ثلاث طرق شائعة لتعديل البنتونيت

يتميز البنتونيت الطبيعي بخاصية استرطاب عالية جدًا، ويتحد بسهولة مع جزيئات الماء في مياه الصرف الصحي، مما يُصعّب فصل المواد الصلبة عن السائلة بعد الامتزاز، ويحدّ من نطاق استخدامه. أما البنتونيت المُعدّل، فلا يتميز فقط بأداء امتزاز أعلى بكثير من البنتونيت الطبيعي، بل يُوسّع أيضًا نطاق تطبيقاته. توجد حاليًا العديد من طرق تعديل البنتونيت، ومنها التعديل بالتنشيط، والتعديل بالصوديوم، والتعديل بإضافة مواد مُعدّلة.

أولًا: التعديل بالتنشيط

يتضمن التعديل بالتنشيط تنشيط البنتونيت الطبيعي باستخدام طرق مُحددة لتعزيز أدائه في الامتزاز. تشمل طرق التنشيط الشائعة التنشيط بالتحميض، والتنشيط بالتكليس، والتنشيط بالأملاح غير العضوية.
… (1) التنشيط بالحمض

يتضمن التنشيط بالحمض معالجة البنتونيت الطبيعي بأحماض ذات تراكيز مختلفة، مما يؤدي إلى تحويل أيونات الصوديوم (Na+)، والمغنيسيوم (Mg2+)، والبوتاسيوم (K+)، والكالسيوم (Ca2+)، وغيرها من الكاتيونات الموجودة بين طبقات البنتونيت إلى أملاح قابلة للذوبان، وبالتالي إذابتها. يؤدي ذلك إلى إضعاف طاقة الرابطة بين طبقات بلورات المونتموريلونيت، وزيادة المسافة بين الطبقات، وتكوين مادة فعالة مسامية ذات بنية شبكية دقيقة المسام ومساحة سطحية نوعية أكبر. من الأحماض الشائعة الاستخدام حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك.

(2) طريقة التنشيط بالتكليس

تتضمن طريقة التنشيط بالتكليس تكليس البنتونيت عند درجات حرارة مختلفة لتنشيطه وتعديله. عند التسخين، يفقد البنتونيت الماء الموجود بين الطبقات، والماء المرتبط، والشوائب الموجودة في المسام، مما يزيد من مساحة سطحه النوعية ومساميته، ويقلل من مقاومة الامتزاز الناتجة عن أغشية الماء والشوائب، ويحسن من أداء الامتزاز. تُحقق درجة حرارة التكليس التي تتراوح بين 400 و450 درجة مئوية أفضل تأثير للتعديل. يتطلب تعديل التنشيط بالتكليس عند درجات حرارة عالية تحكمًا دقيقًا في درجة حرارة التكليس ومدة التكليس؛ إذ يمكن أن تؤدي درجات حرارة التكليس المرتفعة جدًا أو مدد التكليس الطويلة جدًا إلى انخفاض فعالية البنتونيت.

(3) طريقة التنشيط بالملح

تستخدم طريقة التنشيط بالملح عادةً هاليدات أيونات المعادن مثل الصوديوم والمغنيسيوم والألومنيوم والحديد، بالإضافة إلى النترات، كمعدلات لمعالجة البنتونيت. تعمل هذه الكاتيونات المعدنية على موازنة الشحنة السالبة على رباعيات السيليكون والأكسجين في البنتونيت. نظرًا لانخفاض تكافؤ هذه الكاتيونات وكبر نصف قطرها، يكون التفاعل بينها وبين طبقات الوحدة البنائية للبنتونيت ضعيفًا، مما ينتج عنه أداء تبادل أيوني جيد للبنتونيت.

ثانيًا: طريقة التعديل بالصوديوم

تُستخدم طريقة التعديل بالصوديوم بشكل أساسي لتعديل البنتونيت القائم على الكالسيوم. تشمل طرق التعديل الشائعة طريقة التعليق، وطريقة الخلط الجاف، وطريقة التكديس الرطب، وطريقة البثق الرطب. ومن مُعدِّلات الصوديوم الشائعة الاستخدام كربونات الصوديوم (Na₂CO₃) وكلوريد الصوديوم (NaCl). يعتمد مبدأ التعديل على التبادل الأيوني، حيث تحل أيونات الصوديوم (Na⁺) محل أيونات الكالسيوم (Ca²⁺) في الطبقة البينية، مما يُحدث نقصًا في الشحنة الموجبة. ثم تعمل أيونات الصوديوم الممتصة على السطح الخارجي للبلورة وبين طبقاتها على معادلة الشحنة السالبة.

أظهر امتزاز أيونات الكادميوم (Cd²⁺) باستخدام البنتونيت الكالسيومي والبنتونيت الكالسيومي المُعدَّل بالصوديوم أن سعة الامتزاز المشبعة للبنتونيت الكالسيومي والبنتونيت الكالسيومي المُعدَّل بالصوديوم كانت 2.96 ملغم/غ و8.45 ملغم/غ على التوالي. وكانت سعة امتزاز أيونات الكادميوم للبنتونيت الكالسيومي المُعدَّل بالصوديوم أكبر بكثير من سعة امتزاز البنتونيت الكالسيومي.

III. طريقة التعديل باستخدام المُعدِّلات المضافة

يمكن تقسيم البنتونيت المُعدَّل، المُحضَّر بطريقة المُعدِّلات المضافة، إلى ثلاثة أنواع: البنتونيت العضوي، والبنتونيت المتشابك، والبنتونيت العضوي المتشابك. يتضمن البنتونيت العضوي المتشابك إدخال مواد فعالة سطحية كاتيونية ذات سلاسل كربونية يزيد طولها عن 12 ذرة كربون (مثل أملاح الأمونيوم الرباعية كـ CTAB وCTAC) في الفراغات بين طبقات البنتونيت المتشابك لتعديله، مما ينتج عنه بنتونيت عضوي متشابك ذو مسام أكبر حجماً، وبالتالي تعزيز قدرته على الامتزاز.

يُمكن أن تُؤدي إضافة المُعدِّلات إلى البنتونيت إلى تغيير مساحة سطحه النوعية وزيادة المسافة بين طبقاته، مما يُحسِّن قدرته على الامتزاز. تُعد هذه إحدى الطرق الرئيسية المُستخدمة حالياً لتعديل البنتونيت.