Luận văn Nghiên cứu khả năng khử trùng của vật liệu bentonite (tam bố, lâm đồng) gắn nano bạc để ứng dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi

MỞ ĐẦU. 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU. 3

1.1. Đặc điểm cơ bản của bentonite . . . .3

1.1.1. Thành phần khoáng của bentonite. 3

1.1.2. Thành phần hóa học của bentonite. 3

1.1.3. Đặc tính trương nở và hấp phụ của bentonite . 4

1.1.4. Mỏ bentonite Tam Bố. 7

1.2. Các phƯơng pháp tinh chế và biến tính bentonite.9

1.2.1. Phương pháp tinh chế bentonite . 9

1.2.2. Các phương pháp biến tính bentonite. 10

1.3. Một số vi khuẩn gây bệnh ở vật nuôi.20

1.3.1. Vi khuẩn E.coli. 20

1.3.2. Vi khuẩn Salmonella . 21

1.4. Ứng dụng của vật liệu bentonite làm phụ gia thức ăn chăn nuôi.22

1.4.1. Trên thế giới. 22

1.4.2. Ở Việt Nam. 26

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 28

2.1. PhƯơng pháp biến tính bentonite .28

2.1.1. Phương pháp biến tính bentonite bằng axit H2SO4 . 29

2.1.2. Phương pháp biến tính bentonite bằng dung dịch Na2CO3. 29

2.1.3. Biến tính bentonite bằng LiOH . 29

2.1.4. Gắm nano bạc trên bentonite. 30

2.2. Các phƯơng pháp xác định đặc tính hóa lý của bentonite.32

2.2.1. Phương pháp phân tích thành phần khoáng vật . 32

2.2.2. Phương pháp phân tích thành phần hóa học. 34

2.2.3. Phương pháp xác định bề mặt riêng. 35

2.2.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét . 36

2.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua. 36

2.3. PhƯơng pháp đánh giá hiệu quả khử trùng của vật liệu bentonite.37

2.3.1. Vật liệu . 37

2.3.2. Phương pháp thí nghiệm. 38

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 40

3.1. Thành phần hóa học .40

3.2. Thành phần khoáng vật .40

3.3. Biến tính bentonite bằng H2SO4.42

3.3.1. Thành phần hóa học của bentonite biến tính axit. 42

3.3.2. Thành phần khoáng vật mẫu bentonite biến tính axit. 43

3.3.3. Cấu trúc bề mặt của bentonite biến tính axit. 44

3.3.4. Đặc điểm cấu trúc và hình thái của bentonite biến tính H2SO4 . 45

3.4. Biến tính bentonite bằng Na2CO3 .46

pdf82 trang | Chia sẻ: mimhthuy20 | Ngày: 23/09/2020 | Lượt xem: 71 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu khả năng khử trùng của vật liệu bentonite (tam bố, lâm đồng) gắn nano bạc để ứng dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
similation). Lợn ăn bentonite đã giúp giảm tốc độ di chuyển nhũ trấp (chyme) trong đƣờng tiêu hóa, tƣơng ứng với các hệ số hiệu suất tiêu hóa các chất dinh dƣỡng và động lực tăng trƣởng. Cho ăn bentonite đã cải thiện chỉ số giết mổ ở lợn: khối lƣợng giết mổ – 15,1%, sản lƣợng thịt tăng – 2,2%, khu vực cơ mắt – 7,7%. Trong các mô cơ và các bộ phận của lợn nhóm thí nghiệm lƣợng kim loại nặng giảm đáng kể so với các chất tƣơng tự của nhóm đối chứng. Điều này cho thấysự gia tăng trong giá trị sinh học của thịt. Cho lợn ăn bentonitevới cách ăn tự nhiên giúp giảm chi phí thức ăn cho 1 kg tăng trọng là 13%. Việc sử dụng đất sét bentonite mỏ Zamankulskogo (Nga) cho lợn ăn bằng cách tiếp cận tự nhiên, bổ sung khoáng chất cho lợn là một giải pháp độc đáo về mặt kinh tế. 25 Bentonite từ vùng Ruzianskii (Nga) đƣợc sử dụng trong chăn nuôi gia cầm, khi thử nghiệm cho thêm bentonite thô vùng Ruzianskii với lƣợng từ 1, 2 và 3% bentonite trong thức ăn cho ngỗng và gà thịt, cho thấy lƣợng tối ƣu cho thêm bentonite là 1% và thấy trọng lƣợng ngỗng thịt sống 56 ngày tuổi tăng 5,65% so với đối chứng và sản lƣợng thịt ngỗng tăng 2,75% so với đối chứng và phần thịt pha (phần ăn đƣợc) tăng 20,01% so với đối chứng. Việc sử dụng bentonite trong chế độ ăn của ngỗng thịt với liều 1, 2 và 3% làm tăng khả năng tiêu hóa các chất dinh dƣỡng, tăng chuyển đổi nitơ trong protein thức ăn, protein thực phẩm và năng lƣợng trao đổi thành năng lƣợng của các phần thịt ăn đƣợc của ngỗng. Hệ số chuyển đổi protein thức ăn thành protein thực phẩm ở liều 1% bentonite tăng so với kiểm soát là 2,83%. Hệ số chuyển đổi năng lƣợng trao đổi thức ăn của ngỗng trong nhóm thí nghiệm cao hơn so với đối chứng 1,21 lần. Thêm bentonite 1,25 – 1,50% (theo khối lƣợng) vào thức ăn cho ngỗng thịt cho phép tăng khả năng bảo toàn đàn gia cầm lên 12%. Liều lƣợng này có ảnh hƣởng tích cực đến chuyển hóa protein và năng lƣợng trao đổi thức ăn vào sản phẩm. Chi phí thức ăn cho 1 kg tăng trọng giảm 7,02% trong khi tăng trƣởng trọng lƣợng sống cơ thể lớn hơn 9,41% và lợi nhuận của việc sản xuất thịt ngỗng đạt 21,21– 36,60%. Dựa trên việc phân tích các động lực trọng lƣợng sống, năng suất thịt, thành phần hóa học và thành phần acid amin của mô cơ cũng nhƣ tính toán các chỉ số kinh tế cho thấy sự tăng trƣởng của gà thịt cho thịt sử dụng bentonite (2% trọng lƣợng của thức ăn) có hiệu quả. Dùng bentonite làm phụ gia thức ăn cho gà thịt với cách cho ăn tự nhiên đã có những kết quả khả quan. Sử dụng bentonite từ mỏ Zamankulskogo Bắc Ossetia – Alania (Nga) cho gà ăn tự nhiên cho thấy lƣợng bentonite gà tiêu thụ chiếm khoảng 3,6% trong lƣợng khô của thức ăn do đó làm tăng hàm lƣợng canxi trong chế độ ăn. Ăn bổ sung bentonite góp phần cải thiện đáng kể trong những đặc điểm hữu ích của vật nuôi về kinh tế: bảo toàn đàn tăng 2%, tăng trọng lƣợng cơ thể lên đến 18% chuyển đổi thức ăn lên 10,9%, sản lƣợng giết mổ tăng 2,5%. 26 1.4.2. Ở Việt Nam Ở Việt Nam, có nhiều mỏ bentonite có chất lƣợng tốt đang đƣợc khai thác cho những mục đích công nghiệp khác nhau, tuy nhiên việc ứng dụng bentonite làm chất phụ gia thức ăn chăn nuôi chƣa đƣợc nghiên cứu một cách đầy đủ và tin cậy. Các mỏ sét chứa bentonite đƣợc phát hiện ở nƣớc ta bao gồm cả hai loại: bentonite kiềm thổ nhƣ mỏ Tam Bố, Cổ Định và bentonite kiềm nhƣ mỏ Nha Mé. Mỏ bentonite kiềm Nha Mé đƣợc hình thành trên nền đá gốc phun trào axit tuổi Creta hệ tầng Đơn Dƣơng. Mỏ Cổ Định đƣợc hình thành do quá trình phong hóa từ đá gốc siêu mafic của hệ tầng núi Nƣa. Mỏ sét bentonite Tam Bố, Di Linh, Lâm Đồng là mỏ trầm tích, có trữ lƣợng lớn nhất tại Việt Nam với chất lƣợng đạt tiêu chuẩn cho phép khai thác cho mục đích ứng dụng trong chăn nuôi và xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Bentonite Tam Bố, Lâm Đồng đã đƣợc các nhà địa chất nghiên cứu tƣơng đối có hệ thống tại nƣớc ta [1, 3, 4, 7, 8]. Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng bentonite Việt Nam làm vật liệu xúc tác và mang xúc tác, vật liệu hấp phụ sử dụng trong chăn nuôi và trong xử lý môi trƣờng cũng đã đƣợc công bố [5, 6, 10]. Qua các công trình đã đƣợc công bố ở trong nƣớc có thể thấy mỏ sét bentonite Tam Bố đã đƣợc khảo sát về thành phần hóa học, khoáng vật học, khả năng hấp phụ, dung lƣợng trao đổi cation, các tính chất vật lý nhƣ cấp độ hạt, độ trƣơng nở, hệ số hút nƣớc, bề mặt riêng của MMT, chủ yếu là của các mẫu tự nhiên, chƣa đƣợc qua tinh chế hoặc biến tính [1, 3, 4, 7, 8]. Dễ dàng nhận thấy rằng, trong số các công trình công bố liên quan đến việc đƣa bentonite vào khẩu phần thức ăn cho gia cầm, công trình công bố của các tác giả L. H. Sơn và T. V. Hiển [11] đã đƣợc thực hiện một cách bài bản, thể hiện qua việc các tác giả đã thay đổi hàm lƣợng bentonite trong khẩu phần cơ sở trong các lô thí nghiệm, đồng thời bổ sung và không bổ sung vi lƣợng. Nhờ vậy kết quả nghiên cứu thu đƣợc có tính thuyết phục cao, cho phép các tác giả rút ra kết luận rằng sử dụng 3% bentonite bổ sung thêm vào khẩu phần cơ sở có thể thay thế hoàn toàn khoáng vi lƣợng mà vẫn duy trì năng suất nuôi không thay đổi. Tuy nhiên, kết quả thu đƣợc 27 mới là bƣớc đầu trong khi bentonite sử dụng trong nghiên cứu là bentonite chƣa biến tính. Các nghiên cứu sử dụng bentonite của mỏ Cổ Định – Thanh Hóa dùng trong thức ăn cho vịt đã đƣợc nghiên cứu, tuy nhiên việc ứng dụng chƣa rộng rãi. Trong ngành chế biến thức ăn chăn nuôi hiện tại của Việt Nam đang nhập một số phụ gia có thành phần bentonite từ nƣớc ngoài và số liệu không cụ thể. Theo một số nhà sản xuất bentonite của Việt Nam cũng thông báo một số cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi của Việt Nam cũng tiêu thụ bentonite, nhƣng họ thƣờng chọn loại bentonite có chất lƣợng không cao để làm chất độn cho thức ăn, những loại bentonite hàm lƣợng MMT thấp. Tuy vậy ở Việt Nam, việc thêm bentonite vào thức ăn chăn nuôi cũng có một giá trị nào đó nhƣng chƣa có nghiên cứu cụ thể đầy đủ về cách thức sử dụng. Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng bentonite của Việt Nam phục vụ việc tăng năng suất cho ngành chăn nuôi của nƣớc nhà là một việc cần đƣợc nhìn nhận và tiếp tục đầu tƣ. Trên cơ sở những điều đã đƣợc trình bày ở trên, chúng tôi chọn mỏ Tam Bố làm đối tƣợng nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng ứng dụng và xây dựng công nghệ chế biến bentonite Lâm Đồng làm phụ gia thức ăn trong chăn nuôi gia cầm. 28 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với mục đích nghiên cứu sử dụng bentonite Tam Bố trong sản xuất thức ăn cho gia cầm ngoài việc kế thừa những kết quả của các công trình nghiên cứu trƣớc đây, chúng tôi đã tiến hành khảo sát thực địa tại mỏ bentonite Tam Bố để thu thập mẫu và tiến hành phân tích xác định thành phần, hàm lƣợng khoáng vật, hóa học ... để làm cơ sở cho việc nâng cấp chất lƣợng sét bentonite của khu vực nghiên cứu và đánh giá khả năng sử dụng nguồn nguyên liệu này cho sản xuất thức ăn gia cầm. Các mẫu bentonite đƣợc thu ở 3 nơi: - Tại nhà máy chế biến bentonite của Công ty Hiệp Phú dùng bentonite thô từ mỏ Tam Bố. - Tại moong đang khai thác của mỏ bentonite Tam Bố. - Tại các đống bentonite đã đƣợc khai thác đang lƣu trữ tại mỏ Tam Bố. 2.1. Phƣơng pháp biến tính bentonite Trong sét tự nhiên bao giờ cũng chứa các tạp khoáng. Thƣờng gặp nhất là thạch anh, mica, ngoài ra còn chứa một lƣợng nhỏ các khoáng khác nhƣ pyrit FeS2, các sắt oxit, canxi oxit CaO, đolomit Mg.Ca(CO3), thạch cao. Sự có mặt của các tạp chất này có thể làm thay đổi các tính chất và ứng dụng của sét, chính vì thế cần có các quá trình xử lý loại bỏ các tạp khoáng trƣớc khi dùng vào các mục đích khác nhau. Trong tự nhiên thạch anh tồn tại ở các dạng hạt tƣơng đối lớn và khó loại khỏi thành phần sét khi xử lý bằng các phƣơng pháp thông thƣờng và xử lý axit. Đối với MMT, quá trình xứ lý nhiệt xảy ra các hiện tƣợng biến đổi khác nhau trong một khoảng tƣơng đối rộng vì thành phần mạng cấu trúc có thể khác nhau do hiện tƣợng thay thế đồng hình silic bằng nhôm ở mạng tứ diện hay thay thế đồng hình nhôm bằng Mg2+, Fe2+, ... ở mạng bát diện. Ở khoảng 1050C, nƣớc bị hấp phụ ở bề mặt ngoài thoát ra, nhƣng nƣớc ở bên trong cấu trúc giữa các lớp thoát ra từ 120 – 3000C tuỳ theo bản chất của các cation kim loại trao đổi tới 6500C bắt đầu mất nƣớc cấu trúc và ở khoảng 14000C sẽ tạo nên các spinen. Do đó việc xử lý nhiệt với bentonite thƣờng ít đƣợc sử dụng, để ứng dụng vào từng mục đích khác nhau 29 ngƣời ta lựa chọn các phƣơng pháp biến tính khác nhau nhƣ biến tính axit, biến tính NaCl, biến tính soda, biến tính bằng Li+... [2] 2.1.1. Phương pháp biến tính bentonite bằng axit H2SO4 Cân 20 g các mẫu bentonite đã tinh chế cho vào bình nón 250 ml sau đó dùng ống đong lấy 80 ml dung dịch H2SO4 10%, 20%, 30% cho vào bình nón, đƣa hỗn hợp ra đun nóng ở 95-970C có khuấy từ trên máy khuấy từ ra nhiệt trong thời gian 3 giờ. Để nguội dung dịch sau đó đem lọc hút chân không và rửa đến hết SO4 2– (thử bằng dung dịch BaCl2 1%). Đem huyền phù thu đƣợc sấy khô trong tủ sấy ở 105 0 C trong 7 giờ rồi nghiền nhỏ và rây tới cỡ hạt nhỏ hơn 38 μm. Các mẫu đƣợc ký hiệu lần lƣợt là B.H10, B.H20, B.H30 [2]. 2.1.2. Phương pháp biến tính bentonite bằng dung dịch Na2CO3 Bentonite tinh chế đƣợc sấy khô và nghiền mịn sau đó tạo huyền phù 5% trong nƣớc cất bằng cách cân 10 g bentonite đã nghiền mịn cho vào cốc 500 ml cùng 200 ml nƣớc cất hỗn hợp sau đó đƣợc khuấy đều bằng máy khuấy và để trƣởng nở trong 24 giờ. Sau 24 giờ ngâm khuấy cho bentonite trƣơng nở hoàn toàn, cân một lƣợng muối cho vào 200 ml dung dịch huyền phù bentonite sao cho nồng độ muối của dung dịch đạt 0,5M; 1M; 1,5M; 2M hoặc 2,5M. Các cốc chứa dung dịch huyền phù bentonite có nồng độ muối khác nhau đều đƣợc điều nhiệt ở 700C và khuấy đều bằng máy khuấy với tốc độ 500 vòng/phút trong 24 giờ để các ion kiểm thổ trong MMT trao đổi với ion Na+ tạo thành Na-MMT. Hỗn hợp sau khi đã thực hiện trao đổi ion để lắng, gạn bỏ phần dung dịch trong phía trên, phần huyền phù đƣợc li tâm 4000 vòng/phút và rửa đến khi hết ion Cl– (thử với AgCl 1%). Mẫu bentonite sau khi đã đƣợc rửa sạch sẽ đƣợc sấy 10 giờ tại nhiệt độ 1050C sau đó nghiền nhỏ và đựng vào lọ thủy tinh sạch để tránh hơi nƣớc trong không khí [2]. 2.1.3. Biến tính bentonite bằng LiOH Bentonite tinh chế đƣợc sấy khô và nghiền mịn sau đó tạo huyền phù 10% trong nƣớc cất bằng cách cân 20 g bentonite đã nghiền mịn cho vào cốc 500 ml cùng 180 ml nƣớc cất hỗn hợp sau đó đƣợc khuấy đều bằng máy khuấy và để trƣởng nở trong 24 giờ. Sau 24 giờ ngâm khuấy cho bentonite trƣơng nở hoàn toàn 30 cân một lƣợng LiOH cho vào 200 ml dung dịch huyền phù bentonite sao cho tỷ lệ khối lƣợng LiOH: MMT đạt 2; 3; 24% (24% = dung dịch LiOH 1M). Các cốc chứa dung dịch huyền phù bentonite có tỷ lệ LiOH/MMT khác nhau đƣợc điều nhiệt ở 60 0C và khuấy đều bằng máy khuấy với tốc độ 250 vòng/phút trong 24 giờ để các ion kiểm thổ trong MMT trao đổi với ion Li+ tạo thành MMT–Li. Hỗn hợp sau khi đã thực hiện trao đổi ion đƣợc để lắng gạn bỏ phần dung dịch trong phía trên, phần huyền phù li tâm và rửa tới khi dung dịch có pH = 8 – 9 (thử bằng giấy đo pH). Mẫu B.Li sau khi rửa sạch đƣợc sấy 48 giờ ở 500C, sau đó nghiền nhỏ và đựng vào lọ thủy tinh sạch để tránh hơi nƣớc trong không khí [2]. 2.1.4. Gắm nano bạc trên bentonite 2.1.4.1. Quá trình hình thành các hạt nano bạc trên MMT Phƣơng trình và sơ đồ hình thành hạt nano bạc xen vào giữa các lớp cấu trúc và trên bề mặt của MMT. Quá trình hình thành nano bạc trên bentonite đƣợc biểu diễn trên hình 2.1. Hình 2.1: Sơ đồ hình thành nano bạc gắn trên bentonite 31 Sự hiện diện của chitosan là quan trọng đối với sự ổn định của các hạt nano Ag hình thành vì nó ngăn cản các cụm Ag từ tập hợp tại mức độ vĩ mô do các lực lƣợng giữa các phân tử ion lƣỡng cực. 2.1.4.2. Pha dung dịch đệm citrat Cho 300 ml nƣớc cất vào bình định mức 1000 ml. Lấy 70,2 g NaCl cho vào bình định mức, rồi lắc bình cho tới khi tan hết. Sau khi hòa tan hết NaCl, cho tiếp 88,23 g C6H5Na3O7.2H2O (natri citrat) vào dung dịch trên. Cuối cùng cho 84,0 g CH3COONa vào lắc kỹ cho đến khi tan hết các chất rắn. Cho thêm nƣớc cất vào bình định mức gần tới vạch 1000 ml lắc kỹ. Điều chỉnh pH của dung dịch pH = 7,3 thêm nƣớc cất đến vạch định mức [2]. 2.1.4.3. Loại bỏ Fe và chất hữu cơ Sét bentonite tinh chế có hàm lƣợng MMT lơn hơn 70%, xong trong sét tinh chế vẫn còn nhiều chất hữu cơ và trong MMT có chứa nhiều sắt nên sét sau tinh chế vẫn cần đƣợc làm giàu để nâng cao hiệu quả sử dụng. Cân 40 g sét đã đƣợc xử lý sơ bộ ở trên, rồi cho vào cốc dung tích 1000 ml có chứa 200 ml nƣớc cất, khuấy mạnh hỗn hợp. Để yên sau 24 giờ sẽ thu đƣợc huyền phù của sét trong nƣớc. Sau đó, cho thêm 500 ml dung dịch đệm citrat điều chế đƣợc ở trên, vừa đun vừa khuấy huyền phù trong 3 giờ. Tiếp theo, cho 5 g natri dithionite vào huyền phù sét trên và khuấy mạnh trong thời gian 10 phút. Tiếp tục cho 5 g natrithionite nữa vào, khuấy trong thời gian 20 phút. Để lắng huyền phù sét, gạn bỏ phần nƣớc trong. Rửa hai lần bằng dung dịch HCl 0,05N, sau đó rửa một lần bằng dung dịch NaCl 1N ở nhiệt độ 400C trong 10 phút, rồi để lắng, gạn bỏ phần nƣớc trong. Rửa kết tủa thu đƣợc bằng dung dịch hỗn hợp 150 ml H2O2 30% + 450 ml CH3COONa 0,5N, khuấy liên tục hỗn hợp ở nhiệt độ khoảng 700C cho tới khi hết H2O2, để lắng rồi gạn bỏ phần nƣớc trong. Rửa 2 lần kết tủa thu đƣợc ở trên bằng dung dịch NaCl 0,5N, mỗi lần rửa bằng một lƣợng 300 ml dung dịch, lọc đến hết nƣớc. Sau cùng, rửa sạch muối và sấy khô ở nhiệt độ 1000C, ta thu đƣợc sét đã qua xử lý (B.XLHH) [2]. 32 2.1.4.4. Phương pháp gắn nano bạc trên bentonite. 25 g sét làm giàu đƣợc tạo huyền phù 10% trong nƣớc cất để trƣơng nở trong 24 giờ sau đó đem siêu âm trong 30 phút ta có dung dịch A. 50 ml dung dịch chitosan 10 g/lít đƣợc cho vào cốc thủy tinh dung tích 1 lít có chứa 420 ml nƣớc cất + 5 ml dung dịch axit citric 1% sau hỗn hợp đƣợc khuấy đều vào đƣợc cho thêm vào 25 ml dung dịch AgNO3 3,15 g/100 ml nhƣ vậy ta có tỷ lệ Ag+/bentonite = 2%, tƣơng tự nhƣ vậy ta sẽ tiến hành thí nghiệm với tỷ lệ Ag + /bentonite = 1%, tỷ lệ Ag+/bentonite = 1,5 %, tỷ lệ Ag+/bentonite = 2,5%. (Các dung dịch trên gọi là dung dịch B) Dung dịch A và dung dịch B sau đó đƣợc trộn với nhau và khuấy đều bằng máy khuấy trong thời gian 30 phút, thu đƣợc hỗn hợp dung dịch C. Dung dịch C sau đó đƣợc để qua đêm trong bóng tối và khuấy đều bằng máy khuấy với tốc độ 2000 vòng/phút và nhỏ từ từ 25 ml dung dịch NaBH4 1,9 g/lít vừa mới pha để khử Ag + về Ag 0, tiếp tục khuấy đều hỗn hợp trong 15 phút. Hỗn hợp sau đó đƣợc để yên trong bóng tối cho phần huyền phù lắng xuống dƣới, gạn bỏ phần nƣớc trong phía trên rồi đem phần huyền phù thu đƣợc lọc hút chân không để thu lấy phần huyền phù rắn sau đó sấy khô ở 500C [2]. 2.2. Các phƣơng pháp xác định đặc tính hóa lý của bentonite 2.2.1. Phương pháp phân tích thành phần khoáng vật Để xác định thành phần khoáng vật của vật liệu phƣơng pháp phân tích X- ray đƣợc sử dụng. Phƣơng pháp này dựa trên cơ sở phổ X-quang của mẫu nhận đƣợc bằng cách quét các góc θ giữa mặt phẳng mẫu và chùm tia sơ cấp. Trong trƣờng hợp này, để ghi lại cƣờng độ của chùm tia nhiễu xạ đầu dò phải chuyển qua một góc 2θ đối với chùm tia chính với. Các thiết bị đo nhiễu xạ hiện đại cho phép có đƣợc một phổ huỳnh quang tia X của mẫu bột trong khoảng góc 2θ = 6 – 80 đến 140 – 1600 với bƣớc dịch chuyển thấp 0,01 – 0,0050. Để ghi phổ X– quang trong máy nhiễu xạ thƣờng sử dụng phƣơng pháp phân tích pha tia X. Mẫu bột đƣa lên trên bề mặt của một cuvet đặc biệt. Lƣợng mẫu yêu 33 cầu m = 0,1 g. Lọc tách sóng β trong máy nhiễu xạ đƣợc thực hiện cả bằng phƣơng tiện bộ lọc tia X hoặc bộ đơn sắc. Bƣớc sóng tia X đƣợc sử dụng trong nhiễu xạ tia X, nằm trong khoảng 0,5 – 2Å, theo thứ tự độ lớn so với khoảng cách giữa các nguyên tử của mạng tinh thể. Vì vậy, các tia bức xạ rơn ghen đơn sắc có bƣớc sóng nằm trong phạm vi hẹp trên, tinh thể là một tập hợp mạng nhiễu xạ ba chiều (hệ thống mặt phẳng tinh thể). Mỗi dòng phổ tia X đƣợc ghi nhận là kết quả nhiễu bức xạ của tia sơ cấp trên một hệ thống nhất định các mặt phẳng tinh thể. Mối quan hệ giữa giá trị d, bƣớc sóng λ và góc trƣợt θ của chùm tia sơ cấp tƣơng ứng của hệ mặt phẳng với khoảng cách giữa các mặt d đƣợc xác định bởi phƣơng trình Wulfa– Bragg (1). 2dsinθ = nλ (1) trong đó: d – khoảng cách giữa các mặt tinh thể lân cận, với các nguyên tử tƣơng tác với tia X ; θ – góc quan sát nhiễu xạ; n – thứ bậc của các nhiễu xạ max (thứ tự của “phản ánh”); λ – độ dài bƣớc sóng đơn sắc X – quang tới tinh thể. Cƣờng độ của các đỉnh nhiễu xạ trong quá trình làm tròn đầu tiên tỷ lệ thuận với mật độ của mặt phẳng tinh thể và yếu tố cấu trúc tinh thể, có tính đến hình học của mạng tinh thể và khả năng phản xạ của các nguyên tử thành phần. Khi nghiên cứu nhiễu xạ tia X của đa tinh thể thƣờng ghi lại vài chục phổ, tƣơng ứng với nhiều mặt phẳng. Một tập hợp nhất định các cặp giá trị {dj, Ij}, tƣơng ứng với vật liệu tinh thể nào đó, có nghĩa là phổ nhiễu xạ chỉ đặc trƣng cho vật liệu đó và không phụ thuộc vào sự hiện diện của các chất khác. Điều này có nghĩa rằng phổ nhiễu xạ tia X của một chất tinh khiết có thể đƣợc coi là một "dấu vân tay" của chất ấy và phân tích pha X– quang là một phƣơng pháp lý tƣởng để xác định và mô tả đặc điểm của các pha đa tinh thể. Càng nhiều phổ tia X ghi đƣợc trong một phổ đồ, càng chính xác hơn để nhận dạng vị trí và pha. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X hiện đại cho phép nhận đƣợc giá trị dj đến 10–3 Å; phạm vi thƣờng xác định đƣợc là 0,5 – 10 Å (mặc dù giá trị d có thể khoảng vài chục angstrom). 34 Việc xác định thành phần khoáng trong sét bentonite đã đƣợc thực hiện tại Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất – Tổng Cục địa chất theo phƣơng pháp XRD áp do cho khoáng sét tự nhiên, trên thiết bị XRD D8 – Advance. Góc quét 2θ thay đổi từ 1,0- 40,00, thời gian quét một bƣớc là 1 giây, góc mỗi bƣớc quét là 0,030. 2.2.2. Phương pháp phân tích thành phần hóa học Khi phân tích thành phần hóa học của bentonite, ngoài nguyên tố chính nhƣ silic (SiO2) nhôm (Al2O3), ngƣời ta còn phát hiện thấy sự có mặt của các nguyên tố Fe (dạng Fe2O3), Ca (CaO), Mg (MgO), Na (Na2O), K (K2O) và hơn 30 nguyên tố hóa học khác ở dạng vi lƣợng nhƣ Ni, Ti, Mo, Zn, Co, Ba, Còn các độc tố nhƣ As, Hg, Pb ít phát hiện thấy. Thành phần hóa học của bentonite ảnh hƣởng lớn đến cấu trúc, tính chất và khả năng sử dụng chúng. Xác định chính xác thành phần hóa học của bentonite là hết sức cần thiết nhằm định hƣớng biến tính chúng cho các mục đích hiệu quả nhất. Phƣơng pháp phân tích huỳnh quang tia X sử dụng rộng rãi để xác định thành phần nguyên tố của vật liệu. Phƣơng pháp thực hiện thành công trong thực tế phân tích đƣợc hỗ trợ bởi sự phát triển của cơ sở lý thuyết và một loạt các phƣơng pháp phân tích khác. Phƣơng pháp này thuộc nhóm các phƣơng pháp phân tích không phá hủy và phù hợp cho việc xác định hầu hết các nguyên tố của hệ thống tuần hoàn trong một phạm vi rộng. Các giới hạn phát hiện cho hầu hết trong số họ là 10– 4% (đối với các nguyên tố nhẹ có thể cao hơn đáng kể), và đồng thời có thể phát hiện nồng độ cao (≈ 100%) với độ chính xác đủ (sai số nhỏ hơn 0,1% so với thiết bị phân tích tự động hiện đại). Các mẫu đƣợc phân tích là nguyên khối, bột, chất lỏng. Có thể phân tích trực tiếp màng phim, bột nhão, lớp phủ. Phƣơng pháp cho phép xác định đồng thời hơn 30 nguyên tố. Ngoài ra, các phƣơng pháp phân tích năng lƣợng phân tán cũng đƣợc ứng dụng, nguyên lý là sự hình thành của các cặp electron – lỗ trống trong bán dẫn khi tác động lên chúng bằng tia X. Trong trƣờng hợp này, giữa các bề mặt của tinh thể, có xuất hiện thế năng, trong số đó tƣơng ứng với một bƣớc nhảy lƣợng tử tia X, giá 35 trị của bƣớc nhảy phụ thuộc vào năng lƣợng của các lƣợng tử tia X. Để đo chính xác năng lƣợng photon, tinh thể, thƣờng là hợp kim silicon pha tạp với lithium, đƣợc duy trì ở nhiệt độ thấp liên tục. Giữ ổn định nhiệt tinh thể bằng cách làm lạnh với nitơ lỏng hoặc các pin Peltier. Nó có thể phân tích các mẫu thô vị trí chiều cao của mẫu thay đổi từ vài mm. Phân tích năng lƣợng phân tán đƣợc thực hiện nhanh hơn nhiều so với phân tích huỳnh quang tia X, đƣợc ghi cùng một lúc toàn bộ phổ và không phải là cƣờng độ của một dòng đơn. Phân tích năng lƣợng có yếu điểm đáng kể so với các phƣơng pháp khác là giải phổ khó và phức tạp. Đây là bất lợi duy nhất của phân tích năng lƣợng phân tán và hạn chế đáng kể khi phân tích mẫu có chứa các nguyên tố với quá trình chuyển đổi năng lƣợng tƣơng tự. Việc xác định thành phần của bentonite đƣợc thực hiện trên máy Phổ kế huỳnh quang tia X BRUKER, kiểu S4, Viện Địa chất – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.2.3. Phương pháp xác định bề mặt riêng Phƣơng pháp Bruner - Emmett - Teller (BET) thƣờng đƣợc ứng dụng để xác định diện tích bề mặt của chất xúc tác rắn và so sánh các mẫu chất xúc tác trƣớc và sau phản ứng. Giá trị diện tích bề mặt xác định theo phƣơng pháp BET thƣờng chính xác hơn phƣơng pháp xác định bề mặt riêng đơn lớp của Langmuir. Bởi phƣơng pháp tính diện tích bằng phƣơng trình BET áp dụng cho quá trình hấp phụ đa lớp, nó gồm quá trình hấp phụ vật lý. Điều này luôn xảy ra với bất kỳ chất hấp phụ nào. Phƣơng pháp hấp phụ đơn lớp của Langmuir chỉ ra mỗi tâm hấp phụ trên bề mặt chất rắn chỉ hấp phụ một phân tử khí, đây là quá trình hấp phụ hóa học. Nhƣng phƣơng pháp hấp phụ đơn lớp cho phép tiến hành trong thời gian ngắn. Diện tích bề mặt riêng của các mẫu đƣợc xác định bằng máy đo diện tích bề mặt riêng hấp phụ nitơ ở nhiệt độ thấp. Lƣợng nitơ hấp phụ trên mỗi 1 g chất rắn phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, và bản chất của khí và vật liệu rắn. Diện tích bề mặt cụ thể của vật liệu rắn tính theo công thức BET (4, 5) (4) 36 P0 – Áp suất bão hòa của khí bị hấp phụ; W – Trọng lƣợng khí hấp thụ ở áp suất tƣơng đối P/P0 Wm – Trọng lƣợng của chất bị hấp phụ, tạo thành một lớp đơn bao phủ toàn bộ bề mặt; N – Hằng số BET, liên quan đến năng lƣợng hấp phụ của lớp hấp phụ đầu tiên, và do đó giá trị của nó là chỉ số quan trọng của sự tƣơng tác của vật liệu hấp phụ /chất bị hấp phụ. Kích thƣớc hạt trung bình của hình cầu đƣợc xác định theo công thức sau: (5) ρ – mật độ, S – diện tích bề mặt. 2.2.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét Với độ phân giải rất nhỏ, phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) thích hợp cho những nghiên cứu trên đối tƣợng hạt có kích thƣớc dao động từ µm đến nm. Vì thế nó có thể cung cấp các dữ liệu liên quan đến kích hạt, độ xốp, hình thái tinh thể, trạng thái bề mặt tinh thể, ... của sản phẩm. Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét là tạo một chùm tia điện tử rất mảnh và điều khiển chùm tia này quét theo hàng và theo coat trong diện tích rất nhỏ của bề mặt mẫu nghiên cứu. Chùm tia phản xạ từ mẫu đƣợc ghi nhận và chuyển thành hình ảnh. Ảnh SEM của các mẫu đƣợc chụp trên máy JSM 5410 (Nhật Bản) tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ƣơng. 2.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmisson Electron Microscope – TEM) các mẫu vật liệu đƣợc coi là một trong những biện pháp hiệu quả để đánh giá mức độ phân tán của các hạt nano. Nguyên tắc tạo ảnh của TEM gần giống với kính hiển vi quang học, điểm khác biệt quan trọng là sử dụng sóng điện tử thay cho sóng ánh sáng và thấu kính từ thay cho thấu kính thủy tinh. 37 Phƣơng pháp TEM sử dụng sóng điện tử đƣợc phát ra từ súng phóng điện tử (thƣờng dùng sợi tungsten, Wolfram, LaB6). Chùm điện tử đƣợc hội tụ lại, thu hẹp nhờ thấu kính từ và đƣợc chiếu xuyên qua mẫu quan sát. Ảnh sẽ đƣợc tạo bằng hệ vật kính phía sau vật, hiện ra trên màn huỳnh quang, hay trên phim ảnh, trên các máy ghi kỹ thuật số. Tất cả hệ này đƣợc đặt trong buồng hút chân không cao. Độ tƣơng phản trong TEM khác so với tƣơng phản trong hiển vi quang học vì điện tử ảnh tạo ra do điện tử bị tán xạ nhiều hơn là do bị hấp thụ nhƣ hiển vi quang học.Các mẫu vật liệu đƣợc gắn trên đế epoxy và đƣa vào buồng chụp. Các mẫu chụp TEM đƣợc thực hiện trên máy JEOL JEM 1010 (Nhật Bản) tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ƣơng. 2.3. Phƣơng pháp đánh giá hiệu quả khử trùng của vật liệu bentonite 2.3.1. Vật liệu - Vi khuẩn chủng quốc tế E.coli (ATCC1 14169) và Salmonella (ATCC 25241). - Các loại vật liệu: Vật liệu gồm bentonite tinh chế, bentonite biến tính Na2CO3, bentonite biến tính H2SO4,bentonite biến tính LiOH gắn và không gắn nano bạc. Bảng 2.1: Ký hiệu các loại mẫu bentonite tinh chế, biến tính STT Tên mẫu Ký hiệu mẫu 1 Bentonite tinh chế B.TC 2 Bentonite biến tính Na2CO3 B.Na 3 Bentonite biến tính H2SO4 B.H 4 Bentonite biến tính LiOH B.Li 5 Ben

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluanvanthacsi_chuaphanloai_256_2688_1870153.pdf
Tài liệu liên quan