Metode Modifikasi Organik Mineral Lempung
Dibandingkan dengan adsorben lainnya, mineral lempung sering digunakan sebagai adsorben alami karena harganya yang murah, luas permukaan spesifik yang besar, dan kapasitas tukar kation yang tinggi.
Dalam beberapa tahun terakhir, orang menggunakan mineral tanah liat alami seperti kaolinit, montmorillonit, ilit dan bentonit untuk menghilangkan polutan organik dan polutan anion dalam air. Namun, penelitian telah menunjukkan bahwa mineral lempung alami memiliki kapasitas adsorpsi tertentu untuk polutan anionik, tetapi kapasitas adsorpsinya untuk polutan organik lemah. Hal ini dikarenakan banyaknya kation anorganik hidrofilik pada permukaan mineral lempung, membuat permukaan mineral lempung bersifat hidrofilik dalam keadaan basah, dan sulit untuk langsung menyerap polutan organik hidrofobik.
Dengan memodifikasi mineral lempung alami dengan surfaktan, polimer, dan agen penghubung silan, permukaan mineral lempung dapat diubah dari hidrofilik menjadi hidrofobik, dan adsorben organoclay dengan biaya rendah dan kinerja adsorpsi yang kuat dapat diperoleh. Ini dapat secara efektif meningkatkan adsorpsi mineral tanah liat ke polutan organik hidrofobik.
1. Surfaktan
Molekul surfaktan tersusun atas dua gugus dengan sifat yang sama sekali berbeda, yaitu gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik. Menurut disosiasi gugus hidrofilik dalam larutan berair, surfaktan dapat dibagi menjadi surfaktan kationik, surfaktan anionik, dan surfaktan nonionik. Dan karena keramahan lingkungan dan toksisitasnya yang rendah, sering digunakan sebagai pengubah tanah liat.
(1) Surfaktan kationik
Mekanisme penggunaan surfaktan kationik untuk memodifikasi mineral lempung biasanya merupakan reaksi pertukaran ion, yaitu kation organik pada surfaktan kationik menggantikan kation anorganik (seperti Na+, Ca2+, dll.) di antara lapisan mineral lempung.
(2) Surfaktan anionik
Gugus hidrofilik surfaktan anionik merupakan gugus bermuatan negatif, dan terdapat juga gugus bermuatan negatif pada permukaan mineral lempung, sehingga surfaktan anionik tidak dapat teradsorpsi pada permukaan mineral lempung dengan tarikan elektrostatik. Saat ini, mekanisme modifikasi surfaktan anionik pada mineral lempung terutama adalah ikatan hidrofobik dan pembentukan ikatan hidrogen.
(3) Surfaktan komposit kationik dan anionik
(4) Surfaktan Gemini
Surfaktan Gemini (surfaktan dimer) terdiri dari dua rantai karbon alkil hidrofobik dan gugus hidrofilik, gugus penghubung dan gugus kontra-ionik. Dibandingkan dengan surfaktan kationik amonium kuaterner alkil tradisional, mineral tanah liat yang dimodifikasi oleh surfaktan gemini biasanya memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih tinggi dan pelepasan pengubah yang lebih rendah, sehingga banyak digunakan di bidang pembuangan limbah.
(5) Surfaktan non-ionik
Surfaktan nonionik tidak berdisosiasi dalam air, dan gugus hidrofiliknya biasanya gugus ester, gugus karboksil, dan gugus hidroksil, yang dapat berinteraksi dengan gugus hidroksil pada permukaan mineral lempung untuk menghasilkan ikatan hidrogen dan menyerap pada permukaan mineral lempung.
Selain itu, telah dilaporkan bahwa mineral organoclay yang dimodifikasi oleh surfaktan nonionik memiliki jarak antar lapisan yang lebih besar dan stabilitas kimia yang lebih tinggi daripada mineral organoclay yang dimodifikasi oleh surfaktan kationik, dan memiliki prospek aplikasi yang lebih baik.
2. Polimer
Polimer dapat memodifikasi mineral lempung melalui adsorpsi fisik, pertukaran ion dan pencangkokan kimia, dan meningkatkan kinerja adsorpsi mineral lempung.
Metode modifikasi adsorpsi fisik mengacu pada polimer yang teradsorpsi pada permukaan mineral lempung karena gugus bermuatan atau fungsionalnya sendiri membentuk ikatan hidrogen dengan gugus hidroksil pada permukaan mineral lempung, dan mengubah sifat fisik dan kimia dari permukaan. Keuntungan adsorpsi fisik adalah tidak mengubah struktur mineral lempung. Kerugiannya adalah gaya antara polimer dan permukaan mineral lempung relatif lemah, dan mudah terganggu oleh faktor-faktor seperti suhu dan nilai pH.
Pencangkokan kimiawi polimer ke permukaan mineral lempung termasuk dalam adsorpsi kimiawi, dan kondensasi polimer dan gugus reaktif mineral lempung membuat polimer terikat pada permukaan mineral lempung. Mineral lempung yang dimodifikasi oleh adsorpsi kimia lebih stabil daripada yang dimodifikasi oleh adsorpsi fisik.
3. Agen penghubung silan
Agen penghubung silan, juga dikenal sebagai organosilan, terdiri dari gugus yang tidak dapat dihidrolisis, gugus alkilena rantai pendek, dan gugus yang dapat dihidrolisis. Agen kopling silan memodifikasi mineral lempung, biasanya dengan menghidrolisis gugus silan yang dapat dihidrolisis menjadi gugus hidroksil dan kemudian mengembunkan dengan gugus hidroksil pada permukaan mineral lempung untuk membentuk ikatan kovalen Si-O-Si atau Si-O-Al yang stabil dan teradsorpsi pada tanah liat. permukaan mineral.