Phương pháp biến tính hữu cơ của khoáng sét
So với các chất hấp phụ khác, khoáng sét thường được sử dụng làm chất hấp phụ tự nhiên do giá thành rẻ, diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng trao đổi cation cao.
Trong những năm gần đây, người ta sử dụng các khoáng sét tự nhiên như kaolinite, montmorillonite, illite và bentonit để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và chất ô nhiễm anion trong nước. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khoáng sét tự nhiên có khả năng hấp phụ nhất định đối với các chất ô nhiễm anion, nhưng khả năng hấp phụ của chúng đối với các chất ô nhiễm hữu cơ là yếu. Điều này là do có nhiều cation vô cơ ưa nước trên bề mặt của khoáng sét, làm cho bề mặt của khoáng sét ưa nước ở trạng thái ẩm ướt và rất khó để hấp thụ trực tiếp các chất ô nhiễm hữu cơ kỵ nước.
Bằng cách biến đổi khoáng sét tự nhiên bằng chất hoạt động bề mặt, polyme và chất liên kết silan, bề mặt của khoáng sét có thể được chuyển từ ưa nước sang kỵ nước, và có thể thu được chất hấp phụ organoclay với chi phí thấp và hiệu suất hấp phụ mạnh. Nó có thể cải thiện hiệu quả sự hấp phụ của khoáng sét đối với các chất ô nhiễm hữu cơ kỵ nước.
1. Chất hoạt động bề mặt
Phân tử chất hoạt động bề mặt bao gồm hai nhóm có tính chất hoàn toàn khác nhau, đó là nhóm ưa nước và nhóm kỵ nước. Theo sự phân ly của các nhóm ưa nước trong dung dịch nước, chất hoạt động bề mặt có thể được chia thành chất hoạt động bề mặt cation, chất hoạt động bề mặt anion và chất hoạt động bề mặt không ion. Và vì thân thiện với môi trường và ít độc tính, nó thường được sử dụng làm chất điều chỉnh đất sét.
(1) Chất hoạt động bề mặt cation
Cơ chế sử dụng chất hoạt động bề mặt cation để biến tính khoáng sét thường là phản ứng trao đổi ion, tức là các cation hữu cơ trong chất hoạt động bề mặt cation thay thế các cation vô cơ (như Na+, Ca2+,…) giữa các lớp khoáng sét.
(2) Chất hoạt động bề mặt anion
Các nhóm ưa nước của chất hoạt động bề mặt anion là các nhóm tích điện âm và cũng có các nhóm tích điện âm trên bề mặt khoáng sét, do đó các chất hoạt động bề mặt anion không thể bị hấp phụ trên bề mặt khoáng sét bằng lực hút tĩnh điện. Hiện nay, cơ chế biến tính của các chất hoạt động bề mặt anion trên khoáng sét chủ yếu là tạo liên kết kỵ nước và tạo liên kết hydro.
(3) Chất hoạt động bề mặt hỗn hợp cation và anion
(4) Chất hoạt động bề mặt Gemini
Chất hoạt động bề mặt Gemini (chất hoạt động bề mặt mờ hơn) bao gồm hai chuỗi carbon alkyl kỵ nước và các nhóm ưa nước, nhóm liên kết và nhóm phản ion. So với các chất hoạt động bề mặt cation amoni bậc bốn alkyl truyền thống, khoáng sét được biến đổi bởi chất hoạt động bề mặt gemini thường có khả năng hấp phụ cao hơn và giải phóng chất biến tính thấp hơn, vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải.
(5) Chất hoạt động bề mặt không ion
Các chất hoạt động bề mặt không ion không phân ly trong nước và các nhóm ưa nước của chúng thường là các nhóm este, nhóm cacboxyl và nhóm hydroxyl, có thể tương tác với các nhóm hydroxyl trên bề mặt khoáng sét để tạo ra liên kết hydro và hấp phụ trên bề mặt khoáng sét.
Ngoài ra, đã có báo cáo rằng khoáng sét hữu cơ được biến đổi bởi chất hoạt động bề mặt không ion có khoảng cách giữa các lớp lớn hơn và tính ổn định hóa học cao hơn so với khoáng sét hữu cơ được biến tính bởi chất hoạt động bề mặt cation và có triển vọng ứng dụng tốt hơn.
2. Polyme
Polyme có thể biến đổi khoáng sét thông qua hấp phụ vật lý, trao đổi ion và ghép hóa học, đồng thời cải thiện hiệu suất hấp phụ của khoáng sét.
Phương pháp điều chỉnh hấp phụ vật lý đề cập đến việc polyme được hấp phụ trên bề mặt của khoáng sét do các nhóm chức năng hoặc tích điện của chính nó hình thành liên kết hydro với các nhóm hydroxyl trên bề mặt khoáng sét và làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của bề mặt. Ưu điểm của hấp phụ vật lý là không làm thay đổi cấu trúc của khoáng sét. Nhược điểm là lực giữa polyme và bề mặt khoáng sét tương đối yếu, dễ bị xáo trộn bởi các yếu tố như nhiệt độ và giá trị pH.
Sự ghép hóa học của các polyme lên bề mặt của khoáng sét thuộc về sự hấp phụ hóa học, và sự ngưng tụ của các polyme và các nhóm phản ứng của khoáng sét làm cho các polyme liên kết với bề mặt của khoáng sét. Khoáng vật sét biến tính bằng hấp phụ hóa học ổn định hơn so với khoáng vật sét biến tính bằng hấp phụ vật lý.
3. Chất kết dính silane
Các tác nhân liên kết silan, còn được gọi là organosilan, bao gồm các nhóm không thể thủy phân, nhóm alkylene chuỗi ngắn và nhóm có thể thủy phân. Các tác nhân liên kết silan làm thay đổi khoáng sét, thường bằng cách thủy phân các nhóm silan dễ thủy phân thành các nhóm hydroxyl và sau đó ngưng tụ với các nhóm hydroxyl trên bề mặt khoáng sét để tạo thành liên kết cộng hóa trị Si-O-Si hoặc Si-O-Al ổn định và hấp phụ trên Đất sét. bề mặt khoáng sản.