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

- Chuyển dodecylamin thành dodecyl amoni clorua (DAC) như mục 2.2.1

- Cân chính xác một lượng bentonit bằng cân điện tử (±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 DAC (sao cho tỷ lệ DAC/bentonit là 250mmol/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 DAC tan hết, tạo thành dung dịch muối DAC.

-
Khuấy trong 5h
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.

3.2.2.3. Kết quả điều chế

Áp dụng quy trình 3.39 để điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận có hàm lượng MMT > 90% và DAC. Giản đồ nhiễu xạ của sản phẩm sét hữu cơ được đưa ra trên hình 3.40.

Từ giản đồ trên, 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 khá cao, d₀₀₁ = 27,012Å, tương ứng với góc 2theta của pic cực đại nhiễu xạ bằng 3,26^o.

Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét hữu cơ được điều chế từ bentonit Bình Thuận loại có hàm lượng >90% với DAC theo quy trình 3.39 được đưa ra trên hình 3.42.


Hình 3.42. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu sét hữu cơ điều chế theo quy trình 3.39 từ bentonit Bình Thuận loại có hàm lượng >90% và DAC

Hình 3.42 cho thấy có hai hiệu ứng mất khối lượng tại 410,37^oC (-23,75%) và tại 631,52^oC (-8,72%). 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. Với mẫu sét được chế hóa tương tự nhưng không có tác nhân hữu cơ (giản đồ phân tích nhiệt được đưa ra trên hình 3.20) thì có tổng khối lượng mất khi nung là 11,50%. Như vậy, hàm lượng cation dodecyl amoni trong sản phẩm sét hữu cơ là ~20,97%.

1. Các kết quả thực nghiệm thu được cho thấy, phương pháp ướt có hiệu quả tốt trong việc điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận và các muối amoni hữu cơ. Các mẫu sét hữu cơ điều chế được có các giá trị d₀₀₁ lớn và hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm cao, đáp ứng tốt yêu cầu của các ứng dụng khác nhau (làm chất đầu điều chế vật liệu nanocompozit và sử dụng trong sản xuất sơn). Các kết quả thực nghiệm cũng khẳng định rằng, bentonit Bình Thuận sau khi được làm sạch và làm giàu có thể sử dụng làm nguyên liệu đầu để điều chế sét hữu cơ cho các nhu cầu khác nhau.

2. Trường hợp sử dụng CTAB làm tác nhân hữu cơ, đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận (Việt Nam) có hàm lượng MMT >90% và CTAB với các điều kiện thích hợp như sau: tỷ lệ CTAB/bentonit là 140 mmol/100g bentonit khô, nhiệt độ huyền phù là 60-70^oC, thời gian khuấy là 5h, pH huyền phù là 9,0.

Từ các điều kiện khảo sát được, đã tiến hành xây dựng quy trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận và CTAB. Sản phẩm điều chế được theo quy trình có chất lượng tốt, với giá trị d₀₀₁ ~40Å, hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm là ~35%.

3. Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận (Việt Nam) hàm lượng >90% và DAC với các điều kiện thích hợp như sau: tỷ lệ DAC/bentonit là 250 mmol/100g bentonit khô, nhiệt độ huyền phù là 60^oC, thời gian khuấy là 5h, pH huyền phù là 9,0.

Từ các điều kiện khảo sát được, đã tiến hành xây dựng quy trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận và DAC. Sản phẩm điều chế được theo quy trình có chất lượng tương đối tốt, với giá trị d₀₀₁ ~ 27Å, hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm là ~21%.

4. Kết hợp kết quả nghiên cứu với các muối amoni là CTAB và DAC trong luận văn này và một số kết quả đã nghiên cứu với các muối amoni khác được tiến hành trong phòng thí nghiệm Vật liệu mới, đã sơ bộ so sánh khả năng tạo sét hữu cơ của các amin khác nhau và nhận thấy rằng, amin có bậc càng cao, độ dài mạch càng dài thì khả năng tạo sét hữu cơ (d₀₀₁ và hàm lượng cation amoni hữu cơ trong sản phẩm càng lớn) càng lớn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Nguyễn Văn Bình, Hoạt tính xúc tác của bentonit Thuận Hải đã được biến tính trong phản ứng chuyển hóa một số hợp chất hữu cơ, Luận án tiến sĩ Hóa học, ĐHKHTN, 1999.

2. Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2001), Công nghệ nano điều khiển đến từng phân tử, nguyên tử, NXBKH- KT Hà Nội 2001.

3. Thân Văn Liên, Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoá bentonit Việt Nam để sản xuất bentonit xốp, Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài hợp tác theo nghị định thư với Hàn Quốc, Hà Nội, tháng 5, 2005.

4. Thân Văn Liên và cộng sự, Làm giàu, làm sạch và hoạt hoá bentonit Di Linh - Lâm Đồng và bentonit Tuy Phong, Bình Thuận, Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ VI, Đà Lạt tháng 10 năm 2005.

5. Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Trọng Nghĩa, Thân Văn Liên, Điều chế sét hữu cơ từ bentonit Bình Thuận và cetyl trimetyl amoni bromua, Tạp chí hoá học T46, số 2A, 2008.

6. Nguyễn Viết Lược, Lê ái Thụ (1999), Bentonit Thuận Hải, NXB Hà Nội.

7. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano công nghệ nền và vật liệu nguồn, Nhà xuất bản Khoa Học Tự nhiên và Công Nghệ Hà Nội.

8. Nguyễn Hoàng Nghị, Lý thuyết nhiễu xạ tia X, Nhà xuất bản Hà Nội, 2002.

9. Trần Xuân Phương, Nghiên cứu tổng hợp bentonit hữu cơ làm chất tạo cấu trúc cho dung dịch khoan gốc dầu, Luận văn thạc sĩ, ĐHQGHN, 2004.

10. Ngô Thị Thuận, Trần Như Mai, Nguyễn Thị Thanh Bảo, Một số ý kiến ảnh hưởng cấu trúc lỗ xốp đến phản ứng phân bố lại bất đối xứng toluen, Tuyển tập các công trình hội nghị hóa học lần thứ 3, 1998.

Tiếng Anh

11. Anatolie Pushniak (2003), Method for acidic activation of bentonite. MD 2 739 F1. 14.01.2003.

12. Antonio Gonzales, Kevin L. Nichols (1998), Oganoclay compositions, US Patent 5,780,376, Jul. 14, 1998.

13. Bauer Carl (1997), Formulations including improved organoclay compositions, WO 97/09375. 13.03.97.

14. Bekh N. I (2001), Method for preparation of activated bentonite, (Russia) RU 2 196 117 C1. 06.08.2001.

15. Charles A. Cody, Edward D.Magauran (1992), Method of treating waste water for organic containminatnts with water dispersible organically modified smectite clay compositions, US Patent 5,130,028, Jul.14, 1992.

16. Chuen-Shyong Chou, Dennis Paul Lorah, Aqueous nano composite dispersions, US 2002/0086908 A1, Jul.4, 2002.

17. David E. W. Vaughan (1999), Pillared interlayered clays materials useful as catalysts and sorbents, U.S. Patent. 4,176,090, Date of Patent: Nov. 27.1999.

18. David Jarus (2005), Nanoclay-containing composites and methods of making them. WO 2005/056644 A2. Jun. 23, 2005.

19. Emmanuel P. Glennelis, Composite of high melting polymer and nanoclay with enhanced properties. US 2005/0137287 A1. Jun. 23, 2005.

20. Fethi Kooli, Yan Liu, Solhe F. Alshahateet, Mouslim Messali, Faiza Bergaya (2009), “Reaction of acid activated montmorillonites with hexadecyl trimethylammonium bromide solution”, Applied Clay Science 43 (2009) 357–363.

21. George R. Alther (2000), Granular organoclay for high temperature applications. US Patent 6,093,241. Jul. 25, 2000.

22. Harry Ryan Dennis (1996), Improved organoclay products containing a branched chain alkyl quaternary amonium ion. WO 96/ 35764. Nov. 14, 1996.

23. Hemi N. Nae (1994), Organoclay compositions prepared with a mixture of two organic cations and their use in non-aqueous systems, US 5,336,647. Aug. 9, 1994.

24. James Gadbery (1986), Improved organoclay compositions, WO 97/09285. Mar.13, 1997.4,631,091. Dec. 23, 1986.

25. John P. Tatum, Robert Christopher Wight, Organoclay materials, UK Patent Application GB 2 151 219 A. 55R.

26. Jules Roelofs, Synthetic nanoclay materials, WO 2005/026049 A2. Mar 24, 2005.

27. Leandro Pizzatto, Analice Lizot, Rudinei Fiorio, Cíntia L. Amorim, Giovanna Machado, Marcelo Giovanela, Ademir J. Zattera, Janaina S. Crespo (2009), “Synthesis and characterization of novel organo-montmorillonites”, Materials Science and Engineering C 29 (2009) 474–478

28. Lucilene Betega de Paiva, Ana Rita Morales, Francisco R. Valenzuela Díaz (2008), “Organoclays: Properties, preparation and applications” Applied Clay Science 42 (2008) 8–24.

29. Pavlidoua S., C.D. Papaspyridesb (2008), “A review on polymer–layered silicate nanocomposites”, Progress in Polymer Science 33 (2008) 1119–1198.

30. Qin Zhou, Ray L. Frost, Hongping He, Yunfei Xi (2007), “Changes in the surfaces of adsorbed para-nitrophenol on HDTMA organoclay - The XRD and TG study” Journal of Colloid and Interface Science 307 (2007) 50–55.

31. Rajkiran R. Tiwari, Kartic C. Khilar, Upendra Natarajan (2008), “Synthesis and characterization of novel organo-montmorillonites”, Applied Clay Science 38 (2008) 203–208.

32. Roelofs J.C., P.H. Berben (2006), “Preparation and performance of synthetic organoclays”, Applied Clay Science 33 (2006) 13–20.

33. Rui Liu, Ray L. Frosta, Wayde N. Martens, Yong Yuana (2008), “Synthesis, characterization of mono, di and tri alkyl surfactant intercalated Wyoming montmorillonite for the removal of phenol from aqueous systems”, Journal of Colloid and Interface Science 327 (2008) 287–294.

34. Sfung Yeop Lee & Soo Jin Kim, Transimission electron microscopy of hexadecyltrimetylamonium- exchanged smetite claymineral, 2002.

35. Soo Bin Bae, Chang Kee Kim, Kwanghyon Kim, In Jae Chung (2008), “The effect of organic modifiers with different chain lengths on the dispersion of clay layers in HTPB (hydroxyl terminated polybutadiene)”, European Polymer Journal 44 (2008), 3385–3392.

36. Steven D. Landau. Nickel (1991), pillared interlayered clays, US Patent 5,037,787. Aug. 6,1991.24.

37. S.Y.LEE & S.J.KIM, dehydration behaviour of hexa decyltri metylamonium exchanged, smectit, clay mineral, 2003.

38. Vechiugov Alekxandr Viacheslavovich (2001), Method for activation of bentonite clay. RU 2 199 504 C1. 16.07.2001.

39. Youngjae Yoo, D.R. Paul (2008), “Effect of organoclay structure on morphology and properties of nanocomposites based on an amorphous polyamide”, Polymer 49 (2008) 3795–3804.

Hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm đạt 28,35%

Hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm đạt 31,03%

Hàm lượng hữu cơ trong sản phẩm đạt 25,64%