Giá trị 2θ , khoảng cách lớp, khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax và B40- Lax điều chế với tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau được trình bày trong Bảng 3.5 cho thấy rằng, hầu hết các mẫu B90-Lax và B40-Lax có pic đặc trưng ở góc 2θ = 5,828
÷ 5,550o, tương ứng với khoảng cách lớp là 15,15 ÷ 15,91Å và khoảng cách lớp xen
giữa là 5,55 ÷ 6,31Å. Giá trị d001 của B90-Lax và B40-Lax lớn hơn B90 và B40. Điều này chứng tỏ các cation hiđrat lớp xen giữa sét bentonit đã được trao đổi với ion lantan trong dung dịch trong suốt quá trình điều chế, phù hợp với kết quả đã công bố trước đây [55, 132].
Bảng 3.5. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax và B40-Lax điều chế với tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau
2θ (o) | d001(Å) | ∆d (Å) | Mẫu | 2θ (o) | d001(Å) | ∆d (Å) | |
B90 | 7,003 | 12,61 | 3,01 | B40 | 7,020 | 12,58 | 2,98 |
B90-La0,25 | 5,798 | 15,23 | 5,63 | B40-La0,25 | 5,828 | 15,15 | 5,55 |
B90-La0,35 | 5,778 | 15,28 | 5,68 | B40-La0,35 | 5,821 | 15,17 | 5,57 |
B90-La0,50 | 5,821 | 15,17 | 5,57 | B40-La0,50 | 5,634 | 15,67 | 6,07 |
B90-La0,75 | 5,684 | 15,54 | 5,58 | B40-La0,75 | 5,601 | 15,77 | 6,17 |
B90-La1,00 | 5,550 | 15,91 | 6,31 | B40-La1,00 | 5,599 | 15,77 | 6,17 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Quy Trình Điều Chế Vật Liệu Bentonit Biến Tính Lantan. -
Khảo Sát Một Số Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Khả Năng Hấp Phụ Phốtpho Của Bentonit Biến Tính -
Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Điều Chế Vật Liệu B90-La Và B40-La -
Nghiên Cứu Điều Chế Bentonit Biến Tính Nhôm Và Sắt -
Đánh Giá Đặc Tính Lý Hoá Của Vật Liệu Bal Và Bfe -
Giản Đồ Xrd Của Mẫu A) Balla-Tx Và B) Balfe-Tx Điều Chế Ở Nhiệt Độ
Xem toàn bộ 213 trang tài liệu này.
∆d = d001 − 9, 6 (Å)
Mẫu B90-La0,35 có khoảng cách lớp là 15,28Å, lớn hơn B90-La0,25 và B90-La0,5, nhưng nhỏ hơn B90-La0,75 và B90-La1,00. Tuy nhiên, cường độ pic phổ cao, độ rộng pic hẹp và sắc nét hơn các mẫu còn lại trong dãy. Giá trị d001 của B40-Lax tăng khi tỉ lệ LaCl3/bentonit tăng từ 0,25 lên 1,00 mmol/g. Trong đó, B40- La0,75 và B40-La1,00 có khoảng cách lớp là 15,77Å, nhưng cường độ pic phổ XRD thấp và trải rộng hơn B40-La0,35.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của pH
pH của huyền phù có ảnh hưởng đến cấu trúc của vật liệu bentonit biến tính lantan, tiến hành thí nghiệm như đã mô tả ở mục 2.3.1, với tỉ lệ LaCl3/bentonit là 0,35 mmol/g (B90, B40), khuấy mạnh trong 24 giờ, tiến hành phản ứng biến tính ở nhiệt độ phòng, với giá trị pH khác nhau. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của B90- LapHx và B40-LapHx (x = 5, 6, 7, 8 và 9) được thể hiện trên Hình 3.6.
Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-LapHx và b) B40-LapHx điều chế ở
khoảng pH khác nhau.
Từ Hình 3.6 cho thấy rằng, cường độ và độ rộng pic phổ XRD của các mẫu B90-LapHx sắc nét, hẹp hơn B40-LapHx. Hầu hết các mẫu bentonit biến tính lantan điều chế trong khoảng pH từ 5 đến 9 có giá trị d001 đều lớn hơn 15Å. Từ kết quả này cho biết các cation hiđrat lớp giữa của sét đã được trao đổi bằng ion lantan. Mẫu B90-LapHx và B40-LapHx điều chế ở môi trường trung tính (pH 7) có cường độ pic cao, độ rộng pic phổ hẹp và sắc nét hơn các mẫu còn lại.
Bảng 3.6. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LapHx và B40-LapHx
điều chế ở khoảng pH khác nhau
2θ (o) | d001(Å) | ∆d (Å) | Mẫu | 2θ (o) | d001(Å) | ∆d (Å) | |
B90-LapH5 | 5,810 | 15,20 | 5,60 | B40-LapH5 | 5,630 | 15,68 | 6,08 |
B90-LapH6 | 5,822 | 15,17 | 5,57 | B40-LapH6 | 5,797 | 15,23 | 5,63 |
B90-LapH7 | 5,599 | 15,77 | 6,17 | B40-LapH7 | 5,740 | 15,38 | 5,78 |
B90-LapH8 | 5,828 | 15,15 | 5,55 | B40-LapH8 | 5,729 | 15,41 | 5,81 |
B90-LapH9 | 5,820 | 15,17 | 5,57 | B40-LapH9 | 5,809 | 15,20 | 5,60 |
Giá trị 2θ , khoảng cách lớp và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LapHx, B40-LapHx điều chế ở pH khác nhau được trình bày trong Bảng 3.6 cho thấy, mẫu B90-LapHx, B40-LapHx có pic phổ đặc trưng của bentonit biến tính lantan ở góc 2θ
= 5,828 ÷ 5,599o, tương ứng với khoảng cách lớp là 15,15 ÷ 15,77Å và khoảng cách
lớp xen giữa là 5,55 ÷ 6,17Å. B90-LapH7 có giá trị d001 lớn hơn các mẫu B90- LapHx còn lại. Mẫu B40-LapH7 có khoảng cách lớp thấp hơn B40-LapH8 và B40- LapH5, nhưng cường độ pic phổ của B40-LapH8 và B40-LapH5 thấp hơn. Từ giá trị d001 chỉ ra trong Bảng 3.6, cường độ và độ rộng pic phổ XRD trình bày trong Hình 3.6, giá trị pH 7 phù hợp cho các thí nghiệm điều chế Bent-La tiếp theo.
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Quy trình thí nghiệm được tiến hành như đã mô tả ở mục 2.3.1 với tỉ lệ LaCl3/bentonit bằng 0,35 mmol/g, pH 7, thời gian phản ứng trong 24 giờ với nhiệt độ thay đổi từ 25o đến 90oC. Kết quả phân tích XRD của B90-LaTx và B40-LaTx (x
= 25, 50, 70 và 90o) được thể hiện trên Hình 3.7.
Hình 3.7. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-LaTx và b) B40-LaTx điều chế ở khoảng nhiệt độ khác nhau.
Từ Hình 3.7 cho thấy, nhiệt độ có ảnh hưởng đến cường độ và độ rộng pic phổ nhiễu xạ, cũng như giá trị khoảng cách lớp của B90-LaTx, B40-LaTx. B90- LaTx có cường độ pic cao, pic phổ hẹp và sắc nét hơn B40-LaTx. Cường độ và độ rộng pic phổ của các mẫu B90-LaTx thay đổi không nhiều trong khoảng nhiệt độ khảo sát. Tuy nhiên, mẫu B90-T70 có cường độ pic phổ cao, pic phổ hẹp và sắc nét hơn các các mẫu B90-LaTx còn lại, nhưng giá trị d001 của B90-T70 thấp hơn mẫu B90-LaT90 và B90-T25 một ít. Mẫu B40-LaT25 có cường độ pic cao, pic phổ hẹp và sắc nét hơn các mẫu B40-LaTx điều chế ở nhiệt độ cao.
Giá trị 2θ , khoảng cách lớp và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LaTx, B40-LaTx điều chế ở nhiệt độ khác nhau được trình bày trong Bảng 3.7 cho thấy rằng, giá trị d001 của hầu hết các mẫu B90-LaTx và B40-LaTx đều lớn hơn 15Å và khoảng cách lớp xen giữa lớn hơn 5,4Å. Khoảng cách lớp của B90-LaT70 là 15,15Å thấp hơn B90-LaT25, nhưng cường độ pic phổ của B90-LaT70 cao hơn B90-LaT25. Giá trị d001 của B40-LaTx tăng khi nhiệt độ tăng từ 25o đến 90oC, nhưng cường độ và độ rộng pic phổ XRD thì xảy ra theo chiều ngược lại.
Bảng 3.7. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LaTx và B40-LaTx
điều chế ở khoảng nhiệt độ khác nhau
2θ (o) | d001(Å) | ∆d (Å) | Mẫu | 2θ (o) | d001(Å) | ∆d (Å) | |
B90-LaT25 | 5,781 | 15,28 | 5,68 | B40-LaT25 | 5,821 | 15,17 | 5,57 |
B90-LaT50 | 5,959 | 14,82 | 5,22 | B40-LaT50 | 5,719 | 15,44 | 5,84 |
B90-LaT70 | 5,829 | 15,15 | 5,55 | B40-LaT70 | 5,690 | 15,52 | 5,92 |
B90-LaT90 | 5,811 | 15,20 | 5,60 | B40-LaT90 | 5,598 | 15,77 | 6,17 |
3.2.1.4. Ảnh hưởng của phần trăm huyền phù bentonit
Phần trăm huyền phù bentonit có ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu, quy trình thí nghiệm được tiến hành như mô tả ở mục 2.3.1. Kết quả ghi phổ XRD của mẫu B90-Lax% và B40-Lax% (x = 1; 2,5; 5; 7,5; 10; 15 và 20%) được trình bày trong Hình 3.8.
Hình 3.8. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-Lax% và b) B40-Lax% điều chế ở phần trăm huyền phù bentonit khác nhau.
Từ kết quả chỉ ra trong Hình 3.8 cho thấy, cường độ và độ rộng của pic phổ XRD của B90-Lax% và B40-Lax% thay đổi không đáng kể khi các mẫu điều chế với phần trăm huyền phù sét bentonit từ 1% đến 10%. Nhưng khi tỉ lệ này lớn hơn 10% thì cường độ pic phổ giảm xuống, đặc biệt với các mẫu B40-La. Điều đó cho thấy quá trình trao đổi xảy ra không hoàn toàn giữa cation hiđrat lớp xen giữa của sét bentonit và ion lantan trong dung dịch. Khi phần trăm huyền phù bentonit cao thì dung dịch huyền phù có pH cao, dẫn đến sự thuỷ phân muối lantan clorua tạo thành hiđroxit bám trên bề mặt lớp sét. Mặc khác, khả năng trương nở của sét bentonit kém đi khi phần trăm huyền phù sét bentonit tăng.
Giá trị 2θ , khoảng cách lớp và khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax% và B40-Lax% được trình bày trong Bảng 3.8.
Bảng 3.8. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax% và B40-Lax%
được điều chế ở phần trăm huyền phù sét bentonit khác nhau
2θ | d001(Å) | ∆d (Å) | Mẫu | 2θ | d001(Å) | ∆d (Å) | |
B90-La1,0% | 5,779 | 15,28 | 5,68 | B40-La1,0% | 5,822 | 15,17 | 5,57 |
B90-La2,5% | 5,651 | 15,63 | 6,03 | B40-La2,5% | 5,710 | 15,47 | 5,87 |
B90-La5,0% | 5,610 | 15,74 | 6,14 | B40-La5,0% | 5,901 | 14,96 | 5,36 |
B90-La7,5% | 5,659 | 15,60 | 6,00 | B40-La7,5% | 5,709 | 15,47 | 5,87 |
B90-La10% | 5,700 | 15,49 | 5,89 | B40-La10% | 5,840 | 15,12 | 5,52 |
B90-La15% | 5,702 | 15,49 | 5,89 | B40-La15% | 5,810 | 15,20 | 5,60 |
B90-La20% | 5,799 | 15,23 | 5,63 | B40-La20% | 5,701 | 15,49 | 5,89 |
Kết quả chỉ ra trong Bảng 3.8 cho thấy, mẫu B90-Lax%, B40-Lax% có pic phổ đặc trưng của bentonit biến tính lantan nằm ở góc 2θ là 5,840 ÷ 5,610o, tương ứng với khoảng cách lớp là 15,12 ÷ 15,74Å và khoảng cách lớp xen giữa là 5,52 ÷
6,14Å. Giá trị ∆d của hầu hết các mẫu bentonit biến tính lantan đều lớn hơn 5,4Å.
Giá trị này phù hợp với nghiên cứu của một số tác giả đã nghiên cứu về bentonit biến tính lantan trước đây [55, 64, 132]. Điều này khẳng định, cation hiđrat lớp xen giữa của sét bentonit đã được trao đổi bởi ion lantan trong dung dịch.
3.2.2. Đánh giá đặc tính lý hoá của bentonit biến tính lantan
3.2.2.1. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt
Kết quả phân tích thành phần hoá học và diện tích bề mặt BET, cũng như thể tích lỗ xốp của B90-La và B40-La được chỉ ra trong Bảng 3.9.
Bảng 3.9. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của B90-La và B40-La
B90-La | B40-La | % khối lượng | B90-La | B40-La | |
SiO2 | 52,76 | 56,37 | K2O | 0,97 | 0,83 |
Al2O3 | 15,85 | 13,67 | MnO2 | 0,06 | 0,00 |
Fe2O3 | 6,65 | 7,59 | TiO2 | 0,41 | 0,63 |
CaO | 2,58 | 1,94 | P2O5 | 0,06 | 0,08 |
MgO | 1,95 | 1,59 | La | 5,63 | 4,74 |
Na2O | 0,84 | 0,65 | MKN | 12,24 | 11,91 |
SBET (m2/g) | 106,34 | 79,33 | VP(cm3/g) | 0,230 | 0,254 |
(MKN: mất khi nung)
So sánh kết quả phân tích thành phần hoá học và diện tích bề mặt BET của mẫu bentonit nguyên liệu (Bảng 3.2) và bentonit biến tính lantan (Bảng 3.9) cho thấy, phần trăm khối lượng của Na2O và K2O trong các mẫu bentonit biến tính lantan giảm từ 2,74%, 2,51% (B90) xuống 0,84%, 0,97% (B90-La); 2,54%, 2,91%
(B40) xuống 0,65%, 0,83% (B40-La). Đồng thời phần trăm khối lượng lantan tăng từ 0,01% (B90) lên 5,63% (B90-La), từ 0,06% (B40) lên 4,74% (B40-La). Kết quả
này phù hợp với kết quả thu được từ nghiên cứu của Haghseresht [55] với phần trăm lantan là 5,8%. Bên cạnh đó, phần trăm khối lượng của CaO và MgO trong B90-La, B40-La thấp hơn B90, B40. Trong khi đó, phần trăm khối lượng của các thành phần khác thay đổi không đáng kể trong mẫu bentonit nguyên liệu và bentonit biến tính lantan. Phần trăm khối lượng các kim loại kiềm, kiềm thổ giảm và phần trăm khối lượng lantan tăng cho thấy, cation kim loại hiđrat lớp xen giữa của sét bentonit đã được thay thế bằng ion lantan trong suốt quá trình điều chế.
Các số liệu về diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp của vật liệu B90-La, B40-La cũng được trình bày trong Bảng 3.9 cho thấy, diện tích bề mặt của bentonit biến tính lantan tăng lên sau quá trình biến tính từ 60,72 m2/g (B90) lên 106,34 m2/g (B90-La),
từ 48,78 m2/g (B40) lên 79,33 m2/g (B40-La). Bên cạnh đó thể tích lỗ xốp của B90- La, B40-La cũng lớn hơn B90, B40 chỉ ra trong Bảng 3.2. Giá trị diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp của B90-La và B40-La thu được trong nghiên cứu này cao hơn một số nghiên cứu về bentonit biến tính lantan của các tác giả trước đây [55, 132].
3.2.2.2. Tính chất bề mặt
Ảnh SEM của B90-La và B40-La chỉ ra trong Hình 3.9. Có sự khác biệt đáng kể về hình thái bề mặt bentonit nguyên liệu (Hình 3.1) và bentonit biến tính lantan (Hình 3.9). Mẫu B90 và B40 có hình thái dạng lá mỏng, cạnh nhọn và cấu trúc sắp xếp khá đồng nhất phù hợp với cấu trúc lớp của sét bentonit [122, 134]. B90-La, B40-La có hình thái kết bông, mảng lớn và có các miếng bọt nhỏ được quan sát thấy trên bề mặt. Khi biến tính bentonit bằng lantan, ion La3+ trao đổi và thay thế cation hiđrat lớp xen giữa của sét bentonit, dẫn đến hình thành lỗ xốp vi mao quản –
mao quản trung bình và làm tăng diện tích bề mặt (Bảng 3.9).
a)
b)
Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu a) B90-La và b) B40-La.
3.2.2.3. Phổ FTIR
Kết quả ghi phổ hồng ngoại của mẫu B90-La và B40-La được trình bày trong Hình 3.10 cho thấy có xuất hiện đám phổ ở vùng 3500 – 3700 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm OH trên bề mặt lớp sét. Pic phổ ở 3445 cm-1 và 1638 cm- 1 đặc trưng cho dao động hoá trị và dao động biến dạng của nhóm OH trong phân tử nước hấp phụ, pic 471 cm-1 gây nên dao động biến dạng của bộ khung Si – O – Si,
pic 532 cm-1: do dao động biến dạng của bộ khung Al – O – Si, pic 791 cm-1 đặc trưng cho dao động bất đối xứng T – O – T (T là kim loại), còn pic ở 1035 cm-1 do dao động hoá trị của Si – O [140, 100]. Tần số và các pic phổ đặc trưng của vật liệu này chỉ ra trong Bảng 3.10.
0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 | 3636 3412 3701 |
0.35 | |
0.30 | 3625 3429 |
0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.000 | 3699 |
1.000
1035
1034
1475
916
529
1435
578
1641
791 711
470
637
914
a)
1639
1488 1430
538
471
775 652
694
b)
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0
cm-1
Hình 3.10. Phổ FTIR của mẫu a) B90-La và b) B40-La.
Bảng 3.10. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu B90-La và B40-La
Tần số (cm-1) | Tín hiệu phổ | Tần số (cm-1) | |||
B90-La | B40-La | B90-La | B40-La | ||
υ /υ HO-AlVI HO-MgVI | 3635 | 3625 | δ Al-Mg-OH | - | - |
υ (H2O hấp phụ) HO-H | 3412 | 3429 | δ La-MMT | 711 | 694 |
δ (H2O hấp phụ) HO-H | 1641 | 1639 | υ /υ Si-O-Si Si-O-Al | 637 | 652 |
υ Si-O | 1035 | 1034 | δ Si-O-AlVI | 529 | 538 |
δ HO-AlVI | 916 | 914 | δ /υ Si-O-Si Fe-O | 470 | 471 |
3.2.3. Kết luận về quá trình điều chế bentonit biến tính lantan
Đã xác định được điều kiện thích hợp cho quá trình biến tính bentonit bằng lantan bao gồm: thời gian phản ứng trao đổi giữa lantan clorua và bentonit là 24 giờ, ở nhiệt độ 70oC đối với B90-La và 50oC đối với B40-La, tỷ lệ LaCl3/bentonit là 0,35 mmol/g; phần trăm huyền phù bentonit từ 1 – 10% (theo khối lượng).