Was sind Bentonit und Anthrazit?
Bentonite sind Aluminiumphyllosilikattone, die hauptsächlich aus Montmorillonit bestehen. Montmorillonit ist ein dioctaheder Sektit und hat eine Kristallstruktur aus gemischten Geometrien; eine Oktaedergeometrie, die zwischen zwei Schichten tetraeder Geometrie eingeklemmt ist. Na-Bentonit ist eines der häufigsten und wird für seine Schwellungsfähigkeit geschätzt(2). Es stammt aus vulkanischer Asche, die in Meeresumgebungen abgelagert wurde. Calciumbentonit hingegen wird wegen seiner Schwellungseigenschaften nicht hoch angesehen. Es wird aus vulkanischer Asche abgeleitet, die in Süßwasserumgebungen (D2) abgelagert wird. Das strukturelle Wasser wird durch Erhitzen im Bereich von 400 bis 500 °C von Bentoniten eliminiert. Die Erwärmung über 900°C verändert die Kristallstruktur vollständig und unwiderruflich. Bentonit gilt als viel leichter geformt und sintert im Vergleich zu Kaolin, das chemisch ähnlich ist. Anthrazit ist eine der überlegenen Formen der Kohle, weit verbreitet und mit einer Vielzahl von Anwendungen, ist es ein kostengünstiges und zuverlässiges Material.
Porositätsprofil
Viele Anwendungen von Bentonitton stammen aus seinem einzigartigen Porositätsprofil, d.h. er ist sehr porös. Die Porositätsniveaus sind eng mit der Oberfläche ausgerichtet, und die Oberfläche hängt davon ab, wie adsorbierend ein Material sein kann. Adsorption ist das physikalische Phänomen, bei dem ein fester "Hält" auf Moleküle aus einem Gas oder Flüssigkeitsgelöst. Als faustumsummehrliche Faustregel gilt, je größer die Oberfläche, desto adsorbierender ein Material sein kann. Kohle im Allgemeinen und Anthrazit im Besonderen werden als poröse Materialien klassifiziert. Kohlen niedrigerer Qualität werden als makroporös bezeichnet, während höherwertige Kohlen wie Anthrazit als überwiegend mikroporös gekennzeichnet sind(3).
Bentonit für Verschüttungen
Bentonit hat Verwendung für die Behandlung von Öl (und anderen organischen) Abfällen/Verschüttungen gefunden - es wirkt neben anderen Komponenten als hochporöses Material, das das Öl physikalisch adsorbiert und somit eine einfache Entfernung durch Filtration ermöglicht. Ölverschmutzungen gehören oft zu den gefährlichsten Arten chemischer Kontamination auf See und in Wasserläufen, die für den Verlust von Meeres- und Pflanzenleben verantwortlich sind. Daher müssen schnell einsatzfähige und äußerst zuverlässige Methoden zur Entfernung von Öl und anderen organischen Verunreinigungen aus dem Wasser erreicht werden. Bentonit-Ton spielt die Hauptrolle in diesem Bemühen als primäres Adsorbens. Bentonit kann allein, modifiziert (siehe unten) oder neben Anthrazit verwendet werden. Weitere Sorbens für Öl aus der Wasserentnahme sind Torf, Glasfaser und das Ionenaustauscherharz Amberlite(4)
Bentonit-Anthrazit für Ölverschmutzungen
Bentonit-Anthrazit-Mischungen eignen sich für die Trennung und Entfernung von Öl, öligen Substanzen und schlecht wasserlöslichen organischen Stoffen aus Flüssigkeiten.
Öl in Öl-in-Wasser-Emulsionen kann mit pulverförmigen Bentonit-Tonen isoliert werden, wobei die erheblich vergrößerte Oberfläche im Makromaßstab in einer kostenlosen Methode auf die mikro-nanoskalige Oberfläche wirkt, die der Bentonitton selbst bietet(5). Aktivkohle, Bentonit und abgelagertes Anthrazit wurden zusammen zur Behandlung von Öl-Wasser-Emulsionen im Erdölsektor eingesetzt. Untersuchungen haben ergeben, dass die Adsorptionsraten (und damit die Ölentfernungsraten) mit der größeren Expositionszeit gegenüber dem Sorbens(6) zunehmen.
Eine Mischung aus 30 % Bentonit und 70 % Kohlestaub (nach Gewicht) entferntöle und schwere organische Stoffe aus Öl-Wasser-Emulsionen bei Umwandlungen von bis zu 98 %. Effizienzgewinne dieser Größenordnung erklären sich dadurch, dass das Bentonit-Anthrazit hoch organophil ist(7). Partikelgrößen von 0,85 bis 2,36 mm, wodurch einmal mit Schadstoffen angeschwollene Partikel leicht weggefiltert werden können. Ein Teil des Mechanismus, durch den Bentonit ein ausgezeichnetes Sorbens in diesem Papier ist, beruht auf dem Ersatz der Natrium- oder Kalzium-Gegention durch das Stickstoffende eines quaternären Amins - die verstärkte organophile Natur führt zu einer ausgeprägten Schwellung organischer Materialien(8), und daher kann man sagen, dass sie für organische Stoffe wie Rohöl selektiv ist. , Erdöl und Benzol. Anthrazit hat eine ähnliche Dichte wie Bentonit in der Masse und hat den Effekt, jede fortgeschrittene Absorption in den anschwellenden Ton zu verlangsamen. Die Fähigkeit, Flüssigkeiten aller Art aufzunehmen, nimmt bei hohen Temperaturen rapide ab(9). Für solche Anwendungen kann Bentonit-Anthrazit zu einem Pool von kontaminiertem Wasser hinzugefügt werden, oder das kontaminierte Wasser kann durch einen Bentonit-Anthrazit-Filter geleitet werden.
Ein Filtersystem zur Entfernung von Öl und Kohlenwasserstoffen aus Bilgenwasser im Schifffahrtssektor sorgt durch den Einsatz eines kombinierten Torf-Anthrazit-Bentonit-Filters, der insgesamt hydrophob und oleophil ist(10), für die Ableitung von ölfreiem Wasser. Patentautoren behaupten, dass es im maritimen Umfeld vorteilhaft ist, da die Filterkuchen (kontaminierter Torf-Anthrazit-Bentonit) zur Entsorgung verbrannt werden können.
Die Lebensfähigkeit von Bentonit ergibt sich aus der Tatsache, dass es sich um ein ausgezeichnetes Sorbens(10) handelt. Die Sorbenität bei Bentonit dreht sich um das positive Natrium (oder Kalzium) Ion, das durch ein Ammonium-Ion ersetzt wird. Dieses Paradigma verbessert die Organophiliität und ist daher ideal für die Ölverschmutzung. Untersuchungen haben ergeben, dass Bentonit für organische Stoffe einschließlich Benzol mäßig selektiv ist(11). Anthrazit wird häufig neben Bentonit verwendet, da es sich gut vermischt und verhindert, dass eine Absorption früher als erwartet auftritt. Zusätzlich hat Anthrazit eine ähnliche Schüttdichte wie Bentonit.
Eine Studie hat gezeigt, dass eine Mischung aus Bentonit und Anthrazit im Verhältnis 30:70 bei der Reinigung von Öl- und Wasseremulsionen und synthetischen Ölen mit fast 100% Wirkungsgrad wirksam war - diese Daten zeugen von der Organophiliität von Bentonit und dem oben genannten Porositätsprofil. Leider sinkt die Absorption und die Fähigkeit, Öl- und organische Verschüttungen zu beheben, wenn die Temperatur 100 °C(12) überschreitet.
Die Kapitalisierung der Organophillicitn ist der Schlüssel zu einem erfolgreichen Bentonit-Anthrazit-Einsatz. Ebenso wie die Benutzerfreundlichkeit. Typische Partikelgrößen von 0,85 bis 2,36 mm im vorgeschwollenen Zustand bedeuten, dass Bentonit-Anthrazit leicht zu handhaben ist, noch mehr einmal angeschwollen und voller Verunreinigungen. Alles, was erforderlich ist, ist Größenausschlussfiltration, um verunreinigungen zu entfernen. Anthrazit-Bentonit ist leicht zu entsorgen und selbst nicht giftig.
Bentonit-Anthrazit für industrielle/Bergbau-Wasserkontamination
Probleme wie die Entwässerung von Säureminen sind relativ häufig und anhaltende Probleme, mit denen der Bergbausektor konfrontiert ist. Das Grundwasser in der Nähe eines Kohlebergwerks in Nigeria hatte positiv auf Eisenkonzentrationen in der ca. 1.300 mgL-1 Eisenbereich, bei dem die Toxizität ein Problem darstellt. Mit Hilfe einer kombinierten Kohleflugasche, Anthrazit und Bentonit-Ton-Regime wurden diese Werte deutlich gesenkt(13). Andere Verunreinigungen in der sauren Minenentwässerung können Schwermetallionen und Sulfate sein. Die Einrichtung dieser Arbeiten bestand darin, die Aufnahme von Grubenentwässerungswasser durch eine Bentonit-Kohle-Adsorbensezulage zu ermöglichen, wodurch mehr als 80 % der Eisenverunreinigungen entfernt wurden. Ein 8x30 Mesh, 0,97 m2 g-1 Bentonit-Anthrazit-Filtersäule wurde in industriellen Abwasserströmen verwendet, um Schwermetalle zu entfernen, und obwohl der Filter nicht so gut funktionierte wie das teure Zeolith "Clinoptilolite" bei der Entfernung aller Spuren, übertraf er in Bezug auf die organische Entfernung aus der Lösung zusätzlich zu den Metallen. Die Autoren schlugen vor, dass die Verwendung eines dualen Filtersystems, das die Robustheit, Zuverlässigkeit und Preisfreundlichkeit von Bentonit-Anthrazit in Anspruch nehmen könnte, neben einem Zeolithfilter maximale Vorteile bieten könnte(14).
Bei allgemeinen Filtrationsanlagen kann die Zugabe von nur 10 Gewichtsprozent Bentonitton zu einem herkömmlichen Sand- und Kohlegemisch in einer Filtrationssäule wirksam sein, um die Filtration zu verbessern, indem die erhöhte Saugfähigkeit des jetzt tonsand-kohlesystems in Anspruch genommen wird. Es wurde berichtet, dass das vorhandene Anthrazit für die Begrenzung der Quellfähigkeiten des Ton-Sand-Kohle-Gemischs verantwortlich ist(15).
Modifizierte Bentonit-Tonen für Öladsorbenten
Mehrere Beispiele für modifizierten Bentonit haben sich in diesem Bereich als nützlich erwiesen. Eine Studie verwendete die radikale Polymerisation von Acrylsäure auf Na-Bentonit-Granulat bei geringer Belastung. Die Autoren stellten fest, dass die Sorrption von Öl-Wasser-Gemischen bei Umgebungstemperatur (Bereiche von 10 bis 21 °C) im höheren Bereich spürbar erhöht wurde(16). Betrachtet man ein komplexeres System, so wurden Na-Bentonit, Acrylsäure, Natriummontmorillonit und verschiedene Acrylamid-Linker verwendet, um ein "superabsorbierendes" Nanokomposit(17) für Wasser und einige Öle zu erzeugen; mit dem kombinierten Ton- und Montmorillonitgehalt bei ca. 80%. Während sich ein solches Nanokomposit vom vorherigen modifizierten Na-Bentonit-Beispiel unterscheidet, wurde festgestellt, dass der Absorptionswert 1.201 g/g Nanokomposit betrug.
In einer verwandten Studie über Kaolin-Art Tone, auch Aluminosilikate, Säuremodifikation solcher Ton wurde gefunden, um die Entwicklung einer hoch definierten porösen Struktur mit geringer mechanischer Festigkeit verursachen. Flächen von ca. 29 m2 g-1 wurden mit Porengrößen von 2-5 nm erreicht. Die weitere Behandlung dieses säuremodifizierten Tons mit einer starken Basis bot einen porösen Ton mit 20-40 nm Poren(18). Diese Daten deuten darauf hin, dass eine ähnliche Behandlung von chemisch kompatiblem Bentonitton auf die gleiche Weise analoge Ergebnisse liefern würde. Bentonit-Ton, der mit Dimethyl-di(hydriertem) Talg (d. h. tierischem Fett) modifiziert wurde, wurden in öligen Flüssigkeiten nachgewiesen, um aromatische Rückstände wirksam zu entfernen(19).
Aufgrund der offensichtlichen Parallelen zwischen Rohöl und wasserunlöslichen organischen Lösungsmitteln (wie Benzol, Cyclohexan, Dichlormethan usw.) wurde die porositische Porosität als Adsorbierung auf diese Fälle angewendet(20).
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