4. Phạm Thị Hà Thanh, Trần Anh Vũ, Lã Mạnh Cường (2015), “Khảo sát quá
trình điều chế sét hữu cơ điều chế từ bentonit (Thanh Hoá) và
tetrađecyltrimetyl amoni bromua”, Tạp chí phân tích Hóa, lý và sinh học,
20(3), tr. 338-343.
5. Phạm Thị Hà Thanh, Bùi Huy Quang, Lê Thị Hoàng Hương (2016), “Nghiên cứu

kết quả nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể ứng dụng để xử lí mẫu nước bị ô nhiễm
chất chất hữu cơ (phenol đỏ) và bị ô nhiễm kim loại nặng (Mn).
Ngày tháng
Tổ chức chủ trì
(ký, họ và tên, đóng dấu)

năm 2016

Chủ nhiệm đề tài

Phạm Thị Hà Thanh

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS


vii

1. General information
Project Title: “Research adsorbent manufactured from bentonite Thanh Hoa
and explore the possibility of environmental treatment”.
Code number: ĐH2014-TN04-06.
Co-ordinator: Dr. Pham Thi Ha Thanh.
Implementing Institution: College of Education, Thai Nguyen University.
Duration: 24 months.
2. Objectives
From China bentonite, Thanh Hoa bentonite modified (by organic cations,
by heat, by acids) are manufactured adsorbent evaluation adsorption capacity of
organic compounds and metal cations.
Look at the structure, the morphology of the material by methods such as

bentonite (China) and tetradecyltrimethyl ammonium bromide”, Journal of
Chemistry, 52(5A), pp. 265-269.
2. Pham Thi Ha Thanh, Nguyen Thi Thu Huong (2015), “Investigation on the
process of synthesis organoclays from bentonite (China) and
tetradecyltrimethyl ammonium bromide”, Journal of Analytical Sciences,
20(1), pp. 53-58.
3. Pham Thi Ha Thanh, Ly Thi Them (2015), “Investigation on the process of
synthesis organoclays from bentonite (China) and tetradecyltrimethyl
ammonium bromide in alcohol - water solution”, Journal of Chemistry,
53(3E12), pp. 493-500.
4. Pham Thi Ha Thanh, Tran Anh Vu, La Manh Cuong (2015), “Investigation on
the process of synthesis organoclays from bentonite (Thanh Hoa) and
tetradecyltrimethyl ammonium bromide”, Journal of Analytical Sciences,
20(3), pp. 338-343.
5. Pham Thi Ha Thanh, Bui Quang Huy, Le Hoang Huong (2016), “Research the
structure of organoclays prepared from bentonite (Thanh Hoa) and
tetradecyltrimethyl ammonium bromide”, Journal of Analytical Sciences,
21(1), pp. 131-137.


ix

5.2. Training results
1. Nguyen Thi Thu Huong (2014), Study prepared organoclay from bentonite
China with tetradecyltrimethyl ammonium bromide and initially exploration
applications, Master Thesis, College of Education, Thai Nguyen University.
2. La Manh Cuong (2015), Study prepared organoclay from bentonite Thanh Hoa
with tetradecyltrimethyl ammonium bromide and initially exploration
applications, Master Thesis, College of Education, Thai Nguyen University.
3. Ly Thi Them (2015), Study prepared organoclay from bentonite China with

hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ........................................................33
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng cation
hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ........................................................34
Bảng 3.5. Các số sóng đặc trưng trong phổ hồng ngoại của ben-TQ, TĐTM và sét
hữu cơ (cm-1) ....................................................................................................37
Bảng 3.6. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ở
điều kiện tối ưu .................................................................................................39
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến giá trị d001 và hàm lượng (%)
cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ .............................................41
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TĐTM/bentonit đến giá trị d001và hàm
lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ............................42
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị d001và hàm lượng (%) cation hữu
cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ...............................................................43
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d001và hàm lượng (%)
cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ .............................................44
Bảng 3.11. Các số sóng đặc trưng trong phổ hồng ngoại của bent-TH, TĐTM và sét
hữu cơ (cm-1) ....................................................................................................47
Bảng 3.12. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-TH và sét hữu cơ điều chế ở
điều kiện tối ưu .................................................................................................49
Bảng 3.13. Điều kiện tổng hợp sét hữu cơ từ bent-TQ và bent-TH với TĐTM .......51
Bảng 3.14. Đặc điểm của sét hữu cơ điều chế từ bent-TQ và bent-TH với TĐTM .51
Bảng 3.15. Số liệu xây dựng đường chuẩn của phenol đỏ……………………..52


xi

Bảng 3.16. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian .........53
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của khối lượng bentonit, sét hữu cơ đến dung lượng và hiệu
suất hấp phụ phenol đỏ .....................................................................................54
Bảng 3.18. Ảnh hưởng nồng độ đầu của phenol đỏ đến dung lượng và hiệu suất hấp

Bảng 3.33. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bentonit đến khả năng hấp
phụ Mn (II) .......................................................................................................84
Bảng 3.34. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Mn(II) đến khả nănghấp phụ
của bentonit ......................................................................................................85
Bảng 3.35. Giá trị hấp phụ lớn nhất và hằng số Langmuir b của bent-TQ đã biến
tính và bent-TH đã biến tính.............................................................................88


xiii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc mạng lưới không gian của MMT ................................................4
Hình 1.2. Sự định hướng của các ion ankylamoni trong các lớp silicat ...................10
Hình 1.3. Sự sắp xếp các cation hữu cơ kiểu đơn lớp, hai lớp và giả ba lớp ............10
Hình 1.4. Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ ................................12
Hình 1.5. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .......................................................19
Hình 1.6. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf ...................................................................19
Hình 1.7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich......................................................20
Hình 1.8. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf .........................................................................20
Hình 2.1. Quy trình tổng hợp sét hữu cơ . ................................................................22
Hình 3.1. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ điều chế lần lượt ở các
nhiệt độ 20oC, 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC .................................................30
Hình 3.2. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ được điều chế ở các tỉ
lệ TĐTM/ bentonit lần lượt là 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 ........................................32
Hình 3.3. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ điều chế trong dung
dịch có pH lần lượt là 6, 7, 8, 9, 10, 11 ............................................................33
Hình 3.4. Giản đồ XRD của bent-TQ và các mẫu sét hữu cơ phản ứng trong thời
gian 1giờ, 2giờ, 3giờ, 4giờ, 5giờ, 6giờ .............................................................34
Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu bent-TQ ...............................................................35
Hình 3.6. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu.........................36

đến quá trình hấp phụ phenol đỏ ......................................................................55
Hình 3.28. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ đến khả năng hấp
phụ phenol đỏ của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế .........................................56
Hình 3.29. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của bent-TQ đối với phenol đỏ .........57
Hình 3.30. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của bent-TQ.......57
Hình 3.31. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của sét hữu cơ điều chế đối với
phenol đỏ .. ......................................................................................................58
Hình 3.32. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của sét hữu
cơ điều chế.......................................................................................................58
Hình 3.33. Đường chuẩn của phenol đỏ ...................................................................60


xv

Hình 3.34. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ phenol
đỏ của bent-TH và sét hữu cơ điều chế ............................................................61
Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bent-TH, sét hữu cơ điều chế
đến quá trình hấp phụ phenol đỏ ......................................................................63
Hình 3.36. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của bent-TH đối với phenol đỏ ...65
Hình 3.37. Sự phụ thuộc của C/q vào C đối với sự hấp phụ phenol đỏ của bent-TH65
Hình 3.38. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của sét hữu cơ điều chế đối với
phenol đỏ ..........................................................................................................66
Hình 3.39. Sự phụ thuộc của C/q vào C đối với sự hấp phụ phenol đỏ của sét hữu
cơ điều chế ........................................................................................................66
Hình 3.40. Đường chuẩn của Mn2+ ...........................................................................68
Hình 3.41. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc khả năng hấp phụ Mn(II) ........................69
của bent-TQ, bent-TH trước và sau khi biến tính ở các nhiệt độ khảo sát ...............69
Hình 3.42. Đồ thị biểu diễn khả năng hấp phụ Mn(II) của bent-TQ và bent-TH biến
tính bằng nhiệt theo thời gian ...........................................................................71
Hình 3.43. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khối lượng bent-TQ và bent-TH biến

Hình 3.61. Kết quả X-ray mẫu bent-TQ chưa biến tính ...........................................88
Hình 3.62. Kết quả X-ray mẫu bent-TQ biến tính bởi axit HCl 3% .........................89
Hình 3.63. Kết quả X-ray mẫu bent-TH chưa biến tính ...........................................89
Hình 3.64. Kết quả X-ray mẫu ben-TH biến tính bởi axit HCl 3% ..........................89


xvii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU

Chữ viết tắt, kí hiệu

Nội dung

Bent-TH

Bentonit (Thanh Hóa)

Bent-TQ

Bentonit (Trung Quốc)

MMT

Montmorillonit

SEM

Kính hiển vi điện tử quét


nên bằng các phương pháp xử lý khác nhau, người ta có thể tạo ra các vật liệu có
chức năng khác nhau.
Mặt khác nguồn khoáng bentonit tại Việt Nam rất lớn phân bố từ Bắc vào
Nam với trữ lượng lớn như Cổ Định - Thanh Hóa, Di Linh - Lâm Đồng, Thuận Hải
- Bình Thuận,...Việc nghiên cứu sử dụng chúng làm vật liệu hấp phụ còn chưa được
quan tâm nghiên cứu.
Trên những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu
chế tạo vật liệu hấp phụ từ bentonit Thanh Hóa và thăm dò khả năng xử lý môi
trường”.
2. Mục đích nghiên cứu
Từ bentonit Trung Quốc, bentonit Thanh Hóa biến tính (bởi cation hữu cơ, bởi
nhiệt, bởi axit) chế tạo được vật liệu hấp phụ, đánh giá khả năng hấp phụ hợp chất
hữu cơ và cation kim loại.
Nghiên cứu cấu trúc, hình thái học của vật liệu bằng các phương pháp vật lý
hiện đại như XRD, IR, SEM,...
So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ hai nguồn: bentonit Trung
Quốc và bentonit Thanh Hóa.


2

3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
3.1. Khách thể nghiên cứu
Môi trường nước bị ô nhiễm chất hữu cơ độc hại (như phenol đỏ) và các ion
kim loại nặng.
3.2. Đối tượng nghiên cứu
- Nguồn bentonit Trung Quốc và bentonit Thanh Hóa.
- Hợp chất hữu cơ: phenol đỏ.
- Kim loại nặng: Mn(II).
4. Giả thuyết khoa học

7. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp dung dịch để chế tạo vật liệu sét hữu cơ, biến tính bentonit bởi
axit. Phương pháp nhiệt để biến tính bentonit.
- Các phương pháp phân tích, đánh giá cấu trúc vật liệu: phương pháp nhiễu xạ
tia X, phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp phổ hồng ngoại, phương pháp
hiển vi điện tử quét.
- Phương pháp phân tích nồng độ của các chất hữu cơ và ion kim loại, phương
pháp UV-Vis.
8. Cấu trúc đề tài
Mở đầu:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm.
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận


4

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bentonit
1.1.1. Thành phần của bentonit
Dựa vào các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong các tài liệu tham khảo
có thể tóm tắt một số nét chính về thành phần của sét như sau:
- Thành phần khoáng vật: Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, có thành phần
chính là montmorillonit (MMT), Ngoài ra trong bentonit tự nhiên còn chứa một số
khoáng sét khác như hectorit, saponit, clorit, mica,… và một số khoáng phi sét như
calcit, pirrit, manhetit,… các muối kiềm và một số hợp chất hữu cơ [15], [16], [23].
- Thành phần hóa học: Montmorillonit là thành phần chính của khoáng
bentonit tự nhiên, có công thức hóa học tổng quát là Al2O3.4SiO2.nH2O [10], [23].
1.1.2. Cấu trúc của bentonit

aluminosilicat liên kết với nhau bằng liên kết hiđro, có các ion bù trừ điện tích tồn
tại giữa các lớp nên bentonit có các tính chất đặc trưng: trương nở, hấp phụ, trao đổi
ion, kết dính, nhớt, dẻo và trơ, trong đó quan trọng nhất là khả năng trương nở, hấp
phụ và trao đổi ion.
1.1.3.1. Tính chất trương nở
Khi nước bị hấp phụ vào giữa các lớp sét sẽ làm tăng khoảng cách giữa các lớp
sét (giá trị d001) gây ra sự trương nở của sét. Sự trương nở phụ thuộc vào bản chất
khoáng sét, sự thay thế đồng hình trong các lớp tứ diện, bát diện và các ion (cation
trao đổi) trong môi trường phân tán. Lượng nước được hấp phụ vào giữa các lớp
phụ thuộc vào khả năng hydrat hoá của các cation trao đổi [11], [17], [18], [24].
Ngoài ra, độ trương nở của bentonit còn phụ thuộc vào bản chất của cation trao
đổi trên bề mặt lớp sét, bentonit-Na có khả năng trương nở từ khoảng cách cơ sở là
9,6Å đến ít nhất 17Å. Trong môi trường kiềm bentonit-Na bị hiđrat hóa mạnh hơn
và vì vậy huyền phù bentonit-Na rất bền vững [10], [18], [19], [23].
Do khả năng trương nở tốt, bentonit được dùng để điều chế sét hữu cơ và
polyme clay nanocompozit là những vật liệu có các tính chất cơ học tốt, khả năng
chịu nhiệt cao hoặc tạo màng phủ bền [9].