Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn

Luận Văn Group hỗ trợ viết luận văn thạc sĩ,chuyên đề,khóa luận tốt nghiệp, báo cáo thực
tập, Assignment, Essay
Zalo/Sdt 0967 538 624/ 0886 091 915 Website:lamluanvan.net
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZEOLIT 3A TỪ CAO LANH
VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG LÀM KHAN CỒN
Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Quy
Ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học
Chuyên ngành: Hóa Dầu
Giảng viên hƣớng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
MSSV: 12030009
ThS. Diệp Khanh
Trƣơng Quốc Thanh
Lớp: DH12HD
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2016

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban
hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường
Đại học BR-VT)
Họ và tên sinh viên: Trƣơng Quốc Thanh. Ngày sinh:14/12/1994.
MSSV : 12030009 Lớp: DH12HD
Địa chỉ : 935/7/27D Bình Giã, phƣờng 10, thành phố Vũng Tàu
E-mail : Truongthanh.bvu@gmail.com
Trình độ đào tạo : Đại học chính quy
Ngành :Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành: Hóa dầu
1. Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả
năng làm khan cồn.
2. Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Diệp Khanh
3. Ngày giao đề tài: 21/01/2016
4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: tháng 6 năm 2016
Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 21 tháng 01 năm 2016
GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
TRƢỞNG BỘ MÔN TRƢỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN
Để thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A
từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn ” tôi hoàn toàn sử dụng những
kiến thức đã học dƣới sự hƣớng dẫn của giảng viên hƣớng dẫn và sử dụng
các tài liệu đã đƣợc đánh dấu trong phần tài liệu tham khảo. Tôi hoàn toàn
chiệu trách nhiệm với những gì tôi đã làm. Tôi xin cam đoan đây là bài báo
cáo của tôi thực hiện trong suốt thời gian thực hiện đồ án.

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian làm đồ án, tuy thời gian nghiên cứu ngắn, nhƣng đồ án này
đã giúp tôi củng cố lại những kiến thức đƣợc học trên lớp, giúp chúng tôi có
cái nhìn tổng quan về hƣớng nghiên cứu mới của ngành vật liệu, những vật
liệu mới đem lại hiệu quả kinh tế cao cho việc sử dụng làm vật liệu hấp phụ,
chất xúc tác. Đồng thời, góp phần làm hạn chế đƣợc ô nhiễm môi trƣờng.
Để có đƣợc kết quả này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc
đến Trƣờng Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu, Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực
Phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi, trang bị và hỗ trợ nhiều mặc để tôi hoàn
thành đồ án này. Đặc biệt, tôi cảm ơn thầy Diệp Khanh đã trực tiếp hƣớng
dẫn, cung cấp tài liệu và phân tích tận tình mọi thắc mắc của tôi. Bên cạnh đó
cũng xin ghi nhận những đóng góp, những ý kiến của các bạn lớp DH12HD.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện
Trƣơng Quốc Thanh

MỤC LỤC
MỤC LỤC.......................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ....................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG........................................................................................ iv
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................. 3
1.1 Tổng quát về nguyên liệu cao lanh ............................................................. 3
1.1.1 Khái niệm và trữ lƣợng cao lanh ở nƣớc ta ............................................. 3
1.1.2 Thành phần và tính chất của cao lanh ...................................................... 4
1.1.3 Đặc điểm chất lƣợng cao lanh .................................................................. 7
1.1.4 Ứng dụng của cao lanh ........................................................................... 10
1.2 Tổng quan về Zeolit .................................................................................. 11
1.2.1 Giới thiệu chung về Zeolit ..................................................................... 11
1.2.2 Tổng quan về zeolit 3A .......................................................................... 23
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP ZEOLIT 3A
.........................................................................................................................
24
2.1 Dụng cụ và hóa chất .................................................................................. 24
2.2 Tổng hợp zeolit 4A ................................................................................... 24
2.2.1 Nguyên liệu ............................................................................................ 24
2.1.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm .............................................................. 25
2.2 Trao đổi ion thu Zeolit 3A ........................................................................ 27
2.2.1 Nguyên liệu ............................................................................................ 27
i

2.2.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm..............................................................27
2.3 Phƣơng pháp xác định cấu trúc của Zeolit ...............................................28
2.3.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ......................................................28
2.3.2 Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM...........................29
2.3.3 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR) ........................................................30
2.3.4 Đo diện tích bề mặt (B.E.T)...................................................................31
2.4 Khảo sát khả năng làm khan cồn của Zeolit 3A .......................................31
2.4.1 Nguyên liệu ............................................................................................31
2.4.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm..............................................................32
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................33
3.1 Kết quả tổng hợp.......................................................................................33
3.1.1 Kết quả tổng hợp zeolit 4A ....................................................................33
3.1.2 Kết quả trao đổi ion tổng hợp Zeolit 3A................................................35
3.2 Kết quả khảo sát khả năng làm khan cồn từ cồn công nghiệp..................37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................42
Kết luận ...........................................................................................................42
Kiến nghị.........................................................................................................42
Tài liệu tham khảo...........................................................................................43
PHỤ LỤC........................................................................................................45
ii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
IR: Infra Red spectroscopy ( phổ hồng ngoại). XRD: X-Ray
diffraction (nhiễu xạ tia X).
SEM: Scanning electron microscope (Phƣơng pháp đo bằng kính hiển vi điện
tử quét).
UV-VIS : Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ
iii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Cấu trúc sơ cấp của zeollite............................................................14
Hình 1. 2 Cấu trúc thứ cấp của zeolite ...........................................................14
Hình 1. 3 Sự chọn hình dạng chất tham gia phản ứng ...................................16
Hình 1. 4 Sự chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng....................................16
Hình 1. 5 Sự chọn lọc sản phẩm theo trạng thái tạo thành của hợp chất trung
gian..................................................................................................................17
Hình 2. 1Mô hình khảo sát khả năng làm khan cồn .......................................32
Hình 3. 1 Mẫu cao lanh (trái) và Zeolit 4A thu được (phải) ..........................33
Hình 3. 2 Giản đồ XRD zeolit 4A tổng hợp.....................................................34
Hình 3. 3 Giản đồ XRD zeolit 4A chuẩn.........................................................34
Hình 3. 4 Ảnh chụp SEM của meta cao lanh (trái) và zeolit 4A (phải)..........35
Hình 3. 5 Mẫu zeolit 3A tổng hợp...................................................................36
Hình 3. 6 Giản đồ XRD của Zeolit 3A tổng hợp.............................................36
Hình 3. 7 Giản đồ XRD zeolit 3A chuẩn.........................................................36
Hình 3. 8 Hình chụp SEM Zeolit 3A ...............................................................37
Hình 3. 9 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ cồn
38
Hình 3. 10 Đồ thị độ hấp phụ nước của Zeolit 3A đối với cồn 90o
................40
Hình 3. 11 Đồ thị độ hấp phụ nước của Zeolit 3A đối với cồn 95o
................41
iv

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1. Thành phần cao lanh thương mại dùng làm nguyên liệu..............25
Bảng 3. 1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ nước trong cồn 90o
38
39
Bảng 3. 3 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ cồn
95o
...................................................................................................................39
Bảng 3. 4 Độ hấp phụ nước của Zeolit 3A......................................................40
iv

Đồ án tốt nghiệp ĐH_Khóa 2012-2016 SVTH: Trƣơng Quốc Thanh
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, việc sử dụng xăng E5 không còn xa lạ với nhiều ngƣời. Tính đến
ngày 1 tháng 6 năm 2016 xăng A92 không còn bán ở 8 tỉnh thành ở Việt
Nam. Trong đó, ethanol có vai trò rất quan trọng trong việc sản xuất xăng E5
phục vụ cho chiến dịch thí điểm không bán xăng A92 lần này, mà thay vào đó
là bán xăng E5. Có thể nói việc sản xuất ethanol từ biomass để ứng dụng pha
vào xăng là rất quan trọng. Nhƣng quan trọng hơn để sử dụng ethanol pha vào
xăng nhất thiết ethanol phải là ethanol tuyệt đối. Vì vậy, muốn làm đƣợc đều
đó ngƣời ta sử dụng nhiều phƣơng thức khác nhau nhằm làm tăng nồng độ
ethanol. Một trong phƣơng pháp mang lại hiệu quả cao là sử dụng Zeolit 3A
để làm tăng nồng độ ethanol. Tuy nhiên, đây là vật liệu hấp phụ mới chƣa
đƣợc sử dụng rộng rãi, nhƣng hiệu quả kinh tế rất cao. Đứng trƣớc những
yêu cầu cấp thiết và tầm quan trọng của zeolit 3A, tôi đi đến nghiên cứu đề tài
“Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm
khan cồn”
Để hiểu rõ hơn tại sao cần phải tổng hợp Zeolit 3A để phục vụ cho việc tinh
luyện ethanol, chúng ta cần hiểu rõ những vấn đề sau:
1. Tính cấp thiết của đề tài: Đáp ứng nhu cầu tìm ra một phƣơng pháp
nhằm nâng cao hiệu quả trong việc chƣng cất cồn tinh luyện. Đó là tìm ra một
vật liệu hấp phụ có tính chọn lọc cao, giá thành rẻ, đem lại hiệu quả tốt trong
việc chƣng cất cồn công nghiệp thành cồn tuyệt đối để sản xuất xăng E5.
2. Tình hình nghiên cứu: hiện nay trên thế giới đã có một vài công trình
nguyên cứu việc tạo thành công zeolit 3A. Zeolit 3A là lựa chọn số một cho
việc tạo cồn tuyệt đối.
3. Mục đích nghiên cứu: Từ nguyên liệu cao lanh ta tiến hành tạo zeolit có
cấu trúc ổn định, có kích thƣớc mao quản lớn, đồng đều. Sau đó biến tính
zeolit mới tổng hợp nhằm thu đƣợc zeolit 3A. Sử dụng zeolit này để khảo sát
khả năng làm khan cồn từ cồn công nghiệp.

Trƣờng ĐHBRVT Trang 1 Khoa HH và CNTP

4. Nhiệm vụ nghiên cứu: Tạo đƣợc zeolit 3A và khảo sát khả năng làm
khan cồn.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng một số phƣơng pháp vật lí, hóa học
trong điều kiện cho phép của nhà trƣờng. Sử dụng phƣơng pháp phổ nhiễu xạ
rơnghen, ảnh hiển vi điện tử quét SEM...
6. Cấu trúc đề tài bao gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1. Tổng quan.
Chƣơng 2. Các phƣơng pháp thực nghiệm tổng hợp zeolit 3A.
Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quát về nguyên liệu cao lanh
1.1.1 Khái niệm và trữ lƣợng cao lanh ở nƣớc ta
Cao lanh là sản phẩm phong hoá từ các nguồn đất chứa các nguồn tràng
thạch nhƣ pegmatit, granit, gabro, bazan, rhyolit. Ngoài ra nó còn có thể
đƣợc hình thành do quá trình biến chất trao đổi các đá gốc nhƣ quăcphophia.
Cao lanh nguyên sinh (tức cao lanh thô) là cao lanh hình thành ngay tại mỏ đá
gốc. Nếu sản phẩm phong hoá tàn dƣ, nhƣng bị nƣớc, băng hà, gió cuốn đi
rồi lắng đọng tại các chổ trũng hình thành nên các mỏ cao lanh hay đất sét
trầm tích - còn gọi là cao lanh thứ sinh. Nhƣ vậy sự hình thành các mỏ cao
lanh là do chịu sự tác dụng qua lại của các quá trình hoá học, cơ học, sinh vật
học bao gồm các hiện tƣợng phong hoá, rửa trôi và lắng đọng trong thời gian
khá lâu trong lòng đất.
Cao lanh hay đất cao lanh, là một loại đất sét màu trắng, bở, chịu lửa, với
thành phần chủ yếu là khoáng vật cao lanhit cùng một số khoáng vật khác
nhƣ illit, montmorillonit, thạch anh... sắp xếp thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó
cao lanh quyết định kiểu cấu tạo và kiến trúc của cao lanh.
Cao lanh có nguồn gốc tên gọi từ Cao Lĩnh thổ (tức đất Cao Lĩnh, là đất
sét trắng tại Cao Lĩnh), một khu vực đồi tại Cảnh Đức Trấn, Giang Tô, Trung
Quốc. Các mỏ đất sét trắng tại đây đƣợc khai thác để làm nguồn nguyên liệu
sản xuất đồ sứ Trung Quốc. Tên gọi cao lanh đƣợc các giáo sĩ dòng Tên
ngƣời Pháp du nhập vào châu Âu trong thế kỷ 18 và khi đƣợc phiên âm
ngƣợc trở lại tiếng Việt thì nó đã trở thành cao lanh.
Ở Việt Nam, trữ lƣợng cao lanh dự báo khoảng 15 triệu tấn, hàm lƣợng
Al2O3 trong cao lanh khoảng từ 29-38%. Quặng cao lanh tập trung chủ yếu ở
các tỉnh nhƣ Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Quảng Ninh, Tuyên Quang, Lâm
Đồng, Đồng Nai. Đáng chú ý là cao lanh Lâm Đồng, đƣợc hình thành do quá
trình phong hóa của natri-canxi fenspat, trong đó fenspat kiềm chiếm ƣu thế

(anbit). Thƣờng phân bố dài khoảng 5 đến 10 km, với bề dày khoảng 5 đến 10
mét. Cao lanh Đà Lạt tập trung ở Prenn, Trại Mát và Bảo Lộc [1].
1.1.2 Thành phần và tính chất của cao lanh
a) Thành phần
Cao lanh hình thành do quá trình phân huỷ khoáng vật felspat và các
khoáng vật alumosilicat giàu nhôm, có trong thành phần của nhiều loại đá sét
nguồn gốc khác nhau.
Cao lanh xét theo thành phần hoá, thành phần khoáng cũng nhƣ cấu trúc
bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng. Mỗi
nhóm khoáng bao gồm các đơn khoáng có cấu trúc hoặc tính chất gần giống
nhau. Ba nhóm khoáng quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp gốm sứ là:
Nhóm caolinit
Đặc trƣng của nhóm caolinit là khoáng caolinit (tên khoáng này đƣợc
lấy làm tên cho cả nhóm), là khoáng chủ yếu trong các mỏ cao lanh và đất sét,
có công thức hoá học là Al2O3.2SiO2.2H2O. Thành phần hóa của khoáng này
là SiO2: 46.54%; Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96%. Nếu mỏ cao lanh nào chứa
chủ yếu là khoáng caolinit thì có chất lƣợng rất cao và chứa rất ít tạp chất gây
màu (hàm lƣợng oxit sắt Fe2O3 < 1%).
Nhóm môntmôrilônit (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O)
Mạng lƣới tinh thể khoáng này gồm 3 lớp (2 tứ diện [SiO4] và 1 bát diện
[AlO6]). So với caolinit thì khoáng này có lực liên kết yếu hơn, ở đây các nhóm
OH- nằm bên trong 3 lớp trên tạo thành gói kiểu kín. Do có sự thay thế đồng
hình, nên môntmôrilônit thƣờng chứa các cation Fe2+
, Fe3+
, Ca2+
, Mg2+
với
hàm lƣợng khá lớn. Độ phân tán cao, hạt mịn, kích thƣớc cỡ 0.06 µm có thể
chiếm đến 40% (trong đất sét thƣờng cỡ hạt trên chỉ chiếm 5-20%, trong cao
lanh từ 0.5 – 1.5%) nên khoáng này có độ dẻo rất lớn. Môntmôrilônit là loại
silicat 3 lớp nên khi có nƣớc các phân tử H2O có thể đi sâu vào và phân bố giữa
các lớp làm cho mạng lƣới của nó trƣơng nở rất lớn, cũng chính do

cấu trúc của bản thân nó nên khoáng này có khả năng hấp phụ trao đổi ion
lớn. Khối lƣợng riêng môntmôrilônit từ 1.7 ÷ 2.7 g/cm3
. Trong sản xuất gốm
khoáng này có tên là bentônit. Đối với gốm mịn khi phối liệu có độ dẻo kém
ngƣời ta thƣờng thêm một lƣợng 2 ÷ 5% bentônit để tăng độ dẻo.
Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica):
Illit hay mica ngậm nƣớc là những khoáng chính trong nhiều loại đất sét. Các
dạng mica ngậm nƣớc thƣờng gặp là: Muscôvit: K2O.3Al2O3.6SiO2. 2H2O
Biôtit : K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2. H2O Về mặt cấu trúc các khoáng này có
mạng lƣới tinh thể tƣơng tự nhƣ các silicat 3 lớp nên tính chất của chúng rất
giống nhau. Trong nhóm này còn có một số khoáng khác có cấu trúc và tính
chất tƣơng tự nhƣ illit nhƣ là khoáng hyđrophylit, vermiculit và các dạng
thủy mica khác [2].
b) Tính chất của cao lanh
Cao lanh có màu trắng, dạng đặc sít hoặc là những khối dạng đất sáng màu,
tập vảy nhỏ. Khi ngấm nƣớc, nó có tính dẻo, nhƣng không có hiện tƣợng co
giãn, có khả năng trao đổi cation bằng một nửa illit, hoặc một phần tƣ
montmorilonit. Mặt khác, khả năng trao đổi anion của cao lanh lại tƣơng đối
cao. Trọng lƣợng riêng: 2,58-2,60 g/cm3
, độ cứng khoảng 1, nhiệt độ nóng chảy:
1.750-1.787o
C. Khi nung nóng, cao lanh có hiệu ứng thu nhiệt 510-600 0
C, liên
quan đến sự mất nƣớc kết tinh và hiện tƣợng không định hình của khoáng vật.
Hai hiệu ứng toả nhiệt từ 960 đến 1.000 và 1.200o
C liên quan đến quá trình mulit
hoá của các sản phẩm cao lanh không định hình, với hiệu ứng 1.200o
C là quá
trình kết tinh của oxyt silic không định hình để tạo thành
cristobalit.
Trong tự nhiên, cao lanh thƣờng bị nhuộm bẩn bởi oxit sắt, titan, hỗn hợp
kiềm, đất hiếm, và các khoáng vật sét khác nhƣ halloysit, hyđromica, illit,
montmorilonit. Oxit sắt là chất có hại, quyết định việc phân loại và sử dụng
cao lanh trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

Thành phần hạt
Nhìn chung kích thƣớc các hạt đất sét và cao lanh nằm trong giới hạn
phân tán keo (<60 µm). Kích thƣớc các loại tạp chất bao gồm thạch anh,
tràng thạch, mica thƣờng khá lớn. Thành phần và kích thƣớc hạt có tác dụng
rất lớn đến khả năng hấp phụ trao đổi ion, tính dẻo, độ co khi sấy, cƣờng độ
mộc cũng nhƣ diễn biến tính chất của khoáng đó theo nhiệt độ nung.
Khả năng trƣơng nở thể tích và hấp phụ trao đổi ion
Tính chất này của đất sét, cao lanh chủ yếu là do cấu trúc tinh thể của các
đơn khoáng của nó quyết định. Các silicat 2 lớp (caolinit): sự hấp phụ trao đổi
cation trƣớc hết và chủ yếu xảy ra ở các mặt cơ sở chứa SiO2 bên ngoài của
các cạnh tinh thể, đặc biệt là khi có sự thay thế đồng hình của Si4+
bằng Al3+
hay Fe3+.
Các silicat 3 lớp (mônmôrilônit): đại lƣợng hấp phụ trao đổi ion lớn
do sự thay thế đồng hình xảy ra đồng thời cả trong lớp tứ diện và bát diện.
Khả năng trƣơng nở thể tích lớn do có kiểu cấu trúc dạng vi vảy chồng khít
lên nhau, tạo điều kiện cho các phân tử nƣớc dễ bám chắc vào khoảng không
gian giữa các gói làm trƣơng nở thể tích cúa nó lên đến 16 lần so với thể tích
lúc đầu khan nƣớc.
Đặc tính của cao lanh khi có nƣớc
Độ dẻo và khả năng tạo hình. Độ dẻo của hổn hợp đất sét và cao lanh khi
trộn với nƣớc là khả năng giữ nguyên hình dạng mới khi chịu tác dụng của
lực bên ngoài mà không bị nứt. Nguyên nhân: Khả năng trƣợt lên nhau của
các hạt sét. Hiện tƣợng dính kết các hạt sét với nhau thành một khối. Thành
phần, kích thƣớc và hình dạng (vảy, ống, sợi) của hạt sét, cấu trúc của khoáng
sét (ảnh hƣởng đến chiều dày màng nƣớc hydrat hoá) là những yếu tố chính
ảnh hƣởng đến độ dẻo. Nói chung, nếu hàm lƣợng nƣớc khoảng 16% đất sét
đã nắm đƣợc thành nắm. Từ 21-26% hổn hợp đã rất dẻo, có khả năng tạo hình
bằng phƣơng pháp dẻo. Độ dẻo đạt cực đại khi lƣợng nƣớc vừa đủ để thực
hiện quá trình hydrat hoá hoàn toàn, cho phép tạo hình dẻo. Lƣợng nƣớc đủ

thực hiện quá trình hydrat hoá hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc đơn khoáng
của đất sét. Chẳng hạn đất bentônit ( chứa khoáng mônmôrilônit) có độ dẻo
cao nhất, mịn nhất. Thƣờng trong bài phối liệu ngƣời ta chỉ dùng khoảng 5-
10% do nó có khả năng trao đổi ion lớn và khả năng thay thế đồng hình làm
hàm lƣợng sắt trong nó cao. Bentônit rất khó sấy vì có độ co khi sấy lớn, thời
gian sấy lâu. Trong sản xuất nếu gặp đất này chúng ta phải cho đủ lƣợng
nƣớc theo đúng công thức của nó (nƣớc cấu trúc nằm giữa các lớp khoáng).
Khi lƣợng nƣớc đủ lớn (khoảng 28%) thì hồ cao lanh, đất sét lại chảy thành
dòng liên tục, cho phép ta tạo hình bằng phƣơng pháp hồ đổ rót. Chỉ số dẻo:
là hiệu số độ ẩm của giới hạn chảy và giới hạn lăn. Giới hạn chảy đƣợc xác
định theo vica chuẩn. Giới hạn lăn xác định theo phƣơng pháp cổ điển ( tạo
đất thành sợi ∅ = 2-3 mm).
Sự biến đổi của cao lanh khi nung:
Khoáng chính và phổ biến nhất trong đất sét và cao lanh là caolinit. Khi nung
nóng xảy ra các hiên tƣợng chính sau đây:
- Biến đổi thể tích kèm theo mất nƣớc lý học.
- Biến đổi thành phần khoáng bao gồm mất nƣớc hoá học, biến đổi cấu trúc
tinh thể khoáng cũ (kể cả biến đổi thù hình).
- Các cấu tử phản ứng với nhau để tạo ra pha mới.
- Hiện tƣợng kết khối.
1.1.3 Đặc điểm chất lƣợng cao lanh
Cao lanh phong hoá từ pegmatit:
Đối với cao lanh nguồn gốc phong hoá, chất lƣợng phụ thuộc chủ yếu
vào mức độ phong hoá và có sự biến đổi theo chiều thẳng đứng từ đới phong
hoá mạnh đến đới phong hoá yếu cao lanh phong hoá từ pegmatit có các đặc
trƣng sau:
- Đới phong hoá mạnh: Cao lanh thƣờng hạt mịn, giàu nhôm và hàm
lƣợng sắt khá cao, thƣờng có màu vàng đến vàng sẫm. Độ thu hồi dƣới rây

0,21 mm thay đổi từ 30 đến 60 %, trung bình dƣới 40 %. Thành phần khoáng
vật dƣới rây 0,21 mm chủ yếu là cao lanhit (90-96 %), một ít là halloysit,
metahalloysit, ít felspat và thạch anh. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 34-
39,5; Fe2O3 = 1-3,5; K2O+Na2O = 0,2-2.
- Đới phong hoá trung bình: Cao lanh thƣờng có màu trắng, lƣợng oxit
sắt giảm so với đới phong hoá mạnh. Độ thu hồi dƣới rây 0,21 mm từ 20 đến
50 %, trung bình 30-35 %. Dƣới rây < 0,21 mm, khoáng vật cao lanhit chiếm
50-58 %, còn lại là hyđromica, felspat và thạch anh. Thành phần hoá học (%):
- Đới phong hoá yếu: Cao lanh thƣờng có màu trắng, hạt thô, cấu tạo
dạng dăm, dạng bột. Phần dƣới rây 0,21 mm, khoáng vật chủ yếu là felspat,
cao lanhit, ít hyđromica. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 18-24; Fe2O3 =
0,69; K2O+Na2O = 4,5-7 [3].
Cao lanh phong hoá từ gabbro: Cao lanh phong hoá từ đá gabbro
thƣờng phân thành 3 đới theo chiều thẳng đứng rõ rệt: đới phong hoá mạnh,
đới phong hoá trung bình, đới phong hoá yếu và có các đặc điểm nhƣ sau:
- Khả năng thu hồi cao lanh dƣới rây 0,21 mm là 40-60 %, trung bình 28-38
%.
- Độ trắng trung bình < 70 % và độ dẻo khoảng 10 %.
- Thành phần khoáng vật: gồm cao lanhit, halloysit, metahalloysit, thạch anh
và felspat, đôi nơi có gibbsit.
- Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 13,0-25; SiO2 = 43-75; Fe2O3 = 0,3-0,8
[3].
Cao lanh phong hoá từ đá phun trào axit và keratophyr: Cao lanh phong
hoá từ đá phun trào axit nhƣ ở các mỏ Vệ Linh (Hà Nội), Phong Dụ (Quảng
Ninh), Định Trung (Vĩnh Phúc), từ keratophyr nhƣ ở mỏ Minh Tân (Hải
Dƣơng), nhìn chung, hạt rất mịn, thƣờng có màu trắng, trắng hồng. Độ thu
hồi qua rây 0,21 mm là 50-90 %, trung bình khoảng 70 %.

Dƣới rây 0,21 mm, cao lanh có thành phần hoá học (%): Al2O3 = 15-22;
SiO2 = 60-75; Fe2O3 = 0,8-2; MgO = 0,1-0,3; TiO2 = 0,03-0,11; K2O = 2,5-5;
Na2O = 0,06-1,6 và mất khi nung = 6-8.
Thành phần khoáng vật: cao lanhit, thạch anh vi tinh, metahalloysit. Độ
trắng trung bình 70 % và độ dẻo là 8-16 %.
Cao lanh phong hoá từ đá trầm tích và trầm tích biến chất: Đặc trƣng
cho kiểu cao lanh phong hoá từ đá trầm tích sét kết, bột kết, cát kết là các tụ
khoáng và mỏ Bá Sơn, Văn Khúc (Thái Nguyên), Phao Sơn (Hải Dƣơng);
phong hoá từ đá phiến sericit nhƣ mỏ Khe Mo (Thái Nguyên) và mỏ Hoàng
Lƣơng (Vĩnh Phúc) và một số mỏ ở Lâm Đồng.
Đối với loại nguồn gốc này, cao lanh thƣờng có màu trắng, trắng xám,
độ mịn cao. Thân quặng thƣờng dạng ổ hoặc dạng thấu kính. Độ thu hồi qua
rây 0,21 mm là 20-80 %, trung bình 60 %.
Thành phần khoáng vật: cao lanhit, hyđromica, thạch anh, limonit.
Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 10-25, SiO2 = 40-85, Fe2O3 = 1-8.
Đặc điểm chất lượng cao lanh nguồn gốc trầm tích
Cao lanh nguồn gốc trầm tích thƣờng phân bố tập trung ở các tỉnh thuộc
Nam Bộ và ở một số tỉnh Đông Bắc Bộ nhƣ mỏ Trúc Thôn (Hải Dƣơng), Yên
Thọ (Quảng Ninh), Tuyên Quang .... Cao lanh trầm tích có các đặc điểm sau:
Độ thu hồi dƣới rây 0,21 mm là 20-30 % đối với các mỏ ở Đông Bắc Bộ và
60-80 % đối với các mỏ ở Nam Bộ. Thành phần hoá học (%): Al2O3 = 10-37;
SiO2 = 45-90; Fe2O3 = 0,5-7. Thành phần khoáng vật: bao gồm cao lanhit,
hyđromica, thạch anh, limonit. Tài liệu thăm dò ở các mỏ cao lanh cho thấy
hàm lƣợng Al2O3 rất cao, đạt từ 27 đến 37 %, độ dẻo lớn.
Cao lanh trầm tích thƣờng có thành phần hoá học, khoáng vật và độ thu
hồi thuộc loại ổn định đến không ổn định.
Đặc điểm chất lượng cao lanh-pyrophyllit nguồn gốc nhiệt dịch - biến
chất trao đổi

Tổng hợp tài liệu điều tra thăm dò địa chất đã tiến hành ở vùng Tấn Mài
(Quảng Ninh), ta thấy thành phần cao lanh-pyrophyllit vùng Tấn Mài nhƣ sau
(%): Al2O3 = 10-39; SiO2 = 40-50; Fe2O3 = 0,01-0,07; MgO = 0,05-0,5; CaO
= 0,05-1,4; TiO2 = 0,03-1; K2O = 0,16; Na2O = 0,1-1,3; MKN = 1,4-2,1.
Trong các thân quặng tồn tại 4 loại quặng tự nhiên: cao lanh, pyrophyllit,
alunit và quarzit cao nhôm.
Tóm lại, từ các dẫn liệu trên ta thấy chất lƣợng cao lanh tự nhiên của
nƣớc ta chƣa cao do hàm lƣợng Al2O3 thấp; phần lớn các tụ khoáng đã đƣợc
tìm kiếm, thăm dò có hàm lƣợng nhỏ hơn 30 %. Hàm lƣợng Fe2O3 thƣờng
cao hơn so với cao lanh thƣơng phẩm [4].
1.1.4 Ứng dụng của cao lanh
Trong công nghiệp, cao lanh đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau, chẳng hạn nhƣ sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, sản
xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, chất độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng v.v
Cao lanh đƣợc sử dụng rộng rãi hoặc từ cao lanh tự nhiên, hoặc đã đƣợc
làm giàu. Yêu cầu công nghiệp đối với cao lanh chủ yếu dựa vào chỉ tiêu
thành phần hoá học của Al2O3, TiO2, Fe2O3, CaO, SO3… và các tính chất lý
hoá, cơ lý nhƣ độ phân tán, độ bền cơ học ở trạng thái khô, độ chịu lửa, độ
trắng.
Các ngành công nghiệp sử dụng cao lanh khá nhiều. Dƣới đây, đề cập
một số ngành công nghiệp chính sử dụng cao lanh.
- Công nghiệp sản xuất giấy: Trong công nghiệp giấy, cao lanh đƣợc sử
dụng làm chất độn tạo cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt
độ thấu quang và làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt nhất. Loại giấy thông
thƣờng chứa 20 % cao lanh, có loại chứa tới 40 %. Thông thƣờng, một tấn
giấy đòi hỏi 250-300 kg cao lanh. Chất lƣợng cao lanh dùng làm giấy đƣợc
xác định bởi độ trắng, độ phân tán và mức độ đồng đều của các nhóm hạt. Cát
là tạp chất làm giảm chất lƣợng cao lanh, vì nó làm giảm độ bóng của mặt.

- Công nghiệp sản xuất đồ gốm mịn: Công nghiệp sản xuất sứ, gốm sứ
dân dụng, sứ mỹ nghệ, dụng cụ thí nghiệm, sứ cách điện, sứ vệ sinh, v.v. đều
sử dụng chất liệu chính là cao lanh; chất liệu kết dính là sét chịu lửa dẻo, có
mầu trắng. Chất lƣợng cao lanh đòi hỏi rất cao và phải khống chế các oxit tạo
mầu (Fe2O3 và TiO2). Hàm lƣợng Fe2O3 không đƣợc quá 0,4-1,5 %; TiO2
không quá 0,4-1,4 %; CaO không quá 0,8 % và SO3 không quá 0,4 %.
- Công nghiệp sản xuất cao su, da, vải nhân tạo và dây cáp: Các lĩnh
vực này đòi hỏi giới hạn của Fe2O3 không quá 0,5-0,8 %.
- Công nghiệp hoá học: Cao lanh đƣợc sử dụng để sản xuất sulfat và chlorit
nhôm. Các chỉ tiêu quan trọng của cao lanh là hàm lƣợng Al2O3 không thấp hơn
35-37 %; hàm lƣợng Fe2O3 < 1-1,2 %; hàm lƣợng TiO2 < 0,8-1,4 %.
- Sản xuất gạch samốt: Các chỉ tiêu cơ bản đòi hỏi đối với cao lanh sản
xuất gạch samôt là Al2O3 = 36-39 %; hàm lƣợng Fe2O3 < 1,5-2 %, độ chịu
lửa 1730-1780o
C.
- Sản xuất gạch chịu axit: Đòi hỏi chất lƣợng cao lanh với hàm lƣợng
SiO2 ≤ 70%; Al2O3 + TiO2 ≥ 22 %; Fe2O3 ≤ 1,5-2 %; nhiệt độ chịu lửa 1670-
1730o
C.
- Trong công nghiệp sản xuất vật liệu: tạo zeolit, tạo chất xúc tác và ứng
dụng rộng rãi trong công nghệ hóa học
1.2 Tổng quan về Zeolit
1.2.1 Giới thiệu chung về Zeolit
a) Khái niệm Zeolit
Zeolite bắt đầu đƣợc phát hiện vào năm 1756 đến nay đã hơn 3 thế kỷ.
Năm 1756, Bronsted là một nhà khoáng học ngƣời Thụy Điển đã phát hiện ra
một loại khoáng mới với tên gọi là zeolite, theo tiếng Hy Lạp, “zeo” là sôi,
“lithot” là đá, vì vậy zeolite còn có tên gọi là đá sôi.

Zeolite đƣợc khám phá từ rất lâu, tuy nhiên cho đến những năm 60 của
thế kỷ trƣớc, zeolite mới đƣợc nghiên cứu sâu sắc và khám phá nhiều ứng
dụng hữu ích và đa dạng.
Trong tự nhiên có nhiều mỏ zeolite lớn, với khoảng 56 loại. Các zeolite
tự nhiên chủ yếu đƣợc dùng làm vật liệu xây dựng khối lƣợng nhẹ, làm chất
hấp phụ xử lý nƣớc thải.
Các zeolite đƣợc ứng dụng rộng rãi và đã thực sự có tầm quan trọng lớn
lao trong khoa học và kỹ thuật.
Trong tất cả các loại zeolite hiện có, ngƣời ta biết rõ thành phần, tính
chất ứng dụng, cấu trúc mạng tinh thể của nhiều loại zeolite tự nhiên và
zeolite tổng hợp nhƣ: Zeolite A, zeolite Y, zeolite X, zeolite ZSM – 5, zeolite
ZSM – 11 [5].
Zeolite là tên chung chỉ một họ vật liệu khoáng vô cơ có cùng thành
phần là aluminosilicat. Nó có mạng lƣới anion cứng chắc với các lỗ xốp và
các kênh mao quản chạy khắp mạng lƣới, giao nhau ở các khoang trống. Các
khoang trống chứa các ion kim loại có thể trao đổi đƣợc (Na+
, K+
) với các
phân tử bên ngoài xâm nhập vào. Các khoang trống này có kích thƣớc khoảng
0,2 – 2 nm nên zeolite đƣợc xếp vào loại vật liệu vi mao quản.
Công thức tổng quát của zeolite :
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O
Hay dƣới dạng hỗn hợp oxit :
M2/nO.Al2O3.xSiO2.mH2O
Trong đó : M là cation bù trừ điện tích khung, có hóa trị n
x, y là số điện tử nhôm và silic, thƣờng y/x>1.
m là số mol nƣớc nằm trong các hốc trống
b) Phân loại zeolit
Theo nguồn gốc
Zeolite đƣợc chia làm 2 loại chính

Zeolite tự nhiên có 56 loại, có đƣợc do đá và các lớp tro núi lửa phản
ứng với nƣớc ngầm có tính kiềm. Những zeolite này đƣợc kết tinh và lắng
đọng trong môi trƣờng qua hàng ngàn, hàn triệu năm ở đại dƣơng và các
đoạn sông. Zeolite tự nhiên ít khi tinh khiết nên ít đƣợc ứng dụng thƣơng
mại, thƣờng chỉ phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu khắt khe về chất
lƣợng, chẳng hạn nhƣ dùng làm chất độn trong phân tử tẩy rửa, chất hấp phụ.
Zeolite tổng hợp có trên 200 loại, độ tinh khiết cao, thành phần đồng
nhất nên rất phù hợp trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp. Hầu hết
các zeolite đều đƣợc tổng hợp từ sự phân hủy các nguồn nhôm và silic trong
dung dịch kiềm mạnh
Theo đƣờng kính mao quản
Zeolite đƣợc chia làm 3 loại chính :
- Zeolite có mao quản nhỏ (đƣờng kính bé hơn 5 Å) nhƣ zeolite A, P.
- Zeolite có mao quản trung bình (đƣờng kính 5-6 Å) nhƣ zeolite ZSM-5.
- Zeolite có mao quản lớn (đƣờng kính 7-15 Å) nhƣ zeolite X, Y
Theo chiều hƣớng không gian của các kênh trong cấu trúc mao quản
- Zeolite có hệ thống mao quản 1 chiều, 2 chiều, 3
chiều Theo tỉ lệ Si/Al
- Zeolite có hàm lƣợng silic thấp (Si/Al = 1 – 1,5) nhƣ zeolite A, X.
- Zeolite có hàm lƣợng silic trung bình (Si/Al = 2 – 5) nhƣ zeolite Y,
chabazit...
- Zeolite có hàm lƣợng silic cao (ZSM-5) [6].
c) Cấu trúc của Zeolit
Zeolite hình thành dựa trên những đơn vị cấu trúc cơ bản MO4 là tứ diện
silica [SiO4]4-
và tứ diện alumina [AlO4]5-
liên kết với nhau qua các đỉnh oxi
chung. Các đơn vị cấu trúc sơ cấp là giống nhau trong các loại zeolite khác
nhau. Các zeolit này có tâm là silic hoặc nhôm, đỉnh là oxi.

Hình 1. 1 Cấu trúc sơ cấp của zeollite
Các tứ diện có thể dùng chung các số oxi khác nhau tạo nên các đơn vị
cấu trúc thứ cấp khác nhau, điều đó làm cho zeolite trở nên đa dạng.
Hình 1. 2 Cấu trúc thứ cấp của zeolite
Khi tất cả oxi trong tứ diện SiO4 đã đƣợc dùng chung thì tứ diện silica sẽ
trung hòa điện. Sự thay thế Si(IV) bằng Al(III) làm xuất hiện trong cấu trúc
zeolite một điện tích âm. Để trung hòa điện tích âm đó, trong zeolite có các
cation dƣơng bù trừ điện tích âm, thƣờng là Na+
, K+
, Ca2+
, Mg2+
. Và cũng
chính nhờ sự có mặt của các cation này mà zeolite có tính chất trao đổi ion
[5].
Trong một số zeolite, nhƣ loại A, X, Y, các đơn vị cấu trúc thứ cấp lại
kết nối với nhau theo nhiều cách khác nhau để tạo thành dạng cấu trúc
sodalite với dạng hình học lập phƣơng bát diện, gọi là đơn vị sodalite. Mỗi
đơn vị sodalite có 24 nguyên tử nhôm hay silic và 48 nguyên tử oxi. Các đơn

vị sodalite lại kết nối với nhau theo các cách khác nhau để tạo thành các loại
zeolite khác nhau
d) Tính chất của Zeolit [7]

Tính hấp phụ của zeolite

Chính vì zeolite là những vật liệu xốp, có hệ thống mao quản với kích
thƣớc lỗ trống đều đặn và vững chắc, bề mặt trong rất phát triển ( diện tích bề
mặt bên trong lớn hơn bên ngoài). Do đó zeolite có tính chất hấp phụ và chọn
lọc cao
Hấp phụ là quá trình làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ lên trên bề mặt
của chất hấp phụ. Vì zeolite có bề mặt trong phát triển nên hiện tƣợng hấp
phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt trong, tức là phân tử hấp phụ phải đi qua đƣợc
lỗ trống. Những phân tử có kích thƣớc nhỏ hơn hay bằng kích thƣớc các lỗ
trống mới đi vào bề mắt trong đƣợc. Những phân tử có kích thƣớc lớn hơn
kích thƣớc các lỗ trống thì bị đẩy ra ngoài và không đƣợc hấp phụ trên
zeolite. Điều này chứng tỏ đặc tính hấp phụ chọn lọc của zeolite.
Thông thƣờng trên bề mặt zeolite đã hấp phụ nƣớc và nƣớc lấp đầy
khoảng trống bên trong zeolite. Trƣớc khi sử dụng zeolite để hấp phụ các
phân tử khác cần tiến hành dehydrate hóa để loại các phân tử nƣớc, thƣờng là
sử dụng nhiệt độ kết hợp với xử lý chân không. Lƣợng chất bị hấp phụ trên
zeolite sẽ tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất, bản chất của chất bị hấp phụ và bản
chất của loại zeolite.
Các nghiên cứu còn chỉ ra rằng quá trình hấp phụ của zeolite là thuận
nghịch. Những phân tử đƣợc hấp phụ trên zeolite có thể bị giải hấp phụ mà
không bị biến dạng. Chính nhờ sự chọn lọc và thuận nghịch, zeolite đƣợc sử
dụng rộng rãi để phân tách các hỗn hợp chất lỏng hay chất khí.

Tính chất chọn lọc hình dạng

Zeolite có ba hình thức chọn lọc hình dạng sau:

Chọn lọc chất tham gia phản ứng: Chỉ có những chất có kích thƣớc phân
tử đủ nhỏ mới có thể thâm nhập vào bên trong mao quản của zeolit và tham
gia phản ứng.
Hình 1. 3 Sự chọn hình dạng chất tham gia phản ứng
- Chọn lọc sản phẩm phản ứng: Sau khi phản ứng thực hiện trong mao quản
của zeolite, những sản phẩm tạo ra phải có kích thƣớc đủ nhỏ mới có thể
khuếch tán ra ngoài. Các phân tử lớn hơn tạo ra ở trong mao quản sẽ tiếp tục
bị chuyển hóa thành phân tử nhỏ hơn sau đó mới khuếch tán đƣợc ra ngoài.
Các sản phẩm này có tốc độ khuếch tán khỏi mao quản không giống nhau.
Sản phẩm nào có tốc độ khuếch tán lớn nhất thì độ chọn lọc theo sản phẩm đó
là lớn nhất.
Hình 1. 4 Sự chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng
- Chọn lọc hợp chất trung gian: Phản ứng ƣu tiên hình thành các hợp
chất trung gian (hoặc trạng thái chuyển tiếp) có kích thƣớc phù hợp với kích
thƣớc mao quản của zeolit.

Hình 1. 5 Sự chọn lọc sản phẩm theo trạng thái tạo thành của hợp
chất trung gian

Tính chất trao đổi ion

Sự xuất hiện của các cation bù trong cấu trúc tạo nên tính trao đổi ion
một cách chọn lọc của zeolite. Các cation bù rất linh động và dễ dàng bị trao
đổi với các cation khác. Qua việc trao đổi cation, zeolite có khả năng biến tính
để tạo thành nhiều vật liệu có hoạt tính đa dạng, đáp ứng đƣợc nhiều yêu cầu
để ứng dụng trong nghiều lĩnh vực
Thông thƣờng, trong zeolite tự nhiên hay tổn hợp ban đầu đều có cation
bù là Na+
.
Phản ứng trao đổi ion có thể mô tả nhƣ sau :
nNa+
- Zeol-
+ Mn+

Mn+
-(Zeol-
)n + nNa (1.1) Mn+
là
cation kim loại hóa trị n, Zeol-
là một điểm mang điện tích âm trên khung
zeolite.
Những ion phổ biến nhất đều dễ dàng trao đổi bằng zeolite. Tuy nhiên,
zeolite có hệ thống lỗ trống với kích thƣớc phân tử đồng đều và xác định nên
sự trao đổi ion cũng có tính chọn lọc, gọi là hiệu ứng lƣới. Hiệu ứng lƣới này
chỉ cho các ion có kích thƣớc bé hơn hay bằng kích thƣớc của lỗ trống trao
đổi qua zeolite.

Dung lƣợng trao đổi ion của zeolite phụ thuộc vào tỉ lệ SiO2/Al2O3.
Vì mỗi tứ diện AlO4 trong khung sƣờn của zeolite có một điểm trao đổi ion.
Dung lƣợng trao đổi ion còn phụ thuộc vào dạng cation trao đổi.
Độ lựa chọn và tải trọng trao đổi ion trên zeolite phụ thuộc vào pH ( vì
H+
là ion cạnh tranh), nhiệt độ và độ hoạt hóa của nƣớc. Các cation cạnh
tranh, dung môi, sự tồn tại các nhân tạo phức, nồng độ dung dịch và các anion
là những yếu tố có thể thay đổi chất lƣợng tách các ion trong dung dịch. Tuy
nhiên, sự ảnh hƣởng của các yếu tố trên đối với zeolite không quá phức tạp và
có thể dự đoán dễ dàng hơn so với các loại nhựa trao đổi ion (vì zeolite có
khung sƣờn chắc chắn hơn).
Sự tạo phức sẽ làm thay đổi rõ rệt tính chất của các ion trao đổi. Do đó,
zeolite có thể đƣợc tái sinh qua việc ngâm trong dung dịch có tác nhân tạo
phức với ion trao đổi. điều này cũng là lợi thế cho việc tách chất khi có tác
nhân tạo phức bằng zeolite, mà các phƣơng pháp khác không thể đạt đƣợc.
Dung lƣợng trao đổi của zeolite sẽ tăng hơn khi ở nhiệt độ cao

Tính axit

Tính axit của zeolite giữ vai trò quan trọng trong công nghệ chế tạo xúc
tác. Nhờ tính axit, zeolite đƣợc sử dụng làm xúc tác cho nhiều quá trình phản
ứng hóa học, đặc biệt trong hóa dầu. Zeolite có vai trò xúc tác đặc biệt với
phản ứng crắcking, đồng phân hóa và tổng hợp hydrocarbon. Ngoài ra, zeolite
còn đƣợc sử dụng trong quá trình xúc tiến các phản ứng axit-bazơ và phản
ứng của kim loại. Các phản ứng này xuất hiện trên bề trong các lỗ trống của
zeolite nên cho khả năng chọn lựa sản phẩm tốt hơn.
Tính axit của zeolite xuất phát từ khả năng trao đổi ion. Nếu ion bù là
Na+
thì zeolite không có tính axit. Nhƣng khi Na+
trao đổi với ion H+
, thì
zeolite lại trở nên có tính axit. Khi xử lý zeolite với một axit (HCl, H2SO4,…)
thì có thể chuyển zeolite thành dạng axit:

Na+
-Zeol + H+

H+
-Zeol + Na+
(1.2)
Zeolite cũng có thể thành dạng axit khi ion Na+
đƣợc trao đổi với cation
đa hóa trị trong môi trƣờng nƣớc ( vì ở trog nƣớc, các ion thƣờng tồn tại
dƣới dạng hydrat), sau đó xử lý nhiệt sản phẩm thu đƣợc :
2Na+
-Zeol-
+ Mg(H O)2+
 Mg(H O)2+
-(Zeol
-
)
2
+ 2Na+
Mg(HO)2+
-(Zeol-
)
2
2 2 2
Mg(OH)+
-Zeol
-
+ H+
-Zeol-
(1.3)
Độ axit của zeolite cũng phụ thuộc vào tỉ số Si/Al trong zeolite. Nếu tỉ số này
cao thì zeolite có tính axit mạnh và ngƣợc lại.

Tính bền nhiệt và bền hóa

Zeolite có khung mạng cứng chắc và bền vững, nên zeolite bền với nhiệt,
tác dụng oxy hóa-khử, bức xạ ion và khó bị mài mòn vất lý do các tác nhân
thẩm thấu hơn so với các loại nhựa trao đổi ion hữu cơ. Do đó, tính trao đổi
ion của zeolite tƣơng đối ổn định và dễ dự đoán hơn trong khoảng nhiệt độ và
lực ion rộng hơn so với các vật liệu trao đổi ion khác. Zeolite không bị nhiễm
bẩn và không hấp thu các ion hay phân tử hữu cơ. Zeolite cũng bền
ở pH cao, mà các vật liệu trao đổi ion vô cơ thƣờng bị mất các nhóm chức do
phản ứng thủy phân chậm. Vì các zeolite đƣợc tổng hợp ở điều kiện pH cao
và nhiệt độ cao nên bền ở điều kiện đó.
Hạn chế chủ yếu của zeolite là sự kém bền trong môi trƣờng axit. Mặc
dù có một số loại zeolite đƣợc sử dụng ở pH khá thấp (pH=2), nhƣng zeolite
chỉ đƣợc sử dụng thích hợp ở pH lớn hơn 6. Sự trao đổi proton và sự thủy
phân nhôm trong cấu trúc zeolite xảy ra ở pH thấp làm cho dung lƣợng trao
đổi ion giảm. Hiện tƣợng này dễ xảy ra khi tỉ lệ SiO2/Al2O3 thấp và ở nhiệt
độ cao. Vì vậy zeolite cần đƣợc thử nghiệm khi sử dụng ở pH thấp [8] .
e) Ứng dụng của Zeolit
Do zeolite có nhiều tính chất đặc biệt nên đƣợc ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khác nhau nhƣ công nghiệp, nông nghiệp, môi trƣờng và y học.

Zeolite đƣợc sử dụng chủ yếu để làm khô tác chất, làm khô dung môi, tách
chiết chọn lọc đặc thù, xúc tác chọ lọc đặc thù và trao đổi ion chọn lọc. Dƣới
đây là một vài ứng dụng của zeolite :
Sản xuất chất tẩy rửa
Phần lớn các zeolite đƣợc sử dụng theo hƣớng này, do tính chất trao đổi
cation của zeolite. Trƣớc đây, ngƣời ta sử dụng natri tripolyphosphate làm c
hất giặt tẩy do nƣớc dùng trong bột giặt có chứa Ca2+
và Mg2+
. Sau khi khám
phá ra khả năng trao đổi ion làm mềm nƣớc cứng của zeolite, ngƣời ta đã
thay thế cho natri tripolyphosphate để làm chất giặt rửa. Zeolite cũng không
gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng và các sinh vật khác nhƣ các chất giặt rửa
trƣớc đây. Để đạt đƣợc hiệu quả giặt rửa, zeolite phải thực hiện trao đổi ion
rất nhanh nên hàm lƣợng ion bù Na+
phải cao. Ngƣời ta thƣờng dùng zeolite
loại A trong trƣờng hợp này
Ứng dụng làm chất xúc tác chọn lọc đặc thù
Đây là ứng dụng quan trọng nhất của zeolite trong những quy trình công
nghệ cao. Đến nay, toàn bộ lƣợng xăng trên thế giới đƣợc sản xuất từ dầu mỏ
qua quá trình crắckinh xúc tác lƣu thể (FFC) phải sử dụng zeolite. Xúc tác
FFC hiện nay đƣợc sử dụng phổ biến là sự tổ hợp của zeolite Y siêu bền
(USY) và zeolite ZSM-5 đƣợc phân tán trên aluminosilicate vô định hình.
Cho đến nay, zeolite vẫn là vật liệu đƣợc sử dụng làm xúc tác rộng rãi
nhất trong công nghiệp. Zeolite có nhiều ƣu điểm làm tăng khả năng sử dụng
làm xúc tác trong công nghiệp bao gồm : diện tích bề mặt lớn và độ hấp phụ
cao, tính chất hấp phụ có thể thay đổi tùy môi trƣờng, kích thƣớc các lỗ trống
mao quản đa dạng tạo nên tính chọn lọc, chịu đƣợc những điều kiện công
nghiệp khắc nghiệt, không có độc tính và dễ tái sinh, không bị mài mòn và
không làm mòn thiết bị phản ứng.

Zeolite đƣợc sử dụng nhiều trong lọc dầu, hóa dầu, tổng hợp hữu cơ, làm
khô và chế biến khí cho những sản phẩm chọn lọc đặc thù [8].
Ứng dụng làm chất làm khô và tách chiết
Do zeolite có độ hấp phụ cao và chọn lọc nên đƣợc ứng dụng để làm cồn
tuyệt đối (etanol 99,5%) sử dụng làm nhiên liệu sinh học. Etanol có chỉ số
octan rất cao nên đƣợc pha vào xăng từ 10% đến 15% để làm nhiên liệu sạch
bảo vệ môi trƣờng.
Zeolite còn có khả năng làm khô: làm khô khí công nghiệp và chất chống
ẩm trong bảo quản; khả năng tách chiết và tinh chế các chất do hiệu ứng lƣới
trong cấu trúc ứng với nhiều loại chất và phân tử đa dạng về kích thƣớc, hình
thù. Zeolite đã đƣợc sử dụng để tách các chất khí nhƣ CO, CO2, N2, SO2,O2
và các hydrocarbon.
Ứng dụng trong trồng trọt và chăn nuôi
Thông thƣờng, phân bón mất đi do bị rửa trôi và cây trồng chỉ hấp thu
đƣơc một lƣợng nhỏ phân đã bón. Ngƣời ta đã vận dụng khả năng trao đổi
ion của zeolite để giữ lại nito dƣới dạng ion amoni (NH4
+
) và kali dƣới dạng
ion K+
, các nguyên tố vi lƣợng trong phân bón. Nhờ vậy, phân bón không bị
rửa trôi mà đƣợc cây trồng sử dụng một cách hiệu quả làm tăng năng suất.
Zeolite khi thêm vào đất còn góp phần giữ cho đất tơi xốp, thông khí, duy trì
pH làm giảm lƣợng vôi bón cho đất chua.
Zeolite đƣợc ứng dụng với màng lọc sinh học trong nuôi trồng các loại
thủy hải sản. sự hấp thụ amoniac dƣới dạng ion amoni NH4
+
đã làm hạn chế
sự ngộ độc amoniac trong các ao hồ khép kín.
Ứng dụng trong y học
Zeolite đƣợc sử dụng để sản xuất oxy cho bệnh viện từ không khí do có
khả năng hấp phụ khí nito mạnh hơn khí oxy. Đồng thời trong quá trình tách

biệt khí nito ra khỏi khí oxy, zeolite còn tách các chất khí khác và loại bỏ hơi
nƣớc ra khỏi dòng khí giàu oxy
Zeolite đƣợc sử dụng để kháng khuẩn, kích thích sự hình thành xƣơng,
chữa trị tiểu đƣờng, chữa tiêu chảy, làm giảm axit trong hệ tiêu hóa và làm
các chất mang dƣợc phẩm
Quá trình tổng hợp zeolite
Tổng hợp zeolite là một quá trình kiểm soát động học, mà trong đó
zeolite là sản phẩm trung gian trong suốt quá trình hình thành các pha rắn từ
precursor silica. Quá trình sẽ dừng khi dạng zeolite bền đƣợc tạo thành.
Thông thƣờng zeolite đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp thuỷ nhiệt.
Nguyên liệu cơ bản để tổng hợp zeolite gồm
- Nguồn nhôm: Nhôm oxit, nhôm hidroxit, muối nhôm, diaspo
(AlOOH), natri aluminate, cao lanh,…
- Nguồn silic: cao lanh, siloxan (R2SiO2), silicagel, thủy tinh lỏng
(Na2SiO3), silica tro trấu,…
- Chất khoáng hóa: Natri hydroxit, amoni hydroxit (NH4OH), axit
flohydric (HF),…
- Chất định hƣớng cấu trúc (Chất khuôn mẫu): các amine, rƣợu, muối
alkylammonium, các cation kim loại… Các chất này bị loại đi sau khi xử lý
nhiệt sản phẩm.
- Dung môi là nƣớc.
- Hạt gel (các chất cấu tạo nhân) đôi khi đƣợc thêm vào làm quá trình
thủy nhiệt tốt hơn.
Vào những năm 40 của thế kỷ 19, phƣơng pháp tổng hợp zeolite đƣợc
nghiên cứu nhiều, đó là kết tinh gel nhôm silicat vô định hình của kim loại
kềm mạnh bằng cách thủy nhiệt gel ở nhiệt độ và áp suất thấp. Hydroxit

kiềm, dạng hoạt động của nhôm và silic, nƣớc đƣợc trỗn lẫn với nhau tạo ra
gel. Sự kết tinh gel để tạo ra zeolite xảy ra ở nhiệt độ gần 100o
C [6,9]
1.2.2 Tổng quan về zeolit 3A
Zeolit 3A là loại zeolit tổng hợp có cấu trúc khác với các zeolit tự nhiên.
Cấu trúc của nó có dạng mạng lƣới lập phƣơng đơn giản tƣơng tự nhƣ kiểu
liên kết trong tinh thể muối NaCl, với các nút mạng lƣới là các bát diện cụt.
Zeolit 3A có 12 cation K+
bù trừ diện tích âm nên công thức chung của
zeolit KA ở dạng dehydrat hóa là: K12[(AlO2)12.(SiO2)12]
Trong trƣờng hợp ngậm nƣớc dung lƣợng tối đa là 27H2O thì dạng
hydrat hóa zeolit KA sẽ là:
K96Al96Si96O384.27H2O
Ngƣời ta còn có thể biểu diễn công thức hóa học của zeolit 3A là:
K2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O
Zeolit 3A có kích thƣớc mao quản 3Α .Trong quá trình liên kết giữa các
lồng sodalit với nhau trong zeolit 3A sẽ tạo thành các hốc lớn và hốc nhỏ.
Ứng dụng của zeolit 3A
Sử dụng zeolit 3A để làm chất trao đổi ion.
Sử dụng zeolit 3A để tách và làm sạch chất.
Sử dụng zeolit 3A trong hệ thống trữ nhiệt.
Sử dụng zeolit 3A để xử lý nƣớc thải.
Sử dụng zeolit 3A để hấp phụ nƣớc tạo cồn tuyệt đối.
Để tổng hợp đƣợc zeolit 3A trƣớc tiên ta phải tổng hợp thành công
zeolit 4A. Sau đó trao đổi ion K+
cho Na+
để thu đƣợc Zeolit 3A mong muốn.

CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP
ZEOLIT 3A
2.1 Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ:
+ Cân phân tích 4 số (OHAUS);
+ Autoclave;
+ Máy lắc ngang (IKAHS HS Basic);
+ Buret và bình định mức;
+ Tủ sấy (ECOCE) và tủ nung (Carbolite United kingdom);
+ Máy khuấy từ gia nhiệt (JKAC Mag HS7);
+ Nhiệt kế;
+ Bình cầu;
+ Nút cao su;
- Hóa chất
+ Nƣớc cất
+ Dung dịch Natri hidroxit (độ tinh khiết 96%, ISO9001/ISO14001);
+ Dung dịch Kali Clorua (độ tinh khiết 99,5 ISO9001/ISO14001);
+ Dung dịch Bạc Nitrat (Trung Quốc);
+ Cồn công nghiệp (Việt Nam);
2.2 Tổng hợp zeolit 4A
Để tiến hành tổng hợp đƣợc zeolit 3A thông thƣờng rất khó để tổng
hợp một cách trực tiếp. Ngƣời ta thƣờng xuất phát từ zeolit 4A sau đó tiến
hành trao đổi ion để thu đƣợc zeolit 3A.
2.2.1 Nguyên liệu
- Nguyên liệu
Cao lanh sản phẩm của công ty cổ phần thƣơng mại Phú Nhuận Việt
Nam.
Sản phẩm có thành phần nhƣ sau:

Bảng 2. 1. Thành phần cao lanh thương mại dùng làm nguyên liệu
Chất % (khối lƣợng)
SiO2 49,00
Al2O3 34,30
TiO2 0,52
Fe2O3 1,00
CaO 0,01
MgO 0,35
K2O 1,80
Na2O 0,07
2.1.2 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm
Al2O3
NaOH
Cao lanh
Meta cao lanh
Kết tinh, tạo mầm
Nung 650o
C
24 giờ
Lọc, rửa, sấy
Zeolit 4A tổng hợp
Sơ đồ tổng hợp zeolit 4A từ cao lanh
Thuyết minh sơ đồ:
Cao lanh nguyên liệu đã đƣợc xử lí và có thành phần xác định nên tôi có
thể tiến hành phối trộn và thực hiện tổng hợp zeolit 4A.
Bƣớc 1: tính toán bổ sung nguồn cao lanh nguyên liệu
Dựa theo khảo sát của bài báo khoa học của đại học Cần Thơ. Tôi chọn tỉ lệ
SiO2/Al2O3 là 2,00 để cho khả năng kết mầm gel tốt nhất [8].

Căn cứ vào thành phần hóa học của nguồn nguyên liệu tôi tiến hành tính toán
và bổ sung thành phần hóa học còn thiếu vào trong nguyên liệu và kết quả
tính toán nhƣ sau:
Tính toán cho 100 gam cao lanh :
Số mol SiO2 trong 100 gam cao lanh
=
Số mol của Al2O3 trong 100 gam cao lanh
=
2
Để tỉ lệ SiO2/Al2O3 là 2. Tôi tiến hành bổ sung nhôm oxit vào nguyên liệu.
=
Gọi x là số mol Al2O3 thêm vào hỗn hợp cao lanh trên:
(x + 0,3362) = 
x=0,0722
Khối lƣợng của Al2O3 thêm vào là: 7,3593 (gam)
Nhƣ vậy để tỉ lệ SiO2/Al2O3 là 2. Thì cứ 100gam cao lanh nguyên liệu tôi bổ
sung 7,3593 gam Al2O3.
Sau đó tiến hành mang đi nung ở nhiệt độ 650o
C. Trong thời gian là 5
giờ. Mục đích của quá trình này là đƣa cao lanh nguyên liệu về dạng mêta cao
lanh.
Bƣớc hai, cân 8 gam cao lanh đã phối trộn và nung trên. Cho vào trong
Teflon để thực hiện phản ứng với 120ml NaOH 2M. Đậy nắp teflon lại thật
chặt.
Bƣớc ba, lấy teflon mang đi lắc trong thời gian 30 phút với tốc độ 120
vòng/ phút.

Bƣớc bốn, đặt Teflon vào trong Autoclave đem đi sấy ở nhiệt độ 85o
C
trong thời gian 24giờ. Giữ nhiệt độ trong thiết bị luôn ổn định. Bởi vì đây là
giai đoạn tạo gel mầm rất quan trọng.
Bƣớc năm, sản phẩm sau khi sấy, mang đi lọc rửa đến pH=8. Sản phẩm
trên giấy lọc ta sấy ở 120o
C trong 24giờ để loại bỏ hoàn toàn nƣớc. Thu đƣợc
kết quả đó là Zeolit 4A. Mẫu thu đƣợc định danh bằng phƣơng pháp nhiễu xạ
tia X.
2.2 Trao đổi ion thu Zeolit 3A
Sau khi thu đƣợc Zeolit 4A ta sử dụng zeolit trên mang đi trao đổi với
ion K+
để thu zeolit 3A mong muốn [11].
- Nguyên liệu: Zeolit 4A đã tổng hợp trên.
Khuấy Zeolit 4A
Trao đổi ion K+
Lọc, rửa, sấy
Zeolit 3A tổng
KCl
Sơ đồ khối quá trình trao đổi K+
thu zeolit 3A
Thuyết minh sơ đồ:
Cân 4gam Zeolit 4A đã tổng hợp. Cho vào bình cầu. Cho 120ml dung
dịch KCl 1M. Đặt lên máy khuấy từ gia nhiệt và duy trì nhiệt độ 60o
C trong

4giờ. Để hạn chế quá trình bay hơi. Ta nên giữ nhiệt độ ổn định và đậy nắp
bình cầu thật kính.
Sản phẩm sau khi khuấy, ta lọc rửa nhiều lần để loại hoàn toàn Cl-
. Để
kiểm tra trong sản phẩm còn Cl-
không. Ta dùng dung dịch Ag+
để kiểm tra
nƣớc sau khi lọc. Nếu nƣớc lọc không còn kết tủa. Chứng tỏa sản phẩm của
ta đã loại đƣợc Cl-
ra khỏi sản phẩm.
Sấy khô sản phẩm ở nhiệt độ 120o
C trong thời gian 24giờ.
Kết quả sản phẩm thu đƣợc ta bảo quản trong túi nhự đƣợc đậy kính,
bảo quản nơi khô ráo. Sản phẩm thu đƣợc sẽ đƣợc mang đi định danh.
2.3 Phƣơng pháp xác định cấu trúc của Zeolit
2.3.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
a) Khái niệm
Nhiễu xa tia X là một phƣơng pháp sử dụng tia X nhiễu xạ lên bề mặt
của vật liệu cần xác định của chất rắn. Do tính tuần hoàn của cấu trúc vật liệu
tạo nên các điểm cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Dựa trên bản chất vật lí, nhiễu
xạ tia X dựa trên sự khác nhau về tính chất phổ nhiễu xạ (tức là sự tƣơng tác
khác nhau giữa tia X với nguyên tử và sự tƣơng tác giữa điện tử và nguyên
tử) từ đó xác định cấu trúc và chất liệu đó là gì.
b) Nguyên lí của nhiễu xạ tia X
Xét một chùm tia X có bƣớc sóng chiếu tới một tinh thể chất rắn dƣới
góc tới . Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau
những khoảng đều đặn d , đóng vai trò giống nhƣ các cách tử nhiễu xạ và tạo
ra hiện tƣợng nhiễu xạ của các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo
phƣơng phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên
các mặt là:
Điều kiện của cực đại nhiễu xạ:
=
Trong đó n là một số nguyên nhận các giá trị 1,2,3...

Đây là định luật Vulf Bragg mô tả hiện tƣợng nhiễu xạ tia X trên các
mặt tinh thể.
c) Ứng dụng của nhiễu xạ tia X
Máy nhiễu xạ tia X dùng để phân tích cấu trúc của tinh thể một cách
nhanh chóng, chính xác. Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong
phân tích mẫu chất sử dụng trong nghiên cứu, trong công nghiệp vật liệu,
trong các ngành vật lí, hóa học và nhiều lĩnh vực khác.
d) Ƣu điểm, nhƣợc điểm của phƣơng pháp
Tiến hành đo trong điều kiện môi trƣờng bình thƣờng.
Chụp đƣợc nhanh, rõ nét, không bị nhiễu.
Giúp định danh đƣợc vật liệu một cách chuẩn xác.
2.3.2 Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét
SEM a) Khái niệm
Kính hiển vi điện tử quét là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra
ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm
điện tử (chùm electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật
đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bƣớc xạ phát ra từ
tƣơng tác của chùm điện tử và bề mặt của mẫu.
b) Nguyên lí hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM
Điện tử đƣợc phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay
phát xạ trƣờng...), sau đó đƣợc tăng tốc. Thế tăng tốc của SEM thƣờng chỉ từ
10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử
có bƣớc sóng quá nhỏ vào một điểm kích thƣớc nhỏ sẽ rất khó khăn. Điện tử
đƣợc phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm
Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề
mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM đƣợc xác định
từ kích thƣớc chùm điện tử hội tụ. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ
thuộc vào tƣơng tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử

tƣơng tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM
và các phép phân tích đƣợc thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ
này.
c) Ứng dụng của phƣơng pháp SEM
Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng nhằm khảo sát cấu trúc của vật chất.
Khi sử dụng secondary electron thì bạn có thể khảo sát topography và
grain size của vật liệu.
Back scattered electron detector sử dụng phase contrast để xác định các
pha khác nhau trong vật liệu.
Một SEM bình thƣờng hay có gắn Xray detector elemental analysic.
d) Ƣu điểm và nhƣợc điểm của SEM
Cho kết quả chụp nhanh và chính xác.
Quan sát đƣợc cấu trúc bên trong của vật liệu.
Tuy nhiên độ phân giải của phƣơng pháp này không cao. Độ phân giải
của SEM còn phụ thuộc vào tƣơng tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và
điện tử.
2.3.3 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR)
Phổ hồng ngoại là một trong những phƣơng pháp quang phổ hấp thu
phân tử có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau.
Phổ hấp thu hồng ngoại là phổ dao động quay vì khi hấp thu bức xạ hồng
ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị kích thích.
Bức xạ hồng ngoại có độ dài sóng từ 0,8 đến 1000 µm và chia thành 3
vùng:
- Cận hồng ngoại : λ = 0,8 – 2,5 µm
- Trung hồng ngoại :λ = 2,5 – 50 µm
- Viễn hồng ngoại :λ = 50 – 1000 µm
Trong thực tế, phổ hồng ngoại thƣờng đƣợc ghi với trục tung biểu diễn
T%, trục hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần (4000 – 400 cm-1
).

2.3.4 Đo diện tích bề mặt (B.E.T)
Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt B.E.T đƣợc xây dựng bởi 3
nhà khoa học Stephen Brunauer, P.H. Emmet và Edward Teller vào năm
1983. Đây là phƣơng pháp đo diện tích bề mặt đầu tiên nhƣng vẫn đƣợc sử
dụng rộng rãi nhất cho đến nay. Phƣơng pháp này dựa trên sự hấp phụ đẳng
nhiệt khí nitơ trên bề mặt chất hấp phụ và tính diện tích bề mặt chất theo
phƣơng trình B.E.T cơ bản:
Phƣơng trình B.E.T
W: Khối lƣợng đƣợc hấp phụ ở áp suất khí quyển Po.
Wm: Khối lƣợng chất đƣợc hấp phụ trên đơn lớp bề mặt.
C: Hằng số B.E.T, phụ thuộc vào năng lƣợng hấp phụ vào đơn lớp.
Giản đồ của phƣơng pháp B.E.T đƣợc sử dụng bằng cách vẽ giá
trị 1/[W(Po/P)- 1](trục tung) theo P/Po (trục hoành). Phƣơng trình B.E.T bị
hạn chế bởi vùng giới hạn của đƣờng đẳng nhiệt (thƣờng trong khoảng
P/Po từ 0,05 đến 0,35).
Ngoài ra, sự hấp phụ khí nitơ còn đƣợc dùng để tính sự phân bố, thể tích
và kích thƣớc các lỗ xốp bằng phƣơng pháp BJH, DH và Interpolate [12].
2.4 Khảo sát khả năng làm khan cồn của Zeolit 3A
Nguyên liệu:
Zeolit 3A vừa tổng hợp.

Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình làm khan cồn bằng zeolit 3A ở pha
lỏng.
Mục đích thí nghiệm: xác định nhiệt độ thích hợp để làm khan cồn bằng
zeolite ở pha lỏng.
Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm đƣợc bố trí nhƣ hình 2.1 một yếu tố với
các lần lặp lại. Các nhiệt độ đƣợc chọn để tiến hành hấp phụ là: nhiệt độ môi
trƣờng, 40o
C, 50o
C, 60o
C,70o
C.
Quá trình hấp phụ đƣợc thực hiện ở pha lỏng, một lƣợng cố định
(20gam) zeolite 3A đƣợc cho vào bình cầu đáy bằng dung tích 500 ml, đồng
thời cho 100 ml cồn 90o
. Các điều kiện ban đầu đƣợc cố định ở tất cả các thí
nghiệm. Hỗn hợp sau khi cho vào bình cầu đáy bằng ta tiến hành gia nhiệt và
kết hợp khuấy trong thời gian 2 giờ. Kết quả cồn thu đƣợc sau 2 giờ đƣợc đo
bằng cồn kế.
Hình 2. 1Mô hình khảo sát khả năng làm khan cồn

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả tổng hợp
3.1.1 Kết quả tổng hợp zeolit 4A
Sau thời gian kết tinh lọc và sấy sản phẩm nhận thấy sản phẩm có chiều
hƣớng kết tinh tốt và quan sát về mặt cảm quan tôi thấy rằng:
Quan sát mẫu sau khi đƣợc xử lí nhiệt, loại bỏ một số tạp chất với mẫu
zeolit 4A tổng hợp, nhận thấy rằng hai mẫu về mặc cảm quan là nhƣ nhau.
Tuy nhiên, nếu nhìn kĩ hơn chúng ta sẽ thấy zeolit 4A tổng hợp có màu sẫm
hơn, chạm vào mịn hơn.
Hình 3. 1 Mẫu cao lanh (trái) và Zeolit 4A thu được (phải)
Zeolite 4A sau khi tổng hợp đƣợc theo các bƣớc ở mục 2.1, mẫu đƣợc
định danh bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Mẫu phân tích XRD đƣợc cho vào máy D8–ADVANCE, với điện áp gia
tốc 40 KV, cƣờng độ dòng 40 mA, bức xạ Cu–Kα (dùng tấm lọc Ni), tốc độ
quét 0.01o
2θ/0.2s. Sử dụng khoảng 1g mẫu để phân tích toàn bộ đá sau khi
nghiền thành mẫu bột, sau đó cho vào khay mẫu và cho vào máy phân tích.
Một đƣờng nhiễu xạ XRD đƣợc chạy cho mỗi mẫu với dãi góc từ 3o
2θ đến
60o
2θ
Kết quả chụp XRD nhƣ sau:

Hình 3. 2 Giản đồ XRD zeolit 4A tổng hợp
Hình 3. 3 Giản đồ XRD zeolit 4A chuẩn
Đối chiếu mẫu zeolit 4A tổng hợp và mẫu zeolit 4A chuẩn của nghiên
cứu tổng hợp zeolit 4A [13]. Tôi nhận thấy rằng hai mẫu có rất nhiều đặc
điểm giống nhau. Bởi vì:

Căn cứ vào mẫu chuẩn zeolit 4A và mẫu zeolit 4A tổng hợp nhận thấy
rằng: Mẫu zeolit 4A tổng hợp có các peak 7, 9, 10, 13, 25, 27, 30, 34,...là các
peak đặc trƣng của zeolit 4A. Tuy nhiên vẫn còn nhiều peak nhiễu của các
quartz vẫn còn. Vì vậy làm xuất hiện các peak có cƣờng độ thấp xung quanh
vùng 14o
đến 20o
.
Có đƣợc kết quả chụp XRD, tôi nhận thấy rằng mẫu zeolit tổng hợp
đƣợc đó chính là zeolit 4A. Để quan sát đƣợc hình thái học của zeolit 4A
tổng hợp trên tôi tiến hành chụp SEM.
Dƣới đây là hình chụp SEM cho thấy hình dạng cấu trúc bề mặt mẫu
zeolit 4A sau quá trình tổng hợp.
Hình 3. 4 Ảnh chụp SEM của meta cao lanh (trái) và zeolit 4A (phải)
3.1.2 Kết quả trao đổi ion tổng hợp Zeolit 3A
Sau khi thu đƣợc mẫu Zeolit 4A tổng hợp, tôi tiến hành trao đổi với ion
K+
nhằm biến đổi cấu trúc của zeolit 4A tạo zeolit 3A.
Dựa vào mặt cảm quan tôi thấy rằng kết quả mẫu thu đƣợc giống với
mẫu zeolit 4A ban đầu. Tuy nhiên để biết chính xác có sự thay đổi không. Tôi
tiến hành chụp XRD mẫu thu đƣợc.

Hình 3. 5 Mẫu zeolit 3A tổng hợp
Kết quả chụp XRD của mẫu zeolit 3A tổng hợp đƣợc thể hiện ở hình 3.6.
Hình 3. 6 Giản đồ XRD của Zeolit 3A tổng hợp
Hình 3. 7 Giản đồ XRD zeolit 3A chuẩn

Dựa vào phổ của zeolit 3A chuẩn của Wendy Rondón [11] và zeolit 3A
tổng hợp ta nhận thấy rằng:
Các peak vùng 8o
đến 14o
và vùng 25o
đến 32o
của mẫu zeolit 3A tổng
hợp chính là các peak đặc trƣng của zeolit 3A tổng hợp. Kết quả này cũng
hoàn toàn trùng khớp với các nghiên cứu trƣớc [11]. Bên cạnh đó các peak
đặc trƣng nhiễu của các quartz mất dần. Các peak nhiễu xạ nhỏ cạnh các peak
đặc trƣng với cƣờng độ cao mất dần. Chứng tỏ mẫu zeolit 3A tổng hợp chúng
ta tổng hợp đƣợc đó chính là mẫu zeolit 3A.
Mẫu zeolit 3A thu đƣợc tôi tiến hành chụp SEM và kết quả hình ảnh
đƣợc thể hiện ở hình 3.8.
Hình 3. 8 Hình chụp SEM Zeolit 3A
Từ kết quả XRD và ảnh SEM ta nhận thấy rằng mẫu zeolit 3A tổng hợp
các peak của quartz không còn, các peak đặc trƣng của zeolit 3A rõ ràng hơn
và có cƣờng độ mạnh hơn. Do đó, zeolit 3A tổng hợp đó chính là zeolit 3A.
3.2 Kết quả khảo sát khả năng làm khan cồn từ cồn công nghiệp
Khảo sát với thể tích cồn là 100ml, với nồng độ cồn ban đầu là 90o
cùng
với 20gam zeolit 3A. Tiến hành khảo sát nhƣ các bƣớc thực hiện ở mục
2.4.2. Kết quả đƣợc cho ở bảng 3.1

Nhiệt độ (o
C)
30 40 50 60 70
STT
Lần 1 93 93 92 91 90
Lần 2 93 94 93 91 90
Trung bình 93 93,5 92,5 91,0 90
Đồ thị thể hiện khả năng hấp phụ nƣớc của zeolit 3A đƣợc thể hiện
trong hình 9.3
94
93
92
91
90
89
88
93,5
93
92,5
91
90
30 40 50 60 70
Nhiệt độ hấp phụ cồn 90o
(o
C)
Hình 3. 9 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ
cồn
Dựa vào kết quả bảng và đồ thị ta nhận thấy khả năng hấp phụ cồn của
zeolit 3A thu đƣợc có khả năng hấp phụ nƣớc tốt ở nhiệt độ 40o
C. Kết quả
khảo sát này hoàn toàn phù hợp với cơ chế hấp phụ. Ban đầu zeolit năng
lƣợng để quá trình hấp phụ diễn ra cho nên khi tăng nhiệt độ từ 30 đến 40o
C
thì độ hấp phụ tăng. Khi đạt đƣợc mức năng lƣợng cần thiết vừa đủ thì độ
hấp phụ sẽ cao nhất. Khi nhiệt độ tăng cao thì quá trình giải hấp diễn ra. Cho
nên độ hấp phụ giảm.

Khảo sát khả năng hấp phụ nƣớc của 20gam zeolit 3A với thể tích cồn là
100ml với nồng độ cồn 95o

Luận Văn Group hỗ trợ viết luận văn thạc sĩ,chuyên đề,khóa luận tốt nghiệp, báo cáo thực tập,
Assignment, Essay
Nhiệt độ (o
C)
30 40 50 60 70
STT
Lần 1 96 97 96 95 95
Lần 2 95 97 96 96 95
Trung bình 95,5 97,0 96,0 95,5 95,0
Đồ thị khảo sát khả năng hấp phụ nƣớc của zeolit 3A
97,5
97
96,5
96
95,5
95
94,5
94
97
96
95,5 95,5
95
30 40 50 60 70
Nhiệt độ hấp phụ cồn 95o
Bảng 3. 3 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp
phụ cồn 95o
Nhận xét: đối với mẫu cồn 95o
khả năng hấp phụ của zeolit tăng từ 30o
C đến
40o
C. Độ hấp phụ tốt nhất ở 40o
C. Khi nhiệt độ cao hơn thì độ hấp phụ cồn
giảm đi. Điều này là do khi nhiệt độ tăng thì các phân tử nƣớc trở nên linh
động hơn nên chúng có thể dễ dàng bị hấp phụ vào các lỗ mao quản của
zeolite, tại nhiệt độ 500
C thì một lƣợng cồn ở mặt thoáng bắt đầu bị bốc hơi
khiến cho độ cồn bị giảm.

Tính toán khả năng hấp phụ

Việc tính toán độ hập phụ đƣợc tiến hành nhƣ việc khảo sát khả năng
hấp phụ nƣớc của cồn nhƣ mục 2.4.2. Tuy nhiên trƣớc khi tiến hành ta cân
lƣợng mẫu zeolit 3A (ghi lại kết quả). Sau khi thực hiện quá trình hấp phụ, ta
tiến hành lọc thu zeolit đã hấp phụ. Do có thể có lƣợng cồn bám trên các
khoảng không các hạt zeolit cho nên ta để mẫu ở nhiệt độ phòng khoảng 30

Luận Văn Group hỗ trợ viết luận văn thạc sĩ,chuyên đề,khóa luận tốt nghiệp, báo cáo thực tập,
Assignment, Essay

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn

Similar to Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn (20)

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn (20)

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn