วิธีการดัดแปลงอินทรีย์ของแร่ดินเหนียว

เมื่อเทียบกับตัวดูดซับอื่นๆ แร่ดินเหนียวมักถูกใช้เป็นตัวดูดซับตามธรรมชาติ เนื่องจากมีต้นทุนต่ำ พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ และความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนบวกสูง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้คนใช้แร่ธาตุจากดินธรรมชาติ เช่น เคโอลิไนต์ มอนต์มอริลโลไนต์ อิลไลต์ และเบนโทไนท์ เพื่อกำจัดสารมลพิษอินทรีย์และสารมลพิษแอนไอออนในน้ำ อย่างไรก็ตาม จากการศึกษาพบว่าแร่ธาตุจากดินธรรมชาติมีความสามารถในการดูดซับสารมลพิษที่มีประจุลบในระดับหนึ่ง แต่ความสามารถในการดูดซับสารมลพิษอินทรีย์นั้นอ่อนแอ เนื่องจากมีไอออนบวกอนินทรีย์ที่ชอบน้ำจำนวนมากบนพื้นผิวของแร่ธาตุดินเหนียว ทำให้พื้นผิวของแร่ธาตุดินเหนียวชอบน้ำในสภาพเปียกชื้น และเป็นการยากที่จะดูดซับสารมลพิษอินทรีย์ที่ไม่ชอบน้ำโดยตรง

ด้วยการดัดแปลงแร่ธาตุดินธรรมชาติด้วยสารลดแรงตึงผิว โพลิเมอร์ และสารเชื่อมต่อไซเลน พื้นผิวของแร่ธาตุดินเหนียวสามารถเปลี่ยนจากชอบน้ำเป็นไม่ชอบน้ำได้ และจะได้ตัวดูดซับออร์กาโนเคลย์ที่มีต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพการดูดซับสูง มันสามารถปรับปรุงการดูดซับของแร่ธาตุดินให้เป็นมลพิษอินทรีย์ที่ไม่ชอบน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

1. สารลดแรงตึงผิว

โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวประกอบด้วยสองกลุ่มที่มีคุณสมบัติต่างกันโดยสิ้นเชิง ได้แก่ กลุ่มที่ชอบน้ำและกลุ่มไม่ชอบน้ำ ตามการแยกตัวของกลุ่มที่ชอบน้ำในสารละลายที่เป็นน้ำ สารลดแรงตึงผิวสามารถแบ่งออกเป็นสารลดแรงตึงผิวประจุบวก สารลดแรงตึงผิวประจุลบ และสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ และเนื่องจากความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและความเป็นพิษต่ำ จึงมักใช้เป็นสารปรับสภาพดินเหนียว

(1) สารลดแรงตึงผิวประจุบวก

กลไกของการใช้สารลดแรงตึงผิวประจุบวกเพื่อปรับเปลี่ยนแร่ดินเหนียวมักเป็นปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอออน กล่าวคือ ไอออนบวกอินทรีย์ในสารลดแรงตึงผิวประจุบวกจะแทนที่ไอออนอนินทรีย์ (เช่น Na+, Ca2+ เป็นต้น) ระหว่างชั้นแร่ดินเหนียว

(2) สารลดแรงตึงผิวประจุลบ

กลุ่มที่ชอบน้ำของสารลดแรงตึงผิวประจุลบเป็นกลุ่มที่มีประจุลบ และยังมีกลุ่มที่มีประจุลบบนพื้นผิวของแร่ดินเหนียว ดังนั้นสารลดแรงตึงผิวประจุลบจึงไม่สามารถดูดซับบนพื้นผิวของแร่ดินเหนียวได้ด้วยแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต ในปัจจุบัน กลไกการปรับเปลี่ยนของสารลดแรงตึงผิวประจุลบบนแร่ดินเหนียวส่วนใหญ่เป็นการสร้างพันธะที่ไม่ชอบน้ำและการสร้างพันธะไฮโดรเจน

(3) สารลดแรงตึงผิวเชิงประกอบประจุบวกและประจุลบ

(4) สารลดแรงตึงผิวราศีเมถุน

สารลดแรงตึงผิวเจมิไน (สารลดแรงตึงผิวไดเมอร์) ประกอบด้วยสายโซ่คาร์บอนอัลคิลที่ไม่ชอบน้ำสองสายและกลุ่มที่ชอบน้ำ กลุ่มเชื่อมโยง และกลุ่มเคาน์เตอร์ไอออนิก เมื่อเทียบกับสารลดแรงตึงผิวประจุบวกที่เป็นอัลคิลควอเทอร์นารีแอมโมเนียม แร่ธาตุดินเหนียวที่ถูกดัดแปลงโดยสารลดแรงตึงผิวราศีเมถุนมักจะมีความสามารถในการดูดซับที่สูงกว่าและการปลดปล่อยตัวดัดแปลงที่ต่ำกว่า ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการกำจัดสิ่งปฏิกูล

(5) สารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่ไอออนิก

สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุจะไม่แยกตัวในน้ำ และหมู่ที่ชอบน้ำของพวกมันมักจะเป็นหมู่เอสเทอร์ หมู่คาร์บอกซิล และหมู่ไฮดรอกซิล ซึ่งสามารถโต้ตอบกับหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของแร่ธาตุดินเหนียวเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจนและดูดซับบนพื้นผิวของแร่ธาตุดินเหนียว

นอกจากนี้ มีรายงานว่าแร่ธาตุออร์กาโนเคลย์ที่ดัดแปลงโดยสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุมีระยะห่างระหว่างชั้นที่มากกว่าและมีความเสถียรทางเคมีสูงกว่าแร่ธาตุออร์กาโนเคลย์ที่ดัดแปลงโดยสารลดแรงตึงผิวที่เป็นประจุบวก และมีโอกาสในการใช้งานที่ดีกว่า

2. พอลิเมอร์

โพลิเมอร์สามารถปรับเปลี่ยนแร่ธาตุดินเหนียวผ่านการดูดซับทางกายภาพ การแลกเปลี่ยนไอออน และการปลูกถ่ายอวัยวะด้วยสารเคมี และปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดซับของแร่ธาตุดินเหนียว

วิธีการปรับเปลี่ยนการดูดซับทางกายภาพหมายถึงโพลิเมอร์ถูกดูดซับบนพื้นผิวของแร่เคลย์เนื่องจากกลุ่มที่มีประจุหรือหมู่ฟังก์ชันสร้างพันธะไฮโดรเจนกับกลุ่มไฮดรอกซิลบนผิวของแร่เคลย์ และเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของ พื้นผิว. ข้อดีของการดูดซับทางกายภาพคือไม่ทำให้โครงสร้างของแร่ดินเหนียวเปลี่ยนไป ข้อเสียคือแรงระหว่างโพลิเมอร์กับพื้นผิวแร่ดินเหนียวค่อนข้างอ่อน และถูกรบกวนได้ง่ายจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิและค่า pH

การต่อกิ่งทางเคมีของพอลิเมอร์กับพื้นผิวของแร่ธาตุดินเหนียวเป็นของการดูดซับทางเคมี และการควบแน่นของโพลิเมอร์และกลุ่มปฏิกิริยาของแร่ธาตุดินเหนียวทำให้โพลิเมอร์ยึดติดกับพื้นผิวของแร่ธาตุดินเหนียว แร่ธาตุดินเหนียวที่ถูกดัดแปลงโดยการดูดซับทางเคมีนั้นมีความเสถียรมากกว่าแร่ธาตุที่ถูกดัดแปลงโดยการดูดซับทางกายภาพ

3. สารเชื่อมต่อไซเลน

สารคู่ควบไซเลน หรือที่เรียกว่าออร์กาโนไซเลน ประกอบด้วยหมู่ที่ไฮโดรไลซ์ไม่ได้, หมู่อัลคิลีนสายสั้น และหมู่ที่ไฮโดรไลซ์ได้ สารคู่ควบไซเลนปรับเปลี่ยนแร่ธาตุดินเหนียว โดยปกติโดยการไฮโดรไลซ์กลุ่มไซเลนที่ไฮโดรไลซ์ได้ให้กลายเป็นกลุ่มไฮดรอกซิลแล้วควบแน่นกับกลุ่มไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของแร่ธาตุดินเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ Si-O-Si หรือ Si-O-Al ที่เสถียรและดูดซับบน ดินเหนียว พื้นผิวแร่