Nghiên cứu điều chế và cấu trúc sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc với cetyltrimetylamoni bromua

Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 25, Số 2/2020 
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ CẤU TRÚC SÉT HỮU CƠ TỪ BENTONIT 
TRUNG QUỐC VỚI CETYLTRIMETYLAMONI BROMUA 
Đến tòa soạn 18-11-2019 
Phạm Thị Hà Thanh, Nguyễn Thị Minh Hảo 
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên 
SUMMARY 
SYNTHESIS AND STRUCTURE RESEARCH ORGANOCLAYS FROM 
CHINA BENTONITE WITH CETYLTRIMETHYLAMMONIUM BROMIDE 
Organoclay is synthesized from China bentonite and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) by wet 
method. The influence of organoclay making process on the distance of the organoclay layers (d001) and 
the level of intrusion CTAB into bentonite were studied. By X-ray diffraction method, the direct method 
calcined sample, we determined suitable conditions for preparing organoclays from China bentonite 
and CTAB: reaction temperature is 40oC, the volume ratio CTAB/bentonite is 0.5, pH reactionis 8, the 
reaction time is 4h. The product is dried for 48 hours at 80oC. Organoclay synthesis is studied by the 
methods as XRD, TGA, SEM. The d001 and organic content in the respective product is 19,054Å; 
26,89%. SEM images showed that the organoclay synthesis has layer structure and high porosity. 
Keywords: Synthesis, bentonite, cetyltrimethylammonium bromide, organoclays, structure. 
1. MỞ ĐẦU 
Bentonit có các tính chất đặc trưng là trương 
nở, kết dính, hấp phụ, trơ, nhớt và dẻo, với trữ 
lượng lớn nên được ứng dụng rộng rãi trong 
nhiều ngành công nghiệp, làm chất xúc tác chất 
tạo huyền phù trong sơn, thuốc nhuộm, làm 
chất hấp phụ trong xử lý nước thải, khử giấy, 
mực, làm chất đầu chế tạo nanocompozit... Đặc 
biệt, nhờ khả năng hấp phụ và trao đổi ion tốt 
nên bentonit cũng đã được ứng dụng trong xử 
lí ô nhiễm môi trường. Việc nghiên cứu chế tạo 
và sử dụng vật liệu hấp phụ sét hữu cơ dựa trên 
cơ sở bentonit biến tính có cấu trúc lớp và 
khoảng cách giữa các lớp lớn để khắc phục 
nhược điểm của than hoạt tính và zeolit, phát 
huy được tác dụng khi hấp phụ các phân tử 
hữu cơ phức tạp, cồng kềnh đã được phát triển 
mạnh mẽ trong những năm gần đây ở Việt 
Nam và trên thế giới, mở ra những ứng dụng 
lớn trong việc xử lí các nguồn nước bị ô nhiễm 
chất hữu cơ như phenol và các dẫn xuất, các 
loại phẩm nhuộm...[1], [2], [3], [4], [5], [6]. 
Tuy nhiên sét hữu cơ tổng hợp từ nguồn 
bentonit Trung Quốc với cetyltrimetylamoni 
bromua (CTAB) chưa được nghiên cứu nhiều. 
Vì vậy chúng tôi định hướng khảo sát một số 
yếu tổ ảnh hưởng tới quá trình điều chế sét hữu 
cơ từ bentonit Trung Quốc với CTAB, sét hữu 
cơ điều chế có thể được ứng dụng trong xử lý ô 
nhiễm môi trường nước. 
2. THỰC NGHIỆM 
2.1. Hóa chất, thiết bị 
Hóa chất: Sử dụng bentonit Trung Quốc (bent-
TQ), có thành phần chính là SiO2 (46 – 56%), 
Al2O3 (11 – 23%), Fe2O3 (>5%), MgO (4 – 
9%), CaO (0,8 – 3,5%), ngoài ra còn có K2O 
và Na2O. Tác nhân hữu cơ hóa được sử dụng là 
muối amoni: C19H42BrN (M = 364,45 g/mol) 
cetyltrimetylamoni bromua. Các hóa chất khác: 
HCl 0,1M, NaOH 0,1M, AgNO3 0,1M. 
117
Thiết bị: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu 
sét hữu cơ được đo trên máy D8 Advanced 
Bruker (CHLB Đức) với anot Cu có λ (Kα) = 
0,154056nm, khoảng ghi 2θ = 1,5o÷10o, tốc độ 
0,01o tại khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa 
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Giản 
đồ phân tích nhiệt được ghi trên máy phân tích 
nhiệt TGA/DSC1 METTLER TOLEDO (Thụy 
Sĩ), khoảng nhiệt độ làm việc từ nhiệt độ phòng 
đến 800oC, tốc độ nâng nhiệt 10oC/phút, trong 
môi trường không khí tại Trường Đại học Sư 
phạm, Đại học Thái Nguyên. Ảnh SEM của các 
mẫu vật liệu được chụp trên thiết bị JEOL.5300, 
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa 
học và Công nghệ Việt Nam. 
2.2. Tổng hợp sét hữu cơ 
Quá trình khảo sát một số điều kiện điều chế sét 
hữu cơ được tiến hành như sau: cho 1,0 gam 
bent-TQ vào trong cốc thủy tinh 250ml chứa 
100ml nước, khuấy tan rồi ngâm trương nở trong 
24 giờ, cho bentonit trương nở tối đa tạo huyền 
phù bentonit 1%. Muối CTAB được khuấy tan 
đều trong 50ml nước ở nhiệt độ thường theo khối 
lượng nhất định. Cho từ từ từng giọt dung dịch 
muối CTAB vào dung dịch chứa huyền phù 
bentonit 1%, điều chỉnh pH bằng dung dịch 
HCl 0,1M hoặc NaOH 0,1M đến giá trị khảo 
sát.Tiếp tục khuấy ở nhiệt độ và thời gian xác 
định trên máy khuấy từ gia nhiệt. Sau khi phản 
ứng, hỗn hợp được để ổn định trong 12 giờ tại 
nhiệt độ phòng, sau đó lọc rửa kết tủa với nước 
cất để loại bỏ CTAB dư và ion bromua, kiểm 
tra bằng dung dịch AgNO3 0,1M. Sản phẩm 
được làm khô trong 48 giờ ở 80oC, nghiền mịn, 
thu được sét hữu cơ. Đánh giá các mẫu sản 
phẩm sét hữu cơ bằng giản đồ XRD và phân 
tích nhiệt. 
Nghiên cứu mẫu sét hữu cơ điều chế ở điều 
kiện đã khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ 
tia X (XRD), phương pháp phân tích nhiệt 
(TGA) và phương pháp hiển vi điện tử quét 
(SEM). 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ 
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản 
ứng 
Điều chế sét hữu cơ theo quy trình 2.2 với khối 
lượng bent-TQ là 1,0 gam, khối lượng CTAB 
0,5 gam; pH phản ứng bằng 9, thời gian phản 
ứng 4 giờ, nhiệt độ phản ứng lần lượt là 20oC, 
30oC, 40oC, 50oC, 60oC và 70oC. 
Bảng 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới giá trị d001 
và hàm lượng (%) cation xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 
Nhiệt độ (oC) Bent-TQ 20 30 40 50 60 70 
d001 (Å) 12,401 18,852 19,047 19,571 19,162 19,133 18,880 
Hàm lượng (%) cation 
hữu cơ xâm nhập 
0,00 26,13 26,45 27,42 26,72 26,61 26,17 
Từ kết quả ở bảng 1 cho thấy sét hữu cơ điều chế 
có giá trị d001 tăng lên từ 12,401Å (bent- TQ) đến 
khoảng giá trị 18,852Å ÷ 19,571Å (trong các mẫu 
sét hữu cơ). Giá trị d001 và hàm lượng % cation 
xâm nhập tăng lên khi nhiệt độ phản ứng tăng 
từ 20oC ÷ 40oC đồng thời đạt cực đại ở giá trị 
nhiệt độ là 40oC với d001 bằng 19,571Å và (%) 
cation xâm nhập là 27,42%, nhưng khi tăng 
nhiệt độ phản ứng lên từ 40oC ÷ 70oC thì các 
giá trị này lại giảm dần. 
Vì vậy, nhiệt độ phù hợp được lựa chọn cho 
quá trình điều chế sét hữu cơ là 40oC. 
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối 
lượng CTAB/bent-TQ 
Điều chế sét hữu cơ theo quy trình 2.2 với khối 
lượng bent-TQ là 1,0 gam, nhiệt độ phản ứng 
40oC, pH phản ứng bằng 9, thời gian phản ứng 4 
giờ, khối lượng CTAB lần lượt là 0,2; 0,3; 0,4; 
0,5; 0,6; 0,7 gam. 
118
Bảng 2: Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng CTAB/bent-TQ đến giá trị d001 
và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 
Tỷ lệ khối lượng 
CTAB/bent-TQ 
Bent-TQ 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 
d001 (Å) 12,401 14,893 18,316 18,966 20,095 19,221 19,193 
Hàm lượng (%) cation 
hữu cơ xâm nhập 
0,00 19,14 25,25 26,42 28,42 26,83 26,74 
Từ kết quả ở bảng 2 cho thấy sét hữu cơ điều 
chế được có giá trị d001 tăng lên từ 12,401Å 
(bent-TQ) đến khoảng giá trị 14,893Å ÷ 
20,095Å (trong các mẫu sét hữu cơ). Giá trị 
d001 tăng lên khi tỉ lệ khối lượng tăng từ 0,2 ÷ 
0,5 gam và đạt giá trị cực đại ở 0,5 với giá trị 
d001 là 20,095Å, tuy nhiên giá trị này lại giảm 
dần khi khối lượng tăng lên từ 0,6 ÷ 0,7 gam. 
Đồng thời hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm 
nhập trong sét hữu cơ cũng tăng lên khi tăng tỉ 
lệ khối lượng từ 0,2 ÷ 0,5, đạt cực đại ở tỉ lệ 
0,5 với hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập 
là 28,42% nhưng khi tăng tỉ lệ khối lượng lên từ 
0,5 ÷ 0,7 gam thì hàm lượng (%) cation xâm 
nhập lại giảm về giá trị 26,74%. 
Vì vậy tỉ lệ khối lượng CTAB/bent-TQ được 
lựa chọn cho quá trình điều chế sét hữu cơ là 
0,5. 
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH phản ứng 
Điều chế sét hữu cơ theo quy trình 2.2 với khối 
lượng bent-TQ là 1,0 gam, nhiệt độ phản ứng 
40oC, thời gian phản ứng 4 giờ, pH phản ứng 
lần lượt là 6, 7, 8, 9, 10, 11. 
Bảng 3: Ảnh hưởng của pH phản ứng đến giá trị d001 
và hàm lượng cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 
pH Bent-TQ 6 7 8 9 10 11 
d001 (Å) 12,401 18,395 19,193 19,221 19,164 19,050 19,022 
Hàm lượng (%) cation hữu 
cơ xâm nhập 
0,00 25,38 26,70 26,85 26,73 26,53 26,45 
Từ kết quả ở bảng 3 cho thấy giá trị d001 tăng 
lên từ 18,395Å ÷ 19,221Å khi giá trị pH tăng 
từ 6 ÷ 8, giá trị d001 này đạt giá trị cực đại tại 
pH bằng 8 là 19,221Å, khi tiếp tục tăng giá trị 
pH lên 9; 10; 11 thì giá trị d001 này lại hơi giảm 
xuống. Đồng thời khi xác định hàm lượng (%) 
cation xâm nhập nhận thấy khi giá trị pH tăng 
từ 6 ÷ 8 thì hàm lượng (%) cation xâm nhập 
cũng tăng từ 25,38% ÷ 26,85%, sau đó đạt cực 
đại ở giá trị pH bằng 8 (26,85%), khi giá trị pH 
tăng lên 9; 10; 11 thì hàm lượng (%) cation 
xâm nhập lại giảm xuống còn 26,45%. 
Vì vậy pH lựa chọn cho quá trình điều chế sét 
hữu cơ là 8. 
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 
Điều chế sét hữu cơ theo quy trình 2.2 với khối 
lượng bent-TQ là 1,0 gam, nhiệt độ phản ứng 
là 40oC, tỉ lệ khối lượng CTAB/bent-TQ là 0,5; 
pH huyền phù bằng 8; thời gian phản ứng lần 
lượt là 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ, 7 giờ. 
Bảng 4: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d001 
và hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của các mẫu sét hữu cơ 
Thời gian Bent-TQ 2h 3h 4h 5h 6h 7h 
d001 (Å) 12,.401 18,419 19,076 19,219 18,992 18,992 18,527 
Hàm lượng (%) cation hữu 
cơ xâm nhập 
0,00 25,45 26,69 27,05 26,44 25,84 25,61 
119
Từ kết quả ở bảng 4 cho thấy giá trị d001 tăng 
lên từ 18,419 Å lên 19,219 Å khi thời gian 
phản ứng thay đổi từ 2 ÷ 4 giờ, sau đó giá trị 
d001 này giảm dần khi thời gian phản ứng tăng 
lên 5 ÷ 7 giờ. Đồng thời (%) cation xâm nhập 
cũng biến đổi tương tự khi thời gian phản ứng 
tăng từ 2 ÷ 4 giờ thì hàm lượng (%) cation xâm 
nhập cũng tăng lên từ 25,45 % ÷ 27,05% và 
khi tăng thời gian lên các giá trị 5 ÷ 7 giờ thì 
hàm lượng (%) cation xâm nhập lại giảm. 
Như vậy, thời gian thích hợp để điều chế sét 
hữu cơ là 4 giờ. 
3.2. Nghiên cứu cấu trúc của sét hữu cơ điều 
chế ở điều kiện tối ưu 
Sét hữu cơ điều chế (ở điều kiện nhiệt độ phản 
ứng 40oC, tỉ lệ khối lượng CTAB/bent-TQ là 
0,5, pH phản ứng bằng 8, thời gian phản ứng 4 
giờ, theo quy trình 2.2) được nghiên cứu bằng 
các phương pháp XRD, TGA và SEM. 
3.2.1. Nghiên cứu sét hữu cơ bằng phương 
pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 
So sánh kết quả giản đồ XRD của bent- B và 
sét hữu cơ được điều chế ở điều kiện tối ưu cho 
thấy góc nhiễu xạ 2θ đã dịch chuyển từ 7o – 8o 
(trong bent-B) về 4,0o - 5,0o (trong sét hữu cơ). 
Giá trị d001 đã tăng từ 12,401Å (trong bent –
TQ) lên giá trị 19,054Å (trong sét hữu cơ). 
Như vậy qua giản đồ XRD cho thấy đã có 
cation hữu cơ chèn vào giữa các lớp của bent-
TQ làm khoảng cách mạng tăng lên. 
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample BR-TQ
File: Thanh TN mau BE-TQ.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.008 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 5 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 °
Li
n 
(C
ps
)
0
100
200
300
400
500
600
2-Theta - Scale
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d=
12
.4
01
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Hao Set toi uu
Type: 2Th/Th locked - Start: 1.500 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.7 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 16 s - 2-Theta: 1.500 ° - Theta: 0.750 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 mm - Y: 0.0 mm - Z: 0.0 m
Li
n 
(C
ps
)
0
100
200
300
400
500
2-Theta - Scale
1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10
d=
19
.0
54
a) b) 
Hình 1: Giản đồ XRD của bent-TQ (a) và sét hữu cơ điều chế (b) 
3.2.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phân 
tích nhiệt 
Kết quả phân tích nhiệt của mẫu bent-TQ và 
sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu được 
trình bày trong hình 3.2 và bảng 5. 
Furnace temperature /°C0 100 200 300 400 500 600 700
 TG/%
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
d TG/% /min
-3
-2
-1
Mass variation: -3.43 %
Mass variation: -4.00 %
Peak :126.48 °C
Peak :717.50 °C
Figure:
07/02/2019 Mass (mg): 45.12
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:AirExperiment:HaoTN Bent TQ
Procedure: RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)Labsys TG
 Furnace temperature /°C0 100 200 300 400 500 600 700
 TG/%
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
d TG/% /min
-12
-9
-6
-3
Mass variation: -1.35 %
Mass variation: -18.18 %
Mass variation: -7.60 %
Mass variation: -7.19 %
Peak :103.48 °C
Peak :276.54 °C
Peak :417.03 °C
Peak :662.77 °C
Figure:
07/02/2019 Mass (mg): 27.68
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:AirExperiment:HaoTN Bent Toi uu
Procedure: RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)Labsys TG
Hình 2: Giản đồ phân tích nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế 
120
Bảng 5: Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế 
Mẫu khảo sát 
Hiệu ứng mất khối lượng 
Tổng (%) mất 
khối lượng Nhiệt độ 
(oC) 
(%) mất 
khối lượng 
Quy kết cho quá trình 
Bent-TQ 
60-160 3,43 Mất nước ẩm và nước hấp phụ 
7,43 340-740 4,00 
Phân hủy OH liên kết với cation vô 
cơ 
Sét hữu cơ 
60-150 1,35 Mất nước hấp phụ và nước ẩm 
34,32 
200-350 18,18 
Phân hủy, cháy của cation hữu cơ 
hấp phụ 
360-510 
560-800 
7,60 
7,19 
Phân hủy, cháy của cation hữu cơ 
trao đổi giữa các lớp sét và phân hủy 
OH liên kết với cation vô cơ 
Hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập 26,89 
Hình 2 và bảng 5 kết quả phân tích nhiệt cho 
thấy với sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu 
có hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập là 
khoảng 26,89%. Kết quả này khá phù hợp với 
hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập xác 
định bằng phương pháp nung mẫu trực tiếp. 
3.2.3. Nghiên cứu bằng phương pháp hiển 
vi điện tử quét (SEM) 
Ảnh SEM của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế 
ở điều kiện tối ưu được trình bày trên hình 3. 
a) bent-TQ b) Sét hữu cơ 
Hình 3. Ảnh SEM của bent- TQ (a), của sét hữu cơ điều chế (b) 
Qua ảnh SEM của bent-TQ và sét hữu cơ nhận 
thấy có sự khác nhau rõ rệt, từ cấu trúc lớp và 
độ xốp nhỏ đến cấu trúc lớp có độ xốp cao, 
chứng tỏ đã có cation hữu cơ tương tác và chèn 
vào giữa các lớp bentonit. Vì vậy sét hữu cơ 
điều chế có thể ứng dụng làm vật liệu hấp phụ 
các hợp chất hữu cơ có kích thước lớn. 
4. KẾT LUẬN 
Sau một thời gian nghiên cứu, chúng tôi đã 
xác định được điều kiện thích hợp cho quá 
121
trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung 
Quốc và CTAB trong môi trường nước là nhiệt 
độ phản ứng 40oC; tỷ lệ khối lượng 
CTAB/bent-TQ là 0,5; pH huyền phù bằng 8; 
thời gian phản ứng 4 giờ. 
Sét hữu cơ điều chế có giá trị d001 bằng 
19,054Å, góc 2θ cực đại ở khoảng 4,7o, hàm 
lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập trong sét 
hữu cơ khoảng 26,89%. Sét hữu cơ có cấu trúc 
lớp và độ xốp khá cao. 
Trong hướng nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sẽ 
tiếp tục nghiên cứu khả năng hấp phụ của sét 
hữu cơ điều chế với các hợp chất hữu cơ ứng 
dụng vào xử lí chất thải công nghiệp. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Phạm Thị Hà Thanh, Nguyễn Thị Thu 
Hường (2015), “Khảo sát quá trình điều chế 
sét hữu cơ điều chế từ bentonit (Trung Quốc) 
và tetrađecyltrimetyl amoni bromua”, Tạp chí 
phân tích Hóa, lý và sinh học, Tập 20, 1/2015, 
tr.53-58. 
2. Phạm Thị Hà Thanh (2014), “Nghiên cứu 
cấu trúc của sét hữu cơ điều chế từ bentonit 
(Trung Quốc) và tetrađecyltrimetyl amoni 
bromua”, Tạp chí Hóa học, T.52 (5A), tr.265-
269. 
3. Patel H. A., Rajesh S. Somani, Hari C. Bajaj 
and Raksh V. Jasra (2007), "Synthesis and 
characterization of organic bentonit using 
Gujarat and Rajasthan clays", Current Science, 
Vol. 92, pp. 1004-1008. 
4. Patel, H.A., Somani, R.S., Bajaj, H.C. and 
Jasra, R.V.(2007), Preparation and 
Characterization of Phosphonium 
Montmorillonite with Enhanced Thermal 
Stability, Appl. Clay. Sci., 35, pp 194–200. 
5. Lucilene Betega de Paiva, Ana Rita 
Morale, Francisco R. Valenzuela Díaz 
(2008), “Organoclays: Properties, 
preparation and applications”, Applied Clay 
Science, 42, pp. 8–24. 
6. Soo Bin Bae, Chang Kee Kim, Kwanghyon 
Kim, In Jae Chung (2008), “The effect of 
organic modifiers with different chain lengths 
on the dispersion of clay layers in HTPB 
(hydroxyl terminated polybutadiene)”, 
European Polymer Journal 44, pp. 3385–3392. 
122