Sự hòa tan của các khoáng vật silicat liên hệ mật thiết với sự biến đổi thế điện động diễn ra trên bề mặt "slipping plane" – ranh giới lớp điện kép của khoáng vật và dung dịch bao quanh. Theo nghiên cứu của Nguyen và nnk (2014) thế ζ có quan hệ chặt chẽ với tốc độ hòa tan của oxit silic. Thế ζ âm điện hơn sẽ thúc đẩy phản ứng hòa tan và giải phóng Si. Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm phân tích thế ζ sẽ được tiến hành đồng thời với các thí nghiệm xác định Si hòa tan.
3.2.1.1. Tốc độ hòa tan ở các nồng độ axetat khác nhau.
Nghiên cứu được tiến hành trong ống nghiệm với sự có mặt của các anion axetat ở các mức nồng độ khác nhau. Kết quả cho thấy, anion axetat có ảnh hưởng đến sự hòa tan khoáng vật tremolit (Hình 17). Ở nồng độ càng cao khả năng hòa tan càng tăng, tốc độ hòa tan tremolit mạnh nhất trong khoảng thời gian từ ngày đầu đến ngày thứ 5 sau đó đạt dần đến trạng thái bão hòa ở những ngày cuối cùng ngâm mẫu. Biểu đồ hình 17 cho thấy, nồng độ Si giải phóng vào dung dịch tăng dần theo nồng độ axetat và đạt giá trị cao nhất ở 0,1 N. Ở nồng độ này nồng độ Si đạt giá trị từ 0,85 mg L-1 trong ngày đầu tiên đến 6,15 mg L-1 ở những ngày cuối cùng ngâm mẫu.
32
Kết quả đo điện thế ζ cũng thể hiện mối tương quan thuận với nồng độ của anion axetat, nhưng không có sự biến động theo thời gian (Hình 18). Thế ζ có xu hướng âm điện hơn khi nồng độ của các anion axetat trong dung dịch tăng lên. Trong ngày đầu tiên ngâm mẫu thế ζ đo được tăng tương ứng từ -149 đến -372 mV khi nồng độ các anion trong dung dịch tăng từ 0,001 đến 0,1 N. Ở nồng độ 0,1 N thế ζ đo được có độ âm điện lớn nhất tương ứng -372; -372; -360; 0347; -305; -334 mV. Sự sụt giảm thế ζ cho thấy nồng độ axetat tăng lên đã thúc đẩy sự hấp phụ của axetat lên bề mặt tremolit . Các anion axetat tấn công vào nhân Si của tứ diện SiO4
sẽ làm suy yếu các liên kết Si-O và thúc đẩy sự giải phóng Si vào dung dịch. Tuy nhiên, nồng độ cation trong dung dịch có ảnh hưởng nhất định đối với khả năng hấp phụ các anion hữu cơ của tremolit. Ở nồng độ cao, cation Na+ có khả năng cản trở xu hướng hấp phụ anion axetat lên tremolit. Chính vì vậy mà ở EB 0,1 molc L-1 các anion axetat chưa thể hiện tốt được vai trò của mình đối với sự hòa tan khoáng vật tremolit.
33
3.2.1.2. Tốc độ hòa tan ở các nền điện ly khác nhau.
Sự tăng lên về nồng độ Si trong dung dịch theo thời gian chứng tỏ quá trình hòa tan và sự phá hủy một phần tremolit chịu ảnh hưởng rất lớn của nền điện ly trong dung dịch (Hình 19). Sau 7 ngày ngâm mẫu, nồng độ Si giải phóng vào trong dung dịch ở nền điện ly EB 0,001 molc L-1 tăng từ 10,51 mg L-1 trong ngày đầu tiên đến 25,51 mg L-1 trong những ngày cuối. Đặc biệt ở nền điện ly EB 0,01 molc L-1 nồng độ Si giải phóng vào dung dịch đo được trong ngày đầu tiên là 18,21 mg L-1 tăng dần đến 51,67 mg L-1 ở ngày thứ 4 ngâm mẫu. Trái ngược với xu hướng trên, mẫu ngâm ở nền điện ly EB 0,1 molc L- gần như không có sự thay đổi trong suốt quá trình và đạt giá trị cao nhất 2,7 mg L-1. Như vậy, Nồng độ Si giải phóng vào trong dung dịch tăng gấp 8 lần ở EB 0,001 molc L-1 và gấp 19 lần ở EB 0,01 molc L-1 so với nền điện ly EB 0,1 molc L-1. Kết quả này cho phép suy luận về sự tác động của các cation trong dung dịch đến khả năng hòa tan khoáng vật tremolit. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của chúng đối với khoáng vật tremolit như thế nào cần được mở rộng nghiên cứu.
Hình 19: Tốc độ hòa tan tremolit của axetat 0,001 N dưới các nền điện ly khác nhau
34
Kết quả đo nồng độ Si hòa tan trong dung dịch ở các nền điện ly khác nhau có sự tương quan thuận với thế ζ đo được thể hiện trên (Hình 20). Khi ở nền điện ly EB 0,1 molcL-1 thế ζ đo được có xu hướng bớt âm điện hơn kết quả đo tương ứng là -156; -149; -130; -112; -109 mV. Sự khác biệt thế ζ có thể thấy rõ ở hai nền điện ly còn lại. Ở EB 0,001 molc L-1 thế ζ thay đổi theo xu hướng tăng dần độ âm điện theo thời gian và kết quả đo tương ứng là -126; -250; -260; -281 mV. Kết quả đo thế vẫn tiếp tục có sự thay đổi khi ở EB 0,01 molc L-1 giá trị thế ζ đo được có độ âm điện tăng tương ứng từ -397 đến -417 mV theo từng ngày ngâm mẫu. Như vậy, xu hướng biến đổi nồng độ Si thể hiện trong (Hình 19) với xu hướng biến đổi thế ζ trong (Hình 20) có sự tương quan rất rõ rệt. Kết quả này cho phép khẳng định quá trình giải phóng Si có mối liên hệ chặt chẽ với sự thay đổi điện thế ζ và nồng độ cation trong dung dịch.
Hình 20: Sự biến đổi thế ζ ở các nền điện ly khác nhau
Kết quả thí nghiệm cho thấy xu hướng ảnh hưởng rõ rệt của Na+ đối với sự hòa tan và giải phóng Si từ tremolit . Mặt khác, phân tích thế ζ hé mở phần nào cơ chế tác động của Na+ lên bề mặt tremolit . Khi nồng độ Na+ trong dung dịch tăng sẽ thúc đẩy quá trình hấp phụ các ion lên các vị trí mang điện tích âm (thường là các vị trí của nhóm silanol) trên bề mặt tremolit. Sự hấp phụ ion dương Na+ làm cho bề
35
mặt tremolit bị trung hòa về điện, thậm chí dư các ion dương. Kết quả phân tích thế ζ cho thấy, Khi nền điện ly tăng 0,1 molc L-1 làm thế ζ thay đổi đáng kể theo xu hướng bớt âm điện hơn. Do đó, thế ζ đo được ở nền điện ly EB 0,001 molc L-1 và EB 0,01 molc L-1 có giá trị âm điện hơn so với ở nền điện ly EB 0,1 molc L-1. Theo nghiên cứu của (Weres và nnk,1981), sự hấp phụ của cation lên các vị trí silanol sẽ ngăn cản các anion tấn công vào nhân Si trong khối tứ diện oxit Si mà có thể làm yếu đi (hoặc thậm chí phá vỡ) các liên kết Si-O. Do đó, có thể sự có mặt của Na+ trên bề mặt có tác dụng ˝gia cố˝ mức độ bền vững cho tremolit chống lại quá trình hòa tan. Sự liên kết Na+ với bề mặt tremolit theo cách như trong hình 21:
Hình 21: Sơ đồ mô tả cấu trúc hóa học của bề mặt tremolit và các liên kết có thể
hình thành với Na+.
Khi pH thay đổi, nhóm silanol (>Si-OH) có thể hoạt động như một tác nhân đệm dựa trên phản ứng cho hoặc nhận proton (Nguyễn Ngọc Minh, 2011). Khi phân ly các proton, bề mặt chứa các nhóm silanol trở nên âm điện hơn và tạo ra ái lực đối với các cation trong dịch. Kết quả là lượng hấp phụ Na+ trên bề mặt sẽ tăng lên và càng làm giảm sự tấn công của các ion âm như axetat vào nhân Si.