Xây dựng quy trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit và CTAB

- Cân chính xác một lượng bentonit bằng cân điện tử có độ chính xác ±0,0001g vào một cốc chịu nhiệt 250ml. Hòa thêm vào một thể tích nước cất thích hợp rồi khuấy mạnh có gia nhiệt, trong một khoảng thời gian nhất định để tạo huyền phù bentonit.

- Cân chính xác một lượng CTAB (sao cho tỷ lệ CTAB/bentonit là 140mmol/100g) bằng cân điện tử có độ chính xác ±0,0001g. Hòa tan lượng muối này vào một thể tích nước cất thích hợp như trên rồi khuấy có gia nhiệt trong một khoảng thời gian để CTAB tan hết, tạo thành dung dịch muối CTAB.

- Điều chỉnh pH của cả hai dung dịch đến 9,0 (sử dụng các dung dịch HCl và NaOH loãng và giấy chỉ thị pH của hãng Merk).

- Đổ từ từ dung dịch muối amin vào dung dịch bentonit, đồng thời khuấy liên tục trong 5h trên máy khuấy từ gia nhiệt Veia của Cole Parmer Instrument Company. Kiểm tra pH, nhiệt độ của dung dịch phản ứng và giữ ổn định trong suốt thời gian tiến hành phản ứng.

- Lọc nóng bằng phễu lọc có bơm hút chân không. Rửa sản phẩm ít nhất 3 lần bằng nước cất nóng.

- Sấy sản phẩm trong tủ sấy chân không trong 24h ở 80⁰C. Lấy sản phẩm ra nghiền bằng cối sứ thành bột mịn.

- Xác định cấu trúc và tính chất của sản phẩm bằng các phương pháp: phương pháp nhiễu xạ tia X; phương pháp phân tích nhiệt.

3.1.2.3. Kết quả điều chế

Áp dụng quy trình 3.19 để điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận có hàm lượng MMT > 90% và CTAB. Giản đồ nhiễu xạ của sản phẩm sét hữu cơ được đưa ra trên hình 3.20. Từ hình 3.20, chúng ta có thể thấy rằng sản phẩm sét hữu cơ điều chế được có cấu trúc lớp với khoảng cách giữa các lớp sét cao, d₀₀₁ = 43,021Å, tương ứng với góc 2theta của pic cực đại nhiễu xạ bằng 2,052^o.

Chúng tôi đã tiến hành ghi giản đồ phân tích nhiệt và so sánh với giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bentonit được chế hóa tương tự không có tác nhân hữu cơ để xác định hàm lượng cation cetyl trimetyl amoni trong sản phẩm.

Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét hữu cơ được điều chế từ bentonit Bình Thuận loại có hàm lượng >90% với CTAB theo quy trình 3.19 được đưa ra trên hình 3.21. Hình 3.21 cho thấy, có 3 hiệu ứng mất khối lượng tại 112,47^oC (-2,63%), tại 293,97^oC (-15,71%) và tại 436,39^oC (-27,73%).

Các hiệu ứng này đều có kèm theo hiệu ứng thu nhiệt trên đường DTA và được quy gán cho quá trình mất nước cấu trúc và phân hủy của cetyl trimetyl amoni trong mẫu. Tổng khối lượng mất khi nung là: 2,63% + 15,71% + 27,73% = 46,07%, tương ứng với hàm lượng cation cetyl trimetyl amoni trong sản phẩm là 34,57%.

Tác nhân hữu cơ tiếp theo được chúng tôi sử dụng trong đề tài này là dodecyl amin. Vì những lí do đã nêu trong mục 2.2.1, nên chúng tôi chuyển amin này thành muối dodecyl amoni clorua (DAC). Phương pháp chuyển amin thành muối đã nêu ở mục 2.2.1. Sau đó chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận và DAC, gồm: tỷ lệ cation amoni hữu cơ/bentonit, nhiệt độ huyền phù, thời gian khuấy trộn, pH huyền phù. Từ đó tìm điều kiện thích hợp nhất và xây dựng quy trình chuẩn điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận 90% và DAC.

Như đã nói ở mục 3.1.1.1, tỷ lệ cation amoni hữu cơ/bentonit (mmol/100g) có ảnh hưởng quan trọng đến giá trị d₀₀₁ và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm, do đó yếu tố ảnh hưởng này được chúng tôi đặt vấn đề khảo sát trước tiên.

Các mẫu sét hữu cơ được điều chế theo quy trình đã nêu ở mục 2.2.2 với các điều kiện cụ thể như sau: huyền phù (bentonit và muối amoni hữu cơ) được điều chỉnh đến pH bằng 7, nhiệt độ 60⁰C và được khuấy trộn trong thời gian 5h, ở tốc độ khuấy ổn định 500 vòng/phút, tỷ lệ DAC/bentonit được biến đổi từ 150 đến 330mmol/100g bentonit khô.

Sản phẩm sét hữu cơ điều chế được được chụp giản đồ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc lớp của sản phẩm, giá trị 2theta và khoảng cách giữa các lớp sét (d₀₀₁); ghi giản đồ phân tích nhiệt để xác định hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ, từ đó đánh giá được mức độ thâm nhập của cation amoni hữu cơ vào bentonit, tìm được mức độ ảnh hưởng của yếu tố đang khảo sát đến giá trị d₀₀₁ của sản phẩm sét hữu cơ và hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm. Cuối cùng xác định được điều kiện thích hợp nhất cho quá trình điều chế sét hữu cơ.

Từ giản đồ nhiễu xạ tia X và giản đồ phân tích nhiệt, chúng tôi đưa ra kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ DAC/bentonit đến giá trị d₀₀₁ và hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm trong bảng 3.5.

* Ảnh hưởng của tỷ lệ DAC/bentonit đến giá trị d₀₀₁

Giản đồ XRD của một mẫu sét tiêu biểu được đưa ra trên hình 3.22.

Từ giản đồ trên ta thấy rõ, sét hữu cơ điều chế được có cấu trúc lớp với giá trị d₀₀₁ = 25,059A^o tương ứng ở góc 2 ~ 3,523^o.

Các giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ điều chế với tỷ lệ DAC/bentonit (mmol/100g) khác nhau được trình bày trên hình 3.23.

Từ hình 3.23 thấy rằng, giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ điều chế được đều có pic đặc trưng cho cấu trúc lớp với giá trị d₀₀₁ khá lớn thay đổi từ ~16 đến ~26A^o, tương ứng góc 2theta của pic nhiễu giảm từ 5,519^o đến 3,39^o.

Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị d₀₀₁ vào tỷ lệ DAC/bentonit (mmol/100g) được đưa ra ở hình 3.24.



Hình 3.23. Giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm sét hữu cơ được điều chế từ DAC và bentonit Bình thuận >90% ở các tỷ lệ DAC/bentonit khác nhau

Từ hình 3.24, chúng tôi thấy rằng, trong khoảng tỷ lệ DAC/bentonit từ 150 đến 250 (mmol/100g), giá trị d₀₀₁ tăng rõ rệt từ 15 đến 25A^o và đạt cực đại ở tỷ lệ DAC/bentonit bằng 250mmol DAC/100g. Khi tiếp tục tăng tỷ lệ này, d₀₀₁ vẫn tăng lên nhưng mức độ tăng giảm xuống, sau đó gần như không thay đổi. Vì vậy mà tại các tỷ lệ DAC/bentonit bằng 250, 270, 290, 310, 330 mmol/100g các giá trị d₀₀₁ xấp xỉ nhau, đều ~25A^o.

Điều này có thể được giải thích như sau: thời điểm đầu, với sự tăng tỷ lệ DAC/bentonit, sự trao đổi giữa cation hữu cơ với các cation vô cơ có mặt ở giữa các lớp sét xảy ra mạnh hơn nên giá trị d₀₀₁ tăng lên; nhưng khi tỷ lệ DAC/100g bentonit đạt đến giá trị 250mmol/100g thì nồng độ cation amoni hữu cơ trong huyền phù sét có thể coi là đã đạt bão hòa; Vì thế nếu tiếp tục tăng tỷ lệ đó lên thì giá trị d₀₀₁ thay đổi rất ít.

Và đến thời điểm nào đó, chúng tôi còn dự đoán giá trị d₀₀₁ giảm xuống, do khi nồng độ cation amoni hữu cơ trong huyền phù sét đã đạt bão hòa, thì các đuôi hữu cơ của các amin trong dung dịch nước có xu hướng tập hợp lại thành hạt keo, các hạt keo đó không có khả năng thâm nhập nên quá trình trao đổi của các cation hữu cơ với cation vô cơ giảm; vì vậy giá trị d₀₀₁ dần giảm xuống.

Vì vậy, để tránh lãng phí hóa chất, chúng tôi cho rằng tỷ lệ DAC/bentonit thích hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ dodecyl amoni clorua và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% là 250mmol/100g.

* Ảnh hưởng của tỷ lệ DAC/bentonit đến hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm

Để xác định hàm lượng của các cation amoni trong sản phẩm, chúng tôi đã tiến hành ghi giản đồ phân tích nhiệt của các mẫu bentonit được chế hóa khi có mặt và không có mặt DAC.

Dưới đây là ví dụ giản đồ phân tích nhiệt của một mẫu sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% tại tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol/100g.



Hình 3.25. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% ở tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol/100g

Hình 3.25 cho thấy có 2 hiệu ứng mất khối lượng tại 406,605^oC (-21,56%) và tại 631,77^oC (-10,23%). Các hiệu ứng này đều có kèm theo hiệu ứng thu nhiệt trên đường DTA và được quy gán cho quá trình mất nước cấu trúc và phân hủy của dodecyl amoni trong mẫu. Tổng khối lượng mất khi nung của mẫu sét hữu cơ tính được là 31,79%. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét được chế hóa tương tự nhưng không có tác nhân hữu cơ được đưa ra trên hình 3.5. Từ giản đồ 3.5, chúng tôi đã tính toán được tổng khối lượng mất khi nung là 11,5%.

Hàm lượng amoni hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ được tính toán theo công thức đã nêu ở mục 2.3.2.

Δm(%) = Δm_hc(%) - Δm_bent (%)

Vậy hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận ở tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol/100g bằng: 31,79% - 11,50% = 20,29%. Hàm lượng cation dodecyl amoni trong các mẫu sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận ở các tỷ lệ DAC/bentonit khác cũng được căn cứ theo giản đồ phân tích nhiệt và được xác định tương tự. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ DAC/bentonit đến hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm đã được đưa ra trong bảng 3.5.

Đồ thị sự phụ thuộc của hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm vào tỷ lệ DAC/bentonit (mmol/100g) được đưa ra ở hình 3.26.

Hình 3.26 cho thấy, khi tăng tỷ lệ DAC/bentonit từ 150 đến 250mmol/100g, hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm tăng lên rõ rệt và đạt cực đại ở tỷ lệ 250mmol/100g tương tự như d₀₀₁. Nhưng nếu tiếp tục tăng thì hàm lượng này có xu hướng giảm. Điều này được giải thích tương tự như với d₀₀₁, nghĩa là khi tỷ lệ DAC/bentonit đạt đến 250mmol/100g, thì nồng độ cation dodecyl coi như đã đạt bão hòa, nếu tỷ lệ đó vượt quá 250mmol/100g, các đuôi hữu cơ của các amin trong dung dịch nước tập hợp lại thành hạt keo. Các hạt keo đó không có khả năng thâm nhập vào bentonit nên làm giảm nồng độ cation hữu cơ trong nước và dẫn đến làm giảm hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm.

Qua kết quả khảo sát mức độ ảnh hưởng của tỷ lệ DAC/bentonit đến giá trị d₀₀₁ và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm, chúng tôi thấy rằng, khi tiến hành khuấy trộn huyền phù (DAC và bentonit) trong thời gian 5h, nhiệt độ huyền phù là 60^oC, pH bằng 7 thì tại tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol/100g, giá trị d₀₀₁ đạt giá trị cao bằng 25,06A^o và hàm lượng cation dodecyl amoni đạt cực đại bằng 20,29%. Như vậy theo chúng tôi, tỷ lệ DAC/bentonit thích hợp để điều chế sét hữu cơ từ DAC và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% là 250mmol/100g. Chúng tôi duy trì điều kiện này trong các thí nghiệm tiếp theo.

Yếu tố tiếp theo chúng tôi tiến hành khảo sát là sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình điều chế. Nhiệt độ cũng là một yếu tố ảnh hưởng rất quan trọng. Các thí nghiệm được chúng tôi tiến hành theo quy trình đã nêu ở mục 2.2.2, trong những điều kiện cụ thể sau: tỉ lệ DAC/bentonit bằng 250mmol/100g bentonit, pH huyền phù bằng 7, thời gian phản ứng là 5h, tốc độ khuấy 500 vòng/phút. Nhiệt độ huyền phù được thay đổi từ 30 đến 90^oC.

Sản phẩm sét hữu cơ điều chế được được chụp giản đồ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc lớp của sản phẩm, giá trị 2theta và khoảng cách giữa các lớp sét (d₀₀₁); ghi giản đồ phân tích nhiệt để xác định hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ. Các kết quả thu được từ giản đồ nhiễu xạ tia X và giản đồ phân tích nhiệt được đưa ra trong bảng 3.6.

* Ảnh hưởng của nhiệt độ huyền phù đến giá trị d₀₀₁



Hình 3.27. Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% ở nhiệt độ huyền phù bằng 60^oC



Hình 3.28. Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ được điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận >90% tại các nhiệt độ huyền phù khác nhau

Giản đồ XRD của một mẫu sét tiêu biểu được đưa ra trên hình 3.27.

Từ hình 3.27 ta thấy rõ, sét hữu cơ điều chế được có cấu trúc lớp với giá trị d₀₀₁ = 26,866A^o tương ứng ở góc 2 ~ 3,28^o.

Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ được điều chế ở các nhiệt độ huyền phù khác nhau được đưa ra ở hình 3.28. Từ các giản đồ XRD trên hình 3.28, có thể thấy các mẫu sét hữu cơ điều chế được đều có cấu trúc lớp với giá trị d₀₀₁ thay đổi từ ~15 đến ~29A^o.

Từ hình 3.28 và 3.29, có thể thấy khi tăng nhiệt độ huyền phù, giá trị d₀₀₁ tăng khá nhanh và đạt cực đại tại nhiệt độ 60^oC, giá trị d₀₀₁ tương ứng bằng 26,866A^o. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ lên trên 60^oC, giá trị d₀₀₁ giảm xuống. Điều này có thể được giải thích là khi nhiệt độ huyền phù tăng thì sự chuyển động của các cation amoni hữu cơ và cation vô cơ trong bentonit tăng do đó sự trao đổi diễn ra nhanh hơn, còn khi nhiệt độ huyền phù quá cao thì các cation amoni hữu cơ có thể bị thủy phân trở thành amin ban đầu (là chất ít tan) do đó sự trao đổi giảm xuống. Do đó khoảng cách lớp sét thay đổi không đáng kể so với mẫu sét ban đầu chưa được chế hóa với tác nhân hữu cơ.

Chúng tôi đề nghị rằng, nhiệt độ huyền phù thích hợp nhất để thu được sản phẩm sét hữu cơ có khoảng cách giữa các lớp sét cao là 60^oC, tại nhiệt độ này, giá trị d₀₀₁ có thể đạt ~27Å.

* Ảnh hưởng của nhiệt độ huyền phù đến hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm

Hình 3.30 đưa ra đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm vào nhiệt độ huyền phù khi phản ứng.



Hình 2.30. Sự phụ thuộc của hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm vào nhiệt độ huyền phù

Từ hình 2.30 ta thấy rằng, hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm tăng dần khi nhiệt độ huyền phù tăng, và cũng đạt giá trị cực đại tại nhiệt độ 60^oC (là 19,8%). Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, hàm lượng này lại giảm xuống. Sự biến đổi này rất phù hợp và được giải thích tương tự như sự biến đổi của giá trị d₀₀₁.

Qua kết quả khảo sát mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ huyền phù đến giá trị d₀₀₁ và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm, chúng tôi thấy rằng, khi khuấy trộn huyền phù (DAC và bentonit) có tỷ lệ DAC/bentonit là 25mmol/100g trong 5h, ở pH bằng 7, thì khoảng cách lớp cơ bản d₀₀₁ đạt giá trị cực đại bằng 26,866A^o và hàm lượng cation dodecyl amoni cũng đạt giá trị cực đại bằng 19,8% khi duy trì nhiệt độ huyền phù ở 60^oC. Vì vậy, chúng tôi cho rằng nhiệt độ huyền phù thích hợp để điều chế sét hữu cơ từ DAC và bentonit Bình Thuận >90% là 60^oC.

Việc tìm được thời gian khuấy trộn thích hợp sẽ tiết kiệm được thời gian và năng lượng sử dụng trong quá trình điều chế. Vì vậy, yếu tố tiếp theo mà chúng tôi khảo sát là ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến quá trình điều chế sét hữu cơ.

Các thí nghiệm được tiến hành theo quy trình đã nêu ở mục 2.2.2. Các điều kiện cụ thể như sau: tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol amoni hữu cơ/100g bentonit khô, pH huyền phù là 7, nhiệt độ huyền phù bằng 60^oC, thời gian khuấy trộn được thay đổi từ 1h đến 8h.

Sản phẩm sét hữu cơ điều chế được được chụp giản đồ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc lớp của sản phẩm, giá trị 2theta và khoảng cách giữa các lớp sét (d₀₀₁); ghi giản đồ phân tích nhiệt để xác định hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ. Các kết quả thu được từ giản đồ nhiễu xạ tia X và giản đồ phân tích nhiệt được đưa ra trong bảng 3.7.

* Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến giá trị d₀₀₁

Giản đồ XRD của một mẫu sét tiêu biểu được đưa ra trên hình 3.31.

Từ hình 3.31 ta thấy rõ, sét hữu cơ điều chế được có cấu trúc lớp với giá trị d₀₀₁ = 24,568A^o tương ứng ở góc 2 ~ 3,59^o.

Giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm sét hữu cơ được điều chế ở các thời gian khuấy trộn khác nhau được đưa ra trên hình 3.32.


Hình 3.31. Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit

Bình Thuận hàm lượng >90% trong thời gian khuấy trộn là 5h



Hình 3.32. Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ điều chế từ bentonit Bình Thuận và DAC trong các thời gian khuấy trộn khác nhau

Hình 3.32 cho ta thấy các mẫu sét hữu cơ điều chế được có cấu trúc lớp thể hiện ở việc xuất hiện các pic nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc lớp. Giản đồ XRD của mẫu sét được khuấy trộn trong 1h không có pic đặc trưng, chứng tỏ thời gian 1h là chưa đủ để hình thành cấu trúc lớp ở sản phẩm sét hữu cơ.

Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị d₀₀₁ vào thời gian khuấy trộn được đưa ra ở hình 3.33.



Hình 3.33. Sự phụ thuộc của giá trị d₀₀₁ vào thời gian khuấy trộn
Từ hình 3.32 và 3.33, ta có thể thấy rõ, khi thời gian khuấy trộn tăng từ 1h đến 5h, khoảng cách giữa các lớp sét d₀₀₁ tăng lên từ 15,84 lên 24,87A^o. Nhưng khi tăng tiếp thời gian khuấy trộn thì giá trị d₀₀₁ gần như không thay đổi.

Điều này có thể giải thích như sau: khi khuấy trộn huyền phù DAC và bentonit trong thời gian ngắn, sự trao đổi của cation hữu cơ với cation vô cơ là chưa nhiều, nếu tiếp tục cho phản ứng thì sự trao đổi tiếp tục xảy ra. Khi khuấy trộn hỗn hợp phản ứng được 5h thì quá trình trao đổi gần như đạt đến trạng thái cân bằng, do đó nếu ta có tiếp tục khuấy trộn nữa thì d₀₀₁ cũng biến đổi không nhiều, như vậy sẽ gây lãng phí thời gian mà không đem lại hiệu quả đáng kể.

Chúng tôi cho rằng thời gian khuấy trộn phù hợp nhất cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ DAC và bentonit Bình Thuận >90% điều kiện này được duy trì ở các thí nghiệm sau.

* Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm

Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm vào thời gian khuấy trộn được đưa ra trong bảng 3.7.

Đồ thị sự phụ thuộc của hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm vào thời gian khuấy trộn được đưa ra ở hình 3.34.

Hình 3.34 cho thấy khi tăng thời gian khuấy trộn từ 1 đến 5h, hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm tăng lên rõ rệt từ 14 đến 25%. Tiếp tục tăng thời gian khuấy trộn, hàm lượng cation dodecyl amoni cũng tăng lên nhưng không đáng kể. Điều này cũng có thể giải thích tương tự như với d₀₀₁, tức là khi thời gian khuấy trộn được 5h thì gần như sự trao đổi giữa cation hữu cơ và vô cơ đã đạt tới trạng thái cân bằng, hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm coi như không bị ảnh hưởng bởi thời gian khuấy trộn nữa. Ta nên dừng phản ứng lại để tiết kiệm thời gian và năng lượng.

Qua kết quả khảo sát mức độ ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến giá trị d₀₀₁ và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm, chúng tôi thấy rằng, khi khuấy trộn huyền phù (DAC và bentonit) có tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol/100g ở nhiệt độ 60^oC, pH bằng 7, thì khoảng cách lớp cơ bản d₀₀₁ đạt giá trị khá cao bằng 24,87A^o và hàm lượng cation dodecyl amoni cũng đạt giá trị khá cao bằng 25,5% khi tiến hành trong thời gian khuấy trộn là 5h. Nếu tiếp tục tăng thời gian khuấy trộn, chỉ lãng phí thời gian mà không có hiệu quả kinh tế. Vì vậy, theo chúng tôi, thời gian khuấy trộn thích hợp để điều chế sét hữu cơ từ DAC và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% là 5h. Chúng tôi duy trì điều kiện này trong các thí nghiệm tiếp theo.

Giá trị pH huyền phù có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều chế sét. Để khảo sát ảnh hưởng của pH huyền phù đến chất lượng sét hữu cơ, chúng tôi tiến hành thí nghiệm theo qui trình 2.2.2 ở các điều kiện sau: tỷ lệ DAC/bentonit được cố định ở 250mmol/100g bentonit khô, thời gian khuấy trộn là 5h, điều nhiệt ổn định ở 60^oC. pH của dung dịch được thay đổi từ 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 10,5.

Sản phẩm sét hữu cơ điều chế được được chụp giản đồ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc lớp của sản phẩm, giá trị 2theta và khoảng cách giữa các lớp sét (d₀₀₁); ghi giản đồ phân tích nhiệt để xác định hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ.

Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH huyền phù đến giá trị d₀₀₁ và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm

Từ giản đồ nhiễu xạ tia X và giản đồ phân tích nhiệt, chúng tôi đã xác định được các giá trị khoảng cách lớp d₀₀₁ và hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm, các kết quả được đưa ra trong bảng 3.8.

* Ảnh hưởng của pH huyền phù đến giá trị d₀₀₁

Giản đồ XRD của một mẫu sét tiêu biểu được đưa ra trên hình 3.35.

Từ giản đồ trên ta thấy rõ, sét hữu cơ điều chế được có cấu trúc lớp với giá trị d₀₀₁ = 25,358A^o tương ứng ở góc 2 ~ 3,48^o.



Hình 3.35. Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% ở pH huyền phù bằng 9,0

Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ được điều chế ở các giá trị pH huyền phù khác nhau được đưa ra ở hình 3.36.

Hình 3.36 cho thấy các mẫu sét hữu cơ điều chế được có cấu trúc lớp với giá trị d₀₀₁ thay đổi từ ~14 đến ~24A^o.

Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị d₀₀₁ vào giá trị pH huyền phù được đưa ra ở hình 3.37.

Từ hình 3.36 và 3.37, ta có thể thấy rằng, giá trị d₀₀₁ rất thấp khi pH huyền phù thấp, khi pH huyền phù tăng từ 6,0 đến 9,0, giá trị d₀₀₁ tăng lên từ 13,87 đến 25,36A^o và đạt cực đại (d₀₀₁ = 25,36A^o) tại pH huyền phù bằng 9,0. Khi tiếp tục tăng pH huyền phù, giá trị d₀₀₁ dần giảm xuống, và giảm rõ rệt ở pH = 10,5.


Hình 3.36. Giản đồ nhiễu xạ XRD của các mẫu sét hữu cơ điều chế từ bentonit Bình Thuận và DAC ở các pH huyền phù khác nhau



Hình 3.37. Sự phụ thuộc của giá trị d₀₀₁ vào pH huyền phù

Điều này có thể được giải thích như sau: ở pH thấp, nồng độ ion H₃O⁺ lớn, cản trở sự trao đổi của cation amoni hữu cơ với các cation vô cơ trong bentonit, còn ở pH cao, các cation dodecyl amoni có xu hướng thủy phân thành dodecyl amin ban đầu, là hợp chất ít tan nên sự khuếch tán và trao đổi của các cation cũng bị giảm xuống. Sự khuếch tán trao đổi của các cation dodecyl amoni với các cation vô cơ giảm xuống làm khoảng cách giữa các lớp sét giảm, thấp hơn rõ rệt so với trường hợp pH huyền phù bằng 9,0.

Vì vậy, chúng tôi cho rằng, pH huyền phù thích hợp nhất cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ DAC và bentonit Bình Thuận hàm lượng >90% là 9,0.

* Ảnh hưởng của pH huyền phù đến hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm

Từ giản đồ phân tích nhiệt của các mẫu bentonit được chế hóa khi có mặt và không có mặt DAC và tính toán hàm lượng amoni hữu cơ trong sản phẩm sét hữu cơ theo công thức đã nêu ở mục 2.3.2, chúng tôi đã thu được các kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH huyền phù đến hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm và đưa ra trong bảng 3.8.

Đồ thị sự phụ thuộc của hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm vào pH huyền phù được đưa ra ở hình 3.38.

Từ hình 3.38, chúng tôi nhận thấy rằng, khi thay đổi pH huyền phù từ 6,0 đến 9,0, hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm tăng dần 13,71 đến 20,83%. Nhưng từ pH huyền phù bằng 9,5 trở đi, hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm bắt đầu giảm dần. Như vậy hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm đạt cực đại tại pH huyền phù bằng 9,0. Ở các pH thấp hơn hoặc cao hơn 9,0, giá trị này đều giảm so với ở pH bằng 9,0. Sự biến đổi này rất phù hợp với sự biến đổi của giá trị d₀₀₁ và được giải thích tương tự như với d₀₀₁.

Qua kết quả khảo sát mức độ ảnh hưởng của pH huyền phù đến giá trị d₀₀₁ và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm, chúng tôi thấy rằng, khác với trường hợp CTAB, sét hữu cơ điều chế từ DAC và bentonit Bình Thuận bị ảnh hưởng rõ rệt bởi pH huyền phù. Khi khuấy trộn huyền phù (DAC và bentonit) có tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol/100g trong 5h, ở nhiệt độ huyền phù là 60^oC, thì khoảng cách lớp cơ bản d₀₀₁ đạt giá trị cực đại bằng 25,36A^o và hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm cũng đạt giá trị cực đại bằng 20,83% khi pH huyền phù được duy trì ở giá trị bằng 9,0. Như vậy theo chúng tôi, pH huyền phù thích hợp nhất cho quá trình điều chế sét hữu cơ từ DAC và bentonit Bình Thuận >90% là 9,0.