Três métodos comuns de modificação da bentonite

A bentonite natural possui uma hidrofilicidade extremamente elevada e combina-se facilmente com as moléculas de água nas águas residuais, dificultando a separação sólido-líquido após a adsorção e limitando a sua aplicação. A bentonite modificada não só apresenta um desempenho de adsorção muito superior ao da bentonite natural, como também alarga o seu leque de aplicações. Atualmente, existem vários métodos para modificar a bentonite, incluindo a modificação por ativação, a modificação com sódio e a modificação com a adição de outros modificadores.

I. Modificação por Activação

A modificação por ativação consiste em ativar a bentonite natural através de determinados métodos para melhorar o seu desempenho de adsorção. Os métodos de ativação mais comuns incluem a ativação por acidificação, a ativação por calcinação e a ativação com sais inorgânicos.

(1) Ativação por Acidificação

A activação por acidificação envolve o tratamento da bentonite natural com ácidos em diferentes concentrações, fazendo com que os catiões Na+, Mg2+, K+, Ca2+ e outros presentes entre as camadas de bentonite sejam convertidos em sais solúveis e dissolvidos. Isto enfraquece a energia de ligação entre as camadas cristalinas da montmorilonita, aumenta o espaçamento intercamadas e forma um material ativo poroso com uma estrutura de malha microporosa e uma maior área superficial específica. Os ácidos habitualmente utilizados incluem o ácido sulfúrico e o ácido clorídrico.

(2) Método de Ativação por Calcinação

O método de ativação por calcinação envolve a calcinação da bentonite a diferentes temperaturas para a ativar e modificar. Quando aquecida, a bentonite perde água intercamadas, água ligada e impurezas nos poros, aumentando assim a sua área superficial específica e porosidade, reduzindo a resistência à adsorção causada por filmes de água e impurezas e melhorando o desempenho de adsorção. Uma temperatura de calcinação de 400-450 °C produz o melhor efeito de modificação. A modificação por ativação por calcinação a alta temperatura requer um controlo rigoroso da temperatura e do tempo de calcinação; temperaturas excessivamente elevadas ou tempos de calcinação excessivamente longos podem facilmente levar a uma diminuição da atividade da bentonite.

(3) Método de Activação pelo Sal

O método de ativação por sal utiliza geralmente haletos de iões metálicos, como Na, Mg, Al e Fe, bem como nitratos, como modificadores para tratar a bentonite. Estes catiões metálicos equilibram a carga negativa nos tetraedros de silício-oxigénio da bentonite. Como estes catiões têm baixa valência e grandes raios, a interação entre eles e as camadas da unidade estrutural da bentonite é fraca, resultando num bom desempenho de troca iónica da bentonite.

II. Método de Modificação com Sódio

O método de modificação com sódio é utilizado principalmente para modificar a bentonite à base de cálcio. Os métodos de modificação normalmente utilizados incluem o método de suspensão, o método de mistura a seco, o método de empilhamento húmido e o método de extrusão húmida. Os modificadores de sódio normalmente utilizados incluem o Na₂CO₃ e o NaCl. O princípio da modificação baseia-se na troca iónica, onde o Na⁺ substitui o Ca²⁺ na camada interplanar, criando uma depleção de carga positiva. O Na⁺ adsorvido na superfície exterior do cristal e entre as camadas cristalinas equilibra a carga negativa.

A adsorção de Cd²⁺ utilizando bentonite à base de cálcio e bentonite à base de cálcio modificada com sódio mostrou que as capacidades de adsorção saturadas da bentonite à base de cálcio e da bentonite à base de cálcio modificada com sódio foram de 2,96 mg/g e 8,45 mg/g, respetivamente. A capacidade de adsorção do Cd²⁺ pela bentonite à base de cálcio modificada com sódio foi significativamente superior à da bentonite à base de cálcio.

III. Método de Modificação com Modificadores Aditivos

A bentonite modificada obtida pelo método de modificação com aditivos pode ser dividida em três tipos: bentonite orgânica, bentonite reticulada e bentonite orgânica reticulada. A reticulação orgânica da bentonita envolve a introdução de tensioativos catiónicos com cadeias de carbono maiores que 12 (como sais de amónio quaternário, como CTAB e CTAC) no espaço intercamadas da bentonita reticulada para modificação, resultando em bentonita reticulada orgânica com poros maiores e melhorando ainda mais o seu desempenho de adsorção.

A adição de modificadores à bentonite pode alterar a sua área superficial específica e aumentar o espaçamento intercamadas, melhorando assim o seu desempenho de adsorção. Este é um dos principais métodos atualmente utilizados para a modificação da bentonite.