Ioncsere-folyamatok az agyagásványok „nanolaboratóriumában”

Abstract

BevezetésAz ioncsere-folyamatokat a XIX. század közepén a talajokkal kapcsolatos kutatások során fedezték fel [1][2][3][4] . A talajok ioncserélõ képességének jelentõs részét a rétegrácsos szerkezetû aluminoszilikátok, az agyagásványok adják.Az agyagásványok a magmás kõzetek földpátjainak bomlása során alakulnak ki, mállási helyükön vagy víz által elszállítva, legtöbbször tengeri üledék formájában keletkeznek, de a finom szemcsék leülepedhetnek mocsarakban, tavakban és folyómedrekben is. Alapvetõ szerkezeti egységeik a SiO 4 -tetraéderek és az AlOOH-oktaéderek, melyek összekapcsolódásának sokfélesége biztosítja az agyagásványok változatos szerkezetét, igen nagy számát. Jelentõs kationcsere-kapacitása azoknak az agyagásványoknak van, ahol az oktaéderben a háromértékû kationt kétértékû kation (pl. magnéziumion, vas(II)-ion), ill. a tetraéderben a négyértékû szilíciumot háromértékû kation (pl. alumíniumion) helyettesíti. Ezen izomorf helyettesítések az aluminoszilikát vázat negatív töltésûvé teszik, amelyeket kicserélhetõ kationok semlegesítenek.Jelentõs kationcsere-kapacitásuk van a szmektit típusú rétegszilikátoknak, melyek fontos képviselõje a montmorillonit (1. ábra). A montmorillonitot fõ komponensként tartalmazó agyagkõzetek a bentonitok, melyeknek igen sok mezõgazdasági, ipari, környezetvédelmi alkalmazása van 5 . A dolgozat bemutatja, hogy a kationcsere hogyan hat a montmorillonit szerkezetére, tulajdonságaira, milyen felhasználási lehetõségeket nyújt, illetve milyen problémákat vet fel.Az agyagkõzetek ioncsere-folyamatainak vizsgálata során a következõkre kell figyelemmel lenni:-Természetes anyagról lévén szó, az összetétel, a rétegtöltés és a kationcsere-kapacitás a lelõhellyel változik -A kationcsere a rétegek közötti nagy elektrosztatikus térerejû zárt térben történik -A rétegek közötti térben a hidratált kationok koncentrációja nagy -Vízfelvétel hatására a rétegek duzzadnak; ennek mértéke függ a rétegek közötti kation milyenségétõl -a montmorillonit képlékeny és önterülõ -nagy fajlagos felülete miatt a kationcsere mellett adszorpció is lehetséges -a rétegek közötti térben, a "nanolaboratóriumban" levõ kationok, illetve egyéb adszorbeált anyagok kémiai reakciókban vehetnek részt, illetve azokat katalizálhatják -a montmorillonit savas karakterû. Ábra. A montmorillonit idealizált szerkezete Az ioncsere kezelésének termodinamikai szemléleteAz oldat/szilárd határfelületi ioncsere-folyamatok korrekt termodinamikai leírása azért nehéz, mert a folyamat heterogén rendszerben játszódik le és a jellemzõ mennyiségek függhetnek az ionok felületi móltörtjétõl. Ezt a tényt a különbözõ modellek eltérõ módon kezelik, pl. felületi aktivitási koefficiens, felületi elektromos munka, vagy felületi energia-eloszlási függvény alkalmazásával. Azonban ezek egyike sem mérhetõ meg közvetlen kísérleti úton, csak az ionok megoszlási adataiból becsülhetõ. A kísérleti adatokra legjobban illeszkedõ modell azonban nem feltétlenül ad termodinamikailag értelmezhetõ eredményeket. Ugyanakkor sok közlemény nem foglalkozik a szorpciós mecha...

Drónra szerelhető radiológiai modul fejlesztési koncepció, hardveres felépítés és nukleáris méréstechnikai alapok

“…Az agyag-és iszapszemcsék általában kolloidként viselkednek, és megnövekedett fajlagos felületük felelős a kationok [pl. K(I), U(IV), U(VI) és Th(IV)] adszorpciójáért [14]. Összességében, ásványi szerkezetre összpontosítva, általános szabályként elmondható, hogy a természetes radioizotópok nagyobb mennyiségben fordulnak elő az agyagásványokban (a finom frakcióra jellemző), mint a kvarcban (a homok fő alkotóeleme), ami gamma-spektroszkópiás analízissel vizsgálható.…”