1.7. TÍNH CHẤT CỦA BENTONIT
1.7.2.1. Tính chất trao đổi cation
Vì trong mạng cấu trúc của MONT thường xảy ra sự thay thế đồng hình của các cation, sự thay thế các cation có hóa trị cao bởi các cation có hóa trị thấp hơn sẽ 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 sét. Đối với MONT, sự thay thế đồng hình chủ yếu xảy ra trong lớp bát diện giữa hai lớp tứ diện của phiến sét. Liên kết của các cation với bề mặt phiến sét 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 MONT phụ thuộc vào hóa trị và bán kính cation trao đổi. Thơng thường, các cation có hóa trị nhỏ và bán kính nhỏ dễ bị trao đổi hơn [11].
Ngoài ra do sự gãy vỡ các phiến sét, 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) được định nghĩa là tổng số cation trao đổi trên một đơn vị khối lượng sét, có đơn vị là mili đương lượng gam (meq) trên 100g sét khô.
Các nghiên cứu gần đây về sự thay thế đồng hình trong các mạng lưới tinh thể MONT cho thấy lớp oxit silic được coi như là một bản điện cực âm bền. Để cân bằng điện tích, sự hấp phụ trao đổi cation giữa các lớp ngẫu nhiên diễn ra, làm khống sét có tính chất đặc biệt. Khả năng trao đổi cation của MONT nằm trong khoảng 70 đến 150 meq/100g. Phản ứng trao đổi cation không làm thay đổi cấu trúc của hệ silica – nhôm [37,59]. Grim R.E. [34] và Laudelout H. [43] đã nêu ra các nghiên cứu của mình về cân bằng của quá trình trao đổi cation trong khống sét. Fletcher P. và Sposito G. [32] cũng đã chỉ ra các tính chất của cation trao đổi trong MONT, theo đó họ đưa ra mơ hình hóa học của khống sét với các chất điện phân trong lớp trung gian. Với sự xuất hiện của cation, nước thực sự bị hấp phụ vào trong khoảng không của lớp trung gian với 3 dạng tồn tại: (i) Nước tự do được khuếch tán vào trong cấu trúc của khoáng sét; (ii) nước liên kết tồn tại ở dạng hidrat xung quanh các cation trao đổi; (iii) nước có liên kết hidro với bề mặt của silicat.
Bên cạnh đó MONT cịn có khả năng hấp phụ trao đổi cation với các chất hữu cơ. Các cation trong lớp trung gian có thể bị thay thế theo tỉ lệ tương
ứng bởi các cation vô cơ và hữu cơ khác, những hợp chất có khả năng bị hấp phụ dễ dàng trên MONT. Điều này giải thích tại sao MONT lại có thể hấp phụ các cation n-ankyl nhơm có độ dài lớn (từ C3 đến C18).
Do khả năng dễ dàng trao đổi cation nên khống sét có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Khi trao đổi hấp phụ Na(I) thay thế cho Ca(II) đã chuyển hóa Ca-BENT kém trương nở thành Na-BENT có độ trương nở cao, ứng dụng để pha chế dung dịch khoan gốc nước. Hoặc trao đổi cation kim loại với các amin bậc 4 để tạo thành sét hữu cơ làm thay đổi tính chất cơ bản của sét, từ sét ưu nước thành sét hữu cơ ưa dầu. Sét hữu cơ khi đó được sử dụng làm dung dịch khoan gốc dầu, làm phụ gia chế tạo vật liệu nano composit, làm vật liệu xử lý môi trường.