Luận văn Khảo sát độ hấp phụ một số loại thuốc nhuộm trên bentonit biến tính

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu của đề tài: Đề tài được nghiên cứu theo các yêu cầu sau: + Sự thay đổi các thông số hóa lí giữa các loại bentonit( trước và sau khi biến tính) + Khảo sát sự hấp phụ thuốc nhuộm trên từng loại bentonit ở các điều kiện khác nhau (thời gian, nhiệt độ, pH) + Nhận xét sơ bộ độ hấp phụ của các loại bentonit đối với các loại thuốc nhuộm. Phương pháp nghiên cứu: Treân cô sôû lyù thuyeát vaø nhöõng keát quaû cuûa nhöõng nghieân cöùu tröôùc ñaây, chuùng toâi thöïc hieän ñeà taøi theo nhöõng böôùc döôùi ñaây: + Khảo sát các tính chất lí hóa của bentonit nguyên khai. + Biến tính bentonit theo 3 hướng: - Biến tính trong NaCl 1N + NaOH 0.05N (ở pH=11) - Biến tính trong HCl 15%. - Biến tính trong dung dịch hexadecyl amomium clorua ở 80oC. + Khảo sát thông số hóa lí trên 3 loại bentonit đã biến tính. + Khảo sát độ hấp phụ trên 4 loại bentonit và các yếu tố ảnh hưởng. Hóa chất và dụng cụ: Hoùa chaát: NaOH Tinh khieát Trung Quoác HCl Tinh khieát Trung Quoác NaCl Tinh khieát Trung Quoác Bentonite (Tuy Phong_Bình Thuận) 45 Hexadecyl amonium clorua Tinh khieát Merck(Đức) Metyl blue Merck(Đức) Eriocome Merck(Đức) Caùc hoùa chaát cô baûn khaùc. Thieát bò vaø duïng cuï: 1. Caân phaân tích AB204 - METTLER, ñoä chính xaùc ñeán 0.1 mg 2. Caân kyõ thuaät VP 3000 – Demer Instrument, ñoä chính xaùc 0,1 g 3. pH keá PH -1299, APEL, Germany 4. Tuû saáy Memmert, Germany, Tmax = 2200C 5. Maùy khuaáy töø, maùy khuaáy cô 6. Maùy ly taâm Universal 16A, Germany 7. Maùy loïc chaân khoâng 8. Duïng cuï raây, nghieàn 9. Maùy ñieàu nhieät Memmert, Germany, ñoä chính xaùc 0,10C 10. Loø nung,Vieät Nam,Tmax = 1200oC 11. Máy quang phổ UV Vis 2450 Shimazdu. 12. Caùc duïng cuï thuûy tinh cô baûn. 46 Tiến hành thực nghiệm: 2.1. Khảo sát bentonit nguyên khai: 2.1.1 Thành phần hóa: Bảng 2.1: Thành phần hóa học của bentonit nguyên khai. Sample SiO Al2 2O Fe3 2O CaO MgO SO K3 3 2O Na2O TiO MnO P2 2O MKN Total5 NK 49.24 14.10 3.10 10.69 0.89 0.00 4.33 1.86 0.64 0.12 0.00 12.3 97.27 Thành phần hóa học của bentonit ảnh hưởng lớn đến cấu trúc, tính chất và khả năng sử dụng chúng. Xác định chính xác thành phần hóa học của bentonit là hết sức cần thiết nhằm định hướng biến tính chúng cho các mục đích sử dụng hiệu quả nhất. Bentonit do Viện Công nghệ Hóa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cung cấp được phân tích bằng các phương pháp thông dụng. Kết quả được ghi ở bảng 2.1. Ta nhận thấy hàm lượng CaO trong bentonit nguyên khai rất lớn nên có thể nhầm lẫn giữa bent-Na với bent-Ca, nếu chỉ dựa vào thành phần hóa học. Vì vậy phải kết hợp với phổ nhiễu xạ tia X để xác định lượng CaO đó có từ đâu dựa vào pick nhiễu xạ. Kết hợp phổ nhiễu xạ tia X với giản đồ phân tích nhiệt DTA để chắc chắn cho khẳng định của chúng tôi 2.1.2. Phổ nhiễu xạ tia X: Phương pháp nhiễu xa tia X là phương pháp rất nhạy được dùng để xác định cấu trúc tinh thể của khoáng sét, đặc biệt là MMT. Ngoài ra, qua phương pháp này, chúng ta còn nhận được thông tin rất nhanh về sự có mặt của các loại khoáng sét khác có trong bentonit. Dựa vào phổ nhiễu xạ tia X ta có thể nhận biết được đặc điểm của từng loại bentonit.( Hình 2.1) 47 Từ giản đồ Rơngen của bentonit Bình Thuận nguyên khai, ta thấy rằng pic nằm trong khoảng 2θ=2→7o tương ứng với d001=14,7 A0 đặc trưng cho mont. Các pic của quartz và canxit có cường độ khá lớn. Hình 2.1 Phổ nhiễu xạ tia X của bentonit nguyên khai. 2.1.3. Phổ hấp thu hồng ngoại: Phương pháp phổ IR là một trong những phương pháp nhanh và nhạy để nghiên cứu cấu trúc tinh thể và đặc trưng các liên kết giữa các nguyên tử và nhóm nguyên tử của các hệ silicat, aluminat tinh thể hay vô định hình. -1 Đám phổ vùng 3500-3700 cm đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH liên kết với Mg2+, Fe3+ và Al3+. Đám phổ có pic ở 777 cm-1 đặc trưng cho dao động của Si-O trong thạch anh. Đám phổ 1432 và 875 cm-1 khẳng định sự có mặt của CO3 trong canxit (Hình 2.2). 48 Hình 2.2 Phổ hấp thu hồng ngoại của bentonit nguyên khai. 2.1.4. Giản đồ TGA của bentonit nguyên khai: Dựa trên giản đồ TGA của bentonit nguyên khai ta có thể xác định được hàm lượng canxit vào khoảng 8%, thông qua pic thu nhiệt và độ giảm khối lượng tại nhiệt độ 764oC. (Hình 2.3) Hình 2.3: Giản đồ TG và DTA của bentonit nguyên khai. 49 2.1.5 Kết quả xác định bề mặt bằng phương pháp BET: Kết quả BET của Bentonit nguyên khai = 67,46 m2 /g. 2.2. Các phương pháp biến tính: Trên phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại (FTIR) và giản đồ phân tích nhiệt (DTA và TGA) của bentonit nguyên khai ta thấy sự hiện diện với hàm lượng lớn của canxit và thạch anh (quartz). Vì vậy, để hàm lượng MMT trong sản phẩm tăng lên chúng tôi đã làm giàu bentonit bằng phương pháp sa lắng huyền phù bentonit trong nước (nồng độ 3→5%) sau 24 giờ. Loại bỏ phần lắng ở dưới rồi rửa phần trên bằng HCl 3% trong 15 phút để loại đi phần lớn các hạt canxit và oxit kim loại không lắng. Li tâm và rửa bằng nước nhiều lần đến pH bằng 6,5. 2.2.1 Biến tính bent bằng NaCl: Bent sau khi được tinh chế, vẫn đang trạng thái ướt được tiếp tục biến tính bằng phương pháp trao đổi ion với dung dịch NaCl 1N+ NaOH 0,05N với tỉ lệ bent (dạng paste): dd lỏng =1:15. Quá trình được thực hiện trong 24h trong cốc bằng nhựa và que khuấy từ. Sau đó đem li tâm loại và rửa trong nước đến pH=7,8 và hết anion Cl- (thử bằng dung dịch AgNO3 1M. Nồng độ Na+ trong dung dịch trao đổi ion không giảm xuống so với 24h sau khi trao đổi đến 36h, điều đó chứng tỏ sau 24h, hầu hết các ion Na+ đã trao đổi hết. Sản phẩm được rửa đến pH bằng 8, phơi khô trong không khí rồi nghiền nhỏ bằng cối mã nảo, sau đó tiến hành khảo sát. Trong quá trình rửa sản phẩm đến gần với pH=8,5 một phần MMT phân tán rất bền trong dung dịch, không thể lắng xuống bằng cách ly tâm 6000 vòng/phút. Chúng tôi cho dung dịch HCl 1% vào theo tỉ lệ 1:1 vào phần dung dịch phía trên khuấy đều trong 5 phút rồi đem li tâm, toàn bộ phần huyền phù đã lắng xuống hết, đem rữa phần lắng xuống bằng nước đến pH=6,5 rồi phơi khô trong không khí thu được sản phẩm có độ trương nở 15 lần (rất lớn so với độ trương nở khoảng 6 lần của MMT thông thường). 50 2.2.2 Biến tính bent bằng HCl: Bent sau khi được tinh chế, vẫn đang trạng thái ướt được tiếp tục biến tính bằng phương pháp hoạt hóa trong HCl 15% với tỉ lệ rắn lỏng=1:4, trong thời gian 6h. Quá trình được thực hiện trong cốc thủy tinh và khuấy bằng cá từ. bent-H thu được sau khi hoạt hóa được li tâm với tốc độ 3000 vòng/phút và rửa bằng nước đến pH=6,5. Sản phẩm sau khi được rửa sạch được phơi khô trong không khí, nghiền nhỏ bằng cối mã nảo rồi dùng khảo sát. 2.2.3 Biến tính bent bằng hexadecyl amonium clorua (HDA). Bent sau khi được tinh chế, vẫn đang trạng thái ướt được tiếp tục biến tính bằng phương pháp hoạt hóa trong 600 ml nước cất 8g hexadecyl amonium clorua (HDA) với 200ml bent dạng paste. Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ 800C, que khuấy thủy tinh với vòng quay 50 vòng/ phút. Thời gian tiến hành trao đổi với hexadecyl ammonium clorua là 12h. Sản phẩm thu được rửa bằng nước khử khoáng 700C đến khi hết ion Cl- ( thử bằng AgNO3 1M) để khô trong không khí, sau đó sấy trong lò sấy ở 1050C thời gian 1h, nghiền nhỏ bằng cối mã não rồi tiến hành khảo sát. 2.3. Khảo sát thông số hóa lí của bentonit biến tính: Chúng tôi tiến hành khảo sát thành phần hóa học, phổ nhiễu xạ tia X, phổ hấp thu hồng ngoại, diện tích bề mặt riêng của từng loại bentonit vừa biến tính để có sự so sánh cần thiết. 2.4. Khảo sát độ hấp phụ thuốc nhuộm của các loại bentonit: 2.4.1 Ảnh hưởng của thời gian lên độ hấp phụ thuốc nhuộm: Chúng tôi tiến hành khảo sát độ hấp phụ hai loại thuốc nhuộm: Eriochrom Black và Metylen Blue bằng bent-NK, bent-Na, bent-H, bent-HDA vừa thu được. Kết quả khảo sát với 0,5g bent mỗi loại với 100ml dung dịch thuốc nhuộm pha bằng nước khử khoáng, tiến hành ở các khoảng thời gian khác nhau. 51 2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ hấp phụ thuốc nhuộm: Chúng tôi tiến hành khảo sát độ hấp phụ hai loại thuốc nhuộm: Eriocrom Black và Metylen Blue bằng bent-NK, bent-Na, bent-H, bent-HDA vừa thu được. Kết quả khảo sát với 0,5g bent mỗi loại với 100ml dung dịch thuốc nhuộm pha bằng nước khử khoáng, tiến hành ở các nhiệt độ khác nhau. 2.4.3 Ảnh hưởng của pH lên độ hấp phụ thuốc nhuộm: Chúng tôi tiến hành khảo sát độ hấp phụ hai loại thuốc nhuộm: Eriocrom Black và Metylen Blue bằng bent-NK, bent-Na, bent-H, bent-HDA vừa thu được. Kết quả khảo sát với 0,5g bent mỗi loại với 100ml dung dịch thuốc nhuộm pha bằng nước khử khoáng, tiến hành ở các giá trị pH khác nhau. 52