HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG Al3+ ĐỂ BIẾN TÍNH BENONITE DI LINH - LÂM ĐỒNG Người thực : Trịnh Thị Thủy Lớp : MTB Khóa : 57 Chuyên ngành : Khoa học môi trường Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Ngọc Tú Địa điểm thực tập : Bộ môn Công nghệ môi trường Hà Nội - 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu kết nghiên cứu khóa luận trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị khác Mọi giúp đỡ cho công việc thực khóa luận cảm ơn thông tin trích dẫn khóa luận rõ nguồn gốc Sinh viên Trinh Thị Thủy i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, nỗ lực thân, nhận nhiều giúp đỡ tận tình từ thầy - cô giáo Khoa Môi Trường Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn tới thầy - cô giáo TS.Trịnh Quang Huy, TS.Đỗ Thủy Nguyên, Th.S Hồ Thị Thúy Hằng - Bộ môn Công nghệ môi trường - Khoa Môi Trường - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ hoàn thành trình thực tập tốt nghiệp Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Th.S Nguyễn Ngọc Tú - Bộ môn Công nghệ môi trường - Khoa Môi trường - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam quan tâm dìu dắt, tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ suốt trình thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Nhân đây, cảm ơn KS.Trần Minh Hoàng, kỹ thuật viên phòng thí nghiệm, Đặng Thị Thanh Hương, Đỗ Xuân Thọ, Hồ Thị Thương, nhiệt tình giúp đỡ vượt qua khó khăn suốt thời gian thực khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân toàn thể bạn bè bên giúp đỡ, động viên, chia sẻ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập thực đề tài khoá luận tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng Sinh viên Trịnh Thị Thuỷ ii năm 2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu yêu cầu nghiên cứu đề tài .2 Mục tiêu Yêu cầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung khoáng sét 1.1.1 Thành phần khoáng sét 1.1.2 Cấu trúc khoáng sét 1.1.3 Sự thay tích điện mạng lưới khoáng sét 1.2 Tổng quan bentonıte 10 1.2.1 Thành phần khoáng vật thành phần hóa học bentonit 10 1.2.2 Cấu trúc MMT 11 1.2.3 Tính chất Bentonite 14 1.3 Giới thiệu Bentonite Di Linh – Lâm Đồng 17 1.4 Các phương pháp biến tính Bentonite 19 1.4.1 Biến tính nhiệt 19 1.4.2 Biến tính kiềm 19 1.4.3 Biến tính axit vô 20 1.4.4 Phương pháp khác 20 1.4.5 Giới thiệu vật liệu Bentonite biến tính kim loại .21 1.5 Ứng dụng Bentonite 28 1.5.1 Làm vật liệu hấp phụ: .29 1.5.2 Làm vật liệu điều chế sét hữu nanocompozid 29 1.5.3 Một số ứng dụng khác : 30 CHƯƠNG 31 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 31 2.2 Nội dung nghiên cứu .31 2.2.1 Nghiên cứu đặc trưng vật liệu Bentonite sử dụng nghiên cứu 31 2.2.2 Nghiên cứu biến tính vật liệu Bentonite Di Linh AlCl3 31 2.2.3 Nghiên cứu biến tính vật liệu Bentonite Di Linh AlCl3 /NaOH .31 2.3 Phương pháp nghiên cứu 31 2.3.1 Phương pháp cứu lí thuyết .31 2.3.2 Phương pháp thực nghiệm .32 2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 33 2.5 Phương pháp nghiên cứu vật liệu Bentonite Bentonite biến tính 39 2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) : 39 2.5.2 Phương pháp xác định dung lượng cation trao đổi (CEC) – phương pháp dùng amoni axetat (TCVN 8568:2010) 39 2.5.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS: 40 2.5.4 Phương pháp xác định pH, EC 40 2.5.5 Phương pháp xác định khả hấp phụ kim loại nặng 40 2.6 Phương pháp xử lý số liệu .41 iii CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .42 3.1 Một số đặc trưng, tính chất vật liệu sử dụng nghiên cứu 42 3.2 Kết thực biến tính bentonite .43 3.2.1 Kết biến tính vật liệu bentonite với AlCl3 (Thí nghiệm 1) .43 3.2.1.1 Kết ảnh hưởng tỷ lệ AlCl3: Bentonite .44 3.2.1.3 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu tổng hợp với kim loại nặng 52 3.2.2 Kết biến tính vật liệu bentonite với AlCl3 /NaOH (thí nghiệm 2) : 54 3.2.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ OH-/Al3+đến hiệu biến tính 56 3.2.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hiệu biến tính 57 3.2.2.3 Kết khảo nghiệm khả hấp phụ vật liệu biến tính với AlCl3/NaOH .62 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Danh mục dụng cụ cần thiết 32 Bảng 2.2 Danh mục thiết bị cần thiết 33 Bảng 2.1 Thiết kế thí nghiệm 35 Bảng 2.2 Thiết kế thí nghiệm 36 Bảng 3.1 Kết phân tích thành phần khoáng bentonite 42 Di Linh tự nhiên 42 Bảng 3.3 Khả hấp phụ kim loại nặng số vật liệu Al-PILC tổng hợp Bent tự nhiên .53 Bảng 3.5 Khả hấp phụ kim loại nặng số vật liệu 62 Al-PILC-OH tổng hợp Bent tự nhiên 62 Bảng 3.6 Kiểm định hiệu biến tính bentonite thí nghiệm 64 thí nghiệm 64 Bảng 3.7 So sánh khoảng cách sở d001 vật liệu tổng hợp 64 thí nghiệm 64 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.2 Mạng tứ diện Hình 1.3 Sự xếp “lỗ” sáu cạnh oxi đáy mạng tứ diện Hình 1.4 (a) đơn vị cấu trúc tứ diện (b) đơn vị cấu trúc bát diện Hình 1.5: Các loại cấu trúc khoáng sét Hình 1.6 Công thức khai triển không gian MMT lý tưởng 12 Hình 1.8: Mỏ khai thác Bentonite Di Linh – Lâm Đồng 18 Hình 1.9: Mô hình trình hydrat dehydrat smectite sét chống 22 Hình 1.10 Sơ đồ trình chèn polycation vào lớp sét .23 Hình 1.11 Mô hình biểu diễn đất sét chống theo kỹ thuật sấy khác (a;b) 24 Hình 1.12: Sơ đồ trình nung định hình cấu trúc 25 Hình 1.13: Sơ đồ mô tả trình điều chế Al-PILC 28 Hình 1.14 Mô hình cấu trúc MMT chống ion Keggin 28 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X bentonite Di Linh tự nhiên .43 Hình 3.3 Biểu đồ thể phụ thuộc giá trị CEC vật liệu vào nhiệt độ nung 47 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X CT6 (2,5-500°C) .51 Hình 3.6: Kiểm định tương quan hồi quy yếu tố tỷ lệ .52 AlCl3: Bent nhiệt độ nung tới giá trị CEC 52 Hình 3.7 Hiệu suất hấp phụ Cd2+ số vật liệu Al-PILC .54 Bentonite tự nhiên 54 Hình 3.8 : Ảnh hưởng tỷ lệ OH-/Al3+ đến giá trị CEC vât liệu 56 Hình 3.10 : Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu M6 (2-500) 60 Hình 3.11: Kiểm định tương quan hồi quy yếu tố tỷ lệ 61 OH-/Al3+ nhiệt độ nung tới giá trị CEC .61 Hình 3.12 Hiệu suất hấp phụ Cd2+ số vật liệu Al-PILC-OH .63 Bentonite tự nhiên 63 Hình 3.13 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu tổng hợp 66 thí nghiệm 66 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Bent-Al, Al-PILC d001 CEC MMT Al- PILC Al- PILC -OH Nghĩa đầy đủ Bentonit Lâm đồng biến tính với kim loại Al Khoảng cách Khả trao đổi cation Montnorillonit Vật liệu Bent biến tính với AlCl3 nhiệt độ Vật liệu Bent biến tính với AlCl3/NaOH nhiệt độ vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Khoáng sét có đặc điểm chung kích thước nhỏ có bề mặt riêng lớn dùng làm vật liệu hấp phụ cho hiệu cao Thêm vào phyllosilicat, đặc biệt nhóm có cấu trúc lớp 2:1 có lưới điện tích âm vĩnh cửu tạo nhờ thay đồng hình cấu trúc tinh thể, có khả hấp phụ lượng lớn cation Ở Việt Nam có trữ lượng khoáng sét dồi song khai thác phạm vi nhỏ sử dụng làm vật liệu gốm, vật liệu xây dựng, xử lý môi trường,…mà chưa nghiên cứu nhiều để nâng cao tính sử dụng Do việc nghiên cứu để sử dụng cách có hiệu nguồn khoáng sét Việt Nam nhiệm vụ cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn nhà khoa học Việt Nam Bentonite loai khoáng sét quý, có tính chất đặc trưng trương nở, kết dính, hấp phụ, trơ, nhớt dẻo Vì ngày bentonite ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau: dùng làm vật liệu hấp phụ, vật liệu trao đổi ion trình xử lý môi trường nước Sử dụng làm chất mang, chất xúc tác phản ứng tổng hợp chất hữu Chất độn nghành sản xuất giấy, cao su, nhựa Dùng để pha chế dung dịch khoan Làm khuôn ngành đúc, luyện kim Dùng làm vật liệu xây dựng Sử dụng công nghiệp thực phẩm: làm giàu thực vật số chế phẩm hữu cơ, dùng làm chất kết dính, chất độn thức ăn gia súc Sử dụng công nghiệp mỹ phẩm Dùng để chế tạo vật dụng trang trí, đồ mỹ nghệ Dùng chế tạo vật liệu chống sa lắng sơn, mực in, dầu, mỡ, Gần ứng dụng việc chế tạo vật liệu nanocompozit với tính ưu việt ứng dụng lĩnh vực chống cháy, vật liệu xốp, bền cơ, bền hóa học Trong số ứng dụng đáng ý là: dùng làm Hình 3.10 : Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu M6 (2-500) Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu thu được: Các đỉnh pic đặc trưng góc quét 2-Theta vật liệu M6 (2-500) cho thấy khoảng cách không gian sở lớp vật liệu giá trị d001 = 16.811A° góc quét 2-Theta mẫu bentonite đặc trưng cho biến tính với AlCl 3/NaOH cao giá trị 15.480A° bentonite tự nhiên Sau trình chống, phân tích nhiễu xạ tia X polyoxocation nhôm vào khoảng không gian lớp sét làm cho giá trị d 001 vật liệu thu tăng lên Do đó, cấu trúc lớp nâng lên không gian bên mở rộng theo làm tăng giá trị khả trao đổi cation khoáng sét sau thực biến tính Nhận thấy trình biến tính với AlCl 3/NaOH, việc kết hợp yếu tố tỷ lệ OH-/Al3+ nhiệt độ nung có ảnh hưởng đến hiệu 60 biến tính Và để xem xét tới ảnh hưởng hai yếu tố này, ta tiến hành kiểm nghiệm tương quan yếu tố hai yếu tố tới hiệu thu Kết tính toán sau: Phương trình hồi quy biểu diễn mối liên hệ tuyến tính CEC với tỷ lệ OH-/Al3+ nhiệt độ nung là: Giá trị CEC = 88.95375- 1.68500* tỷ lệ OH-/Al3+ + 0.11205 * nhiệt độ (meq/100g) Hình 3.11: Kiểm định tương quan hồi quy yếu tố tỷ lệ OH-/Al3+ nhiệt độ nung tới giá trị CEC Xét ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ tới hiệu biến tính qua giá trị CEC, ta nhận thấy mức ý nghĩa trường hợp đạt 0.0193 < 0,05 Vậy giá trị CEC có liên quan tuyến tính với nhiệt độ nung, phương trình thể tuyến tính biễu diễn bảng Tuy nhiên, CEC thể tương quan tuyến tính với tỷ lệ OH-/Al3+ ý nghĩa (0.69468 >0,05) Xét tổng hợp hai yếu tố tỷ lệ AlCl 3: Bent nhiệt độ, ta nhận thấy mức ý nghĩa trường hợp 0.000151