Nghiên cứu điều chế và khảo sát tính chất của vật liệu bentonit biến tính nhôm

TAÏP CHÍ ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 21 - Thaùng 6/2014<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT<br /> CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM<br /> <br /> BÙI VĂN THẮNG(*)<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bentonit biến tính nhôm được điều chế bằng cách trao đổi cation hiđrat lớp giữa của<br /> bentonit bởi Al polyoxocation. Tính chất đặc trưng của bentonit chưa biến tính và bentonit<br /> biến tính được xác định bằng các phương pháp XRD, FTIR, SEM, BET, ICP-OES. Kết quả<br /> phân tích XRD cho thấy khoảng cách lớp, d001, tăng từ 12,61Å đối với bentonit chưa biến<br /> tính lên 18,6Å đối với mẫu bentonit biến tính nhôm. Khoảng cách cơ bản và khoảng cách<br /> lớp giữa của bentonit biến tính phụ thuộc vào hàm lượng Al polyoxocation, thời gian già<br /> hoá dung dịch polyoxocation, nhiệt độ tiến hành phản ứng trao đổi và tỉ lệ OH-/Al3+. Tỉ lệ<br /> mol OH-/Al3+ thích hợp cho điều chế bentonit biến tính nhôm là 2,0. Phổ FTIR và ảnh SEM<br /> cho thấy cation hiđrat lớp giữa đã được thay thế bằng tác nhân Al polyoxocation trong<br /> suốt quá trình điều chế.<br /> Từ khoá: Bentonit, bentonit biến tính, bentonit biến tính nhôm.<br /> <br /> ABSTRACT<br /> Al modified bentonites was obtained by exchanging the interlayer cation hidrat of<br /> bentonites by polyoxocation aluminum. Characterization of Al modified bentonites and<br /> unpillared bentonite was determined by XRD, FTIR, SEM, BET, ICP-OES methods. XRD<br /> patterns for raw sample in d001 increased from 12.61 to 18,6Ǻ for Al modified bentonites.<br /> Basing spacing and interlayered of Al modified bentonites depends on polyoxocation<br /> contents, aging time of polyoxocation solution, temperature of exchanging reaction and<br /> effect of OH-/Al3+ ratio. The most favorable polyoxocation solution for the production of Al<br /> modified bentonites had an OH-/Al3+ ratio molar of 2,0. FTIR analysis and SEM images<br /> show that the cation hidrat interlayers exchanged with polyoxocation aluminum during the<br /> preparation.<br /> Keywords: Bentonite, modified bentonite, aluminum modified bentonite.<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU* thành của chúng. Công thức chung của<br /> Bentonit là một loại khoáng công montmorillonit là (Mn+x.nH2O)(Al2-yMgx)<br /> nghiệp, được cấu tạo chủ yếu từ khoáng vật Si4O10(OH)2, trong đó Mn+ là cation trao<br /> thuộc nhóm sét smectit gồm có đổi lớp giữa (Mn+ thường là Na+, K+, Mg2+,<br /> montmorillonit và một số khoáng chất Ca2+). Trong tự nhiên, bentonit có sự thay<br /> khác. Khoáng sét bentonit xuất hiện trong thế đồng hình của Si4+ bằng Al3+, Al3+<br /> tự nhiên với sự biến thiên trong thành phần bằng Fe2+ hoặc Mg2+, dẫn đến sự thiếu hụt<br /> hoá học phụ thuộc vào nguồn gốc hình điện tích dương trong cấu trúc, làm cho bề<br /> mặt lớp sét bentonit mang điện tích âm.<br /> Điện tích âm này được cân bằng bởi các<br /> (*)<br /> TS, Khoa Sư phạm Hoá – Sinh. Trường Đại học ion kim loại kiềm và kiềm thổ (chẳng hạn<br /> Đồng Tháp<br /> <br /> 46<br />  BÙI VĂN THẮNG<br /> <br /> <br /> như Na+ và Ca2+) chiếm giữ khoảng không Bentonit (Ben) tự nhiên được sử dụng<br /> giữa các lớp sét [2, 11]. là bentonit kiềm (Bình Thuận) có hàm<br /> Bentonit tự nhiên chưa biến tính ứng lượng montmorillonit là 90% (Ben90).<br /> dụng trong lĩnh vực hấp phụ và xúc tác đạt Mẫu quặng sau khi làm giàu, được nghiền<br /> hiệu quả thấp [3, 12], do đó, để sử dụng mịn và sàng qua rây 100 mesh. Dung<br /> cho các ứng dụng này, bentonit cần được lượng trao đổi cation (CEC) trong khoảng<br /> biến tính. Bentonit biến tính bằng tác nhân 76 - 98 meq/100g.<br /> polyoxocation kim loại thu được loại vật Các hoá chất AlCl3.6H2O, NaOH, HCl<br /> liệu mới có độ xốp cao, bền nhiệt, diện tích là những hóa chất sạch phân tích (Trung<br /> bề mặt và số lượng tâm hoạt động tăng lên Quốc) và một số tác nhân cần thiết khác.<br /> đáng kể,v.v. phù hợp cho các quá trình hấp 2.2. Phương pháp điều chế và<br /> phụ và xúc tác [12, 13]. khảo sát tính chất của vật liệu<br /> Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu bentonit biến tính nhôm<br /> về bentonit biến tính bằng tác nhân kim 2.2.1. Điều chế dung dịch nhôm<br /> loại đều được tập trung vào tác nhân polyoxocation<br /> polyoxocation Al137+ (ion Keggin nhôm) Dung dịch nhôm polyoxocation được<br /> [6]. Ion Keggin Al137+ có cấu trúc hoàn điều chế bằng cách thuỷ phân dung dịch<br /> toàn xác định. Cấu trúc ion này bao gồm 1 AlCl3 0,5M bằng NaOH 0,5M với tỉ lệ mol<br /> ion Al3+ ở tâm cấu trúc tứ diện, còn lại là OH-/Al3+ khác nhau. Dung dịch AlCl3 được<br /> 12 ion Al3+ bao quanh cấu trúc bát diện. khuấy mạnh trên máy khuấy, nhỏ từ từ<br /> Khi các cation lớp giữa của bentonit được dung dịch NaOH vào, hỗn hợp được khuấy<br /> trao đổi với ion Al137+ thì khoảng cách lớp liên tục trong 5 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau<br /> của bentonit biến tính nhôm tăng lên một đó già hoá dung dịch trong khoảng thời<br /> khoảng đúng bằng chiều cao của ion gian khác nhau thu được dung dịch nhôm<br /> Keggin là 8,6Å [6, 12], đó cũng là quá polyoxocation.<br /> trình biến tính bentonit bằng ion Al137+. 2.2.2. Điều chế vật liệu bentonit<br /> Vật liệu bentonit biến tính nhôm thu được biến tính nhôm<br /> có diện tích bề mặt tăng lên nhiều lần so Thêm dung dịch nhôm polyoxocation<br /> với bentonit chưa biến tính và vật liệu này sau khi già hoá ở trên vào huyền phù<br /> có các lỗ xốp vi mao quản. Ngoài ra còn có bentonit 1% (được điều chế bằng cách<br /> lỗ xốp mao quản trung bình do các lớp sét phân tán 5 gam bentonit trong 500 mL<br /> sắp xếp với nhau. nước cất, ngâm 24 giờ và khuấy mạnh<br /> Trong nghiên cứu này, bentonit biến trong 2 giờ trước khi tiến hành phản ứng<br /> tính nhôm được khảo sát với các điều kiện trao đổi) với tốc độ chậm (1 mL/phút). Hỗn<br /> điều chế khác nhau. Khoảng cách lớp cơ hợp phản ứng được khuấy liên tục trong 5<br /> bản của bentonit biến tính được xác định giờ ở nhiệt độ khác nhau, duy trì ở nhiệt độ<br /> bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD), diện tích phòng trong 24 giờ. Sau phản ứng huyền<br /> bề mặt, hình thái sản phẩm, thành phần hóa phù được lọc tách và rửa với nước cất vài<br /> học của sản phẩm cũng được khảo sát. lần để loại bỏ hết các ion dư, làm khô ở<br /> 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP nhiệt độ 60oC trong 10 giờ thu được vật<br /> NGHIÊN CỨU liệu bentonit biến tính nhôm (Ben-Al).<br /> 2.1. Nguyên liệu Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng<br /> <br /> 47<br /> NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM<br /> <br /> <br /> đến quá trình điều chế vật liệu Ben-Al như: 3.1. Đặc trưng của bentonit<br /> tỉ lệ AlCl3/bentonit, thời gian già hoá dung Bình Thuận<br /> dịch Al polyoxocation, nhiệt độ tiến hành Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu Ben90<br /> phản ứng trao đổi và tỉ lệ mol OH-/Al3+. dùng làm nguyên liệu điều chế bentonit<br /> 2.2.3. Các phương pháp nghiên cứu biến tính nhôm được trình bày trong Hình<br /> Xác định khoảng cách lớp của vật liệu 1. Theo nghiên cứu của tác giả Yan [12]<br /> bentonit biến tính bằng XRD trên máy D8 cho thấy, mẫu sét bentonit tự nhiên với<br /> Advance-Bruker (Đức) sử dụng bức xạ 40 cation hiđrat lớp giữa là ion Ca2+ hay Mg2+<br /> kV, 300 mA, quét từ 0,5-200, khoảng cách thì khoảng cách lớp (d001) là 14,6Å. Giá trị<br /> lớp được xác định bởi XRD là đỉnh 001; d001 giảm xuống còn 12,4Å khi các cation<br /> thành phần hóa học của vật liệu được phân Ca2+ hay Mg2+ được thay thế bằng cation<br /> tích trên máy Iris-Intrepid, Optimal 7300 Na+ hay K+ nằm lớp giữa cho khoảng cách<br /> DV (Mỹ); hình thái bề mặt sản phẩm được lớp bentonit thấp hơn. Kết quả phân tích từ<br /> xác định bằng ảnh SEM trên máy Hitacho giản đồ XRD chỉ ra trong Hình 1 của<br /> S-4800 (Nhật). Phổ hồng ngoại của Ben90 có góc 2  = 7,00o, tương ứng với<br /> bentonit nguyên liệu và bentonit biến tính khoảng cách cơ bản là 12,61Å. Điều này<br /> nhôm được xác định trên máy GX- cho thấy bentonit Bình Thuận thuộc loại<br /> PerkinElmer (Mỹ). Diện tích bề mặt và bentonit kiềm (chứa chủ yếu cation hiđrat<br /> tổng thể tích lỗ xốp đo trên máy Coulter lớp xen giữa là Na+, K+), bên cạnh còn<br /> SA3100 (Mỹ). chứa một số ít cation Ca2+ và Mg2+ [13].<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Giản đồ XRD của mẫu Ben90.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 48<br />  BÙI VĂN THẮNG<br /> <br /> <br /> 3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thấp hơn mẫu bentonit nguyên liệu đã chỉ<br /> quá trình điều chế vật liệu Ben-Al ra trong Hình 1.<br /> 3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ Giá trị 2  , khoảng cách lớp và khoảng<br /> Al3+/bentonit các lớp giữa của Ben-Al-Cx chỉ ra trong<br /> Kết quả phân tích XRD của Ben-Al-Cx Bảng 1 cho thấy, mẫu Ben-Al-Cx có pic<br /> (x = 5; 10; 15; 20 và 25 mmol/g) được nhiễu xạ đặc trưng của bentonit biến tính<br /> trình bày trong Hình 2 cho thấy, cường độ nhôm ở góc 2  = 5,086 ÷ 4,800o, tương<br /> và độ rộng pic phổ của mẫu Ben-Al-Cx ứng với khoảng cách lớp là 17,36 – 18,39Å<br /> thay đổi không đáng kể trong các mẫu điều và khoảng cách lớp giữa là 7,76 – 8,79Å.<br /> chế với tỉ lệ Al3+/bentonit từ 10 đến 25 Giá trị d001 và d của Ben-Al-Cx phụ<br /> mmol/g. Mẫu Ben-Al-C5 có cường độ pic thuộc vào hàm lượng của tác nhân Al<br /> phổ thấp và rộng, cho biết quá trình biến polyoxocation (ion Keggin nhôm) sử dụng.<br /> tính xảy ra không hoàn toàn, vẫn còn một Khi tiến hành trao đổi cation hiđrat lớp<br /> phần cation hiđrat lớp giữa của sét bentonit giữa của sét bentonit bằng nhôm<br /> chưa trao đổi hết hoặc xảy ra quá trình bóc polyoxocation làm khoảng cách lớp của vật<br /> lớp sản phẩm biến tính [4]. Mẫu Ben-Al- liệu Ben-Al-Cx tăng lên rõ rệt từ 12,61Å<br /> C20 có cường độ pic phổ cao, pic phổ hẹp (Ben90) lên trên 18Å khi tỉ lệ Al3+/bentonit<br /> và sắc nét so với các mẫu Ben-Al-Cx còn tăng và đạt cực đại ở Ben-Al-C20<br /> lại, cho thấy rằng quá trình biến tính xảy ra (18,39Å), sau đó giá trị d001 giảm (còn<br /> hoàn toàn và sự phân bố đồng nhất trong 18,30Å) khi tỉ lệ Al3+/bentonit tăng lên<br /> sản phẩm Ben-Al-Cx [8]. Tuy nhiên, 25 mmol/g.<br /> cường độ pic phổ của các mẫu Ben-Al-Cx<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-Cx điều chế với tỉ lệ Al3+/bentonit khác nhau.<br /> <br /> 49<br /> NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM<br /> <br /> <br /> Bảng 1. Giá trị d001 và khoảng cách lớp giữa ( d ) của mẫu Ben-Al-Cx<br /> điều chế với tỉ lệ Al3+/bentonit khác nhau<br /> Mẫu sét 2  (o) d001 (Å) d (Å)<br /> Ben-Al-C5 4,847 18,22 8,62<br /> Ben-Al-C10 5,086 17,36 7,76<br /> Ben-Al-C15 4,867 18,14 8,54<br /> Ben-Al-C20 4,800 18,39 8,79<br /> Ben-Al-C25 4,824 18,30 8,70<br /> d  d 001  9, 6 (Å)<br /> <br /> Như vậy, hàm lượng ion Keggin nhôm dung dịch nhôm polyoxocation<br /> đưa vào với tỉ lệ Al3+/bentonit là 20 Kết quả phân tích XRD của mẫu Ben-<br /> mmol/g cho giá trị d001 là 18,39Å lớn nhất, Al-xd (x = 1; 7; 14 và 21 ngày) được trình<br /> khoảng cách lớp ( d =8,79Å) gần bằng bày trong Hình 3. Thời gian già hoá dung<br /> tổng bề dày của lớp bentonit (9,6Å) và dịch nhôm polyoxocation có ảnh hưởng<br /> chiều cao trung bình của ion Keggin nhôm đến khoảng cách lớp của Ben-Al-xd như<br /> (8,6Å) [7]. Khoảng cách lớp của bentonit chỉ ra trong Hình 3, nhưng ít ảnh hưởng<br /> biến tính nhôm lớn hơn nhiều so với đến cường độ pic phổ của Ben-Al-xd.<br /> bentonit nguyên liệu. Điều này khẳng định, Thời gian già hoá dung dịch nhôm<br /> quá trình biến tính lớp giữa bentonit đã polyoxocation cần ít nhất là 7 ngày để ổn<br /> thành công và ion Keggin nhôm đã thay định tác nhân nhôm polyoxocation và thu<br /> thế cation hiđrat lớp giữa và chiếm giữ được sản phẩm nhôm biến tính bentonit với<br /> khoảng không gian giữa lớp sét bentonit. khoảng cách lớp lớn (d001 > 18Å) [5, 6, 9].<br /> Kết quả này cũng phù hợp với một số công Hơn nữa, tăng thời gian già hoá thì khoảng<br /> trình đã công bố trước đây [2, 7, 11]. cách lớp và cường độ pic phổ thay đổi<br /> 3.2.2. Ảnh hưởng thời gian già hoá không nhiều..<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-xd điều chế<br /> với thời gian già hoá dung dịch nhôm polyoxocation khác nhau.<br /> <br /> 50<br />  BÙI VĂN THẮNG<br /> <br /> <br /> 3.2.3. Ảnh hưởng nhiệt độ đến tiến hành phản ứng biến tính tăng lên 90oC<br /> quá trình biến tính thì giá trị d001 giảm xuống còn 17,76Å.<br /> Giản đồ phổ nhiễu xạ tia X của mẫu Điều này được giải thích là do sự phân huỷ<br /> Ben-Al-Tx (x = 25; 50; 70 và 90oC) được một phần tác nhân nhôm polyoxocation ở<br /> chỉ ra trong Hình 4. Giá trị 2 , khoảng cách nhiệt độ cao, dẫn đến khoảng cách lớp của<br /> lớp và khoảng cách lớp giữa của Ben-Al- mẫu Ben-Al-Tx giảm. Khoảng cách lớp<br /> Tx được trình bày trong Bảng 3 cho thấy của Ben-Al-T70 là 18,69Å, tương ứng với<br /> rằng, khoảng cách lớp của các mẫu Ben- khoảng cách lớp xen giữa là 9,09Å. Giá trị<br /> Al-Tx thay đổi không nhiều khi nhiệt độ d001 này cao hơn một số báo cáo đã công<br /> tiến hành phản ứng biến tính tăng từ 25o bố [2, 9], nhưng thấp hơn so với nghiên<br /> lên 90oC. Giá trị d001 của các mẫu Ben- cứu của Tian [10]. Như vậy, nhiệt độ phù<br /> Al-Tx điều chế ở nhiệt độ thấp (từ 25 đến hợp cho quá trình điều chế vật liệu bentonit<br /> 70oC) là 18,47 ÷ 18,70Å và khoảng cách biến tính bởi tác nhân Al polyoxocation là<br /> lớp xen giữa là 8,87 ÷ 9,10Å. Khi nhiệt độ 70oC.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-Tx điều chế<br /> với nhiệt độ phản ứng trao đổi khác nhau.<br /> Bảng 3. Giá trị d001 và khoảng cách lớp giữa ( d ) của mẫu Ben-Al-Tx điều chế<br /> với nhiệt độ tiến hành phản ứng trao đổi khác nhau<br /> Mẫu sét 2  (o) d001 (Å) d (Å)<br /> Ben-Al-T25 4,722 18,70 9,10<br /> Ben-Al-T50 4,780 18,47 8,87<br /> Ben-Al-T70 4,724 18,69 9,09<br /> Ben-Al-T90 4,972 17,76 8,16<br /> d  d 001  9, 6 (Å)<br /> <br /> 51<br /> NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM<br /> <br /> 3.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol OH-/Al3+ Ben-Al-OH-x (x = 1,0; 1,5; 2,0 và 2,5)<br /> Giản đồ phổ nhiễu xạ tia X của mẫu được chỉ ra trong Hình 5.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Giản đồ XRD của mẫu Ben-Al-OH-x điều chế với tỉ lệ mol OH-/Al3+ khác nhau.<br /> <br /> Ảnh hưởng của tỉ lệ mol OH-/Al3+ của khả năng thuỷ phân của dung dịch<br /> mẫu Ben-Al-OH-x được như chỉ ra trong polyoxocation có ảnh hưởng đến sự hình<br /> Hình 5 cho thấy, cường độ pic phổ của thành cấu trúc của tác nhân biến tính trong<br /> Ben-Al-OH-x thay đổi không đáng kể khi vật liệu bentonit biến tính nhôm [1, 2, 5].<br /> tỉ lệ mol OH-/Al3+ tăng từ 1,0 lên 2,5. Tuy Khoảng cách lớp của mẫu Ben-Al-OH-x<br /> nhiên, độ bazơ của dung dịch cao phù hợp điều chế với tỉ lệ mol OH-/Al3+ thấp (tỉ lệ<br /> cho sự hình thành nhômpolyoxocation . mol OH-/Al3+ là 1,0) là 17,42Å (2  =<br /> Giá trị 2  , khoảng cách lớp và khoảng 5,070o) và tăng lên 18,91Å (2  = 4,668o)<br /> cách lớp giữa của chúng được trình bày khi tỉ lệ mol OH-/Al3+ là 2,5. Tuy nhiên,<br /> trong Bảng 4 cho thấy, khi tỉ lệ mol OH- Ben-Al-OH-2,5 có cường độ pic phổ thấp<br /> /Al3+ tăng thì giá trị d001 và d của Ben- và trải rộng hơn Ben-Al-OH-2,0.<br /> Al-OH-x cũng tăng. Điều này cho thấy,<br /> Bảng 4. Giá trị d001 và khoảng cách lớp giữa ( d ) của mẫu Ben-Al-OH-x được điều chế<br /> với tỉ lệ mol OH-/Al3+ khác nhau<br /> Mẫu sét 2  (o) d001 (Å) d (Å)<br /> Ben-Al-OH-1,0 5,070 17,42 7,82<br /> Ben-Al-OH-1,5 4,878 18,10 8,50<br /> Ben-Al-OH-2,0 4,724 18,69 9,09<br /> Ben-Al-OH-2,5 4,668 18,91 9,31<br /> d  d 001  9, 6 (Å)<br /> <br /> 52<br />  BÙI VĂN THẮNG<br /> <br /> 3.3. Đánh giá đặc tính lý hoá của Kết quả phân tích thành phần hoá học,<br /> vật liệu Ben-Al diện tích bề mặt và tổng thể tích lỗ xốp của<br /> 3.3.1. Thành phần hoá học và diện tích Ben90 và Ben-Al được trình bày trong<br /> bề mặt Bảng 5.<br /> Bảng 5. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của mẫu Ben90 và Ben-Al<br /> % khối lượng Ben90 Ben-Al % khối lượng Ben90 Ben-Al<br /> SiO2 52,22 44,88 MnO2 0,07 0,02<br /> Al2O3 15,78 28,12 P2O5 0,05 0,04<br /> CaO 3,12 0,12 TiO2 0,50 0,65<br /> Fe2O3 6,07 5,81 La 0,01 0,04<br /> Na2O 2,74 0,78 MKN 14,88 16,08<br /> 2<br /> K2O 2,51 2,14 SBET (m /g) 60,72 117,70<br /> 3<br /> MgO 2,05 1,32 VP (cm /g) 0,164 0,199<br /> (MKN: lượng mất khi nung)<br /> <br /> Kết quả thu được chỉ ra trong Bảng 5 biến tính bentonit là 28,54%.<br /> cho thấy, sau khi tiến hành phản ứng trao 3.3.2. Tính chất bề mặt<br /> đổi giữa cation hiđrat lớp giữa của sét Ảnh SEM của mẫu Ben90 và Ben-Al<br /> bentonit và tác nhân nhôm polyoxocation chỉ ra trong Hình 6 cho thấy, có sự khác biệt<br /> thì phần trăm khối lượng Al2O3 tăng từ giữa mẫu Ben90 và Ben-Al. Mẫu Ben90 có<br /> 15,78% (Ben90) lên 28,12% (Ben-Al). cấu trúc lá mỏng, sắc nhọn, sắp xếp như<br /> Trong khi đó, phần trăm khối lượng Na2O những chiếc đĩa chồng lên nhau. Sau khi<br /> giảm từ 2,74% (Ben90) xuống 0,78% tiến hành quá trình biến tính bằng tác nhân<br /> (Ben-Al), như vậy quá trình biến tính nhôm polyoxocation, hình thái bề mặt của<br /> bentonit bằng tác nhân nhôm Ben-Al trở nên xốp và mịn hơn là do sự<br /> polyoxocation đã xảy ra. Kết quả này phù chuyển pha từ trạng thái vô định hình sang<br /> hợp với nghiên cứu của Chae [2] với phần trạng thái tinh thể bởi tác nhân nhôm<br /> trăm khối lượng của Al2O3 trong nhôm polyoxocation [3].<br /> <br /> a) b)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Ảnh SEM của các mẫu a) Ben90 và b) Ben-Al.<br /> <br /> 53<br /> NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM<br /> <br /> 3.3.3. Phổ hồng ngoại Ben90, 3625 cm-1 trong mẫu Ben-Al, đặc<br /> Phổ FTIR của các mẫu Ben90 và Ben- trưng cho dao động hoá trị của nhóm OH<br /> Al với các pic đặc trưng chỉ ra trong Hình liên kết với các cation kim loại (Al3+,<br /> 7, tín hiệu và tần số phổ được chỉ trong Fe3+, Mg2+) trong bát diện và cường độ<br /> Bảng 6. Từ Hình 7 cho thấy, dao động hoá pic phổ của Ben-Al thấp hơn Ben90 và dao<br /> trị của nhóm OH, nhóm Si – O và dao động động biến dạng của chúng xuất hiện ở vai<br /> biến dạng của chúng xuất hiện trong vùng phổ 916 cm-1 trong Ben90 và 918 cm-1<br /> 3000 – 4000 cm-1 và 400 – 2000 cm-1. Pic trong Ben-Al.<br /> phổ xuất hiện ở 3626 cm-1 trong mẫu<br /> 1.000<br /> <br /> 0.95 1038<br /> <br /> <br /> 0.90<br /> <br /> 0.85<br /> <br /> 0.80<br /> 1035<br /> 0.75<br /> <br /> 0.70<br /> <br /> 0.65<br /> <br /> 0.60<br /> <br /> 0.55<br /> <br /> 469<br /> 0.50<br /> 527<br /> 3625 3441 420<br /> 0.45 918<br /> <br /> 0.40 3702 590<br /> <br /> <br /> 0.35 1638 781<br /> 693<br /> <br /> <br /> b)<br /> 0.30 9 16<br /> <br /> <br /> 0.25<br /> 3626 532<br /> 0.20 3445<br /> 1431<br /> 3698 1638 471<br /> 0.15 780 639<br /> 704<br /> 0.10<br /> a)<br /> 0.05<br /> <br /> 0.000<br /> <br /> 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0<br /> cm - 1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Phổ FTIR của mẫu a) Ben90 và b) Ben-Al.<br /> <br /> Dao động hoá trị và dao động biến trong mẫu Ben-Al. Nhưng cường độ và độ<br /> dạng của nhóm OH trong phân tử nước tự rộng pic phổ này thấp hơn so với mẫu<br /> do hoặc nước hấp phụ lớp giữa có sự bentonit chưa biến tính. Dao động biến<br /> chuyển dịch về tần số thấp hơn so với dạng của dao động Si – O xuất hiện pic<br /> Ben90, từ 3445 cm-1 và 1638 cm-1 trong phổ ở 532 cm-1 trong mẫu Ben90 chuyển<br /> mẫu Ben90 đến 3441 cm-1 và 1638 cm-1 dịch về tần số thấp hơn ở 527 cm-1 trong<br /> trong mẫu Ben-Al với cường độ pic phổ mẫu Ben-Al. Trong khi đó, dao động biến<br /> cao hơn mẫu Ben90. Cường độ pic phổ cao dạng của Al – O và Fe – O xuất hiện ở 471<br /> trong mẫu bentonit biến tính nhôm cho cm-1 trong mẫu Ben90 chuyển dịch về tần<br /> thấy có sự hình thành liên kết Al-OH mới số thấp và cường độ pic phổ cao hơn trong<br /> do tương tác giữa montmorillonit và tác bentonit biến tính nhôm ở 469 cm-1.<br /> nhân nhôm polyoxocation. Bentonit biến tính có cường độ pic phổ cao<br /> Dao động hoá trị của nhóm Si – O xuất hơn bentonit chưa biến tính là do sự ảnh<br /> hiện ở pic phổ 1035 cm-1 trong mẫu Ben90 hưởng của tác nhân nhôm polyoxocation<br /> chuyển dịch về tần số cao hơn 1038 cm-1 lớp giữa.<br /> <br /> 54<br />  BÙI VĂN THẮNG<br /> <br /> Bảng 6. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu Ben-90 và Ben-Al<br /> Tần số (cm-1) Tần số (cm-1)<br /> Tín hiệu phổ Tín hiệu phổ<br /> Ben90 Ben-Al Ben90 Ben-Al<br /> HO-Al /HO-Mg<br /> VI VI 3626 3625  Al-Mg-OH - -<br /> HO-H (H2O hấp phụ) 3445 3441 Si-O-Si /Si-O-Al 704 693<br />  HO-H (H2O hấp phụ) 1638 1638  Si-O-Al VI 532 527<br /> Si-O 1035 1038  Si-O-Si / Fe-O 471 469<br />  HO-Al VI 916 918  Fe-O-Fe /  Al-O-Al - 420<br /> <br /> <br /> 4. KẾT LUẬN - Khi tỉ lệ mol OH-/Al3+ tăng từ 1,0<br /> Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến 2,5 thì pic phổ của sản phẩm Ben-Al-<br /> đến quá trình điều chế vật liệu Ben-Al và OH-x chuyển dịch về khoảng cách lớp tăng<br /> rút ra một số kết luận như sau: và cường độ pic phổ cao hơn. Ở tỉ lệ mol<br /> - Khoảng cách lớp và khoảng cách lớp OH-/Al3+ là 2,0 quan sát thấy pic phổ rõ<br /> giữa của Ben-Al phụ thuộc vào hàm lượng ràng xuất hiện ở 18,69Å, pic phổ này đặc<br /> nhôm polyoxocation biến tính lớp giữa. trưng cho nhiễu xạ đỉnh 001.<br /> Khoảng cách lớp tăng khi tỉ lệ - Sau khi tiến hành biến tính bentonit<br /> Al3+/bentonit tăng. Tỉ lệ Al3+/bentonit là bằng tác nhân nhôm polyoxocation thì<br /> 20 mmol/g phù hợp cho quá trình điều chế. phần trăm khối lượng Al2O3 tăng lên so<br /> - Thời gian già hoá dung dịch nhôm với bentonit nguyên liệu từ 15,78% trong<br /> polyoxocation và nhiệt độ tiến hành phản Ben90 lên 28,12% trong Ben-Al. Phần<br /> ứng trao đổi có ảnh hưởng đến cường độ trăm khối lượng của Na2O và K2O trong<br /> và độ rộng pic phổ XRD, cũng như giá trị các mẫu Ben-Al giảm so với mẫu Ben90.<br /> d001 của Ben-Al. Thời gian già hoá và Điều này cho thấy, tác nhân nhôm<br /> nhiệt độ tiến hành phản ứng trao đổi phù polyoxocation đã trao đổi và đi vào khoảng<br /> hợp để điều chế Ben-Al là 14 ngày ở nhiệt không gian lớp giữa của sét bentonit<br /> độ 70oC.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> 1. Altunlu M. and Yapar S. (2007), “Effect of OH-/Al3+ and Al3+/clay ratios on the<br /> adsorption properties of Al-pillared bentonites”, Colloids and Surfaces A:<br /> Physiscochem. Eng. Aspects 306, 88 – 94.<br /> 2. Chae H.J., Nam I.N., Ham S.W. Hong S.B. (2001), “Physicochemical charateristics<br /> of pillared interlayered clays”, Catalysis Today, 68, 31-40.<br /> <br /> <br /> 55<br /> NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM<br /> <br /> <br /> 3. Gu L., Xu J., Lv L., Liu B., Zhang H., Yu X., Luo Z. (2011), “Dissolved organic<br /> nitrogen (DON) adsorption by using Al-pillared bentonite”, Desalination, 269, 206-213.<br /> 4. Katdare S.P., Ramaswamy V., Ramaswamy A.V. (2000), “Factors affecting the<br /> preparation of alumina pillared montmorillonite employing ultrasonics”,<br /> Microporous and Mesoporous Materials, 37, 329-336.<br /> 5. Khalaf H., Bouras O., Perrichon V. (1997), “Synthesis and characterization of Al-<br /> pillared cationic surfactant modified Al-pillared Algerian bentonite”, Microporous<br /> Materials, 8, 141-150.<br /> 6. Lahodny-Sarc O. and Khalaf H. (1994), “Some considerations of the influence of<br /> source clay material and synthesis conditions on the properties of Al-pillared clays”,<br /> Applied Clay Science, 8, 405-415.<br /> 7. Ohtsuka K. (1997), “Preparation and properties of two-dimensional microporous<br /> pillared interlayered solids. Reviews”, Chem. Mater., Vol.9, 2039-2050.<br /> 8. Sánchez A. and Montes M. (1998), “Influence of the preparation parameters (particle<br /> size and aluminium concentration) on the textural properties of Al-pillared clays for a<br /> scale-up process”, Microporous and Mesoporous Materials, 21, 117-125.<br /> 9. Shin Young-Sub, Oh Seung-Geun and Ha Baik-Hyon (2003), “Pore structures and<br /> Acidities of Al-pillared montmorillonite”, Korean Journal of Chemical Engineering,<br /> 20 (1), 77 – 82.<br /> 10. Thomas S.M. and Occelli M.L. (2000), “Effects of synthesis conditions on the<br /> thermal stability of a Texas montmorillonite expanded with [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+<br /> cations”, Clays and Clay mineral, Vol. 48, No. 2, 304 – 308.<br /> 11. Tomul F. and Balci S. (2008), “Synthesis and Characterization of Al-pillared<br /> Interlayered Bentonites”, G.U. Journal of Science, 21(1), 21-31.<br /> 12. Yan L.G., Xu Y.Y., Yu H.Q., Xin X.D., Wei Q., Du B., (2010), “Adsorption of<br /> phosphate from aqueous solution by hydroxyl-aluminum, hydroxy-iron and<br /> hydroxyl-iron-aluminum pillared bentonites”, Journal of Hazardous Materials, 179,<br /> 244 – 250.<br /> 13. Zhu M.X., Ding K.Y., Xu S.H., Jiang X. (2009), “Adsorption of phosphate on<br /> hydroxyaluminum-and hydroxyiron-montmorillonite complexes”, Journal of<br /> Harazdous Materials 165, 645-651.<br /> <br /> * Nhận bài ngày: 15/1/2014. Biên tập xong: 5/6/2014. Duyệt bài: 12/6/2014.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 56<br />