Ba phương pháp cải tiến phổ biến cho bentonit
Đất sét bentonit tự nhiên có tính ưa nước cực mạnh và dễ dàng kết hợp với các phân tử nước trong nước thải, khiến việc tách chất rắn-lỏng sau quá trình hấp phụ trở nên khó khăn và hạn chế ứng dụng của nó. Đất sét bentonit biến tính không chỉ có hiệu suất hấp phụ cao hơn nhiều so với đất sét bentonit tự nhiên mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng. Hiện nay, có nhiều phương pháp biến tính đất sét bentonit, thường bao gồm biến tính hoạt hóa, biến tính bằng natri và biến tính bằng cách thêm các chất phụ gia.
I. Biến tính hoạt hóa
Biến tính hoạt hóa bao gồm việc hoạt hóa đất sét bentonit tự nhiên bằng một số phương pháp nhất định để tăng cường hiệu suất hấp phụ của nó. Các phương pháp hoạt hóa thường được sử dụng bao gồm hoạt hóa bằng axit hóa, hoạt hóa bằng nung và hoạt hóa bằng muối vô cơ.
(1) Phương pháp hoạt hóa bằng axit
Phương pháp hoạt hóa bằng axit bao gồm xử lý bentonit tự nhiên bằng axit có nồng độ khác nhau, làm cho các cation Na+, Mg2+, K+, Ca2+ và các cation khác giữa các lớp bentonit chuyển hóa thành muối hòa tan, do đó làm suy yếu năng lượng liên kết giữa các lớp tinh thể montmorillonit, tăng khoảng cách giữa các lớp và tạo thành vật liệu hoạt tính xốp với cấu trúc lưới vi xốp và diện tích bề mặt riêng lớn hơn. Các axit thường được sử dụng bao gồm axit sulfuric và axit clohydric.
(2) Phương pháp hoạt hóa bằng nung
Phương pháp hoạt hóa bằng nung bao gồm nung bentonit ở các nhiệt độ khác nhau để hoạt hóa và biến đổi nó. Khi được nung nóng, bentonit mất nước giữa các lớp, nước liên kết và tạp chất trong các lỗ xốp, do đó làm tăng diện tích bề mặt riêng và độ xốp, giảm sức cản hấp phụ do màng nước và tạp chất gây ra, và cải thiện hiệu suất hấp phụ. Nhiệt độ nung 400-450℃ cho hiệu quả biến đổi tốt nhất. Biến đổi hoạt hóa bằng nung ở nhiệt độ cao đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và thời gian nung; Nhiệt độ nung quá cao hoặc thời gian nung quá dài có thể dễ dàng dẫn đến giảm hoạt tính của bentonit.
(3) Phương pháp hoạt hóa bằng muối
Phương pháp hoạt hóa bằng muối thường sử dụng các halogenua của các ion kim loại như Na, Mg, Al và Fe, cũng như các nitrat, làm chất điều chỉnh để xử lý bentonit. Các cation kim loại này cân bằng điện tích âm trên các tứ diện silic-oxy của bentonit. Vì các cation này có hóa trị thấp và bán kính lớn, nên sự tương tác giữa chúng và các lớp đơn vị cấu trúc của bentonit yếu, dẫn đến hiệu suất trao đổi ion tốt của bentonit.
II. Phương pháp biến tính bằng natri
Phương pháp biến tính bằng natri chủ yếu được sử dụng để biến tính bentonit gốc canxi. Các phương pháp biến tính thường được sử dụng bao gồm phương pháp huyền phù, phương pháp trộn khô, phương pháp xếp chồng ướt và phương pháp ép đùn ướt. Các chất điều chỉnh natri thường được sử dụng bao gồm Na₂CO₃ và NaCl. Nguyên tắc biến tính là thông qua trao đổi ion, trong đó Na⁺ thay thế Ca²⁺ trong lớp xen kẽ, tạo ra sự suy giảm điện tích dương. Ion Na⁺ hấp phụ trên bề mặt ngoài của tinh thể và giữa các lớp tinh thể sau đó cân bằng điện tích âm.
Sự hấp phụ Cd²⁺ bằng bentonit gốc canxi và bentonit gốc canxi biến tính bằng natri cho thấy khả năng hấp phụ bão hòa của bentonit gốc canxi và bentonit gốc canxi biến tính bằng natri lần lượt là 2,96 mg/g và 8,45 mg/g. Khả năng hấp phụ Cd²⁺ của bentonit gốc canxi biến tính bằng natri lớn hơn đáng kể so với bentonit gốc canxi.
III. Phương pháp biến tính bằng chất phụ gia
Bentonit biến tính thu được bằng phương pháp chất phụ gia có thể được chia thành ba loại: bentonit hữu cơ, bentonit liên kết chéo và bentonit hữu cơ-liên kết chéo. Phương pháp biến tính bentonit hữu cơ bao gồm việc đưa các chất hoạt động bề mặt cation có chiều dài chuỗi carbon lớn hơn 12 (như các muối amoni bậc bốn như CTAB và CTAC) vào không gian giữa các lớp của bentonit liên kết chéo để cải tiến, tạo ra bentonit liên kết chéo hữu cơ với kích thước lỗ xốp lớn hơn và tăng cường hơn nữa hiệu suất hấp phụ của nó.
Việc thêm các chất biến tính vào bentonit có thể làm thay đổi diện tích bề mặt riêng và tăng khoảng cách giữa các lớp, từ đó cải thiện hiệu suất hấp phụ. Đây là một trong những phương pháp chính hiện đang được sử dụng để biến tính bentonit.