بنتونیت کانی است که در گذشته عمده مصارف آن در صنایع حفاری، ساختمان سازی و ریخته‌گری بود؛ اما در سال‌های اخیر این ترکیب به علت ساختار خاص آن جهت استفاده در خوراک دام و طیور مورد توجه قرار گرفته است. یکی از متداول ترین نقش های بنتونیت در تغذیه دام و طیور می توان به نقش توکسین بایندری آن اشاره کرد. این ترکیب به دلیل خاصیت تبادل کاتیونی همراه با ساختار لایه لایه خود، در دستگاه گوارش با مایکوتوکسین ها کمپلکس تشکیل داده و آن ها را از دسترس دستگاه گوارش خارج می کند. مرغوبیت بنتونیت و خلوص آن به مقدار کانی مونتموریلونیت به کار رفته در آن که بالای 70 درصد آن را تشکیل می دهد، بستگی دارد. مصرف بنتونیت بدون فرآوری به دلیل وجود عناصر سنگین، ناخالصی ها و میزان بار الکتریکی کم دارای محدودیت هایی است؛ از این رو، روش های مختلف فرآوری بنتونیت ارائه شده است. فرآوری بنتونیت عبارت است از ایجاد تغییرات فیزیکی یا شیمیایی جهت بهبود خاصیت آن که معمولا با افزایش سطح ویژه همراه است. به طور کلی، این روش ها را می توان به چهار دسته تقسیم نمود:
- روش فیزیکی که عبارت است از تغییر اندازه ذرات و سطح ویژه به طور مکانیکی
- روش گرمایی که در آن به کمک تاثیر دما ترکیب شیمیایی و یا ساختار بلوری بنتونیت را تغییر می دهند.
- روش شیمیایی که این روش معمولا بر اساس تعویض یونی انجام می گیرد؛ بنابراین شامل تخریب شیمیایی زیادی در ساختار بلوری نیست.
- روش پیلاردینگ که در این روش نوع فعال سازی از طریق تغییر ساختار بلوری بنتونیت به صورت فیزیکی و شیمیایی برای افزایش ظرفیت جذب یا ایجاد فضاهایی برای افزایش جذب یون های ویژه یا مولکول های باردار انجام می گیرد.
یکی از معیارهای تعیین فعال سازی بنتونیت ها استفاده از سطح ویژه به عنوان معیار اندازه گیری می باشد که برای این اندازه گیری روش های متفاوتی وجود دارد از جمله این روش ها می توان به:
- تعیین سطح ویژه با استفاده از داده های توزیع اندازه ذرات
- روش BET
- تعیین سطح ویژه با جذب سطحی محلول هایی مانند اسیدهای چرب، اسیدهای آروماتیک، استرها، فنول ها، پلیمرها و عامل های رنگی مانند متیلن بلو که در محدوده ی وسیعی از روش های موجود استفاده می شود.
در ادامه به سه روش رایج فرآوری بنتونیت پرداخته شده است.
فرآوری بنتونیت با اسید
مونت موریلونیت ها گروهی از کانی هایی هستند که قابلیت بالایی برای فعال شدن به روش اسیدی دارند. یکی از روش های شیمیایی موثر در تغییر ساختار بنتونیت روش فعال سازی با اسید است که هم در صنعت و هم در اهداف علمی استفاده می شود. این روش شامل عمل آوری بنتونیت ها با محلول های اسیدی مانند اسید کلریدریک یا اسید سولفوریک می باشد. مهمترین کاربرد این فعال سازی در تهیه جاذب های مناسب برای صنایع مختلف از جمله مایکوتوکسین ها است. اسیدشویی منجر به افزایش نسبی سطح ویژه و تخلخل می شود. در این حالت معمولا بنتونیت ها با اسیدهای غیر آلی تیمار می شوند که در آن یون های هیدروژن یک ظرفیتی جانشین یون های کلسیم دو ظرفیتی شده و با شسته شدن یون های آهن دو و سه ظرفیتی، آلومینیوم و منیزیم باعث تغییر در لایه های اسمکتیت و افزایش سطح ویژه ی تخلخل بنتونیت می گردد. در نتیجه تماس مونتموریلونیت با اسید سولفوریک کاتیون های بین لایه ای جداشده و یون هیدروژن جانشین می شود. بر طبق مطالعات صورت گرفته در رقابت برای قرارگیری در فضای بین لایه ای، پروتون از همه کاتیون های ممکن قوی تر می باشد. بنابراین می توان گفت روش فعال سازی با اسید، در مورد همه انواع مونتموریلونیت موثر است. همچنین در صورتیکه شدت فعال سازی به اندازه کافی بالا باشد پروتون این قابلیت را دارد که اتم های مرکزی لایه هشت وجهی از قبیل آلومینیوم و منیزیم را از ساختار مونتموریلونیت خارج کند. عبارتی که تاکنون تحت عنوان شدت فعال سازی از آن یاد شده وابسته به پارامترهای زیادی می باشد. منظور از شدت فعال سازی میزان کاتیون هایی است که حین فرآیند از ساختار بنتونیت جدا شده اند. شدت فعال سازی وابسته به پارامترهای متعددی است که مهمترین آن ها شامل دما، مدت زمان فعال سازی و درصد جرمی اسید به بنتونیت است. هر سه پارامتر با شدت فعال سازی رابطه های همواره صعودی دارند. به این معنی که افزایش هر یک از آن ها شدت فعال سازی را افزایش می دهد. در اثر برهم کنش بین بنتونیت طبیعی و اسید، محصولی با خواص سطحی قوی تری تولید می شود که این خواص تقویت شده را می توان در دو گروه تقسیم بندی کرد: افزایش سطح ویژه و افزایش اسیدیته. به دلیل این که حجم پروتون در مقایسه با حجم کاتیون های قابل تعویض بسیار کوچک می باشد، در اثر این جانشینی فضای تهی در ساختار به وجود می آید که این موضوع را می توان دلیلی بر افزایش سطح ویژه در اثر فعال سازی دانست. روند افزایش سطح ویژه بر حسب شدت فعال سازی دارای یک بیشینه بوده و گذر از آن سبب کاهش مجدد سطح ویژه می شود. این پدیده به دلیل آن است که با ادامه افزایش شدت فعال سازی و برداشته شدن اتم های مرکزی ساختار بنتونیت به تدریج رو به تخریب می رود و در نهایت سبب می شود که بنیان ساختار از بین برود و لایه ها مجددا متراکم و فاصله ی فضایی مطلوب نابود شود. به طور کلی سطح ویژه فاکتوری است که معرف در دسترس بودن مکان های فعال یک جاذب است. بالا بودن سطح ویژه سبب می شود که مکان های فعال بیشتری در تماس با ماده جذب شونده قرار گیرند و به این ترتیب عملکرد مطلوب تری از محصول فعال شده قابل مشاهده است. فعال سازی اسیدی موجب ایجاد ورقه های سیلیکاتی پهن، دفع کاتیون های قابل تعویض، فلزات سنگین و قسمتی از آلومینیوم ها می شود؛ بنابراین ظرفیت تبادل کاتیونی و سطح موثر جذب افزایش می یابد. همچنین، با دفع نمک های معدنی مختلف از منافذ و مویینگی ها، باعث بزرگ شدن آن ها می شوند. لذا منافذ ساختار باز شده و سطوح فعال که در شرایط طبیعی با نمک های فلزی مسدود شده بودند، آزاد می گردند.
فرآوری بنتونیت با تعویض یون
نوع دیگر فعال سازی، تعویض یون کلسیم در بنتونیت های کلسیم دار با یون سدیم است که بیشتر با استفاده از محلول آب نمک یا کربنات سدیم یا مواد شیمیایی دیگر انجام می گیرد. در این روش، یون Ca2+ ترکیب اولیه در لایه های میانی (حدواسط) در بساختار بنتونیت توسط یک فرآیند فعال سازی قلیایی به وسیله یون های 2+ Na جانشین می شود. در بنتونیت های سدیم دار که لایه های میانی عمدتاً توسط یون های 2+ Na اشغال شده است؛ معمولا Ca2+ و 2+ Mg نیز در مقادیر متفاوت می توانند وجود داشته باشند که باعث می شود خواص متمایزی از بنتونیت های کلسیم دار پیدا نمایند. این فرآیند ضرورتا به واکنش تعویض کاتیونی بستگی دارد. فرآوری با کربنات سدیم می تواند یک بنتونیت فعال با افزایش ظرفیت تورم، افزایش جذب آب و سطح ویژه را ایجاد کند.
فرآوری بنتونیت به روش حرارتی
فرآوری حرارتی بنتونیت یک روش متداول جهت فعال کردن و بهبود اثربخشی آن به عنوان یک توکسین بایندر در خوراک دام است. بنتونیت نوعی کانی رسی است که به دلیل مساحت سطح زیاد و بار منفی، خاصیت جذب طبیعی دارد. با حرارت دادن بنتونیت با دما و مدت زمان معین، ساختار کانی رسی اصلاح می‌شود و در نتیجه ظرفیت تبادل کاتیونی آن (CEC) افزایش می‌یابد، که معیاری از توانایی این ترکیب برای اتصال به مولکول‌های دارای بار مثبت همانند مایکوتوکسین هاست. بنتونیت بسته به نیازهای خاص کاربردی آن می تواند تحت دماهای متفاوت معمولاً بین 350 درجه سانتی گراد تا 600 درجه سانتی گراد است. فرآیند گرم کردن نه تنها بنتونیت را فعال می‌کند، بلکه منجر به حذف هر گونه ماده آلی یا رطوبتی می‌شود و خلوص آن را افزایش می‌دهد و اثربخشی آن را به عنوان جذب افزایش می‌دهد. به طور کلی، حرارت دادن بنتونیت یک تکنیک رایج برای بهبود اثربخشی این ماده معدنی رسی طبیعی به عنوان یک توکسین بایندر در خوراک دام است.
بدون دیدگاه