خاک رس ماده معدنی مهمی است که در طبیعت موجود می باشد و با درک روزافزون از ساختار آن، کاربرد مونتموریونیت در انواع مواد و محصولات در زمینه های تجزیه، افزودنی مواد غذایی، عملکرد ضد باکتری، پلیمر، جاذب و غیره قابل تحقق است.
پیشرفت چشمگیر در استفاده از مونتموریلونیت در مطالعات اخیر دیده می شود. این ماده از نظر منابع طبیعی، ساختار شیمیایی، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و کاربردی معرفی شده است. خصوصیات مهم فیزیکی و شیمیایی به صورت ذرات و ساختار لایه ای، ساختار مولکولی و اثر تبادل کاتیونی، خاصیت سد و جذب آب خلاصه می شود.
به دنبال آن کاربردهای مهم کاربردی مونتموریلونیت بر اساس اثرات ساختار شیمیایی آن انجام می شود. نگرانی های مربوط به محیط زیست، تا به امروز، میزان سختی ذرات مورد استفاده به عنوان ماده افزودنی را نشان نمی دهد.
ساختار مونتموریونیت
ساختار فیزیکی ذرات مونتموریلونیت به طور کلی در ورق ها و لایه ها قابل درک است. هر لایه از دو نوع ورق ساختاری هشت وجهی و چهار ضلعی تشکیل شده است. این ماده دارای ساختار کریستالی مونوکلینیک می باشد و دارای دانسیته (g/cm۳) ۲-۳ است.
ورق چهار ضلعی از چهار ضلعی اکسیژن سیلیکون تشکیل شده است که با تقسیم سه گوشه و در نتیجه ایجاد یک شبکه شش ضلعی، به چهار ضلعی همسایه متصل شده است. گوشه چهارم باقیمانده هر چهار ضلعی بخشی از ورق هشت ضلعی مجاور را تشکیل می دهد.
ورق هشت وجهی معمولاً از آلومینیوم یا منیزیم با پیوند کئوردیناسیونی شش برابر با اکسیژن ورق چهار ضلعی و با هیدروکسیل ایجاد گردیده است. دو ورق با هم یک لایه را تشکیل می دهند. چندین لایه ممکن است توسط کاتیون های بین لای ، با نیروی وان در والس، با نیروی الکترواستاتیک یا پیوند هیدروژن در یک کریستالیت رس به هم متصل شوند.
فرمول و ساختار محاسباتی مونتوریونیت در شکل بالا نشان داده شده است. تغییر در فرمول شیمیایی این ماده ناشی از ساختار قابل تغییر آن می باشد. جایگزینی کاتیون عدم تعادل بار را ایجاد می کند، بنابراین، ترکیب شیمیایی می تواند متفاوت باشد. البته فرمول تئوری دقیق هرگز در طبیعت مشاهده نشده است.
ساختار لایه ای تحت تأثیر وجود بار در ورق های چهار وجهی و هشت ضلعی می باشد. جایگزینی ایزومورف در ماده معدنی رس به طور عمده بار ایجاد می کند. جایگزینی ایزومورف جایگزینی عنصر با عنصر دیگری در کریستال معدنی بدون تغییر در ساختار شیمیایی آن است.
مونت موریلونیت در نانو رس
مونتموریونیت ماده اولیه ای است که در تولید نانو رس استفاده می شود. برهم کنش بین ذرات نانو رس و ماتریس پلیمری به طور قابل توجهی به گروه های هیدروکسیل و بارهای موجود در نانو ذرات بستگی دارد.
در سیستم رس-پلیمر، نانو ذره رس می تواند لایه لایه شود. در جایی که از کریستال رس به عنوان نانوذره استفاده می شود، می توان از آن به عنوان رس مقطعی نام برد که در این حالت، زنجیره های پلیمری بین پلاکت های رسی قرار دارند، و هنگامی که تک ذره رس واحد تشکیل دهنده باشد، به عنوان لایه بردار، به عنوان مثال، پلاکت های سفالی از نظر ایزوتروپی در پلیمر پراکنده می شوند.
از مشخصات مهم مورد نیاز می توان به اندازه ذرات، سطح و نسبت ابعاد اشاره کرد. طول و عرض ذرات می تواند از ۱.۵ میکرومتر پایین تا چند دهم میکرون باشد. افزایش نسبت ابعادی سطح بالاتری تولید می کند.
جرم کمتری از نانورس سطح وسیعی را نشان می دهد، به عنوان مثال، به طور معمول ۱ گرم از یک محصول نانورس دارای سطح بیش از ۷۵۰ متر مربع می باشد که مساوی با مساحت نه زمین فوتبال است.
سیستم تحویل دارو مونت موریونیت
خصوصیات جذب و تورم مونتموریلونیت در سیستم های انتقال دارو مفید است. افزایش ظرفیت جذب موجب بهبود دام انداختن دارو و رهش مداوم ترکیبات دارویی می شود.
حلالیت، میزان انحلال، جذب و فراهمی زیستی داروهای آبگریز توسط این ماده افزایش می یابد. اثرات مونتموریونیت در بهبود سیستم تحویل دارو بررسی شده است.
جذب آب
جذب آب مشخصه مهم ذرات رس طبیعی است که می توانند در واکنش به تغییر میزان رطوبت در محیط، آب را جذب یا از دست بدهند. هنگامی که آب جذب می شود، فضای بین لایه های سیلیکات انباشته شده را پر می کند.
مونتموریونیت به طور معمول کم آبی تدریجی و تغییر فاز را به یک رس غیرقابل مصرف قوی تر نشان می دهد. وزن مخصوص هر نوع خاک رس متغیر است که در نتیجه از دست دادن یا افزایش آب حاصل می شود.
بیشتر انواع رس شناخته شده در طبیعت به صورت مخلوطی حاوی انواع مختلفی از جمله کربنات ها، فلدسپات ها، میکاها و کوارتز در دسترس هستند. چندین مطالعه به رفتار تورم مونتموریلونیت پرداخته است. مولکول های آب باعث تورم در آن می شوند. این تورم نتیجه فعل و انفعالات پیچیده بین و درون مولکولی مونتموریلونیت-آب است.
جذب مولکول آب و تورم مونتموریونیت حالت های هیدراته شده و پسماند را ایجاد می کند. یک نگرانی مهم در مطالعه مواد معدنی رس این است که چگونه کاتیون های یک ظرفیتی و دو ظرفیتی بر الگوی تورم مونموریلونیت های پتاسیمی، سدیمی و کلسیمی تأثیر می گذارند.
نگرانی محیط زیستی
شیمی سبز یک رویکرد صحیح در سنتز آلی می باشد، جایی که انتشار گازهای خطرناک و مایعات نامطلوب است و آسیب محیطی و تعادل اکولوژیکی لازم است که حداقل تحت تأثیر قرار گیرند.
مونتموریلونیت یک اسید جامد است که در سنتز آلی استفاده می شود و این پتانسیل را دارد که جایگزین کاتالیزور اسید مایع با اثرات سبزتر شود.
روش های خوب استخراج نشان داده است که بنتونیت برای محیط زیست خطرناک نیست. بنتونیت ها عملکرد خوبی را به عنوان درزگیر و جاذب نشان می دهند و به عنوان سدی برای دفن و مخزن زباله های سمی استفاده می شوند.
کاربید آلومینیوم : خواص، تولید، ساختار کریستالی، طیف ها، کاربردها!