Cơ chế hấp phụ và giải phóng hơi nước bởi các montmorillonite đồng ion: 2. Các dạng trao đổi Li+, Na+, K+, Rb+ và Cs+
Tóm tắt
Các phương pháp trước đây được sử dụng để phân biệt giữa nước được hấp phụ trên bề mặt ngoài và trong không gian giữa các lớp của Na-montmorillonite trong quá trình hấp phụ và giải phóng hơi nước đã được mở rộng cho một bộ montmorillonite đồng ion Li-, Na-, K-, Rb- và Cs. Các đặc điểm về kết cấu và cấu trúc đã được nghiên cứu ở các giai đoạn khác nhau của sự hydrat hóa và khử nước sử dụng phân tích nhiệt độ kiểm soát tốc độ, hóa lý hấp phụ nitơ, hóa lý hấp phụ nước, vi nhiệt độ nhúng và nhiễu xạ tia X bột dưới điều kiện độ ẩm kiểm soát. Trong quá trình hydrat hóa, kích thước của các tinh thể gần như giảm từ 33 lớp xuống 8 lớp đối với Na-montmorillonite và từ 25 lớp xuống 10 lớp đối với K-montmorillonite, nhưng vẫn ổn định khoảng 8–11 lớp đối với Cs-montmorillonite. Mỗi loài đồng ion dẫn đến việc hình thành Hydrat một lớp, bắt đầu hình thành ở các giá trị áp suất hơi nước tương đối nhất định. Li-, Na- và K-montmorillonite có thể hình thành một hydrat hai lớp. Bằng cách so sánh các mẫu nhiễu xạ tia X thực nghiệm với các mẫu giả định lý thuyết, sự phát triển các đặc điểm cấu trúc của montmorillonite trong quá trình hydrat hóa hoặc giải phóng có thể được mô tả. Sử dụng dữ liệu cấu trúc và kết cấu, thấy rằng trong quá trình hấp phụ: (1) Tốc độ lấp đầy không gian giữa các lớp của hydrat một lớp tăng với áp suất tương đối nhưng giảm với kích thước của cation; và (2) Các trạng thái hydrat khác nhau không bao giờ đồng nhất.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Tarasevitch, J. I. , and Ovcharenko, F. D. 1975. Adsorbtisiya na glinitykh mineralakh Naukova Dumka, Kiev, 352 pp. (in Russian).
Mooney, 1952, Adsorption of water vapor by montmorillonite. II—Effect of exchangeable ions and lattice swelling as measured by X-ray diffraction, J. Am. Chem. Soc., 74, 1371, 10.1021/ja01126a002
Sposito, 1982, Structure of water adsorbed on smectites, Chemical Reviews, 82, 554, 10.1021/cr00052a001
Glaeser, 1968, Domaines d'hydratation homogène des smectites, C. R. Acad. SC. Paris série D, 267, 463
Ben Brahim, 1984, Etude des profils des bandes de diffraction X d'une beidillite-Na hydratée à deux couches d'eau. Détermination du mode d'empilement des feuillets et des sites occupés par l'eau, J. Appl. Cryst., 17, 179, 10.1107/S0021889884011262
Kraehenbuehl, 1987, Study of the water-bentonite system by vapour adsorption, immersion calorimetry and X-ray techniques: I. Micropore volumes and internal surface areas, following Dubinin's theory, Clay Miner., 22, 1, 10.1180/claymin.1987.022.1.01
Schramm, 1982, Influence of exchangeable cation composition on the size and shape of montmorillonite particles in dilute suspension, Clays and Clay Miner., 30, 40, 10.1346/CCMN.1982.0300105
Cases, J. M. , 1985. Personal communication.
Besson, G. , 1980. Structure des smectites dioctaédriques. Paramètres conditionnant les fautes d'empilement des feuillets. Thèse de doctorat d'Etat. Université d'Orléans, France, 146 pp.
Mamy, 1968, Recherches sur l'hydratation de la montmorillonite: Propriétés diélectriques et structure du film d'eau, Ann. Agron., 19, 175
Ben Brahim, J. , 1985. Contribution à l‘étude des systèmes eau-argile par diffraction des rayons X. structure des couches insérées et mode d'empilement des feuillets dans les hydrates homogènes à une ou deux couches d'eau de la beidilite-Na: Thèse de doctorat d‘état es sciences physiques, Orléans, 183 pp.
Drits, 1975, Crystallochemistry of Minerals and Geological Problems., 35
Ben Brahim, J. , Besson, G. , and Tchoubar, C. 1985. Layer Succession and Water Molecules Arrangement in a Homogeneous Two-Layer Na-Smectite. 5th Meeting of the European Clay Groups, Prague. J. Konta, ed. Praha: Univerzita Karlova, 65–75.
Rouquerol, 1989, Controlled transformation rate thermal analysis: The hidden face of the thermal analysis, Thermodynamica Acta, 144, 209, 10.1016/0040-6031(89)85101-9
Kerm, A. G. , 1988. Etude et caractérisation des premiers stades d'hydratation d'une nontronite. Thèse d'Université, Orléans, France, 56 pp.
Grillet, 1988, Modification of the porous structure and surface area of sepiolite under vacuum thermal treatment, Clays and Clay Miner., 36, 233, 10.1346/CCMN.1988.0360304
Caillère, S. , Hénin, S. , and Rautureau, M. 1982a. Minéralogie des argiles. 1. Structure et propriétés physico-chimiques, 2e édition, Paris: Masson, 184 pp.
Keren, 1974, Water vapor isotherms and heat of immersion of Na/Ca- montmorillonite systems. I: Homoionic clay, Clays and Clay Miner., 23, 193, 10.1346/CCMN.1975.0230305
Cases, 1992b, Fluid-swelling clays interaction, Revue de l'Institut Français de Pétrole, 47, 217, 10.2516/ogst:1992014
Ben Ohoud, 1990, La texture fractale des argiles gonflantes, C. R. Acad. Sci. Paris, 311, 665
Yvon, 1990, Materiaux argileux, structure, propriétés et applications., 473
Suquet, 1982, Etude par spectrométrie infrarouge et diffraction des rayons X des interactions cations-feuillets dans les phases à 14.6, 12.2 et 10.1 Å d'une saponite-Li de synthèse, Clay Miner., 17, 225, 10.1180/claymin.1982.017.2.08
Berend, I. , 1991. Les mécanismes d'hydratation de montmorillonites homoiniques pour des pressions relatives inférieures à 0,95. Thèse de doctorat. INPL-Nancy, France, 330 pp.
Tessier, D. , 1984. Etude expérimentale de l'organisation des matériaux argileux. Thèse doct. Université Paris VI, 361 pp.
Cebula, 1980, Small angle neutron scattering from dilute aqueous dispersion of clays, J. C. S. Faraday I, 76, 314, 10.1039/f19807600314
Kamel, M. W. , 1981. Etude de l'imbibition, du gonflement et du desséchement de quelques argiles. Thèse doctorat. Université Toulouse, 187 pp.
Veniale, 1986, XVI Convegno Nazionale di Geotecnica, 387
de Boer, 1966, Thet-curve of multimolecular N2 adsorption, J. Coll. Interface Sci., 21, 405, 10.1016/0095-8522(66)90006-7
Poinsignon, 1978, Etude de l'eau d'hydratation des cations compensateurs de smectites homoioniques, Bull. Mineral., 101, 469
Pézerat, 1954, Recherches sur la position des cations échangeables et de l'eau dans les montmorillonites, CRAS Paris, 265, 529
Suquet, 1987, Parameters influencing layer stacking types in saponite and vermiculite: A review, Clays and Clay Miner., 35, 353, 10.1346/CCMN.1987.0350505
Caillère, S. , Hénin, S. , and Rautureau, M. 1982b. Minéralogie des argiles. 2. Classification et nomenclature, 2 e édition, Paris: Masson, 189 pp.
Martin-Vivaldi, 1963, Proc. Int. Clay Conf., Stockholm., 1, 45
Fripiat, 1982, Thermodynamic and microdynamic behavior of water in clay suspensions and gels, J. Coll. Interface Sci., 89, 378, 10.1016/0021-9797(82)90191-6
Aylmore, 1971, Domains and quasi-cristalline regions in clay systems, Soil Sci. Soc. Amer. J., 35, 652, 10.2136/sssaj1971.03615995003500040046x
Poirier, 1987, Proceedings of the Second Engineering Foundation Conference on Fundamental of Adsorption., 473
More, 1986, Ordered interstratification of dehydrated and hydrated Na-smectite, Clays and Clay Miner., 34, 379, 10.1346/CCMN.1986.0340404
Hagymassy, 1969, Pore structure analysis by water vapor adsorption. 1. T-curves for water vapor, J. Coll. Interface Sci., 29, 485, 10.1016/0021-9797(69)90132-5
Harkins, 1944, An absolute method for the determination of the area of a finely divided crystalline solid, J. Am. Chem. Soc., 66, 1366, 10.1021/ja01236a048
Whalley, 1991, Effect of saturating cation on tactoid size distribution in bentonite suspensions, Clay Miner., 26, 11, 10.1180/claymin.1991.026.1.02
Drits, 1976, X-ray Structure Analysis of Interstratified Minerals., 255
Kawano, 1991, X-ray powder reflection studies on the rehydration properties of beidellite, Clays and Clay Miner., 39, 77, 10.1346/CCMN.1991.0390110
Stul, 1982, The texture of montmorillonites as influenced by the exchangeable inorganic cation and the drying method. I. External surface area related to the stacking units of the aggregates, Surface Technology, 16, 89, 10.1016/0376-4583(82)90028-0
Partyka, 1979, Calorimetric determination of surface areas. Possibilities of a modified Harkins and Jura procedure, J. Coll. Interface Sci., 68, 21, 10.1016/0021-9797(79)90255-8
Delon, J. F. , 1970. Contribution à l'étude de la surface spécifique et de la microporosité des minéraux et des roches. Thèse de doctorat ès sciences physiques. Nancy, France: INPL, 187 pp.