Método de modificación orgánica de minerales arcillosos
En comparación con otros adsorbentes, los minerales arcillosos se utilizan a menudo como adsorbentes naturales debido a su bajo costo, gran área de superficie específica y alta capacidad de intercambio catiónico.
En los últimos años, las personas utilizan minerales arcillosos naturales como la caolinita, la montmorillonita, la ilita y la bentonita para eliminar los contaminantes orgánicos y los aniones del agua. Sin embargo, los estudios han demostrado que los minerales arcillosos naturales tienen cierta capacidad de adsorción de contaminantes aniónicos, pero su capacidad de adsorción de contaminantes orgánicos es débil. Esto se debe a que hay muchos cationes inorgánicos hidrófilos en la superficie de los minerales arcillosos, lo que hace que la superficie de los minerales arcillosos sea hidrófila en estado húmedo, y es difícil adsorber directamente los contaminantes orgánicos hidrófobos.
Al modificar los minerales arcillosos naturales con tensioactivos, polímeros y agentes de acoplamiento de silano, la superficie de los minerales arcillosos se puede transformar de hidrófila a hidrófoba, y se puede obtener un adsorbente de arcilla orgánica con un bajo costo y un fuerte rendimiento de adsorción. Puede mejorar efectivamente la adsorción de minerales arcillosos a contaminantes orgánicos hidrofóbicos.
1. Surfactante
Las moléculas de surfactante se componen de dos grupos con propiedades completamente diferentes, a saber, el grupo hidrofílico y el grupo hidrofóbico. Según la disociación de los grupos hidrófilos en solución acuosa, los tensioactivos se pueden dividir en tensioactivos catiónicos, tensioactivos aniónicos y tensioactivos no iónicos. Y debido a su compatibilidad con el medio ambiente y baja toxicidad, a menudo se usa como modificador de arcilla.
(1) Surfactante catiónico
El mecanismo de uso de tensioactivos catiónicos para modificar minerales arcillosos suele ser una reacción de intercambio iónico, es decir, los cationes orgánicos en los tensioactivos catiónicos reemplazan a los cationes inorgánicos (como Na+, Ca2+, etc.) entre las capas de minerales arcillosos.
(2) Tensioactivos aniónicos
Los grupos hidrofílicos de los tensioactivos aniónicos son grupos cargados negativamente y también hay grupos cargados negativamente en la superficie de los minerales arcillosos, por lo que los tensioactivos aniónicos no pueden adsorberse en la superficie de los minerales arcillosos por atracción electrostática. En la actualidad, los mecanismos de modificación de los tensioactivos aniónicos sobre minerales arcillosos son principalmente enlaces hidrofóbicos y formación de enlaces de hidrógeno.
(3) Surfactantes compuestos catiónicos y aniónicos
(4) tensioactivos Géminis
Los tensioactivos Gemini (tensioactivos dímeros) se componen de dos cadenas de carbono alquílicas hidrofóbicas y grupos hidrofílicos, grupos de enlace y grupos contraiónicos. En comparación con los tensioactivos catiónicos de amonio cuaternario de alquilo tradicionales, los minerales arcillosos modificados por los tensioactivos gemini suelen tener una mayor capacidad de adsorción y una menor liberación de modificadores, por lo que se utilizan ampliamente en el campo de la eliminación de aguas residuales.
(5) Tensioactivos no iónicos
Los tensioactivos no iónicos no se disocian en agua y sus grupos hidrofílicos suelen ser grupos éster, grupos carboxilo y grupos hidroxilo, que pueden interactuar con los grupos hidroxilo en la superficie de los minerales arcillosos para generar enlaces de hidrógeno y adsorberse en la superficie de los minerales arcillosos.
Además, se ha informado que los minerales de organoarcilla modificados por tensioactivos no iónicos tienen una mayor separación entre capas y una mayor estabilidad química que los minerales de organoarcilla modificados por tensioactivos catiónicos, y tienen mejores perspectivas de aplicación.
2. Polímero
Los polímeros pueden modificar los minerales arcillosos a través de la adsorción física, el intercambio iónico y el injerto químico, y mejorar el rendimiento de adsorción de los minerales arcillosos.
El método de modificación de adsorción física se refiere a que el polímero se adsorbe en la superficie del mineral arcilloso debido a sus propios grupos cargados o funcionales que forman enlaces de hidrógeno con los grupos hidroxilo en la superficie del mineral arcilloso, y cambia las propiedades físicas y químicas de la superficie. La ventaja de la adsorción física es que no cambia la estructura de los minerales arcillosos. La desventaja es que la fuerza entre el polímero y la superficie del mineral arcilloso es relativamente débil y se altera fácilmente por factores como la temperatura y el valor del pH.
El injerto químico de polímeros en la superficie de los minerales arcillosos pertenece a la adsorción química, y la condensación de polímeros y grupos reactivos de los minerales arcillosos hace que los polímeros se unan a la superficie de los minerales arcillosos. Los minerales arcillosos modificados por adsorción química son más estables que los modificados por adsorción física.
3. Agente de acoplamiento de silano
Los agentes de acoplamiento de silano, también conocidos como organosilanos, se componen de grupos no hidrolizables, grupos alquileno de cadena corta y grupos hidrolizables. Los agentes de acoplamiento de silano modifican los minerales arcillosos, generalmente hidrolizando los grupos hidrolizables de silano en grupos hidroxilo y luego condensando con los grupos hidroxilo en la superficie de los minerales arcillosos para formar enlaces covalentes estables Si-O-Si o Si-O-Al y adsorbidos en la arcilla. superficie mineral.