文摘

蒙脱土在工程障碍的使用可以减少重金属的传播从工业甚至放射性废物。评估机制的性能控制clay-environment交互和预测的动态/配置夹层空间(是)是必需的。这项工作侧重于定量识别的结构变化和孔隙度改变的重型metal-exchanged蒙脱石样品(Co2 +和Cd2 +阳离子)进行机械应力(单轴oedometric测试(装卸))。机械应力强度之间的关系,内在结构响应,研究了离子交换剂的效率和吸附性能的命运。这一目标是通过相关的原位定量x射线衍射(XRD)分析(在一个极其控制大气中达成的不同相对湿度率% rh)和孔隙度调查(向结合的结果打赌(Brunauer-Emmett-Teller)和BJH -(巴雷特,Joyner Halenda) PSD(孔隙大小分布)分析)。结果显示结构异构性问题急剧上升伴随理论增加混合层结构(MLS)数量和开发一个非传统的水化应力松弛后无论可交换阳离子性质的行为。实验使用MLS XRD模式复制,这意味着多个共存的“微晶”硬币和一个以上的可交换阳离子表明复杂的阳离子交换量(CEC)饱和度。% rh价值极低,一个新的均匀脱水的状态趋势是观察到的有限公司2 +阳离子。孔隙度分析显示了强调样本中孔体积增长和证实微晶剥离层的趋势,结果层凝聚力损伤,和随后的约束力量波动。

1。介绍

垃圾处理已经成为一个最严重的现代环境问题与国家的发展联系在一起。架构、设计和操作的废物处理网站确保适当的废物管理与对人类健康和生态系统。地质处置,采用放射性废物的长期管理的安全解决方案,是由一个系统,(1)隔离生物圈的浪费很长时间,(2)确保剩余放射性物质进入生物圈将相对无关紧要的浓度,和(3)提供合理的保证,任何无意人类入侵的风险将极低(1- - - - - -5]。最常见的问题垃圾填埋场的环境退化和地下水污染(6]。

压实粘土的使用,作为multibarrier概念的一部分,确保前面提到的要求(7,8]。事实上,垃圾处理中最常用的材料是压实粘土衬垫(CCL)和合成粘土衬垫(GCL)。使用这种材料的主要原因是其内在属性,如大比表面区域(SSA),渗透率低,阳离子交换能力(CEC),高吸附能力,低渗透系数(6- - - - - -11]。压实粘土衬垫更便宜,而且有很好的衰减能力。粘土膜可以用作有毒气体(来自垃圾填埋场)消除器和核素迁移的一个陷阱/扩散(造成管道泄漏或损坏由于各种压力影响安装)(12- - - - - -15]。粘土矿物膜暴露在各种化学、生物和物理压力,影响后续渗滤液(16- - - - - -21]。评估这些膜的一致性,重要的是要检查他们的化学兼容性与不同的液体或渗滤液(所面临22]。基于细粒度、均匀的微孔隙和表面电荷高,水力传导率低,吸附容量高,和低成本与粘土(GC)合成相比,天然膨润土是最珍贵的在这种情况下(23- - - - - -29日]。事实上,(30.]研究了压实粘土的抗剪强度影响的矿物含量和wet-dry周期和证明了凝聚力和摩擦强度性能测定和与粘土矿物的比例和数量的湿润和干燥周期。另一方面,(31日)表明,在压实黏土与广泛的膨润土混合设计壁垒,压缩系数是影响膨润土含量对岩土特征。

膨润土的使用,尤其是在一个缓冲区中发掘逃脱画廊废物容器和隧道之间的墙,实现重要战略的结果。膨润土膜通常是受到周围的温度/湿度梯度波动(32,33]。然而,压实黏土与开裂和/或干燥存在的问题,尤其是那些含有可观的膨润土(34- - - - - -36]。众多研究表明,压实黏土进行大型物理化学性质修改当暴露于一个周期的肿胀和/或desiccation-wetting,构成一个周围变量环境约束28- - - - - -39]。蒙脱石的一部分,这是一个二八面体的蒙脱石矿物集团的物种,可以占到95%的膨润土。这些功能材料提供了限制地下水放射性废物、促进废物之间的传质条件和地下水通过扩散,淹没在胶体形成地下水放射性核素的迁移,保证有效吸附后可能的放射性废物容器、降压等(40- - - - - -45]。除了他们的存在形成住房存储设施和使用作为回填材料或密封材料隔离部分处理设施,蒙脱石也存在作为一个缓冲材料的真空包装和主机之间的岩石(46- - - - - -48]。蒙脱石层结构是由两种类型的表的叠加:一个八面体片O(密苏里州4(哦)2与M是一个金属阳离子(铝、镁))夹在两个四面体片T (SiO4)经常被贴上T-O-T平均大约10Ǻ层厚度。层电荷与现有同构四面体表(Al替换3 +,如果4 +)和/或八面体的(毫克2 +/李+,艾尔。3 +/毫克2 +)。这个电荷赤字是补偿的可交换阳离子(Exc.Cat),来自于土壤溶液和融入。溶剂(水分子)的存在促进了可交换阳离子插入和支持,分别层厚度扩张,矿物分散在土壤溶液(胶体属性),和微观/宏观粘土膨胀。基底的进步层厚度膨胀间距值d(001)是由离散的水化状态从脱水状态(0W,d001年≈10)强烈的水化(4 W,d001年≈21)传递,分别由1 W (d001年≈12.4)、2 W (d001年≈15.4),3 W (d001年≈18.2)水化状态(49- - - - - -54]。

蒙脱石部分相互作用与土壤物理、化学的处理方案随着时间的推移,导致结构变化和改变的内在属性(48- - - - - -60]。根据这些操作约束(积极的环境变量),全面预测行为和蒙脱石结构响应的研究是必需的。这种反应可以从重大结构转换和性质不同收益率受到压力的性质的影响。

应用约束(积极的环境)可以单独考虑。在这种情况下,他们被分为三组:(i)大气(温度、相对湿度和压力)和水文地质(土壤干燥/润湿周期)的限制;(2)化学约束(土壤溶液成分、水化学和土壤溶液pH值);(3)机械应力(滑动现象/剪切的土壤,构造和压裂和自然机械领域)(50- - - - - -53]。在现实中,这些限制往往加上组合到第三耦合顺序诱导一个巨大的潜在破坏性压力,必然影响粘土分数效率。起始原料的性能,根据最初的目标,不再是保证;主要的问题在这种情况下成为这些压力/干扰材料的有效性。

在这个工作中,结构性变化,水化行为进化,CEC变更、孔隙度的命运二八面体的蒙脱石(怀俄明蒙脱石)后续应用的机械应力(单轴加载/卸载)。实验调查协议,开发了实验室规模,主要基于三个层次实现。事实上,根据装卸机械应力测试是为了创建材料压力。一个原位XRD研究中,在一个极其控制大气(变量% rh),是导演。该结构分析的力量在于理论的使用00 l衍射资料建模方法来定义机械约束和微观结构变化之间的关系。最后,吸附测量和PSD分析由目标压力损害metal-exchanged蒙脱石孔隙度特征。

2。材料和方法

2.1。基线示例

开始样品参考蒙脱石粘土来源库提供的标本(Swy-2)粘土矿物的社会。的内在特征属性参考样品可以参考文献数据61年,62年]。每半结构式单位细胞是由(62年]

2.2。实验
2.2.1。Na-Rich蒙脱石

原材料需要氯化钠预处理之前,应用程序以确保最大层色散。这个特定的治疗是由尊重古典协议详细(60,63年)准备Na-rich蒙脱土悬浮液。事实上,< 2μm的怀俄明蒙脱石是通过允许更大的粒子在水中提取,然后卸载。Na-rich蒙脱石是由平衡生理盐水溶液的胶体分数。这一步由分散40 g的固体在氯化钠溶液500毫升(1米)和搅拌机械24 h。σ实验室离心机速度8000转用于固体部分分离。确保所有交换网站的饱和Na+阳离子,这种平衡是重复五次。粘土是然后用蒸馏水洗净,在高速离心分离,直到CI的解决方案是免费的−。氯被认为没有当上层的液体给AgN0负面测试3。

2.2.2。Metal-Exchanged蒙脱石

(使用相同的离子交换过程的Na+阳离子)之后准备分别Co-montmorillonite (SWy-Co)和Cd-montmorillonite (SWy-Cd)暂停。这一目标实现使用金属氯化物溶液(1米)和Na-rich蒙脱石尊重以下化学反应: 其中M2 +代表公司2 +和Cd2 +阳离子和SWy-M2 +表示SWy-Co SWy-Cd。

2.2.3。实验

之前的研究强调样品,压实/ reswelling周期影响的研究轻大气样品在相同的控制是至关重要的。详细的实验协议是总结在图1。


图1
实验过程的机械约束细节,原位XRD分析和孔隙度特征。
2.3。机械测试:材料疲劳

使用的固结仪测试装置是一个前置式固结仪(WF 24251)(图2)。细胞直径50毫米。比较器竞赛延伸12毫米的精度2微米。预定的活塞可以应用于metal-exchanged蒙脱石样品的压力,导致流体驱逐通过过滤器,直到系统达到平衡状态。线性电压位移传感器(线性)测量活塞的位移和记录在测试期间系统体积的变化。测量平衡位移允许平衡孔隙比的决心e,它被定义为流体体积的比值的固体颗粒。样本保持接触外部热源的去离子水,直到实验结束。引用所有压力仪表;也就是他们压力相对于大气,因此对应的微分压力导致过滤。每个测试由一个循序渐进的装卸(压实和肿胀)黏土悬浮液。压力序列5、10、15、20、25、30粘土悬浮栏,使用同样的压力在压实和肿胀。每个测试结束时,压力完全释放,和示例允许肿胀,直到达成平衡64年,65年]。然后,最后的孔隙比e是衡量干燥蛋糕在140∼过夜。已知重量的粘土分数(悬浮细胞中引入的数量仔细测量)和活塞位移测量 ,在每个压力平衡孔隙比可以从方程计算


图2
安装示意图的固结仪用于散装肿胀/压实实验。

在这个方程中, 值是相对于活塞的最终位置,可能是积极的还是消极的。干粘土密度 为2.75克/厘米吗3正如前面计算。在这两部分的装置,横截面积的细胞样本一个= 5.07厘米2。

2.4。结构分析

XRD实验模式从布鲁克D8提前获得使用以下设置x射线衍射仪和扫描参数:(i) 40 kV和20马;(2)Cu_Kα单色辐射λ= 0.15406 nm;(3)0.04°2θ步长;(iv)角范围3 5-60°2θ;(v) 6 s每一步计算时间。衍射仪安装配备了先进的Ansyco湿度(rh)发电机连接到一个CHC +低温&湿度安东洼地。解码的结构性影响应用机械限制可能的变形影响是配置,轻和重的研究样本在极端值% rh。这吸引目标对间质水肿和释放机制的理解。环境rh延伸变化从3%降至97%。所需的rh利率是由平衡样品0.5小时与他们的环境。

2.5。定性XRD分析

定性的XRD分析是通过QualX 2.0程序(66年]。商业PDF-2与新的免费数据库POW_COD相关联的数据库。分析目标识别所有样品阶段和提供信息,分别对层厚度(含水迹象),00 l反射位置和衍射剖面几何(基于对称或不对称峰观察)。此外,“半宽度的计算(应用)和理性偏差参数(ξ00 l反射(相关)×标准差的计算00 l所有的值我可测量的反射在探索2θ°角范围)可以提供信息的水化程度异质性(66年- - - - - -70年]。然而,XRD概要的定性解释无法提供详细了解不同阶段的共存与它们相关的相对比例以及不同水化状态,这可能共存的结构。另一方面,它不能够遵循进化和/或波动的某些结构参数 轴。由于这些原因,有必要引入基于x射线衍射定量x射线衍射分析建模方法。

2.6。造型(00 l)反射资料

理论衍射x射线衍射强度由无序层状结构是基于Drits和Tchoubar71年)算法。基于衍射理论强度的表达式,详细信息从小学四面体或八面体的微晶尺寸表和它的成分可以达到71年]。通过优化几个结构参数(例如,Z的坐标,可交换的阳离子位置和丰富,和水分子分布)在造型过程中,质量改进的协议[72年- - - - - -74年]。Rwp作为信心因素控制这个质量(74年]。背后的阿森纳现有数学建模方法以及采用合适的策略的细节暴露在一些早期作品(75年- - - - - -77年]。仍需注意的是,(每一半单元细胞)是可交换的阳离子位置方面提供的文献数据类似的样品(78年,79年]。

2.7。层间层作用:概率描述

层叠加在微晶的概率定义为一系列不同的层类型,根据马尔可夫链的统计描述模型。一层的存在只是的概率依赖于类型的层之前。一层的存在之间的关系和前面的类型的层对应于层间的有序度或Reichweite (R)。在土壤中,最常见的ReichweiteR0和R1;也有层间的R2或R一层3的发生概率取决于前两个或三个层次;后者不是土壤中描述但成岩系列。方程[开发70年,78年,79年]对粘土间层作用的问题。我们因此发现概率模型代表(在一个简单的情况下)两种类型的层的叠加一个和B的比例W一个和WB层的概率一个遵循层B(P英航)。管辖本间层作用基本方程如下:

使用的组合方程,三个基本限制层叠加模式出现:(我)随机堆积R0与PAA=W一个(即。,no stacking sequence is forbidden; the probability of appearance of a layer in a sequence does not depend on its abundance).(2)叠加以最大订单R1-MPDO禁止的两层占少数。(3)的情况下禁止两层不同性质的一个接一个(PAB=P英航的概率= 0),两层相同的自然是因此等于1 (PAA=PBB= 1),它不再是间层作用的问题,而是一个物理混合物或全部隔离。

应该指出的是,蒙脱石水化异构性问题可以作为层间层作用在粘土颗粒在不同水化状态取决于相对湿度。这可以构成中间水化状态(即。,0 W / 1 W, 1 W / 2 W, 2 0 W / 1 W / W)。水化异质性与层状结构异质性的存在(比例和电荷的本地化费用)70年,78年,79年]。

2.8。吸附测量和孔隙度的调查

机械应力和蒙脱土含水量之间的关系影响许多岩土不饱和土壤的性质,包括渗透、体积变化、变形和剪切强度。主要的粘土性质主要是由他们的内部和外部的表面80年,81年]。蒙脱石孔隙度命运的调查,进行结构转换机械应力的应用后,似乎证实定量x射线衍射结果至关重要。此外,保水性能与孔隙结构和外部经验相对湿度水平。与压实/ reswelling %的变化周期和原位研究rh,更多的水分子层可以吸收表面的毛孔或疏散排水/扩散由一个新的传输机制。

Adsorption-desorption氮主要通过多孔介质目标的决心表面积(SA)和孔隙大小分布(PSD)。蒙脱石粉末干燥获得的每个样本。孔隙度特征完全是由氮吸附(82年]。吸附气体量给的完整描述孔隙度状态,甚至总体结构(82年- - - - - -86年]。Quantachrome NOVA 2000 e系列体积气体吸附仪,它是一个美国自动化使用氮气为吸附气体吸附系统,用于bet比表面积和PSD测量。经验设置条件如下:(i)吸附等温线得到77 K和P/P0 0.95∼(相对压力);(2)SA和PSD测量需要移除的吸附氮气和氧气。这是减压下进行(真空)在100°C 10 h。解吸等温线部分,假设一个圆柱孔模型,是BJH方法的应用的基础定义PSD (82年- - - - - -91年]。

3所示。结果与讨论

3.1。Oedometric测试:压实和Reswelling

几个参数控制粘土材料响应机械应力。蒙脱石分数具有高孔隙度和总量基本上取决于含水量、含水饱和度和保水机制。其他内在/多尺度参数从个别层的地质成因nanometric属性影响可能的变形(92年- - - - - -95年]。这项工作进行的反应metal-exchanged蒙脱石标本(即。,可交换阳离子有限公司2 +或光盘2 +)单轴机械应力由oedometric确保测试(装载/卸载)。应用压力是确认调查孔隙比e修改给施加压力(图3)。reswelling曲线得到释放后的应用(表压力1)。乍一看,压实/ reswelling曲线显示变形过程不可逆性和非线性过程,无论阳离子交换特性,同意(72年,91年)工作。这种行为找到一个解释(64年),哪些属性的观察到非线性固结特性之间的关联整合压力( )和孔隙比(e)。


图3
平衡孔隙比e压实和reswelling和压力申请SWy-Co SWy-Cd样本。 区最大应用压力强度。
表1
平衡孔隙比e压实和reswelling SWy-Co和SWy-Cd样本数据。零杆对应于“免费”肿胀。

在装卸过程中观察到的非线性问题只有一个应力循环导致显著的波动孔隙比的值。microobjective这里是创建材料疲劳检验氢气的行为之后通过改变% rh下控制气氛。两个样品,一个缺口分离孔隙比的值 在没有施加压力(压力= 0 bar)部分原因是共存的两种情形,分别不可逆的能量损失和颗粒间的摩擦,这是一种内在的现象在层状结构和发生在粒子的进步对齐/微晶通过增加约束强度(87年,88年]。

了解获得孔隙比reswelling过程中波动值,有效应力参数,肿胀指数(Cs)和压缩指数(Cc)。事实上,(64年CRS)使用恒定应变率测试作为一个至关重要的参数,探索卸载粘土矿物的行为。期间,孔隙水压力过剩卸货序列建模的假设是基于一个三次多项式方程。事实上,Cc或Cs变化非常敏感的整合时间(恒定负载在卸货之前)考虑。在压实/ reswelling序列和全球压力范围(0到30条),在SWy-Co样本的情况下, 。这个值减少的情况下SWy-Cd样本 。

另一方面,应用的最大差距是观察到的15条和压力 跳到7.09有限公司2 +。乳糜泻2 +阳离子,最大Cs和Cc波动时观察到10条 跳转至5.52。最大应用压力强度(区 在图3)和可交换阳离子的性质,类似的行为过程中观察到的Cs和Cc加载序列从15条。在卸载顺序(reswelling)和30条应用压力值,之间的分歧Cc和Cs观测到的进化。


图4
之间最好的协议获得理论(红色散射)和实验(黑线)配置文件对所有样本进行了研究。

指出差异解释的过程不可逆性在纳米尺度,在层组织内微晶本质上取决于层间的空间的构成。内在是配置可交换阳离子的性质影响,之后将影响层叠加和微晶结构。事实上,粒子周围的离子扩散层导致颗粒间的斥力归因于离子的渗透活动。现有的斥力减少增加时,分别粘土颗粒之间的距离,电解质浓度和可交换的阳离子价。应该注意的是,“免费”获得的数据膨胀状态实现样品时只有活塞的摩擦约束。

3.2。XRD分析轻样本

最好的协议强调样品的实验和理论XRD概要总结了图4。定性,古典均匀1 W层阶段观察到的SWy-Na [67年]。也证实了这种水化同质性和低价值的半最大值宽度ξ参数(表2)[74年]。SWy-Co和SWy-Cd样本,层间的1 W / 2 W水化性格是观察整个利用角范围。最初的d001年(一)值增加(表2对13.95和13.69),表明可能的成就阳离子交换过程和一个新的配置。对于这两种情况下,XRD剖面几何特征是一种非理性的00 l位置(ξ参数),大(2 001茶点(的半最大值宽度θ°))= 1.02和1.23)。反射是伴随着001年的肩膀向7.48 (2θ°)归因于1 W水化阶段(d001年≈12个)。一般来说,001年观察到的不对称反映反映水化几个州在堆栈的共存和/或一个不完整的(部分)阳离子交换。在这种情况下出现两种可能的解释。的阳离子交换量(CEC)可交换阳离子完全饱和,或开始一个小比例的Na+阳离子坚持的是部分阳离子交换。相比之下,的工作58- - - - - -60),考虑到这两种阳离子的离子电位亲和力与优化,验证,和可再生的实验条件,获得结果的Cd2 +和有限公司2 +阳离子的一致性。更多细节稍后给出定量x射线衍射分析。XRD定量调查与预测解决方案决定的定性分析70年,76年]。的确,在层间的结构的情况下,几个假设是必要的,其分辨率需要更深入的理论方法。在SWy-Na样本的情况下,达成一项协议以获得的实验和理论概要文件Rwp= 3.89%(表3)。钠的位置及其水化球体的媒介是文学方面的数据57]。另一方面,实验概要文件复制通过随机分布的两个阶段,理论上定性隐性,之间的主要贡献1 W状态(≈75%)和一个小的贡献相对于0 W(≈25%)层。


图5
最好的理论和实验之间的协议获得配置文件强调SWy-Cd和SWy-Co研究在极端% rh的价值。
表2
定性调查XRD轻和重的样本。
表3
最优年代结构性参数取自定量x射线衍射分析对所有样本进行了研究。

的00l反射建模方法对于SWy-Co示例假设三层混合结构的共存MLS饱和的有限公司2 +阳离子。理论模型展览可变水合状态(例如,1 W、1 W / 2 W,和2 1 W / W)。使用MLS(从最好的协议)被分解成几层数量(表3根据特定的连续概率法)组装。从理论模型的结构参数总结在表3。MLS的加权得到的层类型数量,预计,分别相同的化学成分,相同层厚度和相同的Z原子的坐标(67年,96年- - - - - -98年]。

最适合的实验XRD模式(Rwp= 4.13%)(图4)在SWy-Cd样本的情况下通过理论模型主要由一个层间的结构使用三个联盟包括各种水化层(表的相对比例3)。最重要的话,在这种情况下是合理的存在1 W阶段体重(9.04%)由于材料的饱和CEC开始Na+阳离子。这同意开始的假设关于观察实验001反射的肩膀在7.48 (2θ°)。这个结果质疑的成就阳离子交换过程尽管符合实验的重现性阳离子交换协议。

3.3。XRD分析,机械地强调样本
3.3.1。定性调查

应用机械应力的影响在Cd的水化性能2 +和有限公司2 +交换了蒙脱石的处理由不同% rh率控制下气氛。目标是构造演化的研究标本在极端% rh值(3% rh和97% rh)(在环境平衡),然后让我们来模拟真实使用粘土作为地质变化影响膜。XRD实验模式获得的SWy-Cd 3% rh显示d001年= 12.23指示可能1 W水化状态。一个层间的水化趋势证实了和的高架的半最大值宽度ξ参数值(表2)。事实上,左撇子轮廓不对称向低角度(2θ= 5.84°;d001年= 15.04),这是归因于一个小2 W水化状态阶段,观察尽管条件干燥环境。的d001年基底间距值显示保护1 W水化状态无论实验平衡实现在3% rh(一个小时的平衡与环境开始前XRD记录)。

SWy-Co在3% rh的样本似乎更敏感% rh水平下降,以及d001年= 9.27基本上表明脱水0 W状态。观察到的结果是一个真正的表现不仅% rh波动效应,而且已经应用的机械应力通过压实和reswelling周期。可以得出的结论是,通过定性比较这两个样本(经历了相同的压力)是修改的组织。事实上,基底间距变化直接相关的新组织,这是非常敏感的静电和化学结合部队管理的平衡。

是水分子插入/释放机制解释的假说是基于三个自由程度的波动,包括位置,分别是物种的丰度,和相关的层叠加概率。所有引用的结构参数,分别治疗或耦合、复杂化和/或促进水分子释放过程,可以建立在减少% rh率。这个假说是自解释的SWy-Cd自由水样本的转换(支持阳离子交换过程)从周围环境中结构水(固有层组成),整合内部和外部的孔隙表面,使其损失由脱水(60,68年]。指出,在SWy-Co样本的情况下,一个简单版本的一个水分子是观察。

在97% rh, SWy-Cd SWy-Co具有非对称00 l反射剖面(图5)。这两个样品高水化状态d001年相同的情况下,分别为17.38和17.32,表明可能过渡到3 W水化状态。一个肩膀向小角度(d001年= 20.54),这是一个开始3 W⟶4 W含水过渡态,是观察。层间的全球角色确认和理性参数值高的半最大值宽度。


图6
SA打赌单和多点选择轻和重的样本。
3.3.2。XRD剖面建模方法

获得的最佳理论和实验之间的协议XRD模式在一个变量% rh率是确认可以接受Rwp不超过5.71%。最佳结构参数用于模仿XRD实验资料报道在表3。

理论是水分子分布和补偿阳离子位置遵循一个离散分布符合(57,67年,74年)工作。对于每一个公认的理论模型,使用几层与变量类型叠加模式改进的协议。部分隔离(R1)是主要的MLS分布采用对所有样本进行了研究。在3% rh,实验的SWy-Cd示例是由混合复制三个美国主要由主要1 W层分数(饱和的Cd2 +阳离子)。同样的样本,一个小比例的Na+饱和层使用。一般来说,缺乏在3% rh和monohomogeneous 1 W阶段R1叠加模式类型是主要的结论。SWy-Co样本的情况下,提出了一种0 W水化状态在3% rh,衍射强度由两个MLS复制(0 W)主要由公司饱和2 +和钠+阳离子(表3)。在97% rh和交换性阳离子性质,无论0 W和1 W阶段贡献在MLS消失了。实验资料是完全复制了人口特征变量加权three-MLS组合层。SWy-Co,少数bihydrated阶段相关Na+介绍了阳离子,主要层部分饱和的有限公司2 +阳离子(极其水化3 W或4 W水层)是用于获得一个不错的选择。

SWy-Cd,结构完全匹配结合三毫升。实际上,理论模型包含一个主要贡献3 W / 4 W阶段,样品保留其层间的特征,按照定性描述提到一个层间的阶段。建模方法的优势,准确的结构异构性问题识别与共存的变量在粘土颗粒层的人群。随后,它允许我们显示结构变化影响是在应用(表压力3)。

3.4。吸附和孔隙特性

粘土性质主要是由其内部监控和外部表面。总表面包括外部表面,在粘土颗粒之间,内表面,有关。内部和外部层表面压实和reswelling过程中受到影响。表面改性可能影响的化学和物理债券是内容和吸附性能。层叠加分布是影响应用机械约束(从XRD分析结果),和可能的顺向孔隙度扰动可能进行。事实上,压力释放后,理论上配置倾向于一个新的平衡,这不同于初始配置(99年,One hundred.]。

蒙脱石孔隙度还差的特点,因为很难想象水化样品在他们的原始状态。孔隙度之间的潜在关系,CEC,微晶形状/大小,保证了产品质量和应用机械应力的相关性选择吸附测量和BJH孔隙大小分布分析。单点和多点选择方法(基于表面积(SA)是用来评估可能影响外部粘土层表面化学转化。达到这一目的从氮等温线90年]。测量每个样品的平均孔径,BJH方法应用。从吸附测量结果和孔隙度研究样本数据进行了总结4和7。结果表明增加外部表面样品经过机械应力计算,无论可交换阳离子的性质和约束类型(压实或reswelling)。

通过比较SA值进化,应用机械应力后,一个逻辑值提高是强调观察样本,无论应用% rh率。这可能是解释由微晶剥落倾向导致平均层数减少后微晶层凝聚力的伤害。同时,它可以解释扩散系数改变蒙脱土的密度与包装。饱和CEC的有限公司2 +阳离子、高SA值获得,建议可交换阳离子的影响自然在新配置(图6)。纳米孔平均直径(图7)方面相同的趋势值提高压力后不管阳离子交换。


图7
BJH方法轻和重的平均孔径样品。

所有检查样品的氮吸附等温线——(广告)解吸(des)提出了(图8)。II型吸附等温线(84年,86年,90年是接近得到曲线的形状。这种分配是由于介孔结构描述的共存与纳米孔大毛孔,同意该多孔材料的孔隙大小分布。大孔隙的大小获得强调SWy-Co样本是合理的耦合的三个基本参数,分别装载/卸载循环,% rh波动(构成含水的约束),和可交换的阳离子的性质。的有限公司2 +离子交换促进表皮脱落过程和之后增加了孔隙度。


图8
(氮吸附)-广告-解吸等温线(des)。

SA概念不允许一个完整的结构描述从2 d到3 d的层状结构。SA的失败和限制结果的解释涉及改进建立在PSD分析来访问信息。PSD分析是基于几个近似的总结表4。基本条件(累积孔隙体积和孔隙半径)情节或间隙孔PSD在图9。相当大的差距SWy-Co SWy-Cd样本孔隙大小进化。轻和重采样,饱和SWy-Co标本不同SWy-Cd样本非常接近的方式,只要毛孔的直径不超过3海里。更高的值,出现分歧“差距”的公司2 +阳离子,达到0.0068 mL / g(图9)。获得的基本变化证明,最初,阳离子交换过程的成就,还证实了特定的基本曲线趋势显示相同的外观。此外,增加动“差距”,强调样本似乎直接影响应用程序的机械压力。所有样品的基本曲线半径的导数图给出10。

表4
基本物理近似采用PSD分析。

图9
孔隙大小分布(PSD)曲线为不同的研究样本(基本条件)。

图10
导数孔隙大小分布曲线。

最大的中孔体积(0.00620 mL / g)达到3.99 nm得到强调SWy-Co样本。在这种情况下,确定基本值远远大于那些有关SWy-Cd。强调两个样本之间的差距夸大了,直到达到差距值为0.0030。这种变化是一致的与XRD造型轮廓,预测层剥落和存在高度水化率(4 W) SWy-Co和SWy-Cd。通常,应用机械应力中孔的体积的影响,这是在任何情况下大于那些决定起始样本。对于所有样本,中孔半径不同的纳米(图1.598和16.828之间10)。孔隙度调查使用BET-BJH方法证实了XRD结果造型方法指示,分别高水化率层剥离的趋势和微晶尺寸波动引起的压力。

最大的中孔体积(0.00620 mL / g)是强调SWy-Co获得样本。确定基本的价值观,SWy-Co,有关SWy-Cd远远大于这些。强调SWy-Co样本,获得最大的中孔体积是0.00620 mL / g和3.99纳米。强调两个样本之间的差距夸大了,直到达到差距值为0.0030。这种变化是一致的与XRD造型轮廓,预测层剥落和存在高度水化率(4 W) SWy-Co和SWy-Cd。通常,应用机械应力中孔的体积的影响,这是在任何情况下大于那些决定起始样本。对于所有样本,中孔半径不同的纳米(图1.598和16.828之间10)。孔隙度调查使用BET-BJH方法证实了XRD结果造型方法指示,分别高水化率层剥离的趋势和微晶尺寸波动后压力。

4所示。结论

这项工作进行结构性影响,响应,定量CEC不稳定、孔隙度改变metal-exchanged蒙脱石(有限公司2 +和Cd2 +)根据机械约束创建在实验室规模。结构的异构性问题、水化行为和宏观应力和微观水化特性之间的关系通过XRD概要披露造型方法和吸附测量。结果证明:(i)孔隙比e偏差增加沿压实/ reswelling过程的可交换阳离子性质无关。(2)在一个极端% rh率低(3%),一个清晰的和简单的0 W脱水过程是观察到的有限公司2 +阳离子,这不是明显的Cd2 +阳离子,使1 W水化状态尽管机械扰动。(iii)高度3 W / 4 W水化状态出现的两个研究样本带到97% rh,解释的每个微晶的平均层数的减少的证据的剥离倾向和填充的缓解。在97% rh (iv),机械损伤诱导,分别明确的层间的性格,隔离层叠加的趋势,敏感的层类型结概率,增加联盟使用。(v)吸附测量结果证实强调样品的剥离层的趋势。(vi)的散度基本条件波动的成就证明了阳离子交换过程,所确认的具体行为动曲线尽管拥有相同的外观。(七)机械应力的影响反映在动曲线由高“差距”强调样本。(八)中孔基本显示了值的有限公司2 +阳离子,表明一个新的安排(相对于起始样本)允许更好的水利润SWy-Co样本(101年- - - - - -103年]。

数据可用性

生成和分析数据在当前的研究中都包含在这篇文章,可以从相应的作者在获得合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Walid Oueslati(我们)负责概念化,方法,调查,验证,正式的分析,可视化、数据管理、资源、监督、写作、编辑、审查和项目管理。查达Mejri (CM)负责调查、可视化、和资源。Abdesslem本麦加朝圣Amara (ABHA)负责方法和资源。

确认

作者承认提供的援助编辑器。