Nghiên cứu khả năng tái sinh của sét hữu cơ chống trôm trong quá trình xử lý phẩm xanh trực tiếp DB-53

Nghiên cu
Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 24 - nm 2019
104
NGHIÊN CU KH NNG TÁI SINH CA SÉT HU C 
CHNG NHÔM TRONG QUÁ TRÌNH X LÝ PHM XANH 
TRC TIP DB - 53
Nguyn Th Ánh Tuyt
Trng i hc Tài nguyên và Môi trng Hà Ni
Tóm tt
Sau khi bin tính bentonite bng benzyl hexadecyl dimetyl amoni clorua 
(BHDDMA) và ion kim loi nhôm, vt liu có kh nng hp ph cht hu c rt cao. 
Nu thi trc tip ra môi trng, chính loi vt liu trên gây ô nhim môi trng th 
cp. Vi nghiên cu này, tác gi tin hành nghiên cu kh nng tái sinh ca vt liu 
sét hu c chng nhôm bng phng pháp oxi hóa vi tác nhân xúc tác H
2
O
2 
30%  
iu kin thng, phn ng c tin hành theo mô phng ca thit b phn ng gián 
on. Kt qu ca nghiên cu cho thy rng vt liu sét hu c chng nhôm có kh 
nng hp ph tt hp cht DB - 53, ngay c khi tái sinh ln th 4 vn cho kh nng 
hp ph DB - 53 rt tt.
T khóa: Sét hu c chng nhôm; Vt liu tái sinh; Ph hng ngoi.
Abstract
Research on regeneration ability of organic Al - pillared clays in the direct 
treatment with Blue DB - 53
After Bentonite being combined with benzyl hexadecyl dimethyl ammonium 
chloride (BHDDMA) and Aluminum metal ion, this material has great ability to adsorb 
organic matter. If it is discharged directly into the environment, it causes the secondary 
environmental pollution environment. This study researched on the regeneration ability 
of organic Al - pillared clays by oxidation method with 30% H
2
O
2 
catalyst under normal 
conditions, the reaction is conducted according to the simulation of interrupt reaction 
equipment. The results of the study showed that organic Al - pillared clays material 
has good adsorption capacity of DB - 53 compound, even when the 4th regeneration 
still gives good absorption capacity of DB - 53.
Keywords: Organic Al - pillared clays; Regeneration material; Infrared 
spectroscopy.
1. M u
Trong vài nm tr l i ây, mi quan tâm 
ngày càng tng do lng nc thi ca ngành 
công nghip ngày càng ln có cha các cht 
hu c c hi, tác ng tiêu cc n h sinh 
thái và nhân loi. Hàng lot phng pháp 
c a ra  loi b các cht gây ô nhim 
môi trng th cp trong ó có phng pháp 
oxi hóa có s dng cht xúc tác.
Nhóm tác gi [1] ã nghiên cu s 
dng TiO
2 
 tái sinh sét hu c vi bc 
sóng ngn ( > 254 nm) x lý c 99% 2 
- clophenol hp ph b phân hy trong thi 
gian 160 phút. Nm 2002, Nhóm tác gi 
[2] ã nghiên cu s dng H
2
O
2 
tái sinh 
sét chng st trong quá trình x lý loi 
b 4 - nitrophenol rt tt vi t l 3 mol 
H
2
O
2
/1 mol 4 - nitrophenol. Nm 2003, 
Nhóm tác gi [3] ã nghiên cu ánh giá 
hiu sut ca cht xúc tác hidro peroxit ti 
quá trình hp th nc thi cha hp cht 
phenol vi kt qu loi b 87,9% cht hu 
c  pH = 5, nhit  50oC trong thi gian 
Nghiên cu
Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 24 - nm 2019
105
180 phút và c bit cu trúc ca vt liu 
không thay i.
Ti Vit Nam, Nhóm tác gi [4] ã 
nghiên cu ánh giá cho thy hot tính 
quang hóa xúc tác ca TiO
2
 tt nht trong 
phn ng phân hy axit organe 10.
Vi nhiu phng pháp tái sinh vt 
liu sét chng hu c ã c nghiên cu 
 trên. Trong ó, phng pháp s dng tác 
nhân hóa hc hoc tác nhân có s ph tr 
ca ánh sáng hoc nhit trong quá trình tái 
sinh. Các tác nhân  trên giúp quá trình tái 
sinh t hiu qu nhanh hn trong thi gian 
không quá dài. Trong bài báo này, tác gi 
tin hành tái sinh bng phng pháp oxi 
hóa, vi tác nhân oxi hóa H
2
O
2
 30%  iu 
kin thng. Phn ng c tin hành theo 
mô phng ca thit b phn ng gián on.
2. Thc nghim
2.1. Hóa cht
Bentonit s dng trong nghiên 
cu này c sn xut  Thanh Hóa. 
Benzyl hexadecyl dimetyl amoni clorua (
 99%) 
mua t Sigma - Aldrich. Các hoá cht khác 
nh DB - 53 (95%), etanol (C
2
H
5
OH 98%), 
axit sunfuric (H
2
SO
4
 98%), dung dch m 
amoni (NH
4
+/NH
3
), nhôm clorua (AlCl
3
), 
natri hidroxit (NaOH) và Hydropeoxit 
30% (H
2
O
2
) u mua t Trung Quc.
2.2. Ch to vt liu tái sinh
iu ch dung dch chng: Ly 50 
ml dung dch AlCl
3 
vào cc iu nhit  
65oC trong vòng mt gi. Nh t t 100 
ml dung dch NaOH vào vi tc  0,5 
ml/phút. Dung dch c già hóa ti nhit 
 phòng trong 18 gi  ngui [5].
Quy trình tng hp vt liu sét hu 
c chng nhôm [6]:
Cho 10g sét vào nc to huyn phù. 
Nh t t dung dch chng nhôm vào 
huyn phù vi tc  2 ml/phút. Khuy 
hn hp ti nhit  phòng trong 12 gi 
và gi qua êm. Lc ra bng nc  
loi ht ion Cl-. Làm khô  80oC. Nung 
400oC trong thi gian 3 gi. Nghin nh, 
thu c sét chng nhôm.
iu ch sét hu c chng nhôm: Hòa 
tan 1 gam sét chng nhôm vào 50 ml H
2
O
2
trong cc chu nhit. iu chnh hn hp 
thu c  pH = 9, gia nhit  65oC trong 2 
gi. Tip ó, hòa tan mui benzyl hexadecyl 
dimetyl amoni clorua vi lng xác nh 
trong ancol etylic 98 %, thu c hn hp. 
Nh t t hn hp này vào huyn phù ca 
sét chng nhôm, tin hành phn ng  65oC 
trong 3 gi. Ngng cp nhit và  già hóa 
qua êm  nhit  phòng. Lc, ra bng 
nc nóng  45 - 55oC cho ti khi loi b 
hoàn toàn ion Cl-. Sy khô và nghin mn ta 
thu c sét hu c chng nhôm.
iu ch vt liu tái sinh: Ly 10 
g vt liu ã bão hòa hp ph, c lc 
và sy  65oC, nghin mn cho vào cc, 
thêm nc ti th tích 500 ml, tin hành 
khuy vi tc  400 vòng/phút trong 
thi gian 2 gi. Thêm lng H
2
O
2
 theo 
t l thích hp [2]. Tin hành lc, thu hi 
vt liu, sy và nghin mn. Xác nh cu 
trúc c trng ca vt liu bng phng 
pháp ph hng ngoi (IR). Có th nghiên 
cu kh nng tái sinh nhiu ln theo 
phng pháp trên.
2.3. Thí nghim hp ph DB - 53 
(Direct blue 53)
Phm xanh trc tip DB - 53 (Direct 
blue 53) thuc loi hp cht phenol có 
công thc C
34
H
24
N
6
Na
4
O
14
S
4
Nghiên cu
Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 24 - nm 2019
106
Quá trình hp ph c tin hành 
theo phng thc gián on. Ly 100 ml 
DB - 53 nng  t 0 n 1000 mg/l cho 
vào bình nón dung tích 250 ml, sau ó 
thêm 0,1 g vt liu hp ph và khuy liên 
tc trong mt thi gian xác nh  t 
cân bng hp ph. Nng  DB - 53 c 
xác nh i vi phn nc lc. 
2.4. Phng pháp phân tích 
c trng vt liu hp ph c 
kho sát bng phng pháp nhiu x tia 
X ghi trên máy ADVANCE - Bruker, ph 
hng ngoi o trên máy Nicolet Magna - 
IR Spectrometer, phng pháp phân tích 
nhit o trên máy Shimadzu DTA - 50H. 
Nng  DB - 53 c xác nh bng 
phng pháp so màu trên máy UV - VIS 
Novaspec II.
3. Kt qu và tho lun
3.1. c trng ca vt liu sét hu 
c chng nhôm
Sau khi ch to thành công sét hu 
c chng nhôm vi kt qu [7]:
- Kho sát thông s b mt c trng 
ca sét hu c chng nhôm có khong 
cách lp là 17Å, xut hin các nhóm chc 
amin bc 4 trên vt liu hp ph.
- Kho sát các yu t nh hng ti 
kh nng hp ph DB - 53 ca sét hu c 
chng nhôm.
+ pH ti u: 2
+ Thi gian hp ph: 100 phút
- Dung lng hp ph cc i: 714 mg/g.
3.2. Kho sát kh nng tái sinh ca 
sét hu c chng nhôm
a) Kho sát t l H
2
O
2
/ 1 gam Vt 
liu (VL)
Theo quy trình 2.2, tác gi tin hành 
kho sát t l H
2
O
2
/ 1 gam VL thay i t 
1:1; 3:1; 6:1; 9:1  phân hy ht lng 
DB - 53. 
Bng 1. Kt qu kho sát t l H
2
O
2
/1 gam VL và thi gian phân hy DB - 53
T l V
H2O2
/1g VL Thi gian phân hy ht DB - 53 (gi) % DB - 53 b phân hy
1:1 128 65%
3:1 58,75 68%
6:1 49 90%
9:1 80 70%
T bng trên, tác gi nhn thy t l 
H
2
O
2
/ 1 gam VL là 6:1 có kt qu phân hy 
DB - 53 tt nht. Trong các ln tái sinh tip 
theo, thêm t l H
2
O
2
/ 1 gam VL là 6:1.
b) Kho sát kh nng tái sinh ca 
vt liu
Trong nghiên cu này, tác gi tin 
hành tái sinh vt liu 4 ln, sau mi ln 
tái sinh xác nh c trng ca vt liu 
bng phng pháp ph IR và s dng vt 
liu tái sinh (VLTS) hp ph DB - 53 theo 
mô hình hp ph ng nhit Langmuir. 
Phng trình hp ph có dng:
.
  .
1 .
a f
max
a f
K C
q q
K C
=
+
q: Dung lng hp ph ti thi im 
kho sát
q
max
: Dung lng hp ph cc i
C
f
 : Nng  cht b hp ph ti thi 
im t cân bng hp ph
K
a
: Hng s
Nghiên cu
Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 24 - nm 2019
107
Hình 1: Ph IR ca bentonit (a) và sét hu c chng nhôm (b)
4
6
6
.1
2
5
3
9
.2
4
6
7
8
.3
1
1
0
3
6
1
4
6
6
.2
2
1
6
3
1
.8
2
2
8
5
3
.3
9
2
9
2
5
.8
7
3
4
3
0
.1
8
-0.00
 0.02
 0.04
 0.06
 0.08
 0.10
 0.12
 0.14
 0.16
 0.18
 0.20
 0.22
 0.24
 0.26
 0.28
 0.30
 0.32
A
b
so
rb
a
n
ce
 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 
Wavenumbers (cm-1)
Hình 2: Ph IR ca VLTS 1
4
5
3
.5
8
6
7
5
.3
0
1
0
3
6
.4
6
1
4
6
7
.2
2
1
6
3
3
.9
1
2
8
5
5
.3
2
2
9
2
7
.5
8
3
4
2
9
.9
3
-0.0
 0.1
 0.2
 0.3
 0.4
 0.5
 0.6
 0.7
 0.8
 0.9
 1.0
 1.1
 1.2
A
b
so
rb
a
n
ce
 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 
Wavenumbers (cm-1)
Hình 3: Ph IR ca VLTS 2
4
5
4
.6
7
6
8
0
.6
5
1
0
3
6
.9
0
1
4
7
0
.8
6
1
6
2
9
.6
0
2
8
5
3
.5
6
2
9
2
6
.7
6
3
4
3
6
.1
1
-0.00
 0.05
 0.10
 0.15
 0.20
 0.25
 0.30
 0.35
 0.40
 0.45
 0.50
 0.55
 0.60
 0.65
 0.70
 0.75
 0.80
A
b
so
rb
a
n
ce
 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 
Wavenumbers (cm-1)
Hình 4: Ph IR ca VLTS 3
4
5
4
.6
7
6
8
0
.6
5
1
0
3
6
.9
0
1
4
7
0
.8
6
1
6
2
9
.6
0
2
8
5
3
.5
6
2
9
2
6
.7
6
3
4
3
6
.1
1
-0.00
 0.05
 0.10
 0.15
 0.20
 0.25
 0.30
 0.35
 0.40
 0.45
 0.50
 0.55
 0.60
 0.65
 0.70
 0.75
 0.80
A
b
so
rb
a
n
ce
 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 
Wavenumbers (cm-1)
Hình 5: Ph IR ca VLTS 4
Kt qu thc nghim trên cho 
thy, các peak dao ng, c trng cho 
BHDDMA gn vào vt liu vn còn c 
trng cho dao ng - CH
3
 và - CH
2 
trong 
ankyl (2853 - 2925 cm-1) và - CN trong 
amin bc 4 (1466 - 1470 cm-1) sau 4 ln 
tái sinh. Ngoài ra còn các pic khác c 
trng cho bentonit nh: ám ph bin 
dng Si - O trong t din SiO
4
 (420 - 470 
cm-1), ám ph c trng cho liên kt 
Al - O trong bát din Al
2
O
3
 nm trong 
vùng 815 cm-1, nhóm OH- trong mng 
li nm trong vùng 3436 - 3440 cm-1 
[8]. Sau 4 ln tái sinh vt liu cht hu 
c BHDDMA c chèn vào bentonit 
không b mt i.
Nghiên cu
Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 24 - nm 2019
108
Bng 2. Kt qu kho sát kh nng hp ph DB - 53 ca VLTS
VLTS q max (mg/g) R2 % hp ph so vo vi VL ban u
Ban u 714 0,9993
VLTS 1 385 0,9939 54%
VLTS 2 370 0,994 51,82%
VLTS 3 357 0,977 50%
VLTS 4 385 0,95 54%
Mô hình hp ph ng nhit 
Langmuir mô t khá tt kh nng hp ph 
DB - 53 ca vt liu sau các ln tái sinh 
vi dung lng hp ph cc i rt cao, t 
l % hp ph DB - 53 so vi vt liu ban 
u ≥ 50%.
4. Kt lun
Vt liu sét hu c chng nhôm có 
kh nng hp ph tt hp cht DB - 53, 
ngay c khi tái sinh ln th 4 vn cho kh 
nng hp ph DB - 53 rt tt. c bit, 
trên ph hng ngoi vn còn các dao 
ng c trng cho liên kt hu c trong 
amin bc 4 BHDDMA, cho thy kh nng 
tn ti BHDDMA sau khi tái sinh bng 
phng pháp oxi hóa. T kt qu trên 
m ra hng s dng ngun nguyên liu 
bentonite sn có ti Vit Nam  to ra vt 
liu có kh nng hp ph và x lý tt hp 
cht DB - 53 cng nh các cht hu c 
gây ô nhim ngun nc.
TÀI LIU THAM KHO
[1]. István Ilisz and András Dombi, 
Károly Mogyorósi, András Farkas, and Imre 
Dékány (2002). TiO
2 
- Based Photocatalytic 
Degradation of 2 - Chlorophenol Adsorbed 
on Hydrophobic Clay. Environ. Sci. 
Technol, 36 (16), trang 3618 - 3624.
[2]. L. Chirchi, A. Ghorbel (2002). 
Use of various Fe-modifi ed montmorillonite 
samples for 4 - nitrophenol degradation by 
H
2
O
2
. Applied Clay Science, s 21, trang 271 
- 276.
[3]. Cezar Catrinescu, Carmen 
Teodosiu, Matei Macoveanu, Jocelyne 
Miehe-Brendle!, Ronan Le Dred (2003). 
Catalytic wet peroxide oxidation of phenol 
over Fe-exchanged pillared beidellite. 
Water Research 37, trang 1154 - 1160.
[4]. Nguyn Vn Dng, Phm Thúy 
Loan, ào Vn Lng, Cao Th Hà (2006). 
Nghiên cu iu ch vt liu xúc tác quang 
hóa TiO
2
 t sa khoáng Ilmenite. Phn III: 
ánh giá hot tính quang hóa xúc tác ca 
TiO
2
 trong phn ng quang phân hy Axit 
orange 10. Tp chí phát trin KH&CN, Tp 9, 
s 1, trang 25 - 31.
[5]. Barbara Witthuhn, Peter Klauth, 
Erwin Klumpp, Hans - Dieter Narres, 
Holger Martinius (2005). Sorption and 
biodegradation of 2,4 - dichlorophenol in 
the presence of organoclays. Applied Clay 
Science, S 28, tr. 55 - 66.
[6]. M.Sergio, M. Musso, J. Medina and 
W. Diano (2006). Aluminum - Pillaring of a 
Montmorillonitic Clay: Textural Properties 
as a Function of the starting Mineral Particle 
size. 
[7]. Nguyn Th Ánh Tuyt (2016). 
Tng hp vt liu sét hu c chng nhôm  
x lý DB - 53 trong ngun nc ô nhim. Tp 
chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng, S 
13, trang 12 - 18.
[8]. Nguyn ình Triu (1999). Các 
phng pháp vt lý ng dng trong hóa hc. 
NXB i hc quc gia Hà Ni, 1999.
BBT nhn bài: 28/02/2019; Phn 
bin xong: 12/3/2019