Trois méthodes courantes de modification de la bentonite
La bentonite naturelle possède une hydrophilie extrêmement forte et se combine facilement aux molécules d’eau présentes dans les eaux usées, ce qui rend la séparation solide-liquide difficile après adsorption et limite ses applications. La bentonite modifiée présente non seulement des performances d’adsorption bien supérieures à celles de la bentonite naturelle, mais élargit également son champ d’application. Il existe actuellement de nombreuses méthodes de modification de la bentonite, notamment la modification par activation, la modification par le sodium et la modification par ajout de modificateurs.
I. Modification par activation
La modification par activation consiste à activer la bentonite naturelle par certaines méthodes afin d’améliorer ses performances d’adsorption. Les méthodes d’activation couramment utilisées comprennent l’activation par acidification, l’activation par calcination et l’activation par des sels inorganiques.
(1) Activation par acidification
L’activation par acidification consiste à traiter la bentonite naturelle avec des acides de différentes concentrations. Ce traitement entraîne la conversion des ions Na+, Mg2+, K+, Ca2+ et autres cations présents entre les feuillets de bentonite en sels solubles, ce qui affaiblit l’énergie de liaison entre les feuillets cristallins de montmorillonite, augmente l’espacement interfoliaire et forme un matériau actif poreux doté d’une structure microporeuse et d’une surface spécifique plus importante. L’acide sulfurique et l’acide chlorhydrique sont couramment utilisés.
(2) Méthode d’activation par calcination
La méthode d’activation par calcination consiste à calciner la bentonite à différentes températures afin de l’activer et de la modifier. Sous l’effet de la chaleur, la bentonite perd son eau interfoliaire, son eau liée et les impuretés présentes dans ses pores, ce qui augmente sa surface spécifique et sa porosité, réduit la résistance à l’adsorption due aux films d’eau et aux impuretés et améliore ses performances d’adsorption. Une température de calcination de 400 à 450 °C permet d’obtenir le meilleur résultat. La modification par activation par calcination à haute température exige un contrôle rigoureux de la température et de la durée de calcination ; des températures ou des durées de calcination excessivement élevées peuvent facilement entraîner une diminution de l’activité de la bentonite.
(3) Méthode d’activation par les sels
La méthode d’activation par les sels utilise généralement des halogénures d’ions métalliques tels que Na, Mg, Al et Fe, ainsi que des nitrates, comme modificateurs pour traiter la bentonite. Ces cations métalliques neutralisent la charge négative des tétraèdres silicium-oxygène de la bentonite. Du fait de leur faible valence et de leur grand rayon ionique, l’interaction entre ces cations et les couches structurales de la bentonite est faible, ce qui confère à la bentonite de bonnes propriétés d’échange d’ions.
II. Méthode de modification par le sodium
La méthode de modification par le sodium est principalement utilisée pour modifier la bentonite à base de calcium. Les méthodes de modification courantes comprennent la suspension, le mélange à sec, l’empilement humide et l’extrusion humide. Les modificateurs sodiques couramment utilisés sont Na₂CO₃ et NaCl. Le principe de modification repose sur un échange d’ions, où Na⁺ remplace Ca²⁺ dans l’espace interfoliaire, créant ainsi une déplétion en charges positives. Les ions Na⁺ adsorbés à la surface externe du cristal et entre les couches cristallines neutralisent alors les charges négatives.
L’adsorption de Cd²⁺ par la bentonite à base de calcium et la bentonite à base de calcium modifiée au sodium a montré que les capacités d’adsorption à saturation étaient respectivement de 2,96 mg/g et 8,45 mg/g. La capacité d’adsorption de Cd²⁺ par la bentonite à base de calcium modifiée au sodium était significativement supérieure à celle de la bentonite à base de calcium.
III. Méthode de modification par ajout de modificateurs
La bentonite modifiée obtenue par la méthode d’ajout de modificateurs peut être classée en trois types : bentonite organique, bentonite réticulée et bentonite organo-réticulée. La réticulation organique de la bentonite consiste à introduire des tensioactifs cationiques à chaîne carbonée supérieure à 12 atomes de carbone (tels que les sels d’ammonium quaternaire comme le CTAB et le CTAC) dans l’espace interfoliaire de la bentonite réticulée afin de la modifier. Il en résulte une bentonite réticulée organiquement présentant des pores de plus grande taille et des performances d’adsorption encore améliorées.
L’ajout de modificateurs à la bentonite permet d’altérer sa surface spécifique et d’augmenter l’espacement interfoliaire, améliorant ainsi ses performances d’adsorption. C’est l’une des principales méthodes actuellement utilisées pour la modification de la bentonite.