سه روش رایج اصلاح بنتونیت
بنتونیت طبیعی خاصیت آبدوستی بسیار قوی دارد و به راحتی با مولکولهای آب در فاضلاب ترکیب میشود و جداسازی جامد-مایع را پس از جذب دشوار میکند و کاربرد آن را محدود میکند. بنتونیت اصلاحشده نه تنها عملکرد جذب بسیار بیشتری نسبت به بنتونیت طبیعی دارد، بلکه دامنه کاربرد آن را نیز گسترش میدهد. در حال حاضر، روشهای زیادی برای اصلاح بنتونیت وجود دارد که معمولاً شامل اصلاح فعالسازی، اصلاح سدیم و اصلاح با اصلاحکنندههای اضافه شده است.
اصلاح فعالسازی
اصلاح فعالسازی شامل فعالسازی بنتونیت طبیعی با استفاده از روشهای خاص برای افزایش عملکرد جذب آن است. روشهای فعالسازی رایج شامل فعالسازی اسیدی، فعالسازی کلسیناسیون و فعالسازی نمک معدنی است.
(1) فعالسازی اسیدی
فعالسازی اسیدی شامل تیمار بنتونیت طبیعی با اسیدهایی با غلظتهای مختلف است که باعث میشود Na+، Mg2+، K+، Ca2+ و سایر کاتیونهای بین لایههای بنتونیت به نمکهای محلول تبدیل و حل شوند و در نتیجه انرژی پیوند بین لایههای بلوری مونتموریلونیت تضعیف شود، فاصله بین لایهها افزایش یابد و یک ماده فعال متخلخل با ساختار شبکهای ریزمتخلخل و سطح ویژه بزرگتر تشکیل شود. اسیدهای رایج مورد استفاده شامل اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک هستند.
(2) روش فعالسازی کلسیناسیون
روش فعالسازی کلسیناسیون شامل کلسینه کردن بنتونیت در دماهای مختلف برای فعالسازی و اصلاح آن است. بنتونیت هنگام گرم شدن، آب بین لایهای، آب پیوندی و ناخالصیهای موجود در منافذ را از دست میدهد و در نتیجه سطح ویژه و تخلخل آن افزایش مییابد، مقاومت جذب ناشی از لایههای آب و ناخالصیها کاهش مییابد و عملکرد جذب بهبود مییابد. دمای کلسیناسیون 400-450 درجه سانتیگراد بهترین اثر اصلاح را به همراه دارد. اصلاح فعالسازی کلسیناسیون در دمای بالا نیاز به کنترل دقیق دما و زمان کلسیناسیون دارد؛ دمای کلسیناسیون بیش از حد بالا یا زمان کلسیناسیون بیش از حد طولانی میتواند به راحتی منجر به کاهش فعالیت بنتونیت شود.
(3) روش فعالسازی نمک
روش فعالسازی نمک معمولاً از هالیدهای یونهای فلزی مانند Na، Mg، Al و Fe و همچنین نیتراتها به عنوان اصلاحکننده برای اصلاح بنتونیت استفاده میکند. این کاتیونهای فلزی بار منفی روی تتراهدرال سیلیکون-اکسیژن بنتونیت را متعادل میکنند. از آنجا که این کاتیونها ظرفیت کم و شعاعهای بزرگی دارند، برهمکنش بین آنها و لایههای واحد ساختاری بنتونیت ضعیف است و در نتیجه عملکرد تبادل یونی خوبی در بنتونیت ایجاد میشود.
II. روش اصلاح سدیم
روش اصلاح سدیم عمدتاً برای اصلاح بنتونیت پایه کلسیم استفاده میشود. روشهای اصلاح رایج شامل روش تعلیق، روش اختلاط خشک، روش انباشت مرطوب و روش اکستروژن مرطوب است. اصلاحکنندههای سدیم رایج شامل Na₂CO₃ و NaCl هستند. اصل اصلاح از طریق تبادل یونی است، که در آن Na⁺ جایگزین Ca²⁺ در لایه میانی میشود و یک تخلیه بار مثبت ایجاد میکند. Na⁺ جذب شده روی سطح بیرونی کریستال و بین لایههای کریستال، بار منفی را متعادل میکند.
جذب Cd²⁺ با استفاده از بنتونیت پایه کلسیم و بنتونیت پایه کلسیم اصلاح شده با سدیم نشان داد که ظرفیت جذب اشباع بنتونیت پایه کلسیم و بنتونیت پایه کلسیم اصلاح شده با سدیم به ترتیب 2.96 میلیگرم بر گرم و 8.45 میلیگرم بر گرم بود. ظرفیت جذب بنتونیت پایه کلسیم اصلاح شده با سدیم برای Cd²⁺ به طور قابل توجهی بیشتر از بنتونیت پایه کلسیم بود.
III. روش اصلاح با اصلاح کنندههای افزودنی
بنتونیت اصلاح شده به دست آمده با روش اصلاح کننده افزودنی را میتوان به سه نوع تقسیم کرد: بنتونیت آلی، بنتونیت با پیوند عرضی و بنتونیت با پیوند عرضی آلی. بنتونیت با پیوند عرضی آلی شامل وارد کردن سورفکتانتهای کاتیونی با طول زنجیره کربنی بیشتر از ۱۲ (مانند نمکهای آمونیوم چهارتایی مانند CTAB و CTAC) به فضای بین لایهای بنتونیت با پیوند عرضی برای اصلاح است که منجر به بنتونیت با پیوند عرضی آلی با اندازه منافذ بزرگتر و افزایش بیشتر عملکرد جذب آن میشود.
افزودن اصلاحکنندهها به بنتونیت میتواند سطح ویژه آن را تغییر داده و فاصله بین لایهای را افزایش دهد و در نتیجه عملکرد جذب آن را بهبود بخشد. این یکی از روشهای اصلی است که در حال حاضر برای اصلاح بنتونیت استفاده میشود.