Три распространенных метода модификации бентонита

Природный бентонит обладает чрезвычайно высокой гидрофильностью и легко соединяется с молекулами воды в сточных водах, что затрудняет разделение твердой и жидкой фаз после адсорбции и ограничивает его применение. Модифицированный бентонит не только обладает гораздо большей адсорбционной способностью, чем природный бентонит, но и расширяет область его применения. В настоящее время существует множество методов модификации бентонита, обычно включающих активационную модификацию, модификацию натрием и модификацию с добавлением модификаторов.

I. Активационная модификация

Активационная модификация включает активацию природного бентонита с использованием определенных методов для повышения его адсорбционной способности. К распространенным методам активации относятся активация подкислением, активация прокаливанием и активация неорганическими солями.

(1) Активация кислотой

Активация кислотой включает обработку природного бентонита кислотами различной концентрации, в результате чего ионы Na+, Mg2+, K+, Ca2+ и другие катионы между слоями бентонита превращаются в растворимые соли и растворяются, тем самым ослабляя энергию связи между кристаллическими слоями монтмориллонита, увеличивая межслоевое расстояние и образуя пористый активный материал с микропористой сетчатой ​​структурой и большей удельной поверхностью. Обычно используются серная и соляная кислоты.

(2) Метод активации прокаливанием

Метод активации прокаливанием включает прокаливание бентонита при различных температурах для его активации и модификации. При нагревании бентонит теряет межслоевую воду, связанную воду и примеси в порах, тем самым увеличивая его удельную поверхность и пористость, снижая сопротивление адсорбции, вызванное водными пленками и примесями, и улучшая адсорбционные свойства. Температура прокаливания 400-450℃ обеспечивает наилучший эффект модификации. Модификация бентонита путем высокотемпературной кальцинации требует строгого контроля температуры и времени кальцинирования; чрезмерно высокие температуры кальцинирования или чрезмерно длительное время кальцинирования могут легко привести к снижению активности бентонита.

(3) Метод солевой активации

Метод солевой активации обычно использует галогениды ионов металлов, таких как Na, Mg, Al и Fe, а также нитраты, в качестве модификаторов для обработки бентонита. Эти катионы металлов уравновешивают отрицательный заряд на тетраэдрах кремния и кислорода бентонита. Поскольку эти катионы имеют низкую валентность и большие радиусы, взаимодействие между ними и структурными единицами бентонита слабое, что приводит к хорошим ионообменным свойствам бентонита.

II. Метод натриевой модификации

Метод натриевой модификации в основном используется для модификации бентонита на основе кальция. К распространенным методам модификации относятся метод суспензии, метод сухого смешивания, метод мокрого укладки и метод мокрой экструзии. К числу обычно используемых натриевых модификаторов относятся Na₂CO₃ и NaCl. Принцип модификации основан на ионном обмене, при котором Na⁺ замещает Ca²⁺ в межслоевом пространстве, создавая дефицит положительного заряда. Затем Na⁺, адсорбированный на внешней поверхности кристалла и между кристаллическими слоями, уравновешивает отрицательный заряд.

Адсорбция Cd²⁺ с использованием бентонита на основе кальция и модифицированного натрием бентонита на основе кальция показала, что насыщенная адсорбционная способность бентонита на основе кальция и модифицированного натрием бентонита на основе кальция составила 2,96 мг/г и 8,45 мг/г соответственно. Адсорбционная способность модифицированного натрием бентонита на основе кальция по отношению к Cd²⁺ была значительно выше, чем у бентонита на основе кальция.

III. Метод модификации с помощью добавок-модификаторов

Модифицированный бентонит, полученный методом модификации с помощью добавок, можно разделить на три типа: органический бентонит, сшитый бентонит и органический сшитый бентонит. В органическом сшитом бентоните для модификации используются катионные поверхностно-активные вещества с длиной углеродной цепи более 12 (например, четвертичные аммониевые соли, такие как CTAB и CTAC), которые вводят в межслоевое пространство сшитого бентонита. В результате получается органический сшитый бентонит с большими размерами пор, что дополнительно повышает его адсорбционные свойства.

Добавление модификаторов к бентониту может изменять его удельную площадь поверхности и увеличивать межслоевое расстояние, тем самым улучшая его адсорбционные свойства. Это один из основных методов, используемых в настоящее время для модификации бентонита.