+ Tớnh chất trao đổi cation
Như đó nờu ra ở trờn, vỡ trong bentonit chứa lượng lớn khoỏng montmorillonit, do vậy khi núi đến tớnh chất trao đổi cation của montmorillonit, điều đú cũng đồng nghĩa với núi đến đặc trưng về tớnh chất này của bentonit. Do mạng cấu trỳc đặc trưng của montmorillonit, nờn cỏc cation trong cấu trỳc của montmorillonit thường xảy ra sự thay thế đồng hỡnh của cỏc cation. Sự thay thế cỏc cation cú húa trị cao bởi cation cú húa trị thấp hơn gõy ra sự thiếu hụt điện tớch dương trong cấu trỳc bỏt diện và tứ diện. Kết quả là xuất hiện cỏc điện tớch õm trờn bề mặt phiến sột. Đối với montmorillonit, sự thay thế đồng hỡnh chủ yếu xảy ra trong lớp bỏt diện giữa hai lớp tứ diện của phiến sột. Liờn kết của cỏc cation với bề mặt phiến sột là
Luận văn thạc sỹ Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn, ĐHQGHN
Phạm Văn Thế, 2011 - 21 Khoa Mụi trường tương đối yếu, vỡ vậy cỏc cation này dễ dàng di chuyển và trao đổi với cỏc cation khỏc, hỡnh 5. Khả năng trao đổi cation của montmorillonit phụ thuộc vào húa trị và bỏn kớnh cation trao đổi. Thụng thường, cỏc cation cú húa trị nhỏ và bỏn kớnh nhỏ dễ bị trao đổi hơn.
Hỡnh 5. Cỏc vị trớ trao đổi của montmorillonit [3]
Ngoài ra do sự góy vỡ cỏc phiến sột, ở cỏc cạnh bờn mới hỡnh thành xuất hiện một vài nhúm mới của cấu trỳc silic mang tớnh axit yếu hoặc một vài nhúm aluminat mang tớnh bazơ yếu. Điện tớch trờn cạnh mới hỡnh thành phụ thuộc vào pH mụi trường mà nú tồn tại.
Dung lượng trao đổi cation CEC (Cation exchange capacity) được định nghĩa là tổng số cation trao đổi trờn một đơn vị khối lượng sột bentonit, cú đơn vị là mili đương lượng gam (meq) trờn 100g sột khụ [3].
Dung lượng trao đổi cation của sột gồm hai phần: dung lượng trao đổi cation trờn bề mặt và dung lượng trao đổi cation bờn trong.. Dung lượng trao đổi cation trờn bề mặt phiến sột thường cú giỏ trị khoảng 5 – 10 meq, trong khi ở giữa cỏc lớp cấu trỳc vào khoảng 40 – 120 meq.
Do khả năng dễ dàng trao đổi cation nờn khoỏng sột bentonit cú rất nhiều ứng dụng trong cỏc lĩnh vực khỏc nhau. Vớ dụ sự trao đổi Ca2+
bằng Na+
Vị trớ trao đổi bờn trong Vị trớ trao đổi bờn ngoài
Luận văn thạc sỹ Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn, ĐHQGHN
Phạm Văn Thế, 2011 - 22 Khoa Mụi trường đó chuyển húa bentonit canxi kộm trương nở thành bentonit natri cú độ trương nở cao, ứng dụng để pha chế dung dịch khoan gốc nước. Hoặc trao đổi cation kim loại với cỏc amin bậc 4 để tạo thành sột hữu cơ làm thay đổi tớnh chất cơ bản của sột từ sột ưu nước thành sột hữu cơ ưa dầu. Sột hữu cơ khi đú được sử dụng làm dung dịch khoan gốc dầu, làm phụ gia chế tạo vật liệu nano composit, làm vật liệu xử lý mụi trường [28].
+ Tớnh chất trƣơng nở
Trương nở là một trong những tớnh chất đặc chưng của khoỏng sột bentonit. Khi tiếp xỳc với nước hoặc mụi trường khụng khớ ẩm sột bentonit bị trương nở, thể tớch cú thể tăng lờn 15 – 20 lần so với thể tớch khụ ban đầu, bảng 2. Trong quỏ trỡnh trương nở, nước xõm nhập vào và bị giữ lại trong khoảng khụng gian giữa cỏc phiến sột. Lượng nước hấp phụ này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng hydrat húa của cỏc cation. Kớch thước, hỡnh dạng của cỏc cation giữa cỏc lớp cũng ảnh hưởng đến khả năng hydrat húa và trương nở sột. Cỏc cation cú bỏn kớnh hydrat húa lớn sẽ làm cho khoảng cỏch giữa hai phiến sột rộng ra, tạo điều kiện cho sự trương nở sột. Bờn cạnh đú, sự liờn kết của cỏc cation kim loại và điện tớch trờn bề mặt phiến sột cũng ảnh hưởng đến sự trương nở [28].
Bảng 2. Đường kớnh hydrat húa của một số cation kim loại [5]
Cation Đƣờng kớnh ion (A0) Đƣờng kớnh hydrat húa (A0) Cation Đƣờng kớnh ion (A0) Đƣờng kớnh hydrat húa (A0) Li+ 1,56 14,6 Mg2+ 1,30 21,6 Na+ 1,9 11,2 Ca2+ 1,98 19,2 K+ 2,66 7,6 Al3+ 1,00 18,0
Luận văn thạc sỹ Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn, ĐHQGHN
Phạm Văn Thế, 2011 - 23 Khoa Mụi trường NH4
+
2,86 5,0 - - -
+ Tớnh chất hấp phụ của bentonit
Tớnh chất hấp phụ của khoỏng sột bentonit được quyết định bởi tớnh chất bề mặt và cấu trỳc lớp của chỳng. Theo tớnh toỏn, diện tớch bề mặt của bentonit vào khoảng 200 – 760 m2/g trong khi diện tớch bề mặt của cao lanh là vào khoảng 15 – 20 m2
/g, silicagel 200 – 800 m2/g. Diện tớch bề mặt của bentonit gồm diện tớch bề mặt ngoài và diện tớch bề mặt trong. Diện tớch bề mặt trong được xỏc định bởi khoảng khụng gian giữa cỏc lớp trong cấu trỳc tinh thể, diện tớch bề mặt ngoài phụ thuộc vào kớch thước hạt, hạt càng nhỏ thỡ diện tớch bề mặt ngoài càng lớn, do đú khả năng hấp phụ càng cao.
+ Khả năng mất nƣớc của bentonit
Bentonit chứa montmorillonit mất nước tự do ở 1000C, mất nước liờn kết vật lý ở 150 – 2000C, mất nước liờn kết húa học ở 2000C tới 4000C, mất nước tinh thể ở 7000C và bị phõn hủy thành chất vụ định hỡnh trong khoảng 735 tới 8500
C.