Tài liệu Luận án nghiên cứu biến tính bentonit cổ định và ứng dụng trong xúc tác – hấp phụ

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN LÊ MỸ LINH NGHIEÂN CÖÙU BIEÁN TÍNH BENTONIT COÅ ÑÒNH VAØ ÖÙNG DUÏNG TRONG XUÙC TAÙC - HAÁP PHUÏ CHUYÊN NGÀNH: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ Mà SỐ: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. NGUYỄN HỮU PHÚ HUẾ, 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Lê Mỹ Linh Lời Cảm Ơn Trước hết, tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Nguyễn Hữu Phú và TS. Đinh Quang Khiếu, các thầy đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và định hướng cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Thêm những lời cảm ơn đặc biệt đến PGS. TS. Dương Tuấn Quang, TS. Hoàng Văn Đức, TS. Trần Xuân Mậu vì những giúp đỡ về tinh thần cũng như những ý kiến về khoa học trong quá trình thực hiện luận án. Chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Huế, khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Huế, Bộ môn Hóa lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cơ sở vật chất cho tôi trong suốt quá trình thí nghiệm. Cảm ơn các cán bộ, giảng viên khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Huế đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong công tác để tôi hoàn thành tốt luận án này. Cuối cùng, tôi cảm ơn gia đình, bạn bè và tất cả mọi người đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tác giả Nguyễn Lê Mỹ Linh MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU KHOÁNG SÉT ................................................. 3 1.1.1. Giới thiệu về vật liệu sét lớp smectit .......................................................... 3 1.1.2. Giới thiệu về bentonit ................................................................................. 3 1.1.3. Các tính chất hoá lí của bentonit ................................................................ 7 1.1.4. Nguồn bentonit ở Việt Nam hiện nay ........................................................ 9 1.2. SÉT HỮU CƠ ................................................................................................... 9 1.2.1. Giới thiệu về sét hữu cơ ............................................................................. 9 1.2.2. Phương pháp tổng hợp sét hữu cơ ............................................................ 10 1.2.3. Cấu trúc của sét hữu cơ ............................................................................ 11 1.2.4. Ứng dụng sét hữu cơ ................................................................................ 14 1.3. KHOÁNG SÉT TRỤ CHỐNG (PILLARED CLAY) .................................... 16 1.3.1. Giới thiệu về khoáng sét trụ chống .......................................................... 16 1.3.2. Tổng hợp khoáng sét trụ chống ................................................................ 16 1.4. HẤP PHỤ ASEN TRÊN VẬT LIỆU BENTONIT VÀ BENTONIT BIẾN TÍNH............................................................................................................ 24 1.4.1. Giới thiệu về asen ..................................................................................... 24 1.4.2.Tình hình nghiên cứu hấp phụ asen trên vật liệu bentonit và bentonit biến tính ................................................................................................ 24 1.5.1. Giới thiệu về phenol đỏ ............................................................................ 27 1.5.2. Tình hình nghiên cứu xử lý phenol đỏ ..................................................... 28 1.6. PHẢN ỨNG BENZYL HOÁ FRIEDEL-CRAFTS CÁC HỢP CHẤT THƠM TRÊN CÁC XÚC TÁC KHÁC NHAU ................................................... 30 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .................................................................................................................. 33 2.1. MỤC TIÊU ..................................................................................................... 33 2.2. NỘI DUNG ..................................................................................................... 33 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 34 2.3.1. Các phương pháp đặc trưng vật liệu......................................................... 34 i 2.3.2. Các phương pháp phân tích ...................................................................... 37 2.3.3. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ................................................................ 39 2.3.4. Nghiên cứu động học hấp phụ ................................................................. 40 2.4. THỰC NGHIỆM ............................................................................................ 41 2.4.1. Hóa chất .................................................................................................... 41 2.4.2. Tinh chế bentonit Cổ Định ....................................................................... 41 2.4.4. Tổng hợp vật liệu Fe-bentonit và Fe-CTAB-bentonit .............................. 44 2.4.5. Tổng hợp vật liệu Al-bentonit và Al-CTAB-bentonit .............................. 46 2.4.6. Nghiên cứu sự hấp phụ As(V) trong dung dịch nước trên vật liệu Fe-bentonit, Fe-CTAB-bentonit, Al-bentonit, Al-CTAB-bentonit .................... 50 2.4.7. Nghiên cứu sự hấp phụ phenol đỏ trong dung dịch nước trên vật liệu CTAB-bentonit, Fe-CTAB-bentonit, Al-CTAB-bentonit ........................... 51 2.4.8. Nghiên cứu phản ứng alkyl hóa Friedel-Crafts trên xúc tác Febentonit ............................................................................................................... 52 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 54 3.1. THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA BENTONIT CỔ ĐỊNH ............................................................................................................... 54 3.1.1. Thành phần hóa học và cấu trúc của bentonit Cổ Định ........................... 54 3.1.2. Một số tính chất hóa lý đặc trưng của bentonit Cổ Định ......................... 57 3.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU CTAB-BENTONIT ................................................ 64 3.2.1. Tổng hợp vật liệu CTAB-bentonit ........................................................... 64 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................... 71 3.3. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Fe-BENTONIT VÀ Fe-CTAB-BENTONIT ......... 72 3.3.1. Tổng hợp vật liệu Fe-bentonit .................................................................. 72 3.3.2. Tổng hợp vật liệu Fe-CTAB-bentonit ...................................................... 78 3.4. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Al-BENTONIT VÀ Al-CTAB-BENTONIT ......... 82 3.4.1. Tổng hợp vật liệu Al-bentonit .................................................................. 82 3.4.2. Tổng hợp vật liệu Al-CTAB-bentonit ...................................................... 90 3.5. NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ As(V) TRONG DUNG DỊCH NƯỚC TRÊN VẬT LIỆU Fe-BENTONIT, Fe-CTAB-BENTONIT, Al- BENTONIT, Al-CTAB-BENTONIT .................................................................... 96 ii 3.5.1. Lựa chọn chất hấp phụ và xác định điểm điện tích không của vật liệu đã lựa chọn .................................................................................................. 96 3.5.2. Ảnh hưởng của pH và cơ chế hấp phụ ................................................... 101 3.5.3. Động học của quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu Fe-bentonit, Fe-CTAB-bentonit, Al-bentonit và Al-CTAB-bentonit ................................... 106 3.5.4. Đẳng nhiệt hấp phụ................................................................................. 111 3.6. NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ PHENOL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC TRÊN VẬT LIỆU CTAB-BENTONIT, Fe-CTAB-BENTONIT VÀ Al-CTAB-BENTONIT ................................................................................ 116 3.6.1. Lựa chọn chất hấp phụ và xác định điểm điện tích không của vật liệu đã lựa chọn ................................................................................................ 116 3.6.2. Ảnh hưởng của pH và cơ chế hấp phụ ................................................... 118 3.6.3. Động học của quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu CTABbentonit, Al-CTAB-bentonit và Fe-CTAB-bentonit ....................................... 119 3.6.4. Đẳng nhiệt hấp phụ................................................................................. 121 3.7. NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ALKYL HÓA FRIEDEL-CRAFTS TRÊN XÚC TÁC Fe-BENTONIT ...................................................................... 124 3.7.1. Lựa chọn xúc tác .................................................................................... 124 3.7.2. Phản ứng benzyl hóa với các hợp chất thơm khác nhau ........................ 126 3.7.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng benzyl hóa p-xylen ...................... 127 3.7.4. Khảo sát tính dị thể của xúc tác và khả năng tái sử dụng xúc tác .......... 132 3.7.5. Động học phản ứng benzyl hóa p-xylen trên xúc tác 1,5FeN ................ 134 3.7.6. Đề nghị cơ chế phản ứng ........................................................................ 136 CÁC KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN ....................................................... 138 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................................................................................ 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 141 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic absorption spectroscopy) APTES 3-aminopropyltriethoxylane As Asen B Bentonit BC Benzyl clorua BDMB Benzyl-2,5-dimethylbenzen BET Brunauer-Emmett-Teller CEC Dung lượng trao đổi cation (cation exchange capacity) CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide DMP Diphenylmethane D-R Dubinin-Radushkevich EDX Tán xạ năng lượng tia X (Enegry Dispersive X-ray) EPIDMA Poly (epicholorohydrin dimethylamine) GC-MS Sắc ký khí ghép khối phổ (Gas Chromatography-MassSpectrometry) HDTMA Hexadecyl trimethylammonium IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) MDPM Methyl diphenyl methane MMT Montmorillonite MPTMS 3-mercaptopropyl trimethoxysilane NONT Nontronite OBDMA Ocdecyl benzyl dimethyl ammonium PDAMA Polydiallyldimethylammonium SEM Hiển vi điện tử quét(Scanning Electron Microscopy) STAB Steartrimonium bromide TG - DTA Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (Thermogravimetry - Differential thermal analysis) TTAB Tetradecyl-trimethylammonium bromide UV-Vis Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến (Ultra Violet-Visible) XRD Nhiễu xạ tia X (X - Ray Diffraction) iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Các dao động trên phổ IR của nontronit và sét lớp giàu sắt .....................6 Bảng 1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ đến khoảng cách không gian của sét hữu cơ .................................................................................................13 Bảng 1.3. Đặc trưng khoáng sét trụ chống bằng oxit kim loại và hỗn hợp oxit kim loại và ứng dụng.......................................................................................18 Bảng 1.4. Một số nghiên cứu hấp phụ As(V) trên bentonit biến tính và các chất hấp phụ khác ...................................................................................................27 Bảng 2.1. Các loại hóa chất chính sử dụng trong luận án .......................................41 Bảng 2.2. Ký hiệu tên các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp bằng phương pháp 1 và phương pháp 2 .........................................................................................44 Bảng 2.3. Ký hiệu tên các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở điều kiện thường (1) và ở điều kiện thủy nhiệt (2).............................................................................45 Bảng 2.4. Ký hiệu tên các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợp ở điều kiện thường (1) ...... 46 Bảng 2.5. Ký hiệu tên các mẫu Al-bentonit tổng hợp ở các nồng độ bentonit khác nhau..... 47 Bảng 2.6. Ký hiệu tên các mẫu Al-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ mol OH-/Al3+ khác nhau.... 47 Bảng 2.7. Ký hiệu tên các mẫu Al-bentonit tổng hợp với thời gian làm già dung dịch Al-pillaring khác nhau .....................................................................48 Bảng 2.8. Ký hiệu tên các mẫu Al-CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp 1 ..49 Bảng 2.9. Ký hiệu tên các mẫu Al-CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp 2 ..49 Bảng 3.1. Thành phần hóa học chính của mẫu bentonit Cổ Định ...........................54 Bảng 3.2. Thành phần hóa học của một số mẫu bentonit ở Việt Nam và các vùng khác trên thế giới .....................................................................................54 Bảng 3.3. Thành phần hóa học của các mẫu nontronit thế giới ..............................55 Bảng 3.4. Thành phần hóa học của bentonit Cổ Định tinh chế (N) .........................56 Bảng 3.5. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của vật liệu bentonit Cổ Định, Thuận Hải ......................................................61 Bảng 3.6. Giá trị CEC của các mẫu bentonit Cổ Định trước và sau khi tinh chế ...63 Bảng 3.7. Giá trị d001 của các mẫu N và CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp trao đổi ion và phương pháp trao đổi ion có sự hỗ trợ của siêu âm .......66 Bảng 3.8.Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của N, 0,4C1N và 0,8C1N...............................................................................70 Bảng 3.9. Các giá trị d001 và ∆d001 của các mẫu tổng hợp ở những nhiệt độ khác nhau ... 71 Bảng 3.10. Các giá trị d001 và ∆d001 của các mẫu Fe-bentonit ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau .................................................................................................74 v Bảng 3.11. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của N, 0,3FeN và 1,5FeN ...........................................................................77 Bảng 3.12. Các giá trị d001 và ∆d001 của các mẫu Fe-CTAB-bentonit ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau .............................................................................78 Bảng 3.13. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của các mẫu N, 0,4C1N, 0,3FeCN và 1,5FeCN ..........................................82 Bảng 3.14. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc mao quản của N, 2Al1N và 2,4Al1N.............................................................................87 Bảng 3.15. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt của 0,4CN2Al và 0,8CN2Al ...............................................................................................95 Bảng 3.16. Một số số liệu đặc trưng của các mẫu nghiên cứu ...............................98 Bảng 3.17. Giá trị pH của dung dịch As(V) trước và sau khi hấp phụ trên vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN (Co(As) = 12,98 mg/l), ), 2,4Al1N (Co(As) = 16,84 mg/l) và 0,4CN2Al (Co(As) = 8,46 mg/l)(T = 303K, m = 0,05 g) ..................102 Bảng 3.19. Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich của 0,3FeN, 0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al .........................................................113 Bảng 3.20. Dung lượng hấp phụ As(V) cực đại (qm) của vật liệu tổng hợp và so sánh với một số kết quả của các tác giả khác .....................................114 Bảng 3.21. Các thông số nhiệt động tính toán từ hằng số đẳng nhiệt Langmuir (KL) đối với quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al ..........................................................................115 Bảng 3.24. Các tham số của phương trình động học biểu kiến bậc 1, bậc 2 sự hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ở các nhiệt độ khác nhau.............................................................................................120 Bảng 3.25. Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ của đường đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ........................122 Bảng 3.26. Dung lượng hấp phụ phenol đỏ cực đại (qm) của vật liệu tổng hợp và so sánh với một số kết quả của các tác giả khác .....................................123 Bảng 3.27. Các thông số nhiệt động tính toán từ hằng số đẳng nhiệt Langmuir (KL) đối với quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ..............................................................................................124 Bảng 3.28. Phản ứng alkyl hóa với các hợp chất thơm khác nhau trên xúc tác 1,5FeN .................................................................................................126 Bảng 3.29. Các tham số thu được từ phương trình động học bậc 1 benzyl hóa p-xylen trên xúc tác 1,5FeN ................................................................130 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc không gian của smectit ................................................................4 Hình 1.2. Mô tả cấu trúc của sét hữu cơ sau khi chèn ion alkylammonium ..................12 Hình 1.3. Các dạng cấu trúc của phenol đỏ .............................................................28 Hình 1.4. Cơ chế phản ứng ankyl hóa benzen trên xúc tác FeCl3 ...........................30 Hình 2.1. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể ..................................................34 Hình 2.2. Nguyên tắc chung của phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM .......35 Hình 3.1. Giản đồ XRD của các mẫu BCĐ-TN (bentonit Cổ Định tự nhiên),N-2d (BENT-CĐ tinh chế để sa lắng 2 ngày)và N (BENT-CĐ tinh chế để sa lắng 4 ngày)(Q: quartz, K: kaolinite) ....................................................57 Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu N trước và sau khi nung ...............................58 Hình 3.3. Phổ IR của mẫu N.....................................................................................59 Hình 3.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (a) và đường phân bố bán kính mao quản (b) của các mẫu BCĐ-TN và N .....................................60 Hình 3.5. Đồ thị xác định điểm điện tích không của BCĐ-TN (a) và N (b) .............62 Hình 3.6. Giản đồ TG và DTA của mẫu BCĐ-TN và N ...........................................63 Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu N và CTAB-bentonit tổng hợp bằng phương pháp trao đổi ion và phương pháp trao đổi ion có sự hỗ trợ siêu âm ..64 Hình 3.8. Giản đồ XRD của các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp trao đổi ion với những hàm lượng CTAB khác nhau ............................65 Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp theo phương pháp trao đổi ion có sự hỗ trợ của siêu âm với những hàm lượng CTAB khác nhau65 Hình 3.10. Phổ IR của các mẫu N và CTAB-bentonit ..............................................68 Hình 3.11. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N, 0,4C1N, 1,5C1N...............69 Hình 3.12. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu 0,4C2N/S, 0,52N/S, 1,0C3N/S ...69 Hình 3.13.Đường hấp phụ và khử hấp phụ N2 của N, 0,4C1N và 0,8C1N ..............70 Hình 3.14. Giản đồ XRD của các mẫu CTAB-bentonit tổng hợp ở những nhiệt độ khác nhau...............................................................................................71 Hình 3.15. Giản đồ XRD của các mẫuFe – bentonit tổng hợp ở điều kiện thường và thủy nhiệt ...............................................................................................73 Hình 3.16. Giản đồ XRD của các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau ở điều kiện thường ...............................................................74 vii Hình 3.17. Giản đồ XRD của các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau ở điều kiện thuỷ nhiệt .......................................................................74 Hình 3.18. Phổ IR của các mẫu Fe-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  /nFe 3 khác nhau ở điều kiện thường ........................................................................75 Hình 3.19. Phổ IR của các mẫu Fe-bentonit tổng hợpở các tỉ lệ nOH  /nFe 3 khác nhau ở điều kiện thuỷ nhiệt ...................................................................75 Hình 3.20. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N và Fe-bentonit ...................76 Hình 3.21. Đường hấp phụ và khử hấp phụ N2 của N, 0,3FeN và 1,5FeN .............77 Hình 3.22. Giản đồ XRD của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau ở điều kiện thường ...............................................78 Hình 3.23.Giản đồ XRD của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợp ở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau ở điều kiện thuỷ nhiệt ..............................................................78 Hình 3.24. Phổ IR của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợpở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau ở điều kiện thường ...............................................................79 Hình 3.25. Phổ IR của các mẫu Fe-CTAB-bentonit tổng hợpở các tỉ lệ nOH  / nFe 3 khác nhau ở điều kiện thủy nhiệt ...........................................................80 Hình 3.26. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫuN, 0,4C1N và Fe-CTABbentonit ..................................................................................................81 Hình 3.27. Đường hấp phụ - khử hấp phụ N2 của các mẫu N, 0,4C1N, 0,3FeCN và 1,5FeCN.................................................................................................81 Hình 3.28. Giản đồ XRD của các mẫu Al-bentonit ở các phần trăm huyền phù khác nhau .......................................................................................................83 Hình 3.29. XRD của các mẫuAl-bentonit ở các tỉ lệ mol nOH  /n Al 3 khác nhau ........84 Hình 3.30. Phổ IR của các mẫu Al-bentonit ở các tỉ lệ mol nOH  /nAl 3 khác nhau ...85 Hình 3.31. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N và Al-bentonit tổng hợp ở những tỉ lệ mol nOH  /n Al 3 khác nhau .....................................................86 Hình 3.32. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ của các mẫu N, 2Al1N và 2,4Al1N .............................................................................................87 Hình 3.33. Giản đồ XRD của các mẫu Al-bentonit theo thời gian làm già dung dịch tạo ra trụ chống khác nhau ...................................................................88 viii Hình 3.34. Phổ IR của các mẫu Al-bentonit theo thời gian làm già dung dịch tạo ra trụ chống khác nhau ..............................................................................89 Hình 3.35. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu Al-bentonittheo thời gian làm già dung dịch tạo ra trụ chống ..............................................................90 Hình 3.36. Giản đồ XRD của các mẫu 2Al1N, 1,5C1N và 1,5CN2Al ......................91 Hình 3.37. Giản đồ XRDcủa các mẫu Al-CTAB-bentonit với hàm lượng CTAB khác nhau theo phương pháp 1 (với nOH  / nAl 3  2 ) .....................................92 Hình 3.38. Giản đồ XRD của các mẫu Al-CTAB-bentonit với hàm lượng CTAB khác nhau theo phương pháp 2 (với nOH  / nAl 3  2 ) ......................................92 Hình 3.39. Phổ IR của các mẫu Al-CTAB-bentonit với các hàm lượng CTAB khác nhau theo phương pháp 1 ......................................................................92 Hình 3.40. Phổ IR của các mẫu Al-CTAB-bentonit với các hàm lượng CTAB khác nhau theo phương pháp 2 ......................................................................93 Hình 3.41.Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N, 0,4C1N, 0,4CN2Al và 0,8CN2Al ...............................................................................................94 Hình 3.42. Giản đồ TG (a) và DTA (b) của các mẫu N, 2Al0,4CN và 2Al0,8CN ....94 Hình 3.43. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 của 0,4CN2Al và 0,8CN2Al ...............................................................................................95 Hình 3.44. Hiệu suất hấp phụ As(V) của mẫu N, các mẫu Fe-bentonit (a),Fe-CTABbentonit (b), Al-bentonit (c) và Al-CTAB-bentonit (d) ..........................97 Hình 3.45. Đồ thị xác định điểm điện tích không của vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al ..........................................................................100 Hình 3.46. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ As(V) trên mẫu 0,3FeN, 0,3FeCN (Co(As) = 12,98 mg/l), 2,4Al1N (Co(As) =16,84 mg/l) và 0,4CN2Al (Co(As) = 8,46 mg/l)(T = 303K, m = 0,05 g, t = 4 h)...........101 Hình 3.47. Phổ IR của mẫu 0,3FeN (a) và mẫu 0,3FeCN (b) trước và sau khi hấp phụ As(V) .............................................................................................103 Hình 3.48. Ảnh SEM của mẫu 0,3FeN, 0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al trước và sau khi hấp phụ As(V)..........................................................................105 Hình 3.49. Hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN (Co(As) = 11,95 mg/l, pH = 3,0) và 2,4Al1N, 0,4CN2Al (Co(As) = 16,84 mg/l, pH = 4,0) ở 283K, 293K, 303K và 313K .................................................................107 Hình 3.50. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN ở các nhiệt độ khác nhau ...................................108 ix Hình 3.51. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeCN ở các nhiệt độ khác nhau .................................108 Hình 3.52. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V) trên vật liệu 2,4Al1N ở các nhiệt độ khác nhau ..................................108 Hình 3.53. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a), bậc 2 (b) của sự hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,4CN2Al ở các nhiệt độ khác nhau................................108 Hình 3.54. Sự phụ thuộc lnk2 vào 1/T của sự hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN, 2,4Al1N và 0,4CN2Al ..........................................................110 Hình 3.55. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự hấp phụ As(V) trên 0,3FeN ở các nhiệt độ khác nhau ........................112 Hình 3.56. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự hấp phụ As(V) trên 0,3FeCN ở các nhiệt độ khác nhau ......................112 Hình 3.57. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự hấp phụ As(V) trên 2,4Al1N ở các nhiệt độ khác nhau .......................112 Hình 3.58. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b)của sự hấp phụ As(V) trên 0,4CN2Al ở các nhiệt độ khác nhau ....................112 Hình 3.59. Đồ thị lnKL theo 1/T xác định các thông số nhiệt động của quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu 0,3FeN và 0,3FeCN (a), 2,4Al1N và 0,4CN2Al (b) ......115 Hình 3.60. Hiệu suất hấp phụ phenol đỏ của các mẫu CTAB-bentonit (a), Al-CTAB-bentonit (b) và Fe-CTAB- bentonit (c) ................................117 Hình 3.61. Đồ thị xác định điểm điện tích không của vật liệu 0,8C1N, 2,4Al1N và 0,4CN2Al .............................................................................................117 Hình 3.62. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ trên mẫu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN (Co(phenol đỏ) = 100 mg/l, T=303K) ...118 Hình 3.63. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của sự hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N ở các nhiệt độ khác nhau ..................119 Hình 3.64. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của sự hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8CN2Al ở các nhiệt độ khác nhau...............119 Hình 3.65.Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của sự hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 1,5FeCN ở các nhiệt độ khác nhau ................119 Hình 3.66. Sự phụ thuộc lnk2 vào 1/T của sự hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ..........................................................121 Hình 3.67.Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlichdạng tuyến tính (b)của quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N .....................................121 x Hình 3.68. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b) của quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8CN2Al ở các nhiệt độ khác nhau .....................................................................................................122 Hình 3.69. Đường đẳng nhiệt Langmuir (a), Freundlich dạng tuyến tính (b) của quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 1,5FeCN ở các nhiệt độ khác nhau .....................................................................................................122 Hình 3.70. Đồ thị lnKL theo 1/T xác định các thông số nhiệt động của quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu 0,8C1N, 0,8CN2Al và 1,5FeCN ..............124 Hình 3.71. Độ chuyển hóa benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác Fe-bentonit, Al-bentonit và N (T = 343K, tỉ lệ mol p-xylen : benzyl clorua 22 : 1, khối lượng xúc tác: 0,02 g (N: 0,2 g)). ................................................125 Hình 3.72. Độ chuyển hóa benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN ở các tỉ lệ mol p-xylen và benzyl clorua khác nhau (T = 343K, khối lượng chất xúc tác: 0,02 g) ...........................................................................................127 Hình 3.73. Độ chuyển hóa benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN với những hàm lượng khác nhau (T = 343K, tỉ lệ mol p-xylen : benzyl clorua 22 : 1) .......................................................................................128 Hình 3.74. Độ chuyển hóa của benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN ở các nhiệt độ khác nhau (tỉ lệ mol p-xylen : benzyl clorua 22 : 1,khối lượng xúc tác 0,02 g) ...........................................................................128 Hình 3.75. Đồ thị mô hình động học bậc 1 của phản ứng benzyl hóa p-xylen trên xúc tác 1,5FeN ở các nhiệt độ khác nhau ...........................................130 Hình 3.76. Sự phụ thuộc lnk' vào 1/T của phản ứng benzyl hóa p-xylen trên xúc tác 1,5FeN .................................................................................................131 Hình 3.77. Độ chuyển hóa của benzyl clorua theo thời gian khi có xúc tác 1,5FeN và khi đã lọc xúc tác ............................................................................132 Hình 3.78. Độ chuyển hóa của benzyl clorua theo thời gian trên xúc tác 1,5FeN ban đầu và tái sử dụng (tỉ lệ mol p-xylen: benzyl clorua 22:1,khối lượng xúc tác 0,02 g, nhiệt độ 343K) ..................................................133 Hình 3.79. Giản đồ XRD của xúc tác 1,5FeN đã qua một lần sử dụng .................133 Hình 3.80. Dung lượng hấp phụ benzyl clorua và p-xylen theo thời giantrên xúc tác 1,5FeN (tỉ lệ mol p-xylen: benzyl clorua 1 : 1, khối lượng xúc tác 0,5 g, nhiệt độ 303K) .....................................................................................134 xi DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 1.1. Sơ đồ phản ứng chức năng hóa bề mặt bentonit với các hợp chất silan.10 Sơ đồ 1.2. Các dạng tồn tại của asen trong nước tùy thuộc vào pH ........................24 Sơ đồ 1.3. Phản ứng alkyl hóa aren Friedel-Crafts .................................................30 Sơ đồ 2.1. Quy trình tổng hợp CTAB – bentonit ......................................................43 Sơ đồ 2.2. Quy trình tổng hợp Fe – bentonit ............................................................45 Sơ đồ 2.3. Quy trình tổng hợp Fe-CTAB-bentonit....................................................46 Sơ đồ 2.4. Quy trình tổng hợp Al-bentonit ...............................................................47 Sơ đồ 2.5. Quy trình tổng hợp Al-CTAB-bentonit theo phương pháp 1 ...................48 Sơ đồ 2.6. Quy trình tổng hợp Al-CTAB-bentonit theo phương pháp 2 ...................49 Sơ đồ 3.1. Các hạt sơ cấp của bentonit trước và sau khi siêu âm ............................58 Sơ đồ 3.2. Sơ đồ minh họa vai trò của CTAB ...........................................................65 Sơ đồ 3.3. Cơ chế đề nghị hình thành cấu trúc vật liệu CTAB-bentonit ..................67 Sơ đồ 3.4. Phản ứng benzyl hóa hợp chất thơm trên xúc tác Fe-bentonit .............126 Sơ đồ 3.5. Cơ chế phản ứng benzyl hóa p-xylen trên xúc tác 1,5FeN....................137 xii MỞ ĐẦU Bentonit với thành phần chủ yếu là sét smectit với cấu trúc lớp 2:1, có cấu trúc mao quản, bề mặt riêng, dung lượng trao đổi ion lớn, độ bền cơ học và hóa học cao ... nên nó được sử dụng làm xúc tác trong các phản ứng hóa học, chất hấp phụ, chất trao đổi ion, chất mang ... Để cải thiện đặc tính, chất lượng của bentonit nhằm mở rộng ứng dụng của chúng, các nghiên cứu tập trung vào việc biến tính bentonit với nhiều kỹ thuật khác nhau. Các hướng nghiên cứu trên thế giới có thể kể ra là: (i) tổng hợp bentonit trụ chống (pillared bentonite) bằng các kim loại, oxit kim loại với các phương pháp khác nhau [46, 48, 98,115, 145, 150], (ii) tổng hợp vật liệu sét hữu cơ bằng cách hữu cơ hóa bentonit [61, 62, 65, 66, 75, 82], (iii) tổng hợp vật liệu polyme/bentonit nanocomposit [81, 86, 87]. Trong đó đáng quan tâm nhất là vật liệu sét chống tổng hợp bằng cách chèn ion Keggin Al13, Fe13,… vào khoảng giữa các lớp sét và sét hữu cơ. Ưu điểm của sét chống là diện tích bề mặt và thể tích mao quản lớn nên tính chất hấp phụ và xúc tác cải thiện đáng kể so với bentonit chưa biến tính [141], nhưng do bề mặt ưa nước nên sét chống hấp phụ yếu các hợp chất hữu cơ ô nhiễm. Trong khi đó, sét hữu cơ lại hấp phụ tốt các chất hữu cơ. Xuất phát từ ý tưởng kết hợp hai loại vật liệu này mà loại vật liệu mới ra đời khi chèn đồng thời cả ion kim loại lẫn chất hữu cơ gọi là sét vô cơ-hữu cơ (inorganic–organic clay). Tuy nhiên, cho đến nay vẫn còn ít công bố về loại vật liệu này về mặt tổng hợp cũng như ứng dụng. Nước ta có nguồn tài nguyên bentonit rất phong phú được phát hiện ở nhiều nơi với trữ lượng lớn: Cổ Định - Thanh Hóa, Di Linh - Lâm Đồng, Tuy Phong Bình Thuận … Tuy nhiên, bentonit ở nước ta mới được khai thác trong phạm vi nhỏ và chủ yếu được sử dụng làm vật liệu gốm, vật liệu xây dựng, xử lý môi trường… Do hàm lượng smectit trong bentonit ở nước ta tương đối thấp nên không thể sử dụng trực tiếp trong một số ngành công nghệ cao mà cần phải làm giàu và biến tính cấu trúc, bề mặt vật liệu. Mặc dù bentonit và các sản phẩm biến tính từ nó đã được quan tâm nghiên cứu nhiều trên thế giới, nhưng ở Việt Nam việc nghiên cứu biến tính bentonit Cổ Định một cách có hệ thống và ứng dụng hiệu quả của các loại vật liệu này trong hấp phụ và xúc tác vẫn còn rất hạn chế. Ngoài ra, với sự phát triển vượt bậc của khoa học và công nghệ đã thúc đẩy các ngành công nghiệp phát triển mạnh,bên cạnh những thành tựu đạt được, xã hội 1 đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm do một số ngành công nghiệp tạo ra. Trong đó, đáng chú ý là các chất thải từ các nhà máy lọc hóa dầu, dệt nhuộm, dược phẩm, chất dẻo, sơn, mỹ phẩm, thuốc trừ sâu ... Hậu quả là các nguồn nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (phenol và các dẫn xuất, thuốc nhuộm ...) và kim loại nặng ( Cd, Pb, As, Hg ...). Để cải thiện tình trạng ô nhiễm các chất hữu cơ, kim loại nặng ... , hướng nghiên cứu của các nhà khoa học là sử dụng vật liệu thiên nhiên có giá thành thấp, dễ kiếm như bentonit và bentonit biến tính làm chất hấp phụ. Do đó, việc sử dụng vật liệu biến tính bentonit Việt Nam sẽ đem lại những lợi ích kinh tế rất to lớn. Vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu biến tính bentonit Cổ Định và ứng dụng trong xúc tác - hấp phụ”. Mục tiêu của luận án là nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit hữu cơ, bentonit vô cơ và bentonit lai hợp hữu cơ – vô cơ. Vật liệu tổng hợp được ứng dụng trong hấp phụ ion kim loại nặng và chất hữu cơ ô nhiễm đồng thời ứng dụng trong xúc tác tổng hợp hữu cơ. Luận án được trình bày theo các chương mục chính sau: Mở đầu Chương 1. Tổng quan tài liệu Chương 2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm Chương 3. Kết quả và thảo luận gồm các vấn đề sau: - Tinh chế bentonit Cổ Định, nghiên cứu thành phần, cấu trúc và tính chất của bentonit Cổ Định. - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu CTAB-bentonit, Fe-bentonit, Al-bentonit, Fe-CTAB-bentonit, Al-CTAB-bentonit và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc của các loại vật liệu này. - Nghiên cứu động học và nhiệt động học quá trình hấp phụ As(V) trong dung dịch nước của vật liệu bentonit biến tính. - Nghiên cứu động học và nhiệt động học quá trình hấp phụ phenol đỏ trong dung dịch nước của vật liệu bentonit biến tính. - Nghiên cứu tính chất xúc tác của vật liệu bentonit biến tính trong phản ứng benzyl hóa các hợp chất thơm. Kết luận và kiến nghị Danh mục các bài báo liên quan đến luận án Tài liệu tham khảo 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU KHOÁNG SÉT 1.1.1. Giới thiệu về vật liệu sét lớp smectit Khoáng sét là vật liệu alumosilicat lớp dạng ngậm nước (hydrous aluminium phyllosilicates), đôi khi trong mạng cấu trúc của khoáng sét còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Fe, Mg, Ca, Na ... và một số các cation khác. Vật liệu khoáng sét được hình thành nhờ sự có mặt của nước. Khoáng sét là vật liệu rất quan trọng cho cuộc sống của con người và cho nhiều giả thuyết phát sinh ra sự sống. Khoáng sét được con người sử dụng từ lâu, từ thời tiền sử trong nông nghiệp và trong sản xuất hàng ngày. Khoáng sét có thể được chia thành hai nhóm chính: nhóm khoáng sét lớp 1:1 và nhóm 2:1. - Nhóm sét lớp 1:1: cấu trúc lớp cơ bản gồm 1 mạng tứ diện liên kết với 1 mạng bát diện,đại diện là kaolinit, saponit. - Nhóm sét lớp 2:1: cấu trúc lớp cơ bản gồm 1 mạng bát diện bị kẹp giữa 2 mạng tứ diện,đại diện là montmorillonit, nontronit, illit, vecmiculit, talc… Nhóm sét lớp 2:1 có tên gọi là smectit (smectite) được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất vì nó có nhiều tính chất đặc biệt và có nhiều ứng dụng trong công nghệ và trong đời sống.Sét smectit bao gồm các vật liệu montmorillonit, beidellit và nontronit (nhóm này thường được gọi là bentonit) thuộc phân nhóm smectit 2 tâm bát diện (dioctahedral) và vermiculit thuộc phân nhóm smectit 3 tâm bát diện (trioctahedral). Bentonit là sét lớp 2:1 kiểu hai tâm bát diện (dioctahedral), nghĩa là trong mỗi cụm 3 tâm bát diện thì có 2 tâm chứa 2 cation hóa trị 3 (chủ yếu là ion Al 3+), còn 1 tâm bỏ trống [135]. Vermiculit là sét lớp kiểu 3 tâm bát diện, nghĩa là tất cả các tâm bát diện đều được chiếm bởi các cation hóa trị 2 (cụ thể là ion Mg2+). 1.1.2. Giới thiệu về bentonit Bentonit là một loại khoáng sét tự nhiên có cấu trúc lớp (smectite: sét lớp), được hình thành từ phun trào núi lửa [109]. Sét lớp (smectite) có cấu trúc 2:1, gồm hai mạng tứ diện của SiO4 liên kết với một mạng bát diện ở giữa AlO6, được biểu diễn như hình 1.1. Trong quá trình phong hóa lâu dài, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm ..., thành phần hóa học của bentonit bị biến đổi theo từng niên đại, địa phương ... do sự 3 thay thế đồng hình của các kim loại trong các mạng tứ diện và bát diện. Bentonit là tên đại diện cho một số sét lớp 2:1 có thành phần hóa học khác nhau như § é dµy lí p sÐt TOT (2:1) 9,4 Å 15 Å Kho¶ng c¸ ch d(001) montmorillonit (MMT), beidellit (BEI), nontronit (NONT) [109]. M¹ ng tø diÖn M¹ ng b¸ t diÖn M¹ ng tø diÖn Kh«ng gian gi÷a 2 lí p sÐt C¸ c cation trao ®æi hydrat hãa: Li+, Na+,... Hình 1.1. Cấu trúc không gian của smectit Bentonit phổ biến nhất, thường gặp nhiều nơi trên thế giới là bentonit chứa sét lớp 2:1 montmorillonit (MMT) được thể hiện như hình 1.1. Thành phần hóa học của đơn vị cấu trúc cơ bản của một dạng MMT được biểu diễn bởi công thức: (Na,Ca)0,8(Si7,8Al0,2)IV(Al3,4Mg0,6)VIO20(OH)4(1.1) Độ dày của lớp cấu trúc 3 mạng (2 tứ diện và 1 bát diện) khoảng 9,4 Å, khoảng cách d001 từ mặt đáy tứ diện lớp 2 :1 này đến mặt đáy tứ diện của lớp 2 :1 khác khoảng 15 Å. Nghĩa là khoảng cách (khoảng trống) giữa 2 lớp 2 :1 là d = 1,5 – 9,4 = 5,6 Å 6 Å. Do sự thay thế đồng hình giữa các ion Al3+cho Si4+ trong mạng tứ diện và Mg2+ cho Al3+ trong mạng bát diện mà bề mặt của hai lớp sét mang điện tích âm. Điện tích này được bù trừ bởi các cation trao đổi ở trạng thái hydrat hóa nằm ở trong không gian giữa hai lớp 2 :1. Theo tài liệu [135], tỉ lệ Al :Si trong mạng tứ diện MMT xấp xỉ bằng 1 : (15 ÷ 30), và tỉ số Mg : Al trong mạng bát diện 1 : (4 ÷ 5). Do đó, dung lượng trao đổi cation (CEC : cation exchange capacity) của MMT khoảng 70 – 120 mđl/100g. Từ tỉ số Al : Si và Mg : Al có thể nhận thấy rằng, các điện tích âm của MMT tập trung chủ yếu ở mạng bát diện, nghĩa là đa số điện tích âm nằm xa bề mặt ngoài của lớp cấu trúc so với các tâm điện tích âm xuất hiện ở các tâm tứ diện, do đó lực liên kết của các cation hydrat với khung mạng MMT không lớn, nên chúng tương đối linh động (nghĩa là dễ dàng trao đổi ion với các cation khác, hoặc dễ dàng tách xa bề mặt làm cho d001 rộng ra hơn). 4 Một loại bentonit khác, ít nhôm, giàu sắt (iron-rich) của loại sét lớp 2:1 thường gặp là nontronit. Nontronit (NONT) có cấu trúc hình học như MMT nhưng thành phần hóa học khác với MMT. Thay vì 2 ion Al3+ trong mạng 2 tâm bát diện (dioctahidral) của MMT, sét NONT có 2 ion Fe3+ trong một đơn vị cấu trúc cơ bản. Ví dụ, một nontronit ở Venezuela có thành phần hóa học như sau [68]: (Na, 1 Ca)0,472(Si7,94Al0,06)IV(Fe3,528Mg0,412Al0,06)VIO20(OH)4(1.2) 2 Trong đó: (Si7,94Al0,06)IV : mạng tứ diện, (Fe3,528Mg0,412Al0,06)VI : mạng bát diện. Số điện tích âm của toàn mạng là: O20(OH)4 : (-2).20 + (-1).4 = - 44 (-2): điện tích của O2-, (-1): điện tích của nhóm OHSố điện tích dương của mạng là: Mạng tứ diện (Si7,94Al0,06)IV :(+4).7,94 + (+3).0,06 = + 31,94 Mạng bát diện (Fe3,528Mg0,412Al0,06)VI : (+3).3,528 + (+2).0,412 + (+3).0,06 = + 11,588 (+4): điện tích của Si4+, (+3): điện tích của Al3+, Fe3+ (+2): điện tích dương của Mg2+ Tổng điện tích dương của mạng tứ diện và bát diện là: + 43,528 Như vậy, điện tích âm bề mặt NONT là: - 44 + 43,528 = - 0,472 Trong mạng bát diện 4 Al3+ được thay cho 3,528 Fe3+ và 0,412 Mg2+, trong mạng tứ diện chỉ có 0,06 Al3+ thay thế đồng hình cho 0,06 Si4+. Do đó, lượng điện tích âm tạo ra cho mạng tứ diện là -0,06, cho mạng bát diện là -0,412. So sánh công thức (1.1) và (1.2) nhận thấy rằng tỉ số điện tích âm của MMT tạo ra từ mạng bát diện so với mạng tứ diện là (0,6 / 0,2) = 3. Trong khi đó NONT có tỉ số đó là (0,412 / 0,06) = 6,87. Nghĩa là NONT là sét lớp dễ trương nở hơn so với sét MMT. Đôi khi trong MMT cũng có lẫn một số ít Fe. Do đó, khi vật liệu smectit có hàm lượng Fe3+ < 1 % mol thì thuộc về nhóm MMT, còn khi Fe3+ > 3 % mol thì thuộc về nhóm NONT. Ở Việt Nam, người ta đã phát hiện được nhiều vùng mỏ bentonit. Bentonit Thuận Hải, bề ngoài có màu xanh xám, ít sắt, chứa nhiều khoáng MMT. Ở vùng Cổ Định, Thanh Hóa có mỏ bentonit chứa nhiều sắt, ít nhôm, đó là bentonit chứa chủ yếu khoáng NONT. Có nhiều phương pháp để xác định các đặc trưng của sét, nhưng phương pháp hồng ngoại (IR) là một kỹ thuật được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất. 5