جداسازی اجزای بنتونیت به منظور دستیابی به نانو مونت‌موریلونیت

اوحدی, وحید رضا; امیری, محمد

جداسازی اجزای بنتونیت به منظور دستیابی به نانو مونت‌موریلونیت

نویسندگان

دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

با استفاده از فناوری نانو، امکان دستیابی به ویژگیهایی از مواد فراهم میشود، بهطوریکه این ویژگیها در مواد با ابعاد بزرگتر قابل مشاهده نیستند. رس⁫های بنتونیتی بهطور گسترده از کانی رسی مونت⁫موریلونیت (بیش از 76%) و مقدار کمتری از کانی⁫های دیگر تشکیل شدهاند. مونتموریلونیت خالص با ابعاد نانو دارای کاربردهای صنعتی متنوعی است که تهیه آن نیز عموماً پرهزینه و زمان بر است. این پژوهش با هدف ارائه روشی برای جداسازی بخشی با ابعاد نانوی مونتموریلونیت از بنتونیت انجام شدهاست. روند جداسازی اجزا از طریق آزمایشهای تعیین اندازهی ذرات به روش لیزری (PSA)، پراش پرتو ایکس (XRD)، تعیین سطح ویژه (SSA) و بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) در هر مرحله آنالیز شدند. از مهمترین نتایج این پژوهش میتوان به دستیابی به نانوذرات رسی با سطح ویژهی (m2/g) 522.58 و میانگین قطر 6.13 میکرومتر اشاره کرد. نانوذرات تولیدی در این روش از درجهی خلوص مناسبی برخوردار بوده بهطوریکه با توجه به نتایج آزمایشهای ریزساختاری XRD، SEM و PSA، نمونهی نانو مونتموریلونیت بهدست آمده نسبت به نمونه نانو مونتموریلونیت صنعتی کلوزایت+⁫⁫Na دارای خلوص بیشتر و میانگین قطر ذرات کوچکتری است. همچنین نتایج این پژوهش نشان میدهد که نمونهی نانورس استخراج شده فاقد کربنات و کوارتز است و سطح مخصوص آن حدود 25% نسبت به بنتونیت افزایش یافتهاست. روش پیشنهادی برای استخراج نانو مونتموریلونیت از بنتونیت به واسطهی کم هزینه بودن و نیز بهدلیل عدم استفاده از مواد شیمیائی در مراحل خالصسازی، نمونه مناسبی برای کاربردهای اجرائی و پژوهشی بوده و امکان استفاده از این نانو رس را در بخشهای مختلف صنعت فراهم میکند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Segregation of bentonite components in order to achieve nano montmorillonite

چکیده [English]

Nano technology makes the possibility to achieve specific properties for materials. In this process, by reducing the size of materials in the range of nano size, new noticeable behaviour for material can be observed. Such behaviour cannot be observed for larger particles from that material. Bentonite soils contain more than 76% montmorillonite and some other minerals. Pure montmorillonite with nano size has a vast industrial application in which its production is relatively costly and time consuming. This research is aimed to propose a method for segregation of bentonite components to reach nano montmorillonite. To achieve this objective, a mechanical method is proposed. Based on this method, a nano montmorillonite with micro and nano size is achieved. The segregation process is monitored with PSA, XRD, SSA and SEM experiments. The results of this research show that a nano montmorillonite with SSA of 522.58 m2/g and average diameter of 6.13 micron is attained. The achieved nano montmorillonite has larger purity in comparison to Cloisite Na+. In addition, it has lower average particle size than Cloisite Na+. Furthermore, according to the results of this research the extracted nano clay is free from carbonate and quartz particles. The SSA of this nano montmorillonite was 25% more than that of bentonite. The proposed method is relatively inexpensive. Moreover, since no chemical is used in its production process, it is a suitable sample for practical, research, and industrial projects.

کلیدواژه‌ها [English]

Nano-clay
Bentonite
montmorillonite
Cloisite Na+
XRD
SEM
SSA

مراجع

[1] Lines M. G., "Nanomaterials for practical functional uses", Journal of Alloys and Compounds 449, (2008) pp 242–245.

[2] Bhushan B., “Springer Handbook of Nanotechnology”, Springer, (2004) pp: 1222.

[3] Wilson M., Kannangara K., Smith G., Simmons M., “Nanotechnology Basic Science and Emerging Technologies,” First published in Australia by University of New South Wales Press Ltd; (2002) pp.263.

[4] Chen Y., Fitzgerald J., Chadderton LT., Chaffron L., Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials 2–6 (1999) 375–80.

[5] Guozhong C., Glen E.F., “Environmental Applications of Nanomaterials Synthesis, Sorbents and Sensors”, Imperial College Press (2007) pp.507.

[6] Yuan G., “Natural and Modified Nanomaterials as Sorbents of Environmental Contaminants”, Journal of Environmental Science and Health, Part A, Volume 39, Issue 10 (2005) pp: 2661 – 267

[7] Ouhadi V.R., Yong R.N., “Experimental and theoretical evaluation of impact of clay microstructure on the quantitative mineral evaluation by XRD analysis,” Elsevier Appl. Clay Sci. J. 23. (2003) pp 141-148.

[8] Ouhadi V.R., "Study of transformation of clay minerals in the interaction process with additives by use of scanning electron microsope and XRD and its relation to mechanical behaviour", Iran. J. Crystallogr. Mineral.10 (1), (2002) 87–97.

[9] American Society for Testing and Materials, (1992). ASTM, 1992 American Society for Testing and Materials, ASTM, Annual Book of ASTM Standards, P.A., Philadelphia V.4, 08.

[10] Ouhadi V.R., Yong R.N., Sedighi M., "Influence of heavy metal contaminants at variable pH regimes on rheological behaviour of bentonite," Elsevier Appl. Clay Sci. J. 23. (2006) pp 217-231.

[11] EPA "Process design manual, land application of municipal sludge, Municipal Environmental Research Laboratory," EPA-625/1-83-016, U.S. Government Printing Offices, New York.(1983).

[12] Hesse P.R., "A textbook of soil chemical analysis", William Clowes and Sons, (1971) 519p.

[13] Eltantawy, Arnold I.N., Eltantawy and Arnold, P.W., "Reappraisal of ethylene glycol mono-ethyl ether (EGME) method for surface area estimation of clays", Soil Sci. 24, (1973) pp. 232–238.

[14] Handershot W. H., Duquette M., "A simple barium chloride method for determining cation exchange capacity and exchangeable cations", Soil Sci. Soc. Am. J. 50, (1986) pp. 605–608.

[15] Ouhadi V.R., Amiri M., "Geo-environmental Behaviour of Nanoclays in Interaction with Heavy Metals Contaminant", Amirkabir J, Civil, 42, 3, (2011) pp 29-36.