Hemmertné Patzkó, Ágnes

Szántó, Ferenc

Hemmertné Patzkó Ágnes

Szántó Ferenc

University of Szeged

ÜBER PEPTISIERUNG UND OBERFLÄCHENMODIFIZIERUNG VON ILLIT AUS FÜZÉRRADVÁNY Von Á. PATZKÓ, F. SZÁNTÓ Institut für Kolloidchemie der Attila Jözsef-Universität, Szeged (Eingegangen am 23 Mai 1984) Es wurde die Adsorption von CPC1 an Illit-Fraktionen aus Füzerradväny geprüft. Die Frak-tionierung des Tones wurde unter Zuhilfenahme der Peptisation mit Natriumkarbonat durchgeführt. Die Adsorptionsisothermen weisen auf chemische und physikalische Adsorption hin. Aus den Iso-thermen wurden die Werte der organischen Kationenaustausch und der spezifischen Oberfläche berechnet. Die Sedimentvolumina und die relative Viskosität der Suspensionen der Organokomplexe wurden in Benzol gemessen und festgestellt, dass diese sich mit der Adsorptionsmenge einer Maxi-mum-Kurve entsprechend ändern. Diese mit der zunehmenden Organophilität des Illits parallel eintretendeÄnderung kann mit der Benetzung, Quellung und der Desaggregation der Organokomplexe erklärt werden. Einleitung Seit Jahrzehnten befasst man sich mit der Adsorption von Stoffen verschiedener Molekül struktur an Tonmineralien. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Adsorp-tionskapazität in der Reihe Montmorillinit, Illit, Kaolinit abnimmt [1—6]. Aus Tonmineralien können mit kationaktiven Stoffen in organischen Flüssigkei-ten gut benetzende organophile Produkte hergestellt werden. Die Modifizierung der Oberfläche ist bei Illit nur an den äusseren Oberflächen möglich, bei Montmorillonit aber können die Moleküle des kationaktiven Stoffes zwischen die Basisoberflächen eindringen [7—9]. Das Verhalten des organophilen Illits in organischen Flüssigkeiten wird durch die Benetzung, im Falle des organophilen Montmorillonits aber in erster Reihe durch die Quellung und Desaggregation beeinflusst. Dies alles wird durch die Eigenschaften des organophilen Stoffes, sowie durch die Polarität und Zusammen-setzung des Dispersionsmittels bestimmt [10]. Unsere früheren Untersuchungen [11] haben wir jetzt mit Illiten fortgesetzt. Unser Ziel war, es einen Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der organo-philen Illitsuspensionen und Adsorption des kationaktiven Stoffes zu finden. Versuchsmaterialen und Methoden Als Modellsubstanz wurden drei lllite aus Füzerradväny verwendet. Um die groben Tonminerale und ihre Beimineralien trennen zu können, benötigen wir zur Peptisierung und Desaggregierung des Illits Natriumkarbonat in optimalen Mengen. Die Natriumkarbonatmenge wurde so gewählt, dass sie auf das Illit berechnet zwi-154 A. PATZKÓ, F. SZÁNTÓ sehen 1 und 1,5 Gev.-Prozent lag. Zu den konzentrierten, wässrigen Suspensionen wurde das Natriumkarbonat in Form einer wässrigen Lösung (50 g pro dm3) hin-zugegeben. Die zu Gelen erstarrten Systeme wurden mehrmals umgerührt und einen Tag lang stehen gelassen. Die 2-prozentigen wässrigen Suspensionen wurden nach eintätigem Stehenlassen in grossen Flaschen sedimentiert. Diese Sedimente setzen sich überwiegend aus Teilchen mit einem Äquivalentradius von grösser als 1 um zusammen. Die weitere Zerlegung der übergebliebenen Suspensionen wurde mit der Labora-toriumszentrifuge mit 10 000 Umdrehungen pro Min. 15 Minuten lang durchgeführt. Der sich in der Zentrifuge absetzende relative grobdisperse Anteil wird „mittlere Fraktion", die hochdisperse Fraktion „kolloide Fraktion" genannt. Die röntgenographische Untersuchung der einzelnen Fraktionen* hat gezeigt, dass die kolloide Fraktion von Illit 1. zwischenschichtliche Illit-Montmorillonit enthielt. Im Illit 2. lassen sich neben der Basisreflexion von Illit, mit kleinerer Inten-sität auch Montmorillonit-Reflexionen erkennen. Im Illit 3. ist nur die Basisreflexion des Illits erkennbar. In den mittleren Fraktionen können Kaolinit und Quartz nach-gewiesen werden. Die Adsorptionsversuche mit Cetylpyridiniumchlorid (CPC1) führten wir auf folgende Weise durch: Es wurde die 10 g pro dm3 wässrige CPCl-Lösung zu Illit-suspensionen bekannter Konzentration (5 g pro dm3) zugegeben. Dies löste die Ko-agulation der Systeme aus. Der voluminöse Niederschlag wurde getrocknet, gemahlen und durch ein Sieb von 60 (im Lochbreite durchgelassen. Die Konzentration des kationaktiven Stoffes wurde durch die sog. Zweiphasen-Titrierung bestimmt, vor und nach der Adsorption [13]. Die Berechnung der adsorbierten Menge geschah nach der Formel: na{v> = ^(c0-cg) wo V das Lösungsvolumen, c0 die Anfangs-, cg die Gleichgewichtskonzentration des Adsorptivs und m die Menge des Adsorbens bedeuten. Das Sedimentvolumen des organophilen Illifes wurde in 10 cm3 Proberöhren mit je 0,1 cm Einteilungen bei Zimmertemperatur in Benzol durchgeführt. Die Aus-flusszeit der Suspensionen wurde nach zwei Wochen unter Zuhilfenahme eines Ost-waldschen Viskosimeters gemessen. Das Suspendieren und die Sedimentation wurde mehrmals wiederholt. Versuchsergebnisse Die Adsorptionsisothermen (siehe Abb. 1) wurden an den mittleren und kolloi-den Fraktionen der Illit.-Proben aufgenommen. Diese zeigen, dass bis gewissenen zugegebenen Mengen von CPC1 die ganze Menge irreversibel quantitativ adsorbiert wird, bis ein kritischer Wert erreicht ist. CP+-Ionen werden als Kationen eingetauscht, im Austausch gegen die austauschfähigen Kationen des Illits. Das organische Katio-nenaustausch-Vermögen an verschiedenen Fraktionen zeigt Tabelle I. * Die Röntgenprüfungen wurden an dem Lehrstuhl für Mineralogie, Geochemie und Gesteins-kunde der Attila Jozsef-Universität und an dem Lehrstuhl für Mineralogie der Universität für Che-mische Industrie Veszprém ermittelt, wofür wir unseren Dank ausdrücken. PEPTISIERUNG UND OBERFLÄCHEN MODIFIZIERUNG VON ILLIT 155 Tabelle l Die Werte der Adsorptionsisothermen Organische Spezifische zu VmBT gehörende Werte Adsorbens kapazität Oberfläche, as as mäqu./lOO g m !/g i mäqu./100 g m'/g Kolloide Fraktion CP-Illit 1. 14,5 269 550 30 218 CP-lllit 2. 12,5 219 405 23 167 CP-Illit 3. 4,0 182 — 12 79 Mittlere Fraktion CP-Illit 1. 6,0 8 58 CP-Illit 2. 5,5 97,5 - 8 58 CP-lllit 3. 2,5 — — Bei höheren CPC1-Konzentrationen nimmt die Adsorption eigenartigerweise weiter zu. Diesen Isothermen-Ast schreiben wir einer physikalischen Adsorption zu. Die Isothermen der kolloiden Fraktionen von Illit 1. und 2., die auch quellfähige Gitter enthalten, steigen am höchsten an. Das Mass der physikalischen Adsorption hängt von der Struktur des Adsorbens ab. Die Adsorptionsisothermen wurden auch in linearisierter Form dargestellt. In Abb. 2. geben wir als Beispiel die auf die einzelnen Fraktionen bezüglichen Daten an. Die Werte 1 /n"(t) nehmen für die mittleren Fraktionen und die Kolloid-Fraktion ohne Montmorillonit im untersuchten Bereich mit der Menge l/ctf praktisch linear zu. Bei den übrigen kolloiden Fraktionen sind zwei Stufen zu erkennen. Aus dem Schnitt-punkt der Ordinatenachse wurde die Oberfläche nach P H A M und B R I N D L E Y [ 1 3 ] be-stimmt. Für dem Oberflächenbedarf eines CPCl-Moleküls wurde der Wert 1,21 nm2 verwendet. Die erhaltenen Daten sind in Tabelle I. zusammengefasst. Aus den Daten Abb. 1, Die Adsorptionsisothermen von Illit-Fraktionen aus Füzerradväny 156 Ä. PATZKÖ, F. SZÄNTÖ m i t t l e r e F r a k t i o n A m i t i . • J l l i t 2 . 0 ,2 , 0 ,3 ' 9 /466. 2. Die in der linearisierten Form Adsorptionsisothermen kol lo ide F r a k t i o n t Jllit 1. o Jllit 2. 0 lllit 3 . m i t t l e r e F r a k t i o n 1 lllit 1. • lllit 2. • Jllit 3. 20 40 6 0 CPCl mäqu. / lOOg Abb. 3. Änderung des Sedimentvolumens der organophilen Illite in Benzol k o l l o i d e F r a k t i o n 4 l l l i t 1. o J l l i t 2 . O J l l i t 3 . m i t t l e r e F r a k t i o n A J l l i t 1. • J l l i t 2 . . Jl l i t 3. 2 0 4 0 6 0 CPCl m a q u . / l 0 0 g Abb 4. Änderung der relativen Viskosität der organophilen Illite in Benzol ist ersichtlich, dass sich auf den ersten monomolekularen Adsorp-tionsschicht möglicherweise noch eine zweite mit umgekehrter Orien-tierung aufbaut. Abb.-en 3—4. zeigen die charakteristische Änderung des Sedimentvolumens und der relativen Viskosität in Benzol mit zunehmen-der Menge des kationaktiven Stoffes. Die Kurven steigen zuerst langsam, dann steiler an, um nach einem Maximum zu fallen. Wenn die ad-sorbierte Menge so gross ist, dass sich auf die erste Adsorptionsschicht noch eine zweite mit umgekehrter Orientierung aufbaut, wird die Ober-fläche wieder weniger hydrophob, dementsprechend nimmt das Sedi-mentvolumen ab. Die Quellung, das heisst, die Lage und Höhe des Maxi-mums sind praktisch von der Ad-sorptionsfahigkeit abhängig. Die Lage des Maximums wurde mit Pfeil an der Adsorptionsisothermen (in Abb. 1.) gekennzeichnet. Es er-leuchtet, dass das maximale Sedi-mentvolumen bei beginnender physi-kalischen Adsorption gefunden wer-den kann. Aus der dem V-Maximum entsprechenden adsorbierten Menge wurden auch die spezifischen Ober-flächen der Illit-Fraktionen be-stimmt. Die so berechneten Werte sind kleiner als die aus dem Schnitt-punkt der Ordinatenachse erhalte-nen Werte siehe (Tabelle I.). Die Änderung des Sedimentvo-lumens läuft parallel mit der in Benzol gemessenen relativen Viskosi-tät. Die Benetzung der Illit-Frak-tionen in Benzol wird mit zuneh-mender Organophilität immer be-sser, da die Möglichkeit der Quel-lung und der Desaggregation in der Suspension zunimmt. Ein ähnliches Verhalten lässt sich auch beim Sedi-mentvolumen und bei der relativen FEPTISIERUNG UND OBERFLÄCHENMODIFIZIERUNG VON ILLIT 157 Viskosität erkennen. Nach Durchlaufen des Maximums wird die Benetzung immer schlechter, gleicher Weise nimmt die Quellung und die Desaggregation ab (Abb. 3 -4 . ) . Die aus der mittleren Fraktion des Illits 3. hergestellten organophilen Stoffe verhalten sich in Benzol so, wie die Systeme aus kompakten, ungeqollenen Teilchen. Das Sedimentvolumen und die relative Viskosität nimmt mit zunehmender Organo-philität ab, weil mit etwas besserer Benetzung die organophilen Illitteilchen sich einan-der nähern. Zugleich wird das Volumen des Sediments kleiner und auch die Viskosi-tät nimmt ab (Abb. 3—4). Aus den Untersuchungen ergibt sich, dass die Eigenschaften der Suspension von organophilen Illiten sich mit der Adsorptionskapazität parallel ändern, und dies wird von der mineralischen Zusammensetzung beeinflusst, wobei die relative Menge der quellenden Schichten eine entscheidende Rolle spielt. References [1] Pinck. L. A., W. F. Holton and F. E. Allison: Soil Sei., 91, 22 (1961). [2] Frissel, M. J. and G. H. Bolt: Soil Sei., 94, 284 (1962). [3] Greenland, D. J., R. H. Laby andJ. P. Quirk: Trans. Faraday Soc., 61,2013 (1965). [4] Greenland, D. J., R. H. Laby and J. P. Quirk: Trans. Faraday Soc., 61,2024 (1965). [5] Thompson, T. D. and G. W. Brindley: Am. Mineralogist, 54, 858 (1969). [6] Bansal, O. P., Singhal, J. P. andS. U. Khan: J. Colloid Interface Sei., 81, 180 (1981). [7] Weiss, A.: Clays Clay Minerals, 10,191 (1963). [8] Weiss, A.: Organic derivatives of clay minerals, zeolites and related minerals. In: G. Eglinton and M. T. J. 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На основании изотерм адсорбции определены ионообменная емкость с органическими катионами и величины удельной поверхности. Измерены объемы осадков и вязкость суспензий органокомплексов в бензоле, которые имеют зависимость от степени покрытия поверхности, проходящий через максимум. Это объ-ясняется происходящими! изменениями явлений смачивания, набухания и дезагрегации иллита наряду с повышением его органофильности. 

Über Peptisierung und Oberflächenmodifizierung von Illit aus Füzérradvány

http://acta.bibl.u-szeged.hu/24247/1/phys_chem_030_fasc_003_004_153-157.pdf

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