- Gắn liền với việc bảo vệ môi trường là việc kiểm soát ngăn chặn và xử lý các chất gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí. - Nhờ khả năng hấp phụ và khả năng trao đổi ion tốt nên bentonit đã được ứng dụng rất nhiều trong xử lý môi trường. - Bằng cách gắn kết vào bentonit một gốc hữu cơ, bentonit biến tính thành vật liệu ưa hữu cơ hơn (sét hữu cơ). - Sét hữu cơ được sử dụng là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt các chất ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ như các hợp chất phenol trong nước thải, các loại phẩm nhuộm.. - Đặc biệt, Bentonit là một vật liệu có sẵn trong tự nhiên và có tính hấp phụ cao. - Các tác giả trong và ngoài nước đã và đang nghiên cứu tìm cách biến tính bentonit nhằm tăng khả năng hấp phụ và bước đầu đã thu được một số kết quả.. - Trong bản luận văn này, chúng tôi trình bày một số kết quả đạt được trong: “Nghiên cứu biến tính bentonit bằng dimetyl dioctadecyl amoni clorua và ứng dụng để hấp phụ các hợp chất phenol trong nước bị ô nhiễm”, với nội dung cụ thể là:. - Khảo sát điều kiện để chế tạo vật liệu sét hữu cơ (organoclays).. - Điều chế sét chống nhôm hữu cơ.. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phẩm màu, tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu sét chống Al hữu cơ đối với phẩm xanh trực tiếp (DB – 53).. - Khảo sát quá trình tái sinh vật liệu sét chống nhôm hữu cơ.. - Khảo sát khả năng xử lý mẫu nước thải thực tế.. - Tính chất trao đổi cation - Tính chất trương nở - Tính chất hấp phụ. - Vật liệu hấp phụ sét hữu cơ ( Organoclay). - Sét hữu cơ hay còn gọi là sét ưa dầu (organophilic clay) là sản phẩm của phản ứng trao đổi ion giữa sét montmorillonit hoặc hectorit có các cation trao đổi Na. - Ca 2+ nằm ở giữa các lớp sét với các cation hữu cơ chủ yếu là hợp chất amin. - Phương pháp trao đổi các cation giữa các lớp của Bentonite với cation amin bậc 4 có dạng [(CH 3 ) 3 NR. - trong đó R thường là nhóm alkyl mạch dài tạo nên một dạng Bentonite biến tính gọi là Organoclay, còn được gọi là Sét hữu cơ hay sét ưa dầu.. - Khi đó, sét sẽ có khả năng trương nở và phân tán được trong các dung môi hữu cơ khác nhau.. - Mô hình cấu trúc của sét hữu cơ. - Khác với các hợp chất hữu cơ phân cực, cation hữu cơ thay thế các cation vô cơ nằm giữa hai phiến sét và liên kết chặt chẽ với bề mặt phiến sét. - Sự tương tác này gọi là hấp phụ trao đổi, nguyên tử nitơ của các amin gắn chặt vào bề mặt phiến sét, còn đuôi hydrocabon sẽ thay thế vị trí các phân tử nước đã bị hấp phụ từ trước nằm song song hoặc vuông góc với bề mặt phiến sét. - Lượng cation hữu cơ trao đổi có thể lớn hơn dung lượng trao đổi cation của sét. - Với hợp chất amin bậc 4 có 3 nhóm methyl và 1 nhóm hydro cacbon mạch dài thì montmorillonit có thể hấp phụ một lượng lớn cation hữu cơ bằng 2.5 lần dung lượng trao đổi cation của sét. - Lượng amin bậc 4 dư sẽ bị hấp phụ vật lý lên các cation hữu cơ đã bị hấp phụ từ trước.. - Sét hữu cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. - Trong công nghiệp dầu khí, sét hữu cơ được dùng làm chất tạo gel pha dung dịch khoan gốc dầu, dung dịch Paker, chất làm sạch dầu trong nhũ tương dầu nước. - Ngoài ra, sét hữu cơ còn được sử dụng trong sơn dầu, mực, mỹ phẩm, chất chống thấm, sản xuất dầu bôi trơn. - Gần đây, sét hữu cơ còn được ứng dụng làm phụ gia biến tính vật liệu polime với mục đích tăng độ bền cơ học, tính chịu nhiệt của vật liệu để tổng hợp ra các dạng vật liệu nanocomposit có chất lượng cao.. - Ngoài ra, mạch hidrocacbon khi được chèn giữa các lớp của bentonit sẽ làm tăng tính kỵ nước của bentonit, do đó làm tăng ái lực của vật liệu với các chất hữu cơ, đặc biệt là các chất hữu cơ mạch vòng, chất có phân tử lượng lớn. - Nhờ đặc điểm đó, sét hữu cơ có thể ứng dụng để làm vật liệu xử lý nước nhiễm các hợp chất hữu cơ độc hại với môi trường. - Chức năng làm sạch nước đầu tiên phải kể đến là tách loại các hợp chất hữu cơ độc hại có độ tan thấp trong nước đặc biệt là dầu, creozol, PAH’s và PCBs. - Một số tài liệu nghiên cứu chỉ ra rằng, thậm chí khả năng hấp phụ của sét hữu cơ còn vượt xa than hoạt tính. - Một hệ thống xử lý nước ô nhiễm dầu và hợp chất BTEX (benzen - toluen - etylbenzen - xylen), đạt hiệu quả tốt là khi hệ thống sử dụng kết hợp sét hữu cơ/than hoạt tính. - Vì sét hữu cơ có khả năng hấp phụ tốt hơn đối với nhóm hợp chất toluene, xylenes, trong khi đó than hoạt tính sẽ xử lý tốt benzen.. - Giới thiệu về các hợp chất phenol 1.2.1. - Phenol là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa nhóm hidroxyl (−OH) liên kết trực tiếp vào nhân benzene (nhân thơm). - Một số ứng dụng của Phenol. - Chế tạo vật liệu sét hữu cơ Làm giàu bentonite. - Xử lý sét thô: Sét tự nhiên chứa nhiều khoáng chất và các hợp chất hữu cơ do vậy trước khi xử lý ta phải ngâm sét thô trong nước, để cho sét trương nở và tách lớp với các chất bẩn khác.. - Chỉnh pH của hỗn hợp huyền phù sét về pH khảo sát và giữ nhiệt độ ổn định trong vòng 2h.. - Tỷ lệ amin tương ứng với dung lượng trao đổi cation (CEC) của bentonit. - Trong đó: f: là tỉ lệ trao đổi so với dung lượng trao đổi cation m a : khối lượng amin bậc bốn cần dùng (g). - CEC: dung lượng trao đổi cation của bentonit (meq/g) M a : khối lượng mol amin HT 75 (585.5 g/mol). - Tiến hành phản ứng: Nhỏ từ từ dung dịch muối amin từ phễu chiết vào hỗn hợp huyền phù sét 2%. - Hỗn hợp được khuấy liên tục và giữ ở nhiệt độ khảo sát trong 4 giờ. - Sét hữu cơ thu được sấy khô ở 70 o C. - Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp sét hữu cơ trình bày trong hình 2.1. - Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp sét hữu cơ. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng. - Tiến hành thí nghiệm trong điều kiện thay đổi các thông số cần khảo sát và cố định các yếu tố còn lại.. - Điều kiện tiến hành: pH của huyền phù sét 2% là 8, nhiệt độ 55 o C, thời gian phản ứng 4h, tốc độ khuấy 400 vòng/phút, hàm lượng muối amin so với dung lượng trao đổi cation lần lượt là . - Điều kiện tiến hành: hàm lượng chất hữu cơ so với dung lượng trao đổi cation thu được ở thí nghiệm trên , nhiệt độ phản ứng 55 0 C, khuấy ổn định 2 giờ với tốc độ 400vòng/phút, pH của dung dịch lần lượt là . - Điều kiện khảo sát: hàm lượng chất hữu cơ so với dung lượng trao đổi cation và pH của dung dịch thu được ở thí nghiệm trên , nhiệt độ thay đổi 35 0 C ( nhiệt độ phòng), 45 0 C, 55 0 C, 65 0 C, 75 0 C, 85 0 C.. - Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. - Tiến hành thay đổi thời gian phản ứng từ 1 – 6 giờ với điều kiện khảo sát đã thiết lập ở 3 thí nghiệm trên.. - Khảo sát khả năng ứng dụng của vật liệu sét hữu cơ thu được trên mẫu pha. - Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với mẫu pha: phenol, phenylsunfophtalein (phenol đỏ) và phẩm xanh trực tiếp (DB- 53) với các bước sau:. - Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến đặc tính hấp phụ của vật liệu. - Lấy 6 bình nón chứa 50ml mẫu pha là hợp chất của phenol có nồng độ C 0 xác định, điều chỉnh pH về các giá trị pH bằng các dung dịch NaOH và HCl 0.1N. - Cân 0,05g sét hữu cơ cho vào mỗi cốc, đem khuấy trộn đều, sau khoảng thời gian đạt cân bằng hấp phụ, thu lấy phần dung dịch đem đo độ hấp thụ quang xác định nồng độ còn lại.. - Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ. - Để khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ, tiến hành các hấp phụ gián đoạn như sau:. - cân chính xác 0.05g vật liệu cho vào dung dịch chứa 50ml mẫu pha là hợp chất của phenol có nồng độ C 0 xác định, tiến hành khuấy trộn. - Sau khoảng thời gian t, lấy phần nước lọc đem xác định nồng độ còn lại.. - Xác định khả năng hấp phụ của vật liệu sét hữu cơ. - Cho 0,05g vật liệu hấp phụ vào 50ml dung dịch mẫu pha là hợp chất của phenol có nồng độ ban đầu C i thay đổi. - Thời gian hấp phụ tương ứng với thời gian đạt cân bằng hấp phụ. - Sau đó, lấy phần nước lọc và xác định nồng độ còn lại của hợp chất phenol. - Tính tải trọng hấp phụ và hồi quy theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.. - Tái sinh vật liệu. - Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ phẩm xanh trực tiếp DB 53 và tái sinh vật liệu trong quá trình xử lý. - Lấy lượng sét hữu cơ chống Al cho vào phẩm xanh có nồng độ xác định khuấy trong thời gian cố định. - Tiến hành thu hồi vật liệu và xác định tải trọng hấp phụ cực đại qua các lần tái sinh.. - Thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý mẫu nước thải thực tế của vật liệu sét hữu cơ. - Sau khi nước thải được lọc sơ bộ, tiến hành xử lý bằng VLHP theo quy trình gián đoạn như sau:. - Cho một lượng xác định vật liệu hấp phụ vào 50ml dung dịch nước thải dệt nhuộm, tiến hành khuấy trộn trong thời gian ứng với khoảng thời gian đạt cân bằng hấp phụ.. - Qua quá trình khảo sát nghiêu cứu và dựa trên các kết quả thí nghiệm thu được, có thể rút ra một số kết luận sau:. - Đã khảo sát được các yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Thanh Hóa và Dimetyl dioctadexyl amoniclorua (HT 75) và khả năng hấp phụ của chúng với phenol và hợp chất của phenol. - Từ đó thiết lập được quy trình và các điều kiện thích hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ, là: hàm lượng HT 75 bằng 125% dung lượng trao đổi cation, pH = 9, nhiệt độ tiến hành phản ứng là 55 o C, thời gian phản ứng 4h.. - Đã đặc trưng vật liệu sét hữu cơ bằng các phương pháp SEM, XRD, IR, phân tích nhiệt:. - Vật liệu chuyển từ ưa nước sang ưa dầu. - Phối tử hữu cơ đã được định vị thành công trên bề mặt vật liệu.. - Đã khảo sát khả năng hấp phụ mẫu pha chứa các hợp chất phenol của vật liệu sét hữu cơ, thu được các kết quả sau:. - Dung lượng hấp phụ cực đại phenol là 49,75 mg/g ( 0,53 mmol/g)sét hữu cơ - Dung lượng hấp phụ cực đại phenol đỏ là 85,47 mg/g (0,24mmol/g) sét hữu cơ - Dung lượng hấp phụ cực đại DB 53 là 333,33 mg/g (0,35mmol/g) sét hữu cơ. - Đã khảo sát khả năng khả năng tái sinh của vật liệu sét chống Al hữu cơ với DB 53, thu được kết quả sau:. - Dung lượng hấp phụ cực đại của sét chống Al hữu cơ là 769,23mg/g ( 0,81 mmol/g. - Dung lượng hấp phụ cực đại của VLTS1 là 500mg/g ( 0,53mmol/g). - Dung lượng hấp phụ cực đại của VLTS2 là 454mg/g (0,48mmol/g. - Dung lượng hấp phụ cực đại của VLTS3 là 500mg/g ( 0,53mmol/g). - Đã tiến hành xử lý mẫu nước thải của một cơ sở dệt nhuộm thuộc xã Dương Nội, Hà Đông. - Kết quả xử lý cho thấy, vật liệu sét hữu cơ và sét hữu cơ chống Al có khả năng xử lý khá tốt loại nước thải dệt nhuộm (hiệu suất xử lý đạt 84%).. - Như vậy qua quá trình nghiên cứu ta thấy sét hữu cơ và sét chống Al hữu cơ cho khả năng hấp phụ và tái sinh cao đối với hợp chất hữu cơ mạch dài, khó phân hủy sinh học. - mở ra hướng ứng dụng để xử lý trong thực tế để xử lý hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, ví dụ: các hợp chất phenol trong nhà máy chế biến gỗ, phẩm nhuộm..... - Cao Anh Dũng, Trần Xuân Phương, Nguyễn Lan Hương, Lê Minh Sơn, Lê Anh Đào, Hoàng Linh, Thân Hoàng Cường, Phạm Lê Minh, Bùi Lê Phương (2005), Nghiên cứu công nghệ sản xuất sét hữu cơ. - Vật liệu làm khuôn cát. - Nghiên cứu chế tạo sét hữu cơ trên cơ sở bentonit và ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ độc hại trong nước thải. - Nghiên cứu biến tính bentonit bằng benzyl dimetyl stearyl amoni clorua và ứng dụng để hấp phụ các hợp chất phenol trong nước bị ô nhiễm