Luận án tiến sĩ: Điều chế sét hữu cơ từ bentonite Bình Thuận - Đại học Quốc gia Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------ NGUYỄN TRỌNG NGHĨA ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ TỪ KHOÁNG BENTONITE BÌNH THUẬN VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHÚNG Chuyên ngành: Hóa Vô cơ Mã số: 62 44 25 01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGÔ SỸ LƢƠNG 2. THÂN VĂN LIÊN HÀ NỘI - 2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU. Thành phần hóa học và cấu trúc của bentonite.

Tính chất của bentonite. Mối quan hệ giữa cấu trúc - tính chất. Ứng dụng bentonite. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BENTONITE TRÊN THẾ GIỚI.

Tình hình chung. Tình hình nghiên cứu và sử dụng bentonite ở một số nƣớc trên thế giới. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG BENTONITE Ở VIỆT NAM. Tổng quan về tài nguyên bentonite Việt Nam.

Tình hình nghiên cứu khoa học công nghệ chế biến bentonite Việt Nam. LÀM GIÀU VÀ HOẠT HÓA BENTONITE. Làm giàu MMT từ nguồn khoáng bentonite tự nhiên. Hoạt hoá bentonite tự nhiên.

Giới thiệu về sét hữu cơ. Cấu trúc của sét hữu cơ. 40 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tính chất của sét hữu cơ.

Nguyên liệu điều chế sét hữu cơ. CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP SÉT HỮU CƠ. Phương pháp khô. Phương pháp ướt.

Cơ chế trao đổi cation. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ bằng phƣơng pháp khuếch tán trong dung dịch nƣớc. Cấu trúc, tính chất và ứng dụng của nanocomposite. Nghiên cứu điều chế polymer-clay nanocomposite.

THƢ̣C NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U. NGUYÊN LIỆU, HOÁ CHẤT, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ. Nguyên liệu, hóa chất. LÀM GIÀU MMT TỪ NGUỒN KHOÁNG BENTONITE.

Phƣơng pháp làm giàu và làm sạch bentonite. Phƣơng pháp xác đinh ̣ độ trƣơng nở và dung lƣơ ̣ng trao đổ i cation của bentonite. Xác định độ trương nở của bentonite. Xác định dung lượng trao đổ i cation của bentonite.

74 * Cách tiến hành. Các phƣơng pháp xác định thành phần cấu trúc, tính chất của bentonite, sét hữu cơ, màng phủ và cao su. Phân tích thành phần hóa học của bentonite. 75 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Phương pháp nhiễu xạ tia X. Phương pháp phổ hồng ngoại. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA và nhiệt trọng lượng TGA.

Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt riêng của chất rắn. ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ. Phƣơng pháp chuyển các amin hữu cơ thành dạng muối amoni 77 2. Quá trình thực nghiệm điều chế sét hữu cơ theo phƣơng pháp ƣớt.

Phƣơng pháp xác đinh ̣ hàm lƣơ ̣ng của cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ (B). ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU POLYMER-CLAY NANOCOMPOSITE. Điều chế màng phủ đƣợc gia cƣờng bằng sét hữu cơ. Chế ta ̣o tổ hơ ̣p cao su tƣ̣ nhiên đƣơ ̣c gia cƣờng bằ ng sét hƣ̃u cơ 82 PHẦN III.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÀM GIÀU MMT TỪ KHOÁNG BENTONITE NHA MÉ - BÌNH THUẬN. Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của bentonite Bình Thuận. Một số đặc trƣng của bentonite Bình Thuận.

Nghiên cứu thu nhận MMT. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ SÉT HỮU CƠ. Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ cation amoni hữu cơ/bentonite (A/B) đến giá trị d001 và mức độ thâm nhập của chúng vào bentonite. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian phản ƣ́ng đến giá trị d001 và hàm lƣợng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ.

111 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Khảo sát ảnh hƣởng của pH dung dịch đến giá trị d001 và mức độ thâm nhập của các cation amoni hữu cơ vào bentonite. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến giá trị d001 và hàm lƣơ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ. Xây dựng quy trình điều chế sét hữu cơ từ bentonite Bình Thuận và các muố i amoni hữu cơ.

Áp dụng quy trình để điều chế sét hữu cơ từ bentonite BT90 và các muối amoni hữu cơ. CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÉT HỮU CƠ ĐỂ ĐIỀU CHẾ POLYMER - CLAY NANOCOMPOSITE. Nghiên cứu chế tạo màng phủ polyurethane nanocomposite. Nghiên cứu chế tạo màng phủ polyacrylic nanocomposite.

Khảo sát ảnh hƣởng của sét hữu cơ đến một số tính chất cơ lí của cao su tƣ̣ nhiên. 169 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 172 PHẦN PHỤ LỤC. Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ (bentonite BT90 - CTAB) ở 300C.

Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ (bentonite BT90 - CTAB) ở 600C. 206 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Bentonite là loại khoáng sét tự nhiên, thuộc nhóm smectite, chứa thành phần chính là montmorillonite (MMT) và một số khoáng khác như hectorite, saponite, clorite, mica, một số khoáng phi sét như calcite, pirrite…, các muối kiềm và một số hợp chất hữu cơ. Bentonite có các tính chất đặc trưng là trương nở, kết dính, hấp thụ, trơ, nhớt và dẻo. Do những tính chất quý giá này mà từ thời cổ xưa, sét đã được dùng để sản xuất chai, lọ, bát, đĩa, chum, vại, vò và cả các tác phẩm điêu khắc dưới dạng sét nung.

Ngày nay với sự phát triển công nghiệp người ta còn dùng bentonite làm vật liệu hấp phụ, chế tạo xúc tác trong công nghệ hoá học và xử lý môi trường, chất lưu biến trong công nghiệp sơn và mực in, chế tạo dung dịch khoan, làm khuôn đúc trong công nghiệp luyện kim, chất giữ ẩm và chất mang các yếu tố vi lượng cho sản xuất nông nghiệp, phụ gia sản xuất dược phẩm, mỹ phẩm, điều chế sét hữu cơ và nanocomposite,… Nước ta có nguồn tài nguyên bentonite rất phong phú được phát hiện ở nhiều nơi: Cổ Định - Thanh Hoá, Di Linh - Lâm Đồng, Tuy Phong - Bình Thuận., trong đó mỏ bentonite Bình Thuận có trữ lượng lớn hàng chục triệu tấn , mới được tìm thấy năm 1987. Mă ̣c dù vâ ̣y, bentonite ở nước ta mới được khai thác trong phạm vi nhỏ và chủ yếu được sử dụng làm vật liệu gốm, vật liệu xây dựng, xử lý môi trường,. Hơn nữa, chất lượng bentonite của nước ta tương đối thấp nên không thể sử dụng trực tiếp trong một số ngành công nghệ cao đòi hỏi khoáng bentonite phải có hàm lượng MMT lớn. Hiện nay, nhu cầu về bentonite hoạt hoá và biến tính cho các ngành công nghiệp giấy, sơn, v.

và cho các nghiên cứu triển khai công nghệ vật liệu tiên tiến như nanocomposite thì vẫn phải sử dụng bentonite nhập ngoại có chất lượng cao, nhưng đi kèm theo đó là những khó khăn về giá cả và giao dịch,. Nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng vật liệu này ở nước ta mới chỉ được thực hiện với lượng nhỏ, kết quả không thể triển khai vào thực tế. Vì vậy việc nghiên cứu khai thác, làm giàu, hoạt hoá và biến tính loại tài nguyên quý giá này và biến nó thành vật liệu sử dụng có hiệu quả trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân là nhiệm vụ của các nhà khoa học nước nhà. Sét hữu cơ là sản phẩm của quá trình tương tác giữa sét có cấu trúc lớp thuộc nhóm smectite, thích hợp nhất là bentonite và các hợp chất hữu cơ phân cực hoặc các cation hữu cơ, đặc biệt là các amin bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4 có mạch thẳng, 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhánh và vòng.

Sét hữu cơ có tính chất đặc biệt như ưa hữu cơ, nhớt, hấp phụ, vì vậy nó được ứng dụng làm chất chống sa lắng trong sơn, dầu nhờn, mực in,… và gần đây là điều chế vật liệu nanocomposite, làm chất hấp phụ các chất hữu cơ và dầu mỏ trong xử lý môi trường. Trong lĩnh vực nanocompsite, các vật liệu polymer-clay nanocomposite được điều chế từ sét hữu cơ và các polyme đã và đang được các nhà nghiên cứu quan tâm nhiều nhất do các tính chất công nghệ đặc biệt của chúng như độ bền cơ và bền nhiệt cao, khả năng kín khí cao nhưng lại đảm bảo truyền sáng tốt. Các vật liệu nanocomposite đang ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: làm vật liệu composite chịu nhiệt, chống cháy, các chai và túi đựng bằng nhựa kín khí và cao su biến tính để chế tạo săm xe chất lượng cao, các lớp màng phủ có khả năng chống mài mòn cao,. Nhằ m góp phần vào việc nghiên cứu quá trình làm giàu , làm sạch nguồn khoáng bentonite nước nhà , thu các sản phẩm MMT có chất lượng cao phu ̣c vu ̣ các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân , cũng như điều chế sét hữu cơ từ bentonite ở Việt Nam và bước đầu khảo sát khả năng ứng dụng của chúng trong việc chế tạo nanocomposite, chúng tôi đã lựa chọn đề tài “Điều chế sét hữu cơ từ khoáng bentonite Bình Thuận và khảo sát khả năng ứng dụng chúng”.

Mục tiêu của luận án là sử dụng nguồn nguyên liệu là nguồn khoáng bent onite Bình Thuận để nghiên cứu điều chế sét hữu cơ và bước đầu thăm dò khả năng sử dụng để điều chế một số vật liệu nanocomposite. Với mục tiêu đó chúng tôi đã tiến hành các nội dung nghiên cứu sau: 1. Nghiên cứu quá trình làm giàu MMT từ nguồn bentonite Bình Thuận bằng phương pháp thuỷ cyclone kết hợp với hoạt hóa bằng phương pháp axit nhằm thu được sản phẩm bentonite chất lượng cao, có dung lượng trao đổi cation lớn (khoảng 90110 mlđlg/100g bentonite khô), hàm lượng MMT cao và kích thước nhỏ cỡ 12 µm, đáp ứng được yêu cầu làm nguyên liệu điều chế sét hữu cơ. Nghiên cứu các yế u tố ảnh hưởng tới quá trình điề u chế sét hữu cơ theo phương pháp ướt từ bentonite Bình Thuâ ̣n đã được làm giàu và làm sạch và các muố i amoni hữu cơ là cetyltrimetyl ammonium bromide, dimetylhexadexyl ammonium chloride, octadexyl ammonium chloride, dodexyl ammonium chloride.

Mục đích nghiên cứu phần này là: 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com a) Làm rõ thêm cơ chế của quá trình hình thành sét hữu cơ trong dung dịch từ phản ứng dị thể của bentonite và dung dịch các muối amoni hữu cơ. b) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế sét hữu cơ theo phương pháp ướt từ bentonite với các dung dịch muối amoni hữu cơ, từ đó tìm các điều kiện thích hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ.