Kil Minerallerinin Organik Modifikasyon Yöntemi
Diğer adsorbanlarla karşılaştırıldığında kil mineralleri, düşük maliyetleri, geniş özgül yüzey alanları ve yüksek katyon değişim kapasiteleri nedeniyle sıklıkla doğal adsorbanlar olarak kullanılır.
Son yıllarda insanlar sudaki organik kirleticileri ve anyon kirleticileri uzaklaştırmak için kaolinit, montmorillonit, illit ve bentonit gibi doğal kil minerallerini kullanmaktadırlar. Ancak yapılan araştırmalar, doğal kil minerallerinin anyonik kirleticiler için belirli bir adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu, ancak organik kirleticiler için adsorpsiyon kapasitelerinin zayıf olduğunu göstermiştir. Bunun nedeni, kil minerallerinin yüzeyinde çok sayıda hidrofilik inorganik katyon bulunması, kil minerallerinin yüzeyini ıslak halde hidrofilik hale getirmesi ve hidrofobik organik kirleticileri doğrudan adsorbe etmenin güç olmasıdır.
Doğal kil minerallerini sürfaktanlar, polimerler ve silan birleştirme ajanları ile modifiye ederek, kil minerallerinin yüzeyi hidrofilikten hidrofobik hale dönüştürülebilir ve düşük maliyetli ve güçlü adsorpsiyon performansına sahip bir organokil adsorban elde edilebilir. Kil minerallerinin hidrofobik organik kirleticilere adsorpsiyonunu etkili bir şekilde artırabilir.
1. Sürfaktan
Sürfaktan molekülleri, hidrofilik grup ve hidrofobik grup olmak üzere tamamen farklı özelliklere sahip iki gruptan oluşur. Sulu çözeltide hidrofilik grupların ayrışmasına göre, yüzey aktif maddeler katyonik yüzey aktif maddelere, anyonik yüzey aktif maddelere ve iyonik olmayan yüzey aktif maddelere ayrılabilir. Çevre dostu olması ve düşük toksisitesi nedeniyle genellikle kil düzenleyici olarak kullanılır.
(1) Katyonik yüzey aktif madde
Kil minerallerini değiştirmek için katyonik yüzey aktif maddeler kullanma mekanizması genellikle bir iyon değişim reaksiyonudur, yani katyonik yüzey aktif maddelerdeki organik katyonlar, kil minerali katmanları arasında inorganik katyonların (Na+, Ca2+, vb.) yerini alır.
(2) Anyonik yüzey aktif maddeler
Anyonik yüzey aktif maddelerin hidrofilik grupları negatif yüklü gruplardır ve ayrıca kil minerallerinin yüzeyinde negatif yüklü gruplar vardır, bu nedenle anyonik yüzey aktif maddeler kil minerallerinin yüzeyinde elektrostatik çekim ile adsorbe edilemez. Şu anda, anyonik yüzey aktif maddelerin kil mineralleri üzerindeki modifikasyon mekanizmaları, esas olarak hidrofobik bağ ve hidrojen bağı oluşumudur.
(3) Katyonik ve anyonik bileşik yüzey aktif maddeler
(4) İkizler yüzey aktif maddeleri
Gemini yüzey aktif cisimleri (dimer yüzey aktif cisimleri), iki hidrofobik alkil karbon zincirinden ve hidrofilik gruplardan, bağlantı gruplarından ve karşı iyonik gruplardan oluşur. Geleneksel alkil kuaterner amonyum katyonik yüzey aktif cisimleriyle karşılaştırıldığında, gemini yüzey aktif cisimleri tarafından modifiye edilen kil mineralleri genellikle daha yüksek adsorpsiyon kapasitesine ve daha düşük değiştirici salımına sahiptir, bu nedenle kanalizasyon giderme alanında yaygın olarak kullanılırlar.
(5) İyonik olmayan yüzey aktif maddeler
İyonik olmayan yüzey aktif maddeler suda ayrışmazlar ve hidrofilik grupları genellikle ester grupları, karboksil grupları ve hidroksil gruplarıdır; bunlar, kil minerallerinin yüzeyinde hidrojen bağları oluşturmak ve adsorbe etmek için kil minerallerinin yüzeyindeki hidroksil gruplarıyla etkileşime girebilir.
Ayrıca iyonik olmayan yüzey aktif maddelerle modifiye edilmiş organokil minerallerinin, katyonik yüzey aktif maddelerle modifiye edilmiş organokil minerallerine göre daha geniş ara tabaka aralığına ve daha yüksek kimyasal stabiliteye sahip olduğu ve daha iyi uygulama şansına sahip olduğu bildirilmiştir.
2. Polimer
Polimerler, kil minerallerini fiziksel adsorpsiyon, iyon değişimi ve kimyasal aşılama yoluyla değiştirebilir ve kil minerallerinin adsorpsiyon performansını artırabilir.
Fiziksel adsorpsiyon modifikasyon yöntemi, polimerin, kil mineralinin yüzeyindeki hidroksil grupları ile hidrojen bağları oluşturan kendi yüklü veya fonksiyonel grupları nedeniyle kil mineralinin yüzeyinde adsorbe edilmesini ve fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmesini ifade eder. yüzey. Fiziksel adsorpsiyonun avantajı kil minerallerinin yapısını değiştirmemesidir. Dezavantajı ise polimer ile kil mineral yüzeyi arasındaki kuvvetin nispeten zayıf olması ve sıcaklık ve pH değeri gibi faktörlerden kolaylıkla etkilenmesidir.
Polimerlerin kil minerallerinin yüzeyine kimyasal olarak aşılanması, kimyasal adsorpsiyona aittir ve polimerlerin ve kil minerallerinin reaktif gruplarının yoğunlaşması, polimerlerin kil minerallerinin yüzeyine bağlanmasını sağlar. Kimyasal adsorpsiyonla modifiye edilen kil mineralleri, fiziksel adsorpsiyonla modifiye edilenlerden daha kararlıdır.
3. Silan bağlama maddesi
Organosilanlar olarak da bilinen silan bağlama maddeleri, hidrolize edilemeyen gruplardan, kısa zincirli alkilen gruplarından ve hidrolize edilebilir gruplardan oluşur. Silan bağlama maddeleri, genellikle silanın hidrolize edilebilir gruplarını hidroksil gruplarına hidrolize ederek ve daha sonra kararlı Si-O-Si veya Si-O-Al kovalent bağları oluşturmak için kil minerallerinin yüzeyindeki hidroksil gruplarıyla yoğunlaşarak kil minerallerini değiştirir ve üzerine adsorbe edilir. kil. mineral yüzey.