Montmorillonit là aluminosilicat tự nhiên có cấu trúc lớp kiểu 2:1 diocta. Tinh thể montmorillonit được cấu tạo từ hai mạng tứ diện liên kết với một mạng bát diện ở giữa. Giữa các lớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hydrat. Trong mạng cấu trúc montmorillonit thường xảy ra sự thay thế của các cation. Ở mạng bát diện, Al3+ thường bị thay thế bởi Mg2+, còn mạng tứ diện Si4+ bị thay thế bởi Al3+
hoặc Fe3+. Lượng Si4+ bị thay thế bởi Al3+ không vượt quá 15%. Sự thay thế đồng hình trên làm cho bề mặt tinh thể montmorillonit xuất hiện các điện tích âm. Các điện tích âm này được trung hoà bởi các cation kim loại kiềm (Ca, Na, Li, K) nằm
giữa hai phiến bentonit. Các cation này dễ dàng bị hydrat hoá hoặc thay thế bằng cation khác. Chiều dày của một lớp cấu trúc khoảng 9,6 Ao đối với bentonit khô (nung ở 200oC); và khoảng 15 Ao đối với bentonit ở trạng thái ẩm (trong khơng khí); khoảng cách lớp thậm chí có thể tăng đến 40 Ao khi các cation bị thay thế bởi ion vô cơ phân cực, các phức cơ kim, polyme vô cơ, các phân tử hữu cơ.
1.3.1.2 Các tính chất của bentonit
a) Tính chất trao đổi ion
Như đã trình bày ở trên, trong mạng cấu trúc của montmorillonit thường xảy ra sự thay thế đồng hình của các cation. Sự thay thế các cation có hố trị cao bởi cation có hố trị thấp hơn gây ra sự thiếu hụt điện tích dương trong cấu trúc bát diện và tứ diện. Kết quả là xuất hiện các điện tích âm trên bề mặt phiến bentonit. Đối với bentonit, sự thay thế đồng hình chủ yếu xảy ra trong lớp bát diện giữa hai lớp tứ diện của phiến bentonit. Liên kết của các cation với bề mặt phiến bentonit là tương đối yếu, vì vậy các cation này dễ dàng di chuyển và trao đổi với các cation khác. Khả năng trao đổi cation của bentonit phụ thuộc vào hố trị và bán kính cation trao đổi. Thơng thường, các cation có hố trị nhỏ và bán kính nhỏ dễ bị trao đổi hơn [3, 8].
Ngồi ra, do sự gãy vỡ các phiến bentonit, ở các cạnh bên mới hình thành xuất hiện một vài nhóm mới của cấu trúc silic mang tính axit yếu hoặc một vài nhóm aluminat mang tính bazơ yếu. Điện tích trên cạnh mới hình thành phụ thuộc vào pH mơi trường mà nó tồn tại.
Dung lượng trao đổi cation CEC (cation exchange capacity) được định nghĩa là tổng số cation trao đổi trên một đơn vị khối lượng bentonit, có đơn vị là mili đương lượng gam (meq) trên 100g bentonit khô.