Thạc Sĩ Tổng hợp vật liệu xúc tác Fenton-like AlFe-Montmorillonite từ khoáng bentonite Lâm Đồng

MỞ ĐẦU

Bentonite là một loại khoáng sét tự nhiên thuộc nhóm aluminosilicate, có cấu trúc lớp và tương đối xốp, là vật liệu tiềm năng để làm chất hấp phụ, chất xúc tác, chất mang, chất tạo khung nền. Do có cấu trúc lớp với các cation bị hydrat hoá ở giữa nên độ bền nhiệt thấp và diện tích bề mặt không lớn, hạn chế trong ứng dụng. Vì vậy, việc phát triển các phương pháp tổng hợp vật liệu từ bentonite hay đất sét nói chung nhằm cải thiện các tính chất cơ lý hóa cho từng mục đích sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và lĩnh vực môi trường, thực sự là nhu cầu quan trọng.
Vật liệu sét chống được tổng hợp bằng cách thực hiện quá trình chèn các polycation kim loại vào giữa các lớp sét, sau khi nung ở nhiệt độ thích hợp các polycation kim loại trải qua quá trình dehydrat và dehydroxy tạo thành các cột chống oxide kim loại cứng, bền, chống giữa các lớp sét, làm gia tăng khoảng cách cơ bản, diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp và độ bền nhiệt. Tiềm năng khoáng bentonite của nước ta rất lớn, với thành phần montmorillonite khá cao. Đây là nguồn tài nguyên đáp ứng được cho việc triển khai tổng hợp các vật liệu sét chống ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác và hấp phụ. Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp vật liệu xúc tác Fenton-like AlFe-Montmorillonite từ khoáng bentonite Lâm Đồng”, với các nội dung nghiên cứu chính:
- Tinh chế làm giàu khoáng montmorillonite
- Tổng hợp tác nhân chống AlFe-polycation có cấu trúc Keggin
- Tổng hợp vật liệu sét chống AlFe-Montmorillonite
Vật liệu sét chống AlFe-Montmorillonite là vật liệu mới, làm xúc tác rắn dị thể cho phản ứng Fenton-like (Fe(III)/H2O2), oxy hoá các hợp chất hữu cơ khó bị phân huỷ trong điều kiện tự nhiên. Chúng tôi mong muốn sự thành công của đề tài sẽ đóng góp vào những nghiên cứu cơ bản trong các dự án làm sạch và bảo vệ môi trường sinh thái, phát huy nguồn tài nguyên sẳn có trong nước. Đề tài được thực hiện từ tháng 03 năm 2010 đến tháng 05 năm 2011 tại phòng xúc tác hoá dầu Viện Hoá học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Bản tóm tắt . i
Mục lục . iii
Danh mục các chữ viết tắt . vi
Danh mục các bảng vii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị viii
Mở đầu . 1
Chương 1 – TỔNG QUAN 2
1.1. Giới thiệu về khoáng bentonite . 2
1.1.1. Sự tạo thành khoáng sét trong thiên nhiên 2
1.1.2. Thành phần hoá học và cấu trúc 2
1.1.3. Tính chất hóa lý . 4
1.1.4. Ứng dụng của bentonite . 6
1.1.5. Khoáng sét bentonite Việt Nam 6
1.2. Sét chống và sét chống nhôm sắt 7
1.2.1. Vật liệu sét chống 7
1.2.2. Những yêu cầu cơ bản về đất sét nền và tác nhân chống 8
1.2.2.1. Khoáng sét lớp: Na-Montmorillonite . 9
1.2.2.2. Tác nhân chống: Các polycation kim loại 11
- Phương pháp sol-gel: Tổng hợp polycation kim loại 11
iv
- Cơ chế của quá trình sol-gel . 12
- Al-polycation: Al13
7+ (Al-Keggin) . 15
- AlFe- polycation (AlFe-Keggin) 16
1.2.3. Các quá trình tổng hợp vật liệu sét chống . 17
- Quá trình chèn polycation kim loại vào giữa các lớp . 17
- Quá trình nung định hình cấu trúc 18
1.2.4. Hai phương pháp tổng hợp sét chống . 19
- Phương pháp chống phân tán loãng . 19
- Phương pháp chống trong môi trường đậm đặc . 20
1.3. Xúc tác Fenton-like . 22
1.3.1. Các quá trình Fenton 22
1.3.2. Đất sét chống với phản ứng Fenton-like 24
Chương 2- MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1. Mục tiêu nghiên cứu 27
2.2. Đối tượng nghiên cứu . 27
2.3. Nội dung nghiên cứu và quy trình thực nghiệm . 27
2.3.1. Nội dung nghiên cứu . 27
2.3.1. Quy trình thực nghiệm . 28
2.4. Các phương pháp nghiên cứu . 28
2.4.1. Phương pháp thực nghiệm hóa học . 28
2.4.2. Các phương pháp đặc trưng . 29
2.5. Hoá chất và thiết bị sử dụng 30
v
2.5.1. Hoá chất . 30
2.5.2. Thiết bị sử dụng . 31
Chương 3: THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 32
3.1. Tinh chế bentonite 32
3.1.1. Phương pháp tinh chế . 32
3.1.2. Sản phẩm và các đặc trưng 33
- Bentonite nguyên khai (bentonite NK) 33
- Bentonite tinh chế (Na-MMT) . 34
3.2. Tổng hợp vật liệu sét chống nhôm sắt (AlFe-MMT) . 38
3.2.1. Tổng hợp tác nhân chống AlFe-Keggin 38
- Phương pháp tổng hợp . 38
- Kết quả và thảo luận . 39
3.2.2. Tổng hợp vật liệu AlFe-MMT . 46
- Phương pháp tổng hợp “rắn – lỏng” 46
- Kết quả và thảo luận . 46
3.2.3. Thử hoạt tính xúc tác với chất màu methyl orange . 54
- Phương pháp . 54
- Kết quả và thảo luận . 55
Chương 4 – KẾT LUẬN 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 60
PHỤ LỤC 64