روش اصلاح آلی مواد معدنی رسی

در مقایسه با جاذب های دیگر، کانی های رسی به دلیل هزینه کم، سطح ویژه بزرگ و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا، اغلب به عنوان جاذب طبیعی استفاده می شوند.

در سال های اخیر، مردم از مواد معدنی خاک رس طبیعی مانند کائولینیت، مونتموریلونیت، ایلیت و بنتونیت برای حذف آلاینده های آلی و آلاینده های آنیونی در آب استفاده می کنند. با این حال، مطالعات نشان داده است که کانی های رسی طبیعی ظرفیت جذب خاصی برای آلاینده های آنیونی دارند، اما ظرفیت جذب آنها برای آلاینده های آلی ضعیف است. این به این دلیل است که روی سطح کانی‌های رسی کاتیون‌های معدنی آبدوست زیادی وجود دارد که سطح کانی‌های رسی را در حالت مرطوب آب‌دوست می‌کند و جذب مستقیم آلاینده‌های آلی آبگریز دشوار است.

با اصلاح کانی‌های رسی طبیعی با سورفکتانت‌ها، پلیمرها و عوامل جفت‌کننده سیلان، سطح کانی‌های رسی را می‌توان از آب دوست به آبگریز تبدیل کرد و یک جاذب ارگانوسی با هزینه کم و عملکرد جذب قوی به دست آورد. این می تواند به طور موثر جذب مواد معدنی خاک رس را به آلاینده های آلی آبگریز بهبود بخشد.

1. سورفکتانت

مولکول های سورفکتانت از دو گروه با خواص کاملاً متفاوت تشکیل شده اند، یعنی گروه آب دوست و گروه آبگریز. با توجه به تفکیک گروه های آبدوست در محلول های آبی، سورفکتانت ها را می توان به سورفکتانت های کاتیونی، سورفکتانت های آنیونی و سورفکتانت های غیریونی تقسیم کرد. و به دلیل سازگاری با محیط زیست و سمیت کم، اغلب به عنوان اصلاح کننده خاک رس استفاده می شود.

(1) سورفکتانت کاتیونی

مکانیسم استفاده از سورفکتانت های کاتیونی برای اصلاح کانی های رسی معمولاً یک واکنش تبادل یونی است، یعنی کاتیون های آلی موجود در سورفکتانت های کاتیونی جایگزین کاتیون های معدنی (مانند Na+، Ca2+ و غیره) بین لایه های معدنی رسی می شوند.

(2) سورفکتانت های آنیونی

گروه‌های آبدوست سورفکتانت‌های آنیونی، گروه‌هایی با بار منفی هستند و همچنین گروه‌هایی با بار منفی روی سطح کانی‌های رسی وجود دارند، به طوری که سورفکتانت‌های آنیونی نمی‌توانند با جاذبه الکترواستاتیکی روی سطح کانی‌های رسی جذب شوند. در حال حاضر، مکانیسم‌های اصلاح سورفکتانت‌های آنیونی روی کانی‌های رسی عمدتاً پیوند آبگریز و تشکیل پیوند هیدروژنی است.

(3) سورفکتانت های کامپوزیت کاتیونی و آنیونی

(4) سورفکتانت جمینی

سورفکتانت های جمینی (سورفکتانت های دایمر) از دو زنجیره کربن آلکیل آبگریز و گروه های آبدوست، گروه های پیوند دهنده و گروه های ضد یونی تشکیل شده اند. در مقایسه با سورفکتانت‌های کاتیونی آمونیوم چهارتایی آلکیل سنتی، کانی‌های رسی اصلاح‌شده توسط سورفکتانت‌های جمینی معمولاً ظرفیت جذب بالاتر و انتشار اصلاح‌کننده کمتری دارند، بنابراین به طور گسترده در زمینه حذف فاضلاب استفاده می‌شوند.

(5) سورفکتانت های غیر یونی

سورفکتانت های غیر یونی در آب تجزیه نمی شوند و گروه های آبدوست آنها معمولاً گروه های استر، گروه های کربوکسیل و گروه های هیدروکسیل هستند که می توانند با گروه های هیدروکسیل روی سطح کانی های رسی برای ایجاد پیوندهای هیدروژنی و جذب روی سطح کانی های رسی برهم کنش داشته باشند.

علاوه بر این، گزارش شده است که کانی‌های ارگانرسی اصلاح‌شده توسط سورفکتانت‌های غیریونی دارای فاصله بین لایه‌ای بزرگ‌تر و پایداری شیمیایی بالاتری نسبت به کانی‌های ارگانرسی اصلاح‌شده توسط سورفکتانت‌های کاتیونی هستند و چشم‌انداز کاربرد بهتری دارند.

2. پلیمر

پلیمرها می توانند کانی های رسی را از طریق جذب فیزیکی، تبادل یونی و پیوند شیمیایی اصلاح کنند و عملکرد جذب کانی های رسی را بهبود بخشند.

روش اصلاح جذب فیزیکی به این اطلاق می‌شود که پلیمر به دلیل گروه‌های باردار یا عاملی خود که پیوند هیدروژنی با گروه‌های هیدروکسیل روی سطح کانی رسی تشکیل می‌دهند، روی سطح کانی رسی جذب می‌شود و خواص فیزیکی و شیمیایی آن را تغییر می‌دهد. سطح. مزیت جذب فیزیکی این است که ساختار کانی های رسی را تغییر نمی دهد. نقطه ضعف آن این است که نیروی بین پلیمر و سطح کانی رسی نسبتا ضعیف است و به راحتی توسط عواملی مانند دما و مقدار pH مختل می شود.

پیوند شیمیایی پلیمرها به سطح کانی‌های رسی متعلق به جذب شیمیایی است و تراکم پلیمرها و گروه‌های واکنشی کانی‌های رسی باعث پیوند پلیمرها به سطح کانی‌های رسی می‌شود. کانی های رسی اصلاح شده توسط جذب شیمیایی پایدارتر از آنهایی هستند که توسط جذب فیزیکی اصلاح شده اند.

3. عامل کوپلینگ سیلان

عوامل جفت کننده سیلان، همچنین به عنوان ارگانوسیلان شناخته می شوند، از گروه های غیر قابل هیدرولیز، گروه های آلکیلن با زنجیره کوتاه و گروه های قابل هیدرولیز تشکیل شده اند. عوامل جفت‌کننده سیلان کانی‌های رسی را اصلاح می‌کنند، معمولاً با هیدرولیز گروه‌های قابل هیدرولیز سیلان به گروه‌های هیدروکسیل و سپس متراکم شدن با گروه‌های هیدروکسیل روی سطح کانی‌های رسی برای تشکیل پیوندهای کووالانسی پایدار Si-O-Si یا Si-O-Al و جذب روی آن. خاک رس سطح معدنی