Bentonit için üç yaygın modifikasyon yöntemi
Doğal bentonit son derece güçlü hidrofilik özelliğe sahiptir ve atık sudaki su molekülleriyle kolayca birleşir; bu da adsorpsiyondan sonra katı-sıvı ayrımını zorlaştırır ve uygulamasını sınırlar. Modifiye bentonit, doğal bentonite göre çok daha yüksek adsorpsiyon performansına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda uygulama alanını da genişletir. Şu anda, bentonit modifikasyonu için yaygın olarak kullanılan birçok yöntem vardır; bunlar arasında aktivasyon modifikasyonu, sodyum modifikasyonu ve ilave modifiye edicilerle modifikasyon yer alır.
I. Aktivasyon Modifikasyonu
Aktivasyon modifikasyonu, adsorpsiyon performansını artırmak için belirli yöntemler kullanılarak doğal bentonitin aktive edilmesini içerir. Yaygın olarak kullanılan aktivasyon yöntemleri arasında asitlendirme aktivasyonu, kalsinasyon aktivasyonu ve inorganik tuz aktivasyonu bulunur.
(1) Asitlendirme Aktivasyonu
Asitlendirme aktivasyonu, doğal bentonitin farklı konsantrasyonlardaki asitlerle işlenmesini içerir; bu işlem, bentonit katmanları arasındaki Na+, Mg2+, K+, Ca2+ ve diğer katyonların çözünür tuzlara dönüştürülmesine ve çözünmesine neden olarak, montmorillonit kristal katmanları arasındaki bağ enerjisini zayıflatır, katmanlar arası mesafeyi artırır ve mikro gözenekli ağ yapısına ve daha büyük özgül yüzey alanına sahip gözenekli bir aktif malzeme oluşturur. Yaygın olarak kullanılan asitler arasında sülfürik asit ve hidroklorik asit bulunur.
(2) Kalsinasyon Aktivasyon Yöntemi
Kalsinasyon aktivasyon yöntemi, bentoniti farklı sıcaklıklarda kalsine ederek aktive etmeyi ve modifiye etmeyi içerir. Isıtıldığında, bentonit katmanlar arası suyu, bağlı suyu ve gözeneklerdeki safsızlıkları kaybeder; böylece özgül yüzey alanı ve gözenekliliği artar, su filmlerinden ve safsızlıklardan kaynaklanan adsorpsiyon direnci azalır ve adsorpsiyon performansı iyileşir. 400-450℃ kalsinasyon sıcaklığı en iyi modifikasyon etkisini verir. Yüksek sıcaklıkta kalsinasyon aktivasyon modifikasyonu, kalsinasyon sıcaklığı ve süresinin sıkı kontrolünü gerektirir; aşırı yüksek kalsinasyon sıcaklıkları veya aşırı uzun kalsinasyon süreleri, bentonit aktivitesinde kolayca bir azalmaya yol açabilir.
(3) Tuz Aktivasyon Yöntemi
Tuz aktivasyon yöntemi, bentoniti işlemek için genellikle Na, Mg, Al ve Fe gibi metal iyonlarının halojenürlerini ve nitratları modifiye edici olarak kullanır. Bu metal katyonları, bentonitin silikon-oksijen tetrahedralarındaki negatif yükü dengeler. Bu katyonların düşük değerlikli ve büyük yarıçaplı olmaları nedeniyle, bunlar ile bentonit yapısal birim katmanları arasındaki etkileşim zayıftır ve bu da bentonitin iyi iyon değişim performansına yol açar.
II. Sodyum Modifikasyon Yöntemi
Sodyum modifikasyon yöntemi esas olarak kalsiyum bazlı bentonitin modifikasyonu için kullanılır. Yaygın olarak kullanılan modifikasyon yöntemleri arasında süspansiyon yöntemi, kuru karıştırma yöntemi, ıslak istifleme yöntemi ve ıslak ekstrüzyon yöntemi bulunur. Yaygın olarak kullanılan sodyum modifiye ediciler arasında Na₂CO₃ ve NaCl bulunur. Modifikasyon prensibi, iyon değişimi yoluyla gerçekleşir; burada Na⁺, ara katmanda Ca²⁺’nin yerini alarak pozitif yük azalmasına neden olur. Kristalin dış yüzeyine ve kristal katmanları arasına adsorbe olan Na⁺ daha sonra negatif yükü dengeler.
Kalsiyum bazlı bentonit ve sodyum modifiye edilmiş kalsiyum bazlı bentonit kullanılarak Cd²⁺ adsorpsiyonu, kalsiyum bazlı bentonit ve sodyum modifiye edilmiş kalsiyum bazlı bentonitin doygun adsorpsiyon kapasitelerinin sırasıyla 2,96 mg/g ve 8,45 mg/g olduğunu göstermiştir. Sodyum modifiye edilmiş kalsiyum bazlı bentonitin Cd²⁺ için adsorpsiyon kapasitesi, kalsiyum bazlı bentonitinkinden önemli ölçüde daha büyüktür.
III. Katkı Maddesi Modifiye Edicilerle Modifikasyon Yöntemi
Katkı maddesi modifiye edici yöntemiyle elde edilen modifiye bentonit üç tipe ayrılabilir: organik bentonit, çapraz bağlı bentonit ve organik-çapraz bağlı bentonit. Organik çapraz bağlı bentonit, modifikasyon amacıyla çapraz bağlı bentonitin ara katman boşluğuna 12’den büyük karbon zincir uzunluğuna sahip katyonik yüzey aktif maddelerin (CTAB ve CTAC gibi kuaterner amonyum tuzları gibi) eklenmesini içerir; bu da daha büyük gözenek boyutlarına sahip ve adsorpsiyon performansını daha da artıran organik çapraz bağlı bentonit elde edilmesini sağlar.
Bentonite modifiye edici maddeler eklemek, özgül yüzey alanını değiştirebilir ve ara katman boşluğunu artırarak adsorpsiyon performansını iyileştirebilir. Bu, şu anda bentonit modifikasyonu için kullanılan başlıca yöntemlerden biridir.