Luận văn Khảo sát độ hấp phụ một số loại thuốc nhuộm trên bentonit biến tính

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU VỀ BENTONIT: 1.1.1 Thành phần và cấu trúc: Khoáng sét là hợp chất thuộc họ aluminosilicat tồn tại trong tự nhiên thành mỏ. Ở Việt Nam có nhiều mỏ khoáng sét trên cả ba miền. Khoáng sét có cấu trúc lớp bao gồm lớp các oxit nhôm và lớp của oxit silic. Các lớp liên kết với nhau qua cầu nguyên tử oxi. Tinh thể khoáng sét của lớp silicat được cấu tạo từ các tứ diện oxit silic sắp xếp thành mạng lục giác, liên kết với các mạng bát giác. Hạt sét khi phân tán trong nước tạo huyền phù có kích thước rất nhỏ khoảng một vài micromet. Khoáng sét ngậm nước là vật liệu mềm dẻo. Hai nguyên tố chiếm thành phần chính trong khoáng sét là nhôm và silic. Khoáng sét tự nhiên có cấu trúc lớp, các lớp trong cấu trúc khoáng sét hình thành từ hai đơn vị cấu trúc cơ bản: + Cấu trúc tứ diện của oxit silic (tetra hedral_Hình 1.1a) Hình 1.1b + Cấu trúc bát diện của oxit nhôm (octa hedral_ ). 3,4 Silic Cation Me (Al, Mg) Oxi Oxi Hình 1.1 : a) b) 5 Nếu chỉ có lớp tứ diện sắp xếp theo trật tự kế tiếp liên tục thì sẽ hình thành cấu trúc kiểu 1:1, đây là cấu trúc tinh thể của caolin. Nếu lớp bát diện nhôm oxit (hydroxyt) bị kẹp giữa hai lớp oxit silic thì khoáng sét đó thuộc cấu trúc 2:1. (Hình1.2). Sét có cấu trúc 2:1 điển hình là Bentonit và vecmiculit. Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể kiểu 1:1 và 2:1 của các loại khoáng sét. Bentonit (bent) là một loại sét tự nhiên, có thành phần chính là khoáng montmorillonit(MMT) có công thức hóa học tổng quát là Al2O3.4SiO2.nH2O và thêm một số loại khoáng sét khác như saponit Al2O3[MgO]4SiO2.nH2O; nontronit Al2O3[Fe2O3]4SiO2.nH2O; beidellit Al2O3.3SiO2.nH2O. Ngoài ra trong bentonit còn có một số khoáng sét khác như kaolinit, clorit, mica và khoáng phi sét như canxit, pirit, manhetit, biolit…các muối kiềm và các muối vô cơ. Vì thành phần chính trong bentonit là mont (60→70%) vì vậy bentonit được gọi theo tên khoáng vật chính là MMT. Thành phần hóa học và độ tinh khiết của MMT ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của nó. Cấu trúc tinh thể của MMT được tạo bởi hai mạng lưới tứ diện liên kết với mạng lưới bát diện ở giữa tạo nên một lớp cấu trúc (hình 1.3) 6 Hình 1.3: Cấu trúc tinh thể của Montmorillonit. Dung lượng trao đổi cation (CEC) của MMT dao động trong khoảng 70→150mdl/ 100g. Khoảng cách giữa các lớp (interlayer) trong từng điều kiện có giá trị từ 5→30 Ao. Bề mặt hình học của bentonit vào khoảng 500→760m2/g (ở trạng thái trương nở). Bề mặt của bentonit gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong. Bề mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể. Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt của các mao quản chuyển tiếp (hình thành do sự tiếp xúc của các hạt MMT). Sét Bentonit ở Việt Nam có hai nguồn chính: ở Di Linh Lâm Đồng và ở Tuy Phong Bình Thuận. Sét Di Linh Lâm Đồng là sét chứa ion kiềm thổ (Ca2+, Mg2+ +) còn sét ở Tuy Phong Bình Thuận chứa ion kiềm (Na , K+) nên có độ trương nở cao hơn, và khả năng trao đổi ion lớn. Tính chất trao đổi ion là một đặc trưng quý báu của bentonit. Nhờ đó mà người ta có thể biến tính bentonit để tạo ra vật liệu có tính chất xúc tác, hấp phụ và các tính chất hóa lý hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng chúng. [8], [9] 1.1.2 Các phương pháp phân tích : 1.1.2.1 Phương pháp phân tích thành phần hóa học: 7 Thành phần hóa học của bentonit được phân tích theo phương pháp phân tích nguyên tố thông thường đối với các loại aluminosilicat tự nhiên. Hàm lượng SiO2 được xác định bằng phương pháp trọng lượng. Phương pháp hấp thụ nguyên tử xác định hàm lượng Na2O và K2O trong bentonit. Các nguyên tố còn lại ở dưới dạng Al2O3, Fe2O3. FeO, CaO, MgO… được xác định bằng phương pháp chuẩn độ. TiO2 được xác định bằng phương pháp so màu. Lượng mất khi nung (MKN) của bentonit được xác định khi nung mẫu ở nhiệt độ 9000C. Khi phân tích thành phần hóa học của MMT, ngoài nguyên tố silic, nhôm, người ta còn phát hiện thấy sự có mặt các nguyên tố Fe, Ca, Mg, Ti, K, Na... Bảng 2.1 đưa ra thành phần hóa học của bentonit ở các mỏ khác nhau trên thế giới. Trong đó hàm lượng nước n=4→8. Tỉ lệ Al2O3 : SiO2 từ 1:2 đến 1:4. Thành phần hóa học của bentonit ảnh hưởng lớn đến cấu trúc, tính chất và khả năng sử dụng chúng. Xác định thành phần hóa học của bentonit là hết sức cần thiết nhằm định hướng biến tính chúng một cách hiệu quả nhất cho các mục đích sử dụng. [9] Bảng 1.1 Thành phần hóa học của một số loại bentonit SiO AlTên Mỏ Nước 2 2O Fe3 2O FeO TiO MgO CaO K3 2 2O Na2O H2O MKN Vakhrusev Nga 67,84 15,22 1,28 0,14 0 1,2 1,17 0 2,49 6,14 4,72 Mont Pháp 49,4 19,7 0,8 0 0 0,27 1,5 0,58 0,92 25,67 25,67 Waioning Mỹ 55,44 20,14 3,67 0,3 0 2,43 0,5 0,6 2,75 4,81 7,99 Xilaxiram Nhật 64,94 13,42 0,48 0 0,11 0,42 2,58 3,56 2,92 0 5,55 Bình Thuận VN 57,21 10,25 2,8 0,3 0,3 1,76 9,13 1,71 2,37 4,7 9,8 1.1.2.2 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X: Do tính linh động của khung tinh thể MMT mà khoảng cách cơ bản có thể thay đổi. Dựa vào sự thay đổi khoảng cách cơ bản khi thay thế các cation trao đổi ở khoảng không gian giữa các lớp bởi các cation, các chất phân cực khác hoặc khi thay đổi lượng nước hấp phụ trong đó, người ta có thể nhận biết được cấu trúc của mont bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Đây là một phương pháp hiệu quả và 8 nhanh chóng để phát hiện ra các loại cấu trúc của khoáng sét nói chung và MMT nói riêng. Theo các tác giả, pic nhiễu xạ đặc trưng d001 tương ứng với một lớp phản xạ trong cấu trúc của 1 lớp cấu trúc của MMT, kể cả lớp cation trao đổi và nước hấp phụ, tức là tương đương với khoảng cách cơ bản (khoảng 15 Å) Pic nhiễu xạ d001 nằm trong khoảng 7→30Å tương ứng với góc phản xạ 2θ=2→7Å. Pic nhiễu xạ d001=10Å đối với MMT đã đehydrat hóa hoàn toàn, d=15Å khi MMT được làm khô trong không khí, d gần bằng 17Å trong MMT tẩm glyxerin. Để phân biệt nhóm diocta và triocta người ta sử dụng pic nhiễu xạ Rơngen d060=1,5Å tương ứng vơi góc phản xạ 2θ=60o. Pic nhiễu xạ d060 phản ánh sự thay đổi lớp cấu trúc theo trục đứng. Nếu sét thuộc phân nhóm diocta thì d060 ≤ 1,51Å, Nếu sét thuộc nhóm triocta thì d060 ≥1,51Å. Nhờ sự xuất hiện của pic d060 mà người ta biết được rằng MMT thuộc các phân nhóm khác nhau. [9], [11], [14] Trong tự nhiên MMT không tồn tại ở dạng riêng biệt, nên việc các định chính xác cấu trúc tinh thể của MMT không chỉ dựa trên phương pháp phổ nhiễu xạ tia X, mà phải sử dụng một số phương pháp khác như phổ hồng ngoại(IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích nhiệt vi sai (DTA)… Bên cạnh đó phổ nhiễu xạ tia X còn đánh giá được chất lượng của sản phẩm nếu đối chiếu với phổ chuẩn sẵn có. Qua đó ta có thể đối chiếu để đánh giá mức độ hấp phụ của từng loại thuốc nhuộm trên MMT một cách khá chính xác. Hình 1.4 cho thấy sự khác biệt rõ rệt của các pic nhiễu xạ trên 3 loại MMT a) MMT-Na b) MMT-CDBA(một loại thuốc nhuộm hữu cơ) c) MMT-CP(một loại thuốc nhuộm hữu cơ) Hình 1.4 Phổ nhiểu xạ tia X của 3 loại MMT 9 1.1.2.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR): Nếu như nói rằng phương pháp Rơngen dùng để phân loại vì nhận biết cấu trúc của khoáng sét thì phương pháp phổ hồng ngoại dùng để phân tích các đặc điểm và các liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể sét. Vì vậy phương pháp hồng ngoại chỉ được sử dụng sau khi đã có kết quả phân tích Rơngen. Trong giải bước sóng hồng ngoại tử 400-4000 cm-1 trên phổ hồng ngoại cho biết những dao động liên kết trong mạng cấu trúc của MMT. Theo các tác giả, trên phổ IR các đám phổ nằm trong vùng dao động từ 400 đến 700 cm-1 tương ứng với dao động cấu trúc ở trung tâm mạng lưới. Đám phổ hấp phụ của dao động Si-O trong tứ diện SiO -14 nằm trong khoảng 420-470 cm . Đám phổ hấp thụ của các dao động hóa trị Fe3+-O, Mg2+-O tương ứng với các vùng 435-440 cm-1 và 515-540 cm-1. Điều này chứng tỏ có sự thay thế Al3+ trong bát diện bởi các cation Mg2+, Fe3+ 2+. Lượng Mg , Fe3+ thay thế càng lớn thì tần số đám phổ hấp thụ đặc trưng cho chúng càng giảm về phía tần số thấp. Nếu lượng cation Fe3+ -1 chiếm vị trí trong bát diện lớn thì có đám phổ cực đại ở vùng 430cm . Vùng 650-720cm-1 tương ứng với dao động hóa trị đối xứng Si-O-Si. Đám phổ dao động hóa trị phản đối xứng của liên kết Si-O-Si trong tứ diện xuất hiện trong khoảng 950-1250 cm-1 +3. Khi Al thay thế Si4+ trong tứ diện thì tần số đám phổ hấp thụ cực đại chuyển về tần số thấp. Điều này được giải thích bởi sự tăng khoảng cách trung bình của liên kết (Si,Al)-O khi thay thế Si4+ bằng Al3+. Đám phổ đặc trưng cho liên kết Al-O trong tứ diện ở vùng 815 cm-1. Còn phổ hấp thụ dao động biến dạng của liên kết Al3+-OH và Fe3+-OH trong bát diện nằm trong khoảng 875-920cm-1. -1 Các đám phổ nằm trong vùng dao động từ 3500-3700 cm tương ứng với các dao động hóa trị của nhóm hydroxyl trong mạng lưới cấu trúc của MMT. Đám phổ hấp thụ trong khoảng 3600 cm-1 tương ứng với dao động hóa trị của nhóm hydroxyl bên trong mạng lưới cấu trúc. Các dao động hóa trị của liên kết Fe+3-OH, và Mg2+-OH cũng nằm trong khoảng này. Nếu sự có mặt của Mg2+ và Fe3+ trong bát diện với một lượng đáng kể thì sẽ hình thành ba đỉnh hấp thụ cực đại của các 10 liên kết (3Mg2+ 2+)-OH; (2 Mg , Fe3+)-OH và (2Fe3+, Mg2+)-OH ứng với các tần số khác nhau. Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp biến tính người ta còn dựa vào dao động hóa trị của các phân tử hữu cơ để đánh giá chất lượng của sản phẩm điều chế. Ngoài ra, dựa vào sự dịch chuyển của các pic hấp phụ cực đại về phía tần số cao hoặc thấp hơn so với phổ chuẩn chúng ta có thể xác định được các liên kết của các nguyên tử trong mạng lưới cũng như sự thay thế các cation ở vị trí tâm của bát diện và tứ diện, các nhóm OH bề mặt,... Hay nói một cách tổng quát hơn, chúng ta có thể nhận biết các biến đổi cấu trúc và tính chất bề mặt của MMT một cách rất nhạy bằng phương pháp IR. [9], [10], [13] [14], [15] Một ví dụ cụ thể là ở Hình 1.5 cho thấy sự xuất hiện của những pic mới và sự thay đổi cường độ của những pic cũ giúp chúng ta có cơ sở rất vững chắc để đánh giá được rằng hai loại thuốc nhuộm hữu cơ đã thay đổi cấu trúc của MMT, khi kết hợp phổ hấp thu hồng ngoại (hình 1.5) với phổ nhiễu xạ tia X (hình 1.4). Hình 1.5 Phổ hấp thu hồng ngoại của 3 loại MMT Kết hợp với phương pháp phổ nhiễu xạ tia X và phương pháp phổ hấp thu hồng ngoại người ta còn sử dụng ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử quét (SEM). 1.1.2.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét(SEM): 11 Qua kính hiển vi điện tử quét người ta thấy rằng các hạt MMT được tạo thành là do các lớp chồng chất lên nhau hết lớp này đến lớp khác. Phương pháp SEM có thể xác định nhanh chóng và trực tiếp cấu trúc và hình dạng của hạt MMT trong không gian ba chiều. Vì vậy khi nghiên cứu hình thái học bề mặt của bentonit bằng kính hiển vi điện tử quét người ta có thể nhận thấy được khoảng cách lớp giản rộng hay hẹp tùy theo ion hay phân tử hữu cơ xen vào giữa hai lớp. [9], [15] Một ví dụ cụ thể ở Hình 1.6 cho thấy hình dạng và cấu trúc dạng lát mỏng của tập hợp các hạt mont. Hình 1.6 Ảnh SEM của MMT 1.1.2.5 Phương pháp đo diện tích bề mặt (BET): Bề mặt riêng của MMT được xác định bằng phương pháp hấp thụ đa phân tử BET đối với N2 ở 77oK. Diện tích bề mặt có thể tính theo phương trình: [9] S= ω. am. N= 4,35 V (1.1) m S là diện tích bề mặt riêng của MMT (m2/g) N là số Avogrado ω là diện tích phân tử Nitơ (=16,2Ǻ2) a là độ hấp phụ cực đại của một lớp (mol/g) m V là thể tích hấp thụ cực đại của một lớp (cm3/g) m được xác định theo phương trình đã biết. Vm 12 1.1.2.6 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA và nhiệt trọng lượng TGA: Để nghiên cứu sự thay đổi mạng lưới tinh thể MMT khi đun nóng, người ta sử dụng phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng trên phổ DTA của MMT có ba hiệu ứng thu nhiệt đặc trưng cho sự phá vở liên kết khi tăng nhiệt độ. o Hiệu ứng thu nhiệt thứ nhất ứng với khoảng nhiệt độ từ 110-220 C tương ứng với quá trình tách nước vật lí trong khoảng giữa các lớp cấu trúc và trên bề mặt của hạt MMT. Hiệu ứng thứ hai xuất hiện trong khoảng nhiệt độ 500-7200C. Tại khoảng nhiệt độ này xảy ra quá trình phá vở liên kết của các nhóm hydroxyl trong mạng lưới cấu trúc, dẫn tới sự mất nước hóa học trong MMT. o Mạng lưới MMT bị phá hủy hoàn toàn trong khoảng nhiệt độ từ 700-900 C, ứng với hiệu ứng nhiệt thứ ba trên phổ DTA. Đây là hiệu ứng đặc trưng nhất đối với MMT. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì MMT bị thiêu kết và nóng chảy ở 1200- 1300oC. Khi phân tích nhiệt trọng lượng TGA, người ta thấy rằng trong quá trình nung nóng MMT cùng với sự tăng nhiệt độ kèm theo sự giảm trọng lượng của MMT. Ở khoảng nhiệt độ 100-200oC, trọng lượng của MMT bị giảm 12%. Từ 200-300o o oC bị giảm 3%, từ 500-600 C. Khi nhiệt độ >600 C, thì trọng lượng của MMT hầu như không thay đổi. [9], [12], [13], [17] Ngoài ra, nếu tiến hành phân tích nhiệt ngay từ mẫu bent nguyên khai sẽ thu được kết quả của quá trình biến đổi nhiệt của các khoáng kèm theo, từ đó biết được chất lượng của bentonit. Mặt khác cho phép xác định khoảng nhiệt độ tới hạn khi xử lí mẫu mà không làm ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của bentonit. Hình 1.7 cho ta thấy được một số pick chính của bentonit và độ giảm khối lượng tương ứng của mẫu bentonit khảo sát. 13 Hình 1.7: Giản đồ DTA và TG của một số loại bentonit. 1.2. QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ: [1], [2], [3], [4] 1.2.1 Hieän töôïng haáp phuï: Haáp phuï trong moâi tröôøng nöôùc ñöôïc hieåu laø söï taêng noàng ñoä cuûa moät chaát tan (chaát bò haáp phuï) leân beà maët moät chaát raén (chaát haáp phuï). Chaát ñaõ bò haáp phuï chæ toàn taïi treân beà maët chaát raén, khoâng phaân boá ñeàu khaép trong toaøn boä theå tích chaát haáp phuï neân noù coøn ñöôïc goïi laø quaù trình phaân boá hai chieàu, khaùc vôùi quaù trình haáp thuï maø trong ñoù chaát tan sau khi ñöôïc laøm giaøu phaân boá ñeàu khaép theå tích chaát haáp thuï. [4] 1.2.2 Caùc loaïi haáp phuï: Ngöôøi ta phaân ra laøm hai loaïi haáp phuï: haáp phuï vaät lyù vaø haáp phuï hoùa hoïc. 1.2.2.1 Haáp phuï vaät lyù Khi ñaõ ñöôïc haáp phuï leân beà maët chaát raén, neáu töông taùc giöõa chaát haáp phuï vaø chaát bò haáp phuï khoâng lôùn, caáu truùc ñieän töû cuûa chaát bò haáp phuï ít thay ñoåi, nhieät haáp phuï toûa ra nhoû thì ngöôøi ta goïi noù laø haáp phuï vaät lyù. 14 Trong söï haáp phuï vaät lyù, chaát bò haáp phuï töông taùc vôùi beà maët chaát haáp phuï bôûi nhöõng löïc vaät lyù nhö löïc tónh ñieän, löïc taùn xaï, caûm öùng vaø löïc ñònh höôùng…, khoâng coù söï trao ñoåi electron giöõa hai chaát naøy. Söï haáp phuï vaät lyù ít coù tính chaát choïn loïc vaø laø thuaän nghòch. Haáp phuï vaät lyù laø haáp phuï khoâng ñònh vò, caùc phaàn töû chaát bò haáp phuï coù khaû naêng di chuyeån treân beà maët haáp phuï. Nhieät toûa ra trong quaù trình haáp phuï vaät lyù nhoû (töø 8 -10 kJ/mol). Khi noàng ñoä (aùp suaát) chaát bò haáp phuï taêng thì löôïng chaát bò haáp phuï (thöôøng ñöôïc bieåu dieãn baèng soá mol dö treân 1m2 beà maët) seõ taêng vaø ñaït giaù trò lôùn nhaát khi beà maët chaát haáp phuï ñöôïc phuû kín heát. Trong haáp phuï vaät lyù, quaù trình haáp phuï töï dieãn ra. Chaát bò haáp phuï coù xu höôùng baùm treân toaøn boä beà maët chaát haáp phuï, quaù trình naøy bò caûn trôû bôûi quaù trình ngöôïc – quaù trình giaûi haáp, laø quaù trình khuyeách taùn nhaèm ñaït ñeán phaân boá caân baèng chaát nhôø chuyeån ñoäng nhieät. Noàng ñoä chaát bò haáp phuï caøng cao thì löôïng chaát haáp phuï caøng nhieàu. Nhieät ñoä caøng cao, thì haáp phuï vaät lyù caøng thaáp. Ñoái vôùi moãi nhieät ñoä coù moät traïng thaùi caân baèng rieâng. Giaûi haáp laø quaù trình ngöôïc laïi vôùi quaù trình haáp phuï neân laø quaù trình thu nhieät. [4] 1.2.2.2 Haáp phuï hoùa hoïc: Neáu töông taùc giöõa chaát haáp phuï vaø chaát bò haáp phuï lôùn seõ laøm bieán ñoåi caáu truùc ñieän töû cuûa caùc nguyeân töû daãn ñeán söï hình thaønh lieân keát hoùa hoïc, nhieät toûa ra lôùn ngang vôùi nhieät phaûn öùng hoùa hoïc, quaù trình ñoù goïi laø haáp phuï hoùa hoïc. Khi bò haáp phuï leân beà maët moät chaát raén, chaát bò haáp phuï chieám choã cuûa moät caáu töû naøo ñaáy vaø “ñaåy” noù ra khoûi vò trí maø noù ñaõ “gaén” treân ñoù thì hieän töôïng ñoù goïi laø trao ñoåi ion. Do nhöõng ñaëc thuø rieâng veà baûn chaát giöõa caëp 15 chaát haáp phuï – chaát bò haáp phuï, chuùng coù theå taïo ra caùc loaïi phöùc chaát. Ranh giôùi phaân chia roõ raøng giöõa haáp phuï vaät lyù vaø haáp phuï hoùa hoïc laø raát khoù. Do haáp phuï hoùa hoïc nhôø löïc hoùa hoïc neân giaûi haáp dieãn ra khoù khaên vaø thöôøng giaûi haáp chaát khaùc thay cho chaát bò haáp phuï. Thöïc chaát giaûi haáp phuï khoâng phaûi laø ñöa phaân töû ra khoûi beà maët chaát haáp phuï, maø laø do söï phaân huûy hôïp chaát beà maët taïo thaønh trong haáp phuï hoùa hoïc. Haáp phuï hoùa hoïc, gioáng nhö phaûn öùng hoùa hoïc coù ñaëc ñieåm rieâng, nghóa laø caùc chaát bò haáp phuï xaùc ñònh môùi coù theå töông taùc vôùi chaát haáp phuï. Naêng löôïng hoaït hoùa taêng khi taêng möùc che phuû beà maët bôûi caùc phaân töû haáp phuï hoùa hoïc. Ñieàu naøy coù theå giaûi thích laø do coù caùc taâm hoaït ñoäng vaø naêng luôïng hoaït hoùa khaùc nhau. Caùc lôùp ña phaân töû hình thaønh trong haáp phuï hoùa hoïc goàm caùc hôïp chaát môùi ñöôïc goïi laø hôïp chaát beà maët, chuùng khoâng ñöôïc coi laø moät pha môùi hay moät chaát môùi. Thöïc teá, giöõa caùc phaân töû chaát bò haáp phuï vaø nguyeân töû (phaân töû) chaát haáp phuï xuaát hieän lieân keát hoùa hoïc, trong khi ñoù caùc nguyeân töû beà maët cuûa chaát haáp phuï vaãn töông taùc vôùi nhau. Naêng löôïng taïo thaønh lieân keát hoùa hoïc giöõa caùc phaân töû chaát bò haáp phuï vaø chaát haáp phuï khoâng ñuû maïnh ñeå ñöùt caùc nguyeân töû beà maët cuûa chaát haáp phuï trong maïng löôùi tinh theå. [2], [3], [4] 1.2.3 Caáu truùc chaát haáp phuï: 1.2.3.1 Caáu truùc hoùa hoïc Khi noùi veà caáu truùc hoùa hoïc laø noùi veà thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa caùc chaát haáp phuï. Thaønh hoùa hoïc chuû yeáu laø laø caùc oxit hoaëc hoãn hôïp oxit kim loaïi hay thaønh phaàn laø carbon nhö than hoaït tính. Moät soá chaát haáp phuï ít söû duïng (ví duï chaát haáp phuï coù nguoàn goác sinh hoïc (biosorbent)) coù thaønh phaàn phöùc taïp hôn do xuaát phaùt töø caùc cô theå soáng . [1] 16 Caáu truùc maïng chaát raén coù theå laø tinh theå (zeolit, graphit, caùc daïng thuø hình cuûa moät soá oxit nhoâm hay saét hoaëc caáu truùc lôùp cuûa moät soá loaïi khoaùng seùt…) vaø daïng caáu truùc voâ ñònh hình. Ñeå xaùc ñònh caáu truùc tinh theå thöôøng duøng caùc phöông phaùp phoå, ñaëc bieät laø phoå Rônghen. 1.2.3.2 Caáu truùc xoáp Ñaëc tröng cuûa caáu truùc xoáp bao goàm: ñoä xoáp hay theå tích roãng, söï phaân boá kích thöôùc mao quaûn theo ñoä lôùn, dieän tích beà maët, phaân boá dieän tích beà maët theo ñoä lôùn mao quaûn, theå tích cuûa caùc loaïi mao quaûn. - Ñoä xoáp cuûa chaát haáp phuï Trong moät vaät lieäu xoáp, theå tích cuûa noù goàm hai phaàn: phaàn chaát raén vaø phaàn khoâng gian roãng. Töø ñoù daãn tôùi hai ñaïi löôïng khoái löôïng: khoái löôïng thöïc vaø khoái löôïng bieåu kieán. Khoái löôïng rieâng thöïc tρ ñöôïc ñònh nghóa laø tæ leä giöõa khoái löôïng m vaø theå tích cuûa phaàn chaát raén V : r r t V m=ρ (1.3) laø tæ leä giöõa khoái löôïng vôùi theå tích toång cuûa noù V Khoái löôïng rieâng bieåu kieán bρ t: t b V m=ρ (1.4) < , = khi vaät lieäu ñaëc. Ta luoân coù bρ tρ bρ tρ Ñoä xoáp β ñöôïc ñònh nghóa laø tæ leä giöõa theå tích phaàn roãng treân theå tích toång: t b t r t rt V V V VV ρ ρβ −=−=−= 11 (1.5) - Mao quaûn vaø söï phaân boá theo ñoä lôùn 17 Veà caáu truùc xoáp cuûa chaát haáp phuï, ñeå coù ñöôïc moät hình aûnh th