ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM


TRẦN ANH VŨ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT
ẤN ĐỘ VỚI BUTYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA
VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM


TRẦN ANH VŨ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT
ẤN ĐỘ VỚI BUTYLTRIPHENYLPHOTPHONI BROMUA
VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG

Ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 8 44 01 13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Thị Hà Thanh

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của
TS. Phạm Thị Hà Thanh, cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này. Em
xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau
Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái
Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập,
nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí
nghiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; khoa Hoá
học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Khoa học
Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và các bạn đồng nghiệp
đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu
của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp
và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn
được hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018
Tác giả

Trần Anh Vũ

ii


MỤC LỤC
Trang

Trang phụ bìa


iii


Chương 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................28
2.1. Hóa chất, dụng cụ ............................................................................................. 28
2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................28
2.1.2. Dụng cụ, máy móc ..................................................................................28
2.2. Thực nghiệm ..................................................................................................... 28
2.2.1. Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ .....................................................28
2.2.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh
metylen của bent-A và sét hữu cơ điều chế ........................................................30
2.3. Các phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 31
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .........................................................31
2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng cation hữu cơ trong sét hữu cơ ..........31
2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) .................................................32
2.3.5. Phương pháp trắc quang ...........................................................................32
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..............................................................33
3.1. Điều chế sét hữu cơ .......................................................................................... 33
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng..............................................33
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng BTPB/bentonit.........................35
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH của hệ ..........................................................37
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................................39
3.2. Đánh giá cấu trúc và đặc điểm của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ....... 41
3.2.1. Nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .............................42
Giản đồ XRD của bentonit và sét hữu cơ tương ứng được trình bày trên
hình 3.9 và hình 3.10. .........................................................................................42
3.2.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt ........................................43
3.2.3. Nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).....................45
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen của sét hữu cơ điều chế ............ 45


Sét hữu cơ

XRD

X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang

Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001 và diện
tích sét bị che phủ .................................................................................... 15
Bảng 3.1: 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 điều chế ...................... 34
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng BTPB/bentonit đến giá trị d001 và
hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ
điều chế .................................................................................................... 36
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH của hệ đến giá trị d001 và hàm lượng (%) cation
hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ ............................................... 39
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 điều chế ...................... 41
Bảng 3.5: Kết quả phân tích giản đồ phân tích nhiệt của bent-A và sét hữu cơ
điều chế ở điều kiện tối ưu ...................................................................... 44

Hình 3.5: Giản đồ XRD của bent-A và các mẫu sét hữu cơ điều chế trong dung
dịch có pH lần lượt là 7, 8, 9, 10, 11 ........................................................ 38
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo pH của hệ .................. 38
Hình 3.7: Giản đồ XRD của bent-A và các mẫu sét hữu cơ phản ứng trong
thời gian 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ .................................................. 40
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị d001 theo thời gian phản ứng ............. 40
Hình 3.9: Giản đồ XRD của mẫu bent-A .................................................................. 42
Hình 3.10: Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ...................... 42
Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt của bent-A ........................................................ 43
Hình 3.12: Giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu ....... 43
Hình 3.13: Ảnh SEM của bent–A (a); của sét hữu cơ điều chế (b)........................... 45

vi


Hình 3.14: Đường chuẩn của xanh metylen .............................................................. 46
Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ
xanh metylen của bent-A, sét hữu cơ điều chế....................................... 47
Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bent-A, sét hữu cơ điều
chế đến quá trình hấp phụ xanh metylen ................................................ 49
Hình 3.17: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của bent-A đối với xanh metylem ..... 51
Hình 3.18: Sự phụ thuộc của C/q vào C đối với sự hấp phụ xanh metylen của bent-A ..... 51
Hình 3.19: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của sét hữu cơ điều chế đối
với xanh metylen .................................................................................... 52
Hình 3.20: Sự phụ thuộc của C/q vào C đối với sự hấp phụ xanh metylen của
sét hữu cơ điều chế ................................................................................. 52

vii





Do vậy với mục đích từ nguồn nguyên liệu bentonit điều chế được sét hữu cơ
có khả năng hấp phụ tốt, đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải hữu cơ trong môi trường
nước, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Ấn Độ
với butyltriphenylphotphoni bromua và bước đầu thăm dò ứng dụng”.

2


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bentonit
1.1.1. Thành phần của bentonit
- Thành phần khoáng vật: Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, có thành phần
chính là montmorillonit (MMT), có thành phần hóa học không ổn định. Bằng các
phương pháp phân tích có thể xác định thành phần chính của bentonit: SiO 2 (4656%), Al2O3 (11-23%), Fe2O3(>5%), MgO (4-9%), CaO (0,8-3,5%) và có thể có K2O
và Na2O. Ngoài ra trong bentonit tự nhiên còn chứa một số khoáng sét khác như
hectorite, saponite, clorite, mica,… và một số khoáng phi sét như calcite, pirrite,
manhetite,…các muối kiềm và một số hợp chất hữu cơ [9], [14].
- Thành phần hóa học: Công thức đơn giản nhất của MMT là Al2O3.4SiO2.nH2O
ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc. Công thức lý tưởng của MMT là Si84O20(OH)4
cho một đơn vị cấu trúc. Tuy nhiên thành phần của MMT luôn khác với thành phần
biểu diễn lý thuyết do có sự thay thế đồng hình các ion kim loại như: Al3+, Fe3+, Fe2+,
Mg2+...với Si4+ trong tứ diện SiO4 và Al3+ trong bát diện AlO6. Như vậy trong thành
phần hoá học của MMT ngoài sự có mặt của Si và Al, còn có các nguyên tố khác
như: Fe, Zn, Mg, Na, K... trong đó tỷ lệ Al2O3 : SiO2 từ 1:2 đến 1:4 [9], [12].
1.1.2. Cấu trúc của bentonit
Cấu trúc mạng lưới không gian của MMT đã được trình bày ở hình 1.1. Khi
tồn tại trong tự nhiên, các ion trong mạng lưới có thể bị thay thế vì vậy thành phần
hóa học của khoáng có thể bị thay đổi nhiều [12], [14].


4


Tính chất trương nở
Tính chất trương nở là khi bentonit hấp phụ hơi nước hay tiếp xúc với nước,
các phân tử nước sẽ xâm nhập vào bên trong các lớp làm khoảng cách này tăng lên từ
12,5Å đến 20Å tùy thuộc vào loại bentonit và loại nước bị hấp phụ. Sự tăng khoảng
cách d001 được giải thích do sự hiđrat hóa của các cation giữa các lớp. 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 hiđrat hoá của các cation trao đổi.
Ngoài ra, độ trương nở của bentonit còn phụ thuộc vào bản chất của 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 trong cấu trúc của MMT. Vì thế khi bị hiđrat hoá, 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.
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], [14].
Tính chất hấp phụ
Tính chất hấp phụ của bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt, cấu trúc
rỗng và kích thước hạt của chúng. Bentonit có diện tích bề mặt riêng lớn gồm cả diện
tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong. Trong đó diện tích bề mặt trong được xác
định bởi bề mặt không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể. Diện tích bề mặt
ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt, hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn.
Sự hấp phụ bề mặt trong của bentonit có thể xảy ra với chất bị hấp phụ là các ion vô
cơ, các chất hữu cơ ở dạng ion và chất hữu cơ phân cực. Các chất hữu cơ phân cực có
kích thước và khối lượng nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation
trao đổi nằm giữa các lớp sét hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với nước.

- Đối với cation có cùng hoá trị bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng
lớn, có thể sắp xếp theo trật tự sau: Li+ > Na+ > K+> Mg2+> Ca2+> Fe2+> Al3+.
Nhờ tính chất trao đổi ion này mà người ta có thể biến tính bentonit để tạo ra
những vật liệu có tính chất xúc tác hấp phụ và các tính chất hóa lí hoàn toàn khác
nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng chúng [9].
1.1.4. Ứng dụng của bentonit
Với những tính chất đặc trưng trên, bentonit được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh
vực khác nhau, sau đây là một số ứng dụng chính:

6


Làm chất hấp phụ
Nhờ khả năng hấp phụ cao, bentonit được sử dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp. Ngành tiêu thụ chủ yếu loại này là ngành công nghiệp dầu mỏ, sử dụng
để xử lý chưng cất dầu mỏ, làm dung dịch khoan trong ngành khoan dầu khí, địa chất,
xây dựng, làm keo chống thấm trong các đập nước thủy điện, thủy lợi [10].
Những chức năng quan trọng của bentonit trong dung dịch khoan là:
+ Làm tăng sức chở (mang) của dung dịch khoan thông qua độ nhớt được tăng
ở nồng độ chất rắn thấp.
+ Tạo huyền phù với các tác nhân và mùn khoan gây lắng khi ngừng lưu
chuyển dung dịch khoan vì một lý do nào đó.
+ Ngăn cản sự mất dung dịch vào các tầng có áp suất thấp, thấm nước nhờ
việc tạo nên lớp bánh lọc không thấm nước trên thành lỗ khoan. Lớp bánh lọc này
không chỉ ngăn khỏi bị mất dung dịch mà có tác dụng như một cái màng làm bền
thành lỗ khoan.
Trong công nghiệp tinh chế nước bentonit được dùng để làm kết tủa vẩn đục,
hấp phụ các ion gây độc và các vi khuẩn, chất hữu cơ có hại trong nước, có khả
năng khử tính cứng của nước với giá thành tương đối rẻ [13].
Làm chất hấp phụ protein trong rượu bia, làm nguyên liệu điều chế sét chống,

chủ yếu làm chất kết ngưng xúc tiến quá trình đông quanh bùn thải. Nó là chất lọc có
hiệu quả đối với nước thải có nhiều chất không tan, chất lơ lửng và chất trôi nổi. Các
loại nước thải sau đây có thể xử lý bằng bentonit cho hiệu quả tốt: các chất dầu hòa
tan và dầu dạng nhũ tương; các chất phân tán dạng phức chất hữu cơ (nước thải do
giặt giũ, đãi quặng); nước thải công nghiệp từ công nghiệp chế biến thực phẩm, chăn
nuôi gia súc, gia cầm. Đối với chất thải có ô nhiễm hóa chất, sử dụng bentonit có hiệu
quả tốt trong trường hợp nước bị nhiễm do khuếch tán acrylat [38].
Làm nguyên liệu điều chế sét hữu cơ
Các khoáng sét có cấu trúc lớp thuộc họ smectit như: MMT, chlorit,
vermiculit, hectorit, saponit, và beidelit được sử dụng làm nguyên liệu đầu tiên điều
chế sét hữu cơ. Trong số đó, 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 và diện tích bề mặt lớn [9].
Ngoài ra, bentonit còn được dùng làm xúc tác cho một loạt các phản ứng như
oxi hóa các ancol, oxi hóa ghép đôi các thiol, các phản ứng tạo ra nhóm cacbonyl từ
thioaxetal hoặc thiocabonyl…các phản ứng này xảy ra dễ dàng (nhiệt độ, áp suất
thường) và cho độ chọn lọc cao [17].
Hiện nay các nghiên cứu về khả năng sử dụng bentonit ngày càng phát triển
rộng rãi và phong phú hơn [8], [15].

8


1.1.5. Một số phương pháp hoạt hóa bentonit
Bentonit là một chất có khả năng hấp phụ trao đổi nhưng để nâng cao tính hấp
phụ, tẩy trắng, hoạt tính xúc tác, . . . người ta cần tìm cách làm tăng bề mặt của nó.
Tất cả các cách làm với mục đích như vậy gọi là sự hoạt hóa bentonit. Có nhiều
phương pháp hoạt hóa như hoạt hóa bằng axit vô cơ, hoạt hóa bằng kiềm hoạt hóa
bằng nhiệt và hoạt hóa bằng chất hữu cơ [8].
Hoạt hóa bằng axit vô cơ: Đây là phương pháp hoạt hóa bentonit hiệu quả

trong các lĩnh vực kinh tế và xã hội. Sau đây là tình hình sản xuất và sử dụng bentonit
điển hình ở một số nước.
Sản xuất và sử dụng bentonit ở Hàn Quốc [6]: Công nghiệp sản xuất bentonit
của Hàn Quốc bắt đầu từ năm 1968, đến nay có 9 công ty sản xuất các mặt hàng
bentonit cho công nghiệp giấy, luyện kim, xây dựng dân dụng, nông nghiệp, thức ăn
gia súc... Công ty Sued- Chemie liên doanh với CHLB Đức là cơ sở hàng đầu với hệ
thống hoạt hoá bentonit tiên tiến chế tạo các sản phẩm bentonit chất lượng cao từ
nguồn trong nước và nhập khẩu với công suất 6500 tấn/tháng. Công ty có hệ thống
phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu công nghệ và thử nghiệm chất lượng (thành
phần cấp hạt, bề mặt riêng, dung lượng trao đổi, độ nhớt, sức căng bề mặt, mức độ
trương nở, pH, hàm ẩm...) các sản phẩm bentonit theo tiêu chuẩn quốc tế.
Sản xuất và sử dụng bentonit ở Trung Quốc [6]: Mỏ bentonit lớn nhất Trung
Quốc là mỏ bentonit - Ca ở Xuân Hoa thuộc tỉnh Hồ Bắc, ngoài ra còn nhiều mỏ
bentonit ở Triết Giang, Quảng Đông ...
Công ty FCC INC tại thành phố nổi tiếng Triết Giang là một công ty hàng đầu
trong lĩnh vực sản xuất và chế biến bentonit của Trung Quốc. Công ty bao gồm các
cơ sở nghiên cứu phát triển, các cơ sở sản xuất chế biến và thương mại những sản
phẩm sét hữu cơ, phụ gia lưu biến, đất tẩy trắng, phụ gia cho dung dịch khoan dầu
khí, chăn nuôi gia súc, ...
Năm 1980, Công ty bắt đầu sản xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit – Na. Từ
đầu năm 1990 đã phát triển và sản xuất sét hữu cơ trên cơ sở bentonit - Ca. Năm
1996, Công ty đã xây dựng một dây chuyền sản xuất sét hữu cơ lớn nhất của Trung
Quốc. Từ năm 1999, bắt đầu phát triển và sản xuất các loại sản phẩm sét hữu cơ dễ
phân tán và trở thành công ty đầu tiên của Trung Quốc sản xuất vật liệu tiên tiến này.
Năm 2000, đây cũng là công ty đầu tiên của Trung Quốc phát triển các sản phẩm vật
liệu

nano

loại

đã được xác định. Hiện nay ở nước ta đã phát hiện được hơn hai chục mỏ và điểm
quặng bentonit. Đa phần các mỏ có trữ lượng lớn đều tập trung ở phía Nam (Lâm
Đồng, Bình Thuận, thành phố Hồ Chí Minh,...). Ở phía Bắc, bentonit tập trung chủ
yếu ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và Thanh Hoá. Một số mỏ bentonit lớn ở nước ta đã
được thăm dò, khai thác là:
Mỏ bentonit Tam Bố - Di Linh - Lâm Đồng đã được thăm dò địa chất và xác
nhận mỏ có trữ lượng khoảng 542.000 tấn, chất lượng bentonit khá tốt, điều kiện địa
chất thuỷ văn, địa chất công trình thuận lợi. Tại mỏ Tam Bố có 5 thân sét bentonit,
với chiều dài thay đổi từ 400 đến 840 m, chiều dày khoảng 1 – 7 m, diện tích phân bố
2,36 km2. Hàm lượng MMT trong sét dao động từ 40 đến 50%. Hệ số độ keo từ 0,29
– 0,42. Dung lượng trao đổi cation khoảng 25,01 – 48,5 mgđl/100g sét khô.
Mỏ bentonit Tuy Phong - Bình Thuận đã được phát hiện tại Nha Mé, Vĩnh Hảo
(huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận), đây là loại bentonit Na, hàm lượng MMT từ
10÷ 20%, hệ số độ keo từ 0,20÷0,22, dung tích trao đổi cation khoảng 15,62÷19,67
mgđlg/100g.
Mỏ bentonit Cổ Định (Thanh Hoá): nằm trong khu bãi thải của chân Núi Nưa.
Bentonit là sản phẩm thải trong quá trình khai thác và làm giàu quặng cromit, hàm
lượng MMT nguyên khai dao động khoảng 35 ÷ 43,9%. Dung lượng trao đổi cation
khoảng 40 ÷ 52,9 mgđlg/100 g sét khô.
Tại Cheo Reo, Phú Túc và cao nguyên Vân Hòa đã phát hiện 26 tụ khoáng,
điểm quặng bentonit. Các mỏ bentonit khác nói chung có trữ lượng ít, hàm lượng
thấp và chưa được điều tra, đánh giá đầy đủ [9].
Dự báo khả năng khai thác quặng bentonit
Giai đoạn 2016 – 2025:
Dự kiến nâng công suất nhà máy chế biến bentonit Di Linh (Lâm Đồng) lên
50.000 ÷ 60.000 tấn/năm.

11




SiO2

53,44

TiO2

1,24

Al2O3

16,12

Cr2O3

0,02

Fe2O3

13,65

MnO

0,11

MgO

2,84

NiO

1.2. Sét hữu cơ
1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ
Sét hữu cơ là sản phẩm của quá trình tương tác giữa các khoáng có cấu trúc
lớp thuộc nhóm smectit, đặc trưng nhất là bentonit với các hợp chất hữu cơ phân cực
hoặc các cation hữu cơ, nhất là các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4 có mạch thẳng,
mạch nhánh và mạch vòng.
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 kỉ XX và tăng lên không ngừng về số
lượng và đa dạng về đề tài. Năm 1939, Gieseking nhận thấy xanh metylen có khả
năng thay thế cation giữa các lớp sét. Kết quả này mở ra khả năng sử dụng các ion
amoni (NH3R+, NH2R2+, NHR3+ và NR4+) vào cơ chế trao đổi ion trong khoáng sét.
Năm 1945, Bradley [15] đã nghiên cứu sự gắn kết giữa MMT và các chất hữu cơ ở
thể lỏng (điamin, polyamin, glycol, polyglycol và polyglycol ete), kết quả cho thấy sự
hấp phụ các chất hữu cơ phân cực như ancol bậc thấp, glycol và amin trên bề mặt
phiến sét cũng tương tự như hấp phụ nước với cùng một mức năng lượng. Vì vậy các
hợp chất hữu cơ phân cực khi tiếp xúc với khoáng sét sẽ dễ dàng đẩy và chiếm chỗ
các phân tử nước nằm ở khoảng không gian giữa hai phiến sét. Các phân tử phân cực
liên kết yếu với oxi bề mặt của đỉnh tứ diện SiO4 nằm trong đơn vị cấu trúc sét bằng
lực Vanđecvan. Do vậy các phân tử hữu cơ phân cực trên bề mặt phiến sét rất linh
động và dễ dàng bị thay thế bằng các phân tử khác. Khác với chất hữu cơ phân cực,
cation hữu cơ thay thế các cation vô cơ nằm ở giữa hai phiến sét và liên kết chặt chẽ
với bề mặt phiến sét. Sự tương tác này được gọi là hấp phụ trao đổi ion. Nguyên tử
nitơ của cation hữu cơ gắn chặt vào bề mặt phiến sét còn đuôi hiđrocacbon sẽ thay thế
vị trí các phân tử nước đã bị hấp phụ từ trước và nằm song song hoặc vuông góc với
bề mặt sét [14].
1.2.2. Cấu trúc sét hữu cơ
Sự sắp xếp của các phân tử hữu cơ giữa các lớp sét phụ thuộc vào điện tích
lớp, cấu trúc bề mặt, mức độ trao đổi của khoáng sét và chiều dài mạch của ion hữu
cơ. Hình 1.2 cho thấy các ion hữu cơ có thể sắp xếp tạo lớp phẳng (đơn hoặc kép)
trên bề mặt silicat. Ngoài ra, tùy thuộc vào chiều dài mạch ankyl và mật độ gói ghém

nguyên tử cacbon bằng 10 thì giá trị d001 là 13,6Å, nếu số nguyên tử C từ 12 đến 18
thì giá trị d001 khoảng 17Å (bảng 1.1).
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001
và diện tích sét bị che phủ
Số nguyên tử
cacbon

d001
(Å)

Số lớp cation
hữu cơ

0

9,6

3

Diện tích sét bị che phủ
(nm2)

(%)

-

-

-


13,6

1

0,81

49

12

17,4

2

0,94

57

14

17,4

2

1,06

64

16