Trang chủ Bằng phát minh, sáng chế • Liên hệ     • Giới thiệu     • Tài liệu hướng dẫn

Phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 từ khoáng sét phlogopit

Cập nhật Thứ ba - 26/01/2016 10:03 In bài viết

1. Tên sáng chế, phát minh, giải pháp:
Phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 từ khoáng sét phlogopit
2. Số bằng,ký hiệu: 2-0000810
3. Thuộc lĩnh vực KH&CN Công nghệ khác (Giải pháp hữu ích)
4. Ngày công bố 25/12/2009
5. Ngày cấp 25/12/2009
6. Chủ sở hữu chính TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
7. Tác giả Tạ Ngọc Đôn ( VN)
8. Điểm nổi bật
Giải pháp hữu ích đề cập đến phương pháp sản xuất zeolit NaP1 từ khoáng sét phlogopit, trong đó chất tạo phức được đưa vào cùng với natri hydroxit nhằm xúc tiến nhanh quá trình xây dựng cấu trúc zeolit NaP1. Công đoạn kết tinh thủy nhiệt được tiến hành ở nhiệt độ 98°c, trong thời gian từ 12 đến 36 giờ. sản phẩm thu được có độ tinh thể đạt 80-89%.
9. Mô tả về sáng chế, phát minh, giải pháp

Lĩnh vực kỹ thuật được đề cập

Giải pháp hữu ích thuộc lĩnh vực tổng hợp zeolit (nhôm silicat tinh thể) từ khoáng sét tự nhiên. Cụ thể hơn, giải pháp hữu ích liên quan đến phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 trực tiếp từ khoáng sét phlogopit bằng cách sử dụng phương pháp kết tinh thủy nhiệt dưới tác dụng đồng thời của chất tạo phức và kiềm.

Tình trạng kỹ thuật của giải pháp hữu ích

Zeolit NaP1 là vật liệu nhôm silicat tinh thể có nhiều ứng dụng làm chất hấp phụ và trao đổi ion chọn lọc trong công nghiệp sản xuất hoá chất cơ bản, hoá chất tẩy rửa và bảo vệ môi trường. Hơn 20 năm qua, người ta vẫn không ngừng tìm kiếm các phương pháp tổng hợp loại zeolit này, đặc biệt là từ khoáng sét tự nhiên. Việc nghiên cứu đề xuất phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 từ khoáng sét cấu trúc 2:1 kiểu mica, điển hình là phlogopit, là vần đề rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, nhất là ở các quốc gia giàu tài nguyên khoáng sét loại này.

Phlogopit được biết đến như là khoáng sét cấu trúc lớp 2:1 rất bền vững, không trương nở, khả năng hấp phụ rất kém. Vì vậy, việc làm thay đổi cấu trúc của nó là rất khó khăn.

Theo tài liệu "Hoá học khoáng sét" của A. D. Newman và G. Brown (1987) đề cập về ứng dụng của phlogopit thì trong các ngành điện và ngành xây dựng, phlogopit được sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu cách điện, vật liệu chịu lửa và làm mặt kính mica; các ngành khác chưa sử dụng khoáng sét phlogopit.

Theo tài liệu "Đất sét chống" của J. J. Fripiat trang 284-321 (1999) và tài liệu "Chế tạo và đặc trưng vật liệu cấu trúc chống bởi nhôm từ khoáng sét mica phlogopit" của F. J. Del Rey-Perez-Cabllero và G. Poncelet trang 169-181 (2000) thì trong ngành công nghệ hoá học và bảo vệ môi trường, trên thế giới phlogopit chưa được sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp zeolit mà chúng thường chỉ được biến tính làm tăng khoảng cách giữa các lớp cấu trúc bởi các ion phức polyoxo của các kim loại như nhôm, titan,... (gọi là phương pháp chống), sau đó sử dụng làm chất xúc tác trong một số phản ứng chuyển hoá hydrocacbon. Ngoại trừ các tài liệu "Zeolit từ khoáng sét cấu trúc 2:1 kiểu mica,..." phần I, II, III của nhóm tác giả T. N. Đôn đăng trên tạp chí Hóa học (Việt Nam) các số T42(4) năm 2004, T43(l) và T43(2) năm 2005 đã đề cập tới phương pháp sản xuất zeolit NaP1 từ khoáng sét phlogopit, với chất tạo phức là EDTA, thời gian kết tinh thủy nhiệt từ 48 đến 72 giờ, zeolit NaP1 tạo thành có độ tinh thể 64-65,7%.

Bản chất kỹ thuật của giải pháp hữu ích

Mục đích của giải pháp hữu ích là đề xuất phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 từ khoáng sét phlogopit với thành phần hoá học: SiO2: 44,2-48,6%; Al2O3: 28,3-30,1%; FeO: 1,3-1,8%; MgO: 1,3-3,7%; Fe2O3: 0,3-0,9%; BaO: 0,3-0,7%; TiO2: 0,5-0,8%; H2O: 0,6-1,4%; K2O: 0,9-1,8%; lượng mất khi nung: 9,7-11,3%. Phương pháp này bao gồm các bước:

a. sấy mẫu khoáng sét phlogopit đã được sơ chế trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ 110°c, sau đó nghiền để tạo ra hạt có cỡ hạt nhỏ hơn 0,25mm rồi nung trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 600°c, áp suất thường;

b. trộn sản phẩm thu được ở bước (a) với natri hydroxit, nước sạch và chất tạo phức (urê) theo tỷ lệ mol: Na2O/Al2O3 = 1,2; H2O/Al2O3= 120; urê/Al2O3 = 1,8; hỗn hợp này được đồng thể hoá ở nhiệt độ phòng trong thời gian 96 giờ, sau đó kết tinh thủy nhiệt ở nhiệt độ 98°c trong thòi gian từ 12 đến 36 giờ có khuấy trộn liên tục;

c. rửa sạch sản phẩm thu được ở bước (b) bằng nước sạch cho đến khi nước rửa có độ pH = 9; sấy khô ở nhiệt độ 110°c, cuối cùng nghiền và tạo ra hạt có cỡ hạt nhỏ hơn 0,25mm.

Sản phẩm zeolit NaP1 thu được có độ tinh thể đạt 80-89%.

Mô tả chi tiết giải pháp hữu ích

Theo giải pháp hữu ích, nguồn nguyên liệu ban đầu được chọn là khoáng sét phlogopit với thành phần hoá học: SiO2: 44,2-48,6%; Al2O3: 28,3-30,1%; FeO: 1,3-1,8%; MgO: 1,3-3,7%; Fe2O3: 0,3-0,9%; BaO: 0,3-0,7%; TiO2: 0,5-0,8%; H2O: 0,6-1,4%; K2O: 0,9-1,8%; lượng mất khi nung: 9,7-11,3%.

Ưu điểm của giải pháp hữu ích chính là việc đưa chất tạo phức urê rẻ tiền tham gia trực tiếp vào quá trình chuyển hoá nhằm phá vỡ cấu trúc phlogopit và xúc tiến kết tinh thành zeolit NaP1. Đồng thời, quy trình tổng hợp đã sử dụng một tỷ lệ thích hợp các hợp phần tham gia, không cần bổ sung thêm thủy tinh lỏng mà sản phẩm vẫn có độ chọn lọc cao. Đặc biệt, giải pháp hữu ích đã sử dụng nguyên liệu đầu là khoáng sét phlogopit tự nhiên với thành phần hoá học dao động trong khoảng khá rộng nên có thể ứng dụng để tổng hợp zeolit NaP1 trên phạm vi lớn.

Phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 bao gồm các bước sau:

a. sấy mẫu khoáng sét phlogopit đã được sơ chế trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ 110°c, sau đó nghiền để tạo ra hạt có cỡ hạt nhỏ hơn 0,25mm rồi nung trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 600°c, áp suất thường;

b. trộn sản phẩm thu được ở bước (a) với natri hydroxit, nước sạch và chất tạo phức (urê) theo tỷ lệ mol: Na2O/Al2O3 = 1,2; H2O/Al2O3= 120; urê/Al2O3 = 1,8; hỗn hợp này được đồng thể hoá ở nhiệt độ phòng trong thời gian 96 giờ, sau đó kết tinh thủy nhiệt ở nhiệt độ 98°c trong thời gian từ 12 đến 36 giờ có khuấy trộn liên tục;

c. rửa sạch sản phẩm thu được ở bước (b) bằng nước sạch cho đến khi nước rửa có độ pH = 9; sấy khô ở nhiệt độ 110°c, cuối cùng nghiền và tạo ra hạt có cỡ hạt nhỏ hơn 0,25mm.

Sản phẩm thu được mịn và xốp, trong đó chứa zeolit NaP1 (mã quốc tế PDF 39-0219, công thức Na6Al6Si10O32.12H2O) với hàm lượng lớn, tạp chất còn lại là phlogopit với hàm lượng rất nhỏ chưa chuyển hoá.

Để đánh giá cấu trúc và các tính chất đặc trưng của sản phẩm thu được, các mẫu được phân tích trên máy phát nhiễu xạ BRUKER D8 ADVANCE (Đức). Chế độ ghi: ống phát tia Cu với bước sóng Kα = 1,54056 Å, điện áp 40kV, cường độ ống phóng 30mA, nhiệt độ 25°c và góc quét 2θ = 5 - 45°. Phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) theo phương pháp ép viên vói KBr, tỷ lệ 1mg mẫu/200mg KBr, áp lực nén là 2000kg/cm2 (200Mpa), trên máy SHIMADZU FTIR 8101M (Nhật) ở nhiệt độ 25°c, bước quét là 4cm-1 trong vùng dao động tinh thể từ 400 đến 1300cm-1. Chụp ảnh hiển vi điên tử quét (SEM) trên máy JSM 5410LV (Nhật).

Ngoài ra, để đánh giá nhanh kích thước mao quản và độ xốp của sản phẩm, các mẫu còn được xác định dung lượng trao đổi ion, xác định độ hấp phụ nước trong 15 giờ ở trạng thái tĩnh, nhiệt độ và áp suất thường sau khi sấy mẫu trong 6 giờ ở áp suất 4mmHg (500Pa), nhiệt độ 180°c.

Để đối chứng, các mẫu sản phẩm được tổng hợp theo phương pháp được mô tả trong giải pháp hữu ích được xác định cấu trúc và các tính chất đặc trưng trong cùng các điều kiện so với mẫu zeolit NaP1 chuẩn (của Anh, được tổng hợp từ hoá chất tinh khiết, độ tinh thể 100%).

Phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 từ khoáng sét phlogopit theo giải pháp hữu ích này đơn giản, dễ áp dụng, chi phí không cao, sản phẩm thu được có độ tinh thể tốt, dung lượng trao đổi ion lớn, khả năng hấp phụ cao.

Ví dụ thực hiện giải pháp hữu ích

Dưới đây là các ví dụ ưu tiên về phương pháp tổng hợp zeolit NaP1 (có công thức NagAl6Si10O32.12H2O) từ khoáng sét phlogopit theo giải pháp hữu ích.

Ví dụ 1

Sấy một lượng khoáng sét phlogopit ban đầu có trọng lượng xác định trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ 110°c, sau đó nghiền để có cỡ hạt nhỏ hơn 0,25mm rồi được nung trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 600°c, áp suất thường. Tiếp đến, phối trộn mẫu khoáng sét phlogopit này với natri hydroxit, nước sạch và chất tạo phức urê, trong đó tỷ lệ mol Na2O/Al2O3 = 1,2; H2O/Al2O3 = 120; urê/Al2O3 = 1,8. Hỗn hợp được đồng thể hoá ở nhiệt độ phòng trong thời gian 96 giờ, kết tình thủy nhiệt ở nhiệt độ 98°c trong thời gian 12 giờ, có khuấy trộn liên tục. Khi kết thúc phản ứng, mẫu được lọc rửa bằng nước sạch đến khi độ pH = 9; sấy khô ở nhiệt độ 110°c, cuối cùng nghiền và tạo ra hạt có cỡ hạt nhỏ hơn 0,25mm.

Kết quả xác định độ tinh thể zeolit NaP1 (YNaP1), dung lượng trao đổi ion Ba2+ ở pH=7 (C7) và độ hấp phụ nước (AH2O) của sản phẩm và mẫu chuẩn được thống kê trong bảng 1:

Bảng 1. Đặc trưng của các mẫu nghiên cứu

Bằng phương pháp XRD xác nhận zeolit NaP1 trong mẫu tổng hợp có cùng cấu trúc với mẫu zeolit NaP1 chuẩn, mã số tinh thể PDF 39-0219. Bằng phương pháp IR xác nhận zeolit NaP1 trong mẫu tổng hợp có các đỉnh hấp thụ cực đại tại các giá trị 1000, 740, 676, 600 và 435 cm-1 tương tự mẫu chuẩn. Bằng phương pháp SEM khẳng định tinh thể zeolit NaP1 trong mẫu tổng hợp có dạng hình cầu, kích thước đều nhau khoảng 3μm tương tự trong mẫu chuẩn.

Trong sáng chế không cần bổ sung thêm nguồn silic mà vẫn tổng hợp được zeolit NaP1 có tỷ lệ Si/Al = 1,67 là do có một phần nhôm đã bị chất tạo phức urê lấy ra khỏi mạng lưới khoáng sét và tan vào dung dịch.

Ví dụ 2

Phương pháp được thực hiện tương tự như trong Ví dụ 1 nhưng thời gian kết tinh thúy nhiệt tiến hành trong 24 giờ. Sản phẩm thu được có các dặc điểm như được mồ tả trong Bảng 2.

Bảng 2. Đặc trưng của các mẫu nghiên cứu

Ví dụ 3

Phương pháp được tiến hành tương tự như trong Ví dụ 1 nhưng thời gian kết tinh thủy nhiệt tiến hành trong 36 giờ. sản phẩm thu được có các đặc điểm như được mô tả trong Bảng 3.

Bảng 3. Đặc trưng của các mẫu nghiên cứu

10. Nội dung có thể chuyển giao
11. Thị trường ứng dụng
12. Hình ảnh minh họa
In bài viết
Các phát minh, sáng chế khác
 
Banner
Banner home right