Đang tải... (xem toàn văn)
Tiểu luận động học xúc tác: Ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit H2SO4 lên Bentonite . Sự ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit sulphuric lên tinh thể ,diện tích bề mặt ,độ xốp ,độ axit bề mặt và khả năng tẩy trắng của Bentonite.Tiểu luận động học xúc tác: Ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit H2SO4 lên Bentonite . Sự ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit sulphuric lên tinh thể ,diện tích bề mặt ,độ xốp ,độ axit bề mặt và khả năng tẩy trắng của Bentonite.Tiểu luận động học xúc tác: Ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit H2SO4 lên Bentonite . Sự ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit sulphuric lên tinh thể ,diện tích bề mặt ,độ xốp ,độ axit bề mặt và khả năng tẩy trắng của Bentonite.Tiểu luận động học xúc tác: Ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit H2SO4 lên Bentonite . Sự ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit sulphuric lên tinh thể ,diện tích bề mặt ,độ xốp ,độ axit bề mặt và khả năng tẩy trắng của Bentonite.
TIỂU LUẬN ĐỘNG HỌC XÚC TÁC Đề tài 16: Sự ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa axit sulphuric lên tinh thể ,diện tích bề mặt ,độ xốp ,độ axit bề mặt và khả năng tẩy trắng của Bentonite. GVHD : PGS.TS Phạm Thanh Huyền Sinh viên thực hiện: Giới thiệu chung Kết luận Nội dung Kết quả đo Vật liệu và phương pháp điều chế I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BENTONITE Bentonit là loại khoáng sét thiên nhiên, thuộc nhóm smectit. Thành phần chính của bentonit là montmorillonit (MMT), ngoài ra còn có một số khoáng chất khác như quartz, cristobalit,... Đôi khi người ta còn gọi khoáng bentonit là montmorillonit. Công thức đơn giản nhất của montmorillonit (Al2O3.4SiO2.nH2O). Công thức lý tưởng của montomrillonit là Si8Al4O20(OH)4. Tuy nhiên, do có sự thay thế đồng hình của các cation kim loại như Al3+, Fe2+, Mg2+ …với Si trong tứ diện và Al trong bát diện như vậy thành phần hoá học của montmorillonit với thành phần chủ yếu là các nguyên tố Si và Al, còn có các nguyên tố như Mg, Fe, Na, Ca,…Ngoài ra trong khoáng có thêm một số nguyên tố vi lượng khác như: Ti, Tl,... Trong đó tỷ lệ của Al2O3: SiO2 dao động từ 1 : 2 đến 1 : 4. 1.1. CẤU TRÚC MONTMORILLONIT Bề dày của tiểu cầu có kích thước khoảng 1 nm (10 Å) và chiều dài của tiểu cầu thay đổi từ hàng trăm đến hàng nghìn nm.Sự hình thành nanoclay trong tự nhiên có sự thay thế đồng hình, nguyên tử Si hoá trị 4 trong lớp tứ diện được thay thế một phần bởi nguyên tử Al hoá trị 3 và nguyên tử Al hoá trị 3 trong lớp bát diện thì được thay thế một phần bằng các nguyên tử có hoá trị 2 như Fe và Mg. Sự thiếu hụt điện tích dương trong đơn vị cơ sở, dẫn đến bề mặt của các tiểu cầu sét mang điện tích âm. Điện tích âm này được cân bằng bởi các ion kim loại kiềm và kiềm thổ (chẳng hạn như ion Mg2+, Na+, K+, ….) chiếm giữ khoảng không gian giữa các lớp này. Khả năng biến tính và tính chất của bentonite 2 . KHẢ NĂNG BIẾN TÍNH VÀ TÍNH CHẤT CỦA BENTONITE Biến tính giữ nguyên cấu trúc lớp nhôm silicat Biến tính làm thay đổi cấu trúc lớp nhôm silicat Tính chất hấp phụ 2.1 Biến tính giữ nguyên cấu trúc của lớp nhôm silicat. Đặc trưng cơ bản của bentonit là tính chất trao đổi, tính chất đó có được là do: Sự thay thế đồng hình Si4+ bằng Al3+ trong mạng tứ diện và Al3+ bằng Mg2+ trong mạng lưới bát diện làm xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới cấu trúc. Khả năng trao đổi mạnh hay yếu phụ thuộc lượng điện tích âm trên bề mặt và số lượng ion trao đổi. Khả năng trao đổi của lớp nhôm silicat còn phụ thuộc vào hóa trị và bán kính cation. + Cation hóa trị thấp dễ trao đổi hơn cation hóa trị cao theo dãy sau: Me+ >Me2+ > Me3+. + Đối với các cation cùng điện tích, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn. VD: Li+ >Na+ >K+ >Cu2+ >Fe2+ >Al3+ Tuy nhiên khả năng trao đổi của nhôm silicat chủ yếu còn phụ thuộc vào điện tích âm bề mặt và lượng điện tích âm trong mạng lưới. Bề mặt của bentonit gồm bề mặt trong và bề mặt ngoài. Khả năng trao đổi ion bề mặt ngoài phản ánh kích thước tinh thể. Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn. Khả năng trao đổi bề mặt trong phản ánh lượng điện tích âm trên mạng lưới và khả năng hấp phụ của bentonit. Nó phụ thuộc vào lượng cation bù trừ trong mạng lưới. Số lượng cation càng lớn thì khả trao đổi càng lớn. Trong đó nhóm hydroxyl của liên kết Si-OH (I) không có khả năng trao đổi hidro. Nhóm hydroxyl của liên kết Al-OH (II) có tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu. Nhóm hydroxyl trong liên kết Si-O-Al (III) có tính trao trao đổi mạnh nên có tính quyết định đến trao đổi cation H+. 2.2 BIẾN TÍNH LÀM BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC LỚP CỦA NHÔM SILICAT Khoáng bentonit tự nhiên chứa nhiều tạp chất như các muối canxi (CaCO3), dolomit (MgCO3), một số oxit như: Fe2O3, FeO, TiO… và các tạp chất khác. Có 2 phương pháp chủ yếu để loại bỏ các tạp chất ra khỏi cấu trúc của bentonite: + Hoạt hoá bằng kiềm sẽ mạnh nhất là ở nhiệt độ cao và nó dễ làm phá vỡ cấu trúc cũ, do vậy khả năng hấp phụ và xúc tác của bentonit sẽ mất. + Hoạt hoá bentonit bằng axit mạnh với nồng độ, nhiệt độ và thời gian thích hợp nó sẽ loại bỏ tạp chất trong khung xốp của bentonit nhưng không phá vỡ cấu trúc không gian của nó. Các axit vô cơ thường được sử dụng để hoạt hoá bentonit là axit HCl, H2SO4. * Quá trình hoạt hóa bentonite bằng axit . 2.3 TÍNH CHẤT CẤU TRÚC HẤP PHỤ Chính vì bentonit có cấu trúc lớp và độ phân tán cao cho nên có cấu trúc xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn. Cấu trúc lỗ xốp có ảnh hưởng rất lớn đến tính hấp phụ của các chất, đặc trưng của nó là tính chọn lọc chất bị hấp phụ. Chỉ có phân tử nào có đường kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào được. Dựa vào điều này người ta sử dụng các điều kiện hoạt hóa sao cho có thể dùng bentonit làm vật liệu tách chất, đây cũng là điểm khác nhau giữa bentonit và chất hấp phụ khác. A. CƠ CHẾ HẤP PHỤ CẢ HAI KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DƯỚI ĐÂY ĐỀU THỰC HIỆN TỐT TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT Hấp phụ các cation vào khe giữa các lớp • Do Bentonite có cấu trúc lớp ,lại có thể có sự thay thế các ion Al3+, và Si4+trong mạng lưới của nó bằng các ion có dương có điện tích bé hơn,đồng thời trên bề mặt tồn lại các nhóm OH– có khả năng trao đổi H+ đối với các cation có mặt trong dd nước. • Việc hấp phụ các cation vào trong khe giữa các lớp phụ thuộc vào kích thước của khe trống, kích thước của các cation, bản chất của cation. • Lúc này, các cation có tham gia hình thành các phức chất cầu nội thông qua nhóm Si-O và Al-O tại bề mặt của bentonit. Ở đây có cả sự trao đổi ion và Hấp phụ các hấp phụ bằng lực VandeWalls cation trên bề mặt • Vì vậy dung lượng hấp phụ trong trường hợp này phụ thuộc nhiều vào điện của các hạt tích bề mặt của bentonit. bentonit B. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HẤP PHỤ pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự hấp phụ của kim loại trên bentonite. Theo khảo sát giá trị pH thích hợp để khả năng hấp phụ của bentonite hiệu quả nhất vào khoảng pH=4. Bên cạnh đó còn có các yếu tố khác như nhiệt độ, thời gian hoạt hóa, sự khuấy trộn và kích thước hạt chẳng hạn sẽ có ảnh hưởng rất đến khả năng cũng như hiệu quả của bentonite. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA BENTONITE 1. Vật liệu và phương pháp điều chế Một mẫu betonite giàu canxi (CaB) đã được sử dụng để nghiên cứu . Các phân tích bentonite theo phần trăm khối lượng thu được là SiO2 (60,85%),TiO2(0,85%), Al2O3(16,5%), Fe2O3(5.74%), MgO(2.71%), CaO(2.37%), Na2O(1.53%), K2O(0.83%), và lượng mất khi nung(8.4%). Axit H2SO4 (98%, d=1.98 gcm-3) và các hóa chất khác được sử dụng trong phân tích được cung cấp từ một nhà máy hóa chất Mẫu sét bentonite sẽ đi qua sàng có kích thước 0.074mm sấy khô ở 105̣ °C trong 24h và được đựng trong các chai chai đậy kín để dùng trong các thí nghiệm. Dầu đậu nành được sử dụng trong thí nghiệm tẩy trắng được cung cấp từ nhà máy dầu thực vật. Có 11 mẫu, từng mẫu có một khối lượng 40 g, được cân từ bột bentonite khô. Các mẫu sẽ được hoạt hóa với H2SO4. Các nồng độ của H2SO4 trong hỗn hợp bentonite-axit khô đã được thay đổi từ 0% đến 70% theo khối lượng. Mười một hỗn hợp gel-như đã được chuẩn bị bằng cách thêm axit đậm đặc có tính toán lượng của H2SO4. Việc hoạt hóa axit được thực hiện bằng cách nung nóng hỗn hợp trong lò ở 97°C trong 6 h. Mỗi mẫu mới đã được cho vào trong nước và khuấy ly tâm. Kết tủa thu được đã được rửa sạch bằng nước cất cho đến khi hết SO42- ở dạng tự do bằng cách thử bằng dung dịch BaCl2 5%. Sau khi sấy ở 105 °C trong 4 giờ, các mẫu mới đã được lưu trữ trong đóng chặt chai nhựa. Bằng cách này, ta thu đươc mười một mẫu đất tẩy trắng. Có cách thành lập như nhau và các bentonite khác chỉ ra rằng các tính chất lý hóa của axit xử lý mẫu bentonite không có sự khác biệt đáng kể từ mỗi mẽ. Do đó quá trình xử lý axit được thực hiện một lần. 2. PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG A. PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X(XRD) Một trong các phương pháp xác định là phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) cho ta xác đinh được cấu trúc tinh thể của vật liệu ,ngoài ra nó còn dùng để xác định động học của quá trình chuyển pha ,kích thước hạt… Các mẫu bentonit tự nhiên và hoạt hóa đã được chuẩn bị sẽ được đem đi phân tích XRD ,giản đồ XRD sẽ được ghi lại trên máy sử dụng ống phát bằng Cu với bước sóng Kα=0.15418 nm ,điện áp sử dụng là 40 kV với cường độ 30mA ,bước quét là 2° 2Φ min-1,với Φ là góc quét. B. PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ VÀ GIẢI HẤP ĐẲNG NHIỆT N2 Đây là một trong nhưng phương pháp phổ biến để xác định diện tích bề mặt riêng của một chất rắn ,nguyên tắc là N2 sẽ thâm nhập vào các mao quản ,khi đó ta sẽ xây dựng được đường đẳng nhiệt hấp phụ ,dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ này ta sẽ xác định được diện tích bề mặt vật liệu dựa vào phương trình BET . Trước khi đo ,các mẫu được hút chân không ở 150 °C trong 4h dưới áp suất chân không 10 -3 mmHg. Kỹ thuật của cách đo áp lực khí hấp phụ được sử dụng cho việc xác định số lượng hấp phu.̣ Thủ tục từng điểm dựa trên việc đo áp suất khí trong 1 thể tích không đổi hiệu chỉnh tại nhiệt độ đã biết. C. SỰ HẤP PHỤ N-BUTYLAMIN HÒA TAN TRONG DD CYCLOHEXANE ĐƯỢC GHI LẠI BẰNG CÁCH SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ UV-VIS Trong mỗi thí nghiệm, một loạt ống nghiệm 10ml đã được nạp với 0.1g mẫu bentonite. Sau đó cho vào ống 10ml dd n-butylamin mới đã được chuẩn bị với nồng độ từ 2.10-3 đến 1.8x10 -2 từ pi-pét. Để đạt được cân bằng hấp phụ của các dung dịch được đo ở bước sóng tối đa bằng 227nm, và nồng độ cân bằng được xác định từ một thước đo chuẩn (mẫu chuẩn ) hay biểu đồ chuẩn. Mỗi thí nghiệm tẩy trắng được thực hiện trong 1 cốc 40ml mở có chứa hệ thống treo khuấy chứa 1% khối lượng đất tẩy trắng trong dầu đậu nành. Hỗn hợp sau đó được làm nóng đến 95-105°C, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 15 phút. Dầu sau đó được lọc qua giấy lọc. Sự biến đổi màu sắc của dầu, chỉ số màu sắc của dầu, màu đơn vị là đỏ –vàng đã được xác định bằng cách xác định bằng cách sử dụng máy đối chiều màu Lovibond tự động (loại d). III. KẾT QUẢ CỦA PHÉP ĐO 3.1 Phân tích XRD Các pic XRD cho một mẫu tự nhiên và hoạt hóa axit , được biểu diễn trên hình bên. Các bentonite hiển thị ở các đỉnh thuộc về khoáng sét tẩy bẩn (với giá trị của d001 là 1.49 nm ) và khoáng phi sét, thạch anh(Q), khoáng chất opan(O), khoáng chất phen –xpat(F). Mẫu XRD cho thấy rằng khả năng kết tinh của sét tẩy bẩn giảm khi tỷ lệ phần trăm khối lượng của H2SO4 trong axit xử lý vượt quá 10%. Tuy nhiên cấu trúc tinh thể của sét tẩy bẩn vẫn được giữ nguyên ngay sau khi hoạt hóa với H2SO4 có nồng độ 50 % khối lượng . Các tinh thể của khoáng phi sét không bị ảnh hưởng bởi quá trình hoạt hóa axit. 3.2 Hấp phụ Nitrogen và nhả hấp phụ đẳng nhiệt Sự hấp phụ N2 và nhả hấp phụ đẳng nhiệt tại nhiệt độ của N2 lỏng ( xấp xỉ 77 K) của các đại diện cho mẫu tự nhiên và mẫu hoạt hóa axit được thể hiện trên hình 2. Ở đây p là áp suất mà hấp phụ cân bằng với nhả hấp phụ, p0 là áp suất hơi của nito lỏng ở nhiệt độ thử nghiệm, p/p0 =x là áp suất cân bằng tương đối và n là khả năng hấp phụ được định nghĩa là số mol của Nito hấp phụ trên 1g của mẫu tại x bất kỳ. Các đường đẳng nhiệt trên hình cho thấy khả năng hấp phụ gia tăng với sự gia tăng của hàm lượng axit hoạt hóa lên đến 50% H2SO4 và giảm mạnh ở 70% H2SO4. Các hình dạng của đường đẳng nhiệt hấp phụ / giải hấp chỉ ra rằng đất tẩy trắng được chuẩn bị chứa chủ yếu các mao quản trung bình ở thể rắn nhưng cũng chứa một hàm lượng của vi mao quản. Sự chông chéo của các đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ trong khoảng 0[...]... –xpat(F) Mẫu XRD cho thấy rằng khả năng kết tinh của sét tẩy bẩn giảm khi tỷ lệ phần trăm khối lượng của H2SO4 trong axit xử lý vượt quá 10% Tuy nhiên cấu trúc tinh thể của sét tẩy bẩn vẫn được giữ nguyên ngay sau khi hoạt hóa với H2SO4 có nồng độ 50 % khối lượng Các tinh thể của khoáng phi sét không bị ảnh hưởng bởi quá trình hoạt hóa axit 3.2 Hấp phụ Nitrogen và nhả hấp phụ đẳng nhiệt... vật Có 11 mẫu, từng mẫu có một khối lượng 40 g, được cân từ bột bentonite khô Các mẫu sẽ được hoạt hóa với H2SO4 Các nồng độ của H2SO4 trong hỗn hợp bentonite -axit khô đã được thay đổi từ 0% đến 70% theo khối lượng Mười một hỗn hợp gel-như đã được chuẩn bị bằng cách thêm axit đậm đặc có tính toán lượng của H2SO4 Việc hoạt hóa axit được thực hiện bằng cách nung nóng hỗn hợp trong lò ở 97°C trong... trọng ảnh hưởng đến sự hấp phụ của kim loại trên bentonite Theo khảo sát giá trị pH thích hợp để khả năng hấp phụ của bentonite hiệu quả nhất vào khoảng pH=4 Bên cạnh đó còn có các yếu tố khác như nhiệt độ, thời gian hoạt hóa, sự khuấy trộn và kích thước hạt chẳng hạn sẽ có ảnh hưởng rất đến khả năng cũng như hiệu quả của bentonite II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA BENTONITE. .. Về đặc tính giữ dầu của tự nhiên và Bentonites acid -hoạt hóa, các bentonite sau khi sử dụng có chứa khoảng 20% khối lượng dầu ban đầu, trong khi đó, sau khi hoạt hóa acid, khối lượng của dầu còn lại tăng lên đến 40% Tóm lại,khả năng giữ dầu tăng khi hàm lượng acid hoạt hóa tăng nhưng không bao giờ vượt quá 40% IV KẾT LUẬN Khả năng trao đổi cation giảm dần, cation cấu trúc của smectite trong khoáng... trắng của khoáng sét bị ảnh hưởng rất nhiều việc hoạt hóa axit ở hàm lượng axit hạn chế mà không có bất kỳ thay đổi đáng kể trong cấu trúc tinh thể của smectite.Mặc dù khả năng tẩy trắng , diện tích bề mặt tăng cùng với độ xốp và độ axit bề mặt, nhưng nó phụ thuộc nhiều hơn vào sự phân bố kích thước lỗ mao quản của đất tẩy trắng Đất tẩy trắng thu được bằng cách hoạt hóa axit là vật liệu xốp hơn bentonite. .. trên hình cho thấy khả năng hấp phụ gia tăng với sự gia tăng của hàm lượng axit hoạt hóa lên đến 50% H2SO4 và giảm mạnh ở 70% H2SO4 Các hình dạng của đường đẳng nhiệt hấp phụ / giải hấp chỉ ra rằng đất tẩy trắng được chuẩn bị chứa chủ yếu các mao quản trung bình ở thể rắn nhưng cũng chứa một hàm lượng của vi mao quản Sự chông chéo của các đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ trong khoảng... lập như nhau và các bentonite khác chỉ ra rằng các tính chất lý hóa của axit xử lý mẫu bentonite không có sự khác biệt đáng kể từ mỗi mẽ Do đó quá trình xử lý axit được thực hiện một lần 2 PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG A PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X(XRD) Một trong các phương pháp xác định là phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) cho ta xác đinh được cấu trúc tinh thể của vật liệu ,ngoài ra... Sự biến đổi màu sắc của dầu, chỉ số màu sắc của dầu, màu đơn vị là đỏ –vàng đã được xác định bằng cách xác định bằng cách sử dụng máy đối chiều màu Lovibond tự động (loại d) III KẾT QUẢ CỦA PHÉP ĐO 3.1 Phân tích XRD Các pic XRD cho một mẫu tự nhiên và hoạt hóa axit , được biểu diễn trên hình bên Các bentonite hiển thị ở các đỉnh thuộc về khoáng sét tẩy bẩn (với giá trị của d001 là 1.49 nm... năng hấp phụ và xúc tác của bentonit sẽ mất + Hoạt hoá bentonit bằng axit mạnh với nồng độ, nhiệt độ và thời gian thích hợp nó sẽ loại bỏ tạp chất trong khung xốp của bentonit nhưng không phá vỡ cấu trúc không gian của nó Các axit vô cơ thường được sử dụng để hoạt hoá bentonit là axit HCl, H2SO4 * Quá trình hoạt hóa bentonite bằng axit 2.3 TÍNH CHẤT CẤU TRÚC HẤP PHỤ Chính vì bentonit có cấu... nhả hấp phụ đẳng nhiệt tại nhiệt độ của N2 lỏng ( xấp xỉ 77 K) của các đại diện cho mẫu tự nhiên và mẫu hoạt hóa axit được thể hiện trên hình 2 Ở đây p là áp suất mà hấp phụ cân bằng với nhả hấp phụ, p0 là áp suất hơi của nito lỏng ở nhiệt độ thử nghiệm, p/p0 =x là áp suất cân bằng tương đối và n là khả năng hấp phụ được định nghĩa là số mol của Nito hấp phụ trên 1g của mẫu tại x bất kỳ Các đường đẳng ... g, cân từ bột bentonite khô Các mẫu hoạt hóa với H2SO4 Các nồng độ H2SO4 hỗn hợp bentonite -axit khô thay đổi từ 0% đến 70% theo khối lượng Mười hỗn hợp gel-như chuẩn bị cách thêm axit đậm đặc... lượng H2SO4 axit xử lý vượt 10% Tuy nhiên cấu trúc tinh thể sét tẩy bẩn giữ nguyên sau hoạt hóa với H2SO4 có nồng độ 50 % khối lượng Các tinh thể khoáng phi sét không bị ảnh hưởng trình. .. Bentonites acid -hoạt hóa, bentonite sau sử dụng có chứa khoảng 20% khối lượng dầu ban đầu, đó, sau hoạt hóa acid, khối lượng dầu lại tăng lên đến 40% Tóm lại,khả giữ dầu tăng hàm lượng acid hoạt