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Influence of Exchangeable Cation Composition on the Size and Shape of Montmorillonite Particles in Dilute Suspension

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Laurier L. Schramm  and
Jan C. T. Kwak
Laurier L. Schramm
Affiliation:
Department of Chemistry, Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia B3H 4J3, Canada
Jan C. T. Kwak
Affiliation:
Department of Chemistry, Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia B3H 4J3, Canada
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Abstract

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Viscosity and light-transmission measurements of dilute suspensions of montmorillonites having different exchangeable cations were used to calculate relative particle sizes as a function of cation composition, where particle size is expressed as the number of clay plates per tactoid relative to the number of plates per tactoid for Li-montmorillonite, after exchange of Li, Na, K, Cs, and Mg by Ca. Tactoid sizes increased in the order Li < Na < K < Mg < Ca, with the number of plates per tactoid relative to Li-montmorillonite varying from 1.5 for Na- to 6.1 for Ca-montmorillonite. The results for tactoid sizes derived from light transmission and those derived from viscosity data are in reasonable agreement with each other and with literature data for similar systems. Upon exchange of Ca-counterions for Li-, Na-, or K-coun-terions, a sharp initial decrease in tactoid size was observed over approximately the first 30% of cation exchange. Upon further exchange, tactoid sizes changed only slightly, but when Ca was exchanged for Cs or Mg, a much more gradual decrease in particle size was observed.

Резюме

Резюме

Исследовались измерения вязкости и трансмиссии света растворенных суспензии монтмориллонитов с разными обменными катионами для вычисления относительных размеров частиц как функции катионного состава. Размер частиц выражается как число глинистых пластинок на тактоид по отношениж к числу пластинок на тактоид для Li-монтмориллонита после обмена Li, Nа, K, Сs, и Мg ионом Са. Размеры тактоидов увеличивались в порядке Li < Na < K < Мg < Са, с числом пластинок на тактоид относительно к Li-монтмориллониту, изменяющимся от 1,5 для Иа- до 6,1 для Са-монтмориллонита. Результаты для размеров тактоидов, полученные из трансмиссии света и из данных по вязкости, находятся в довольно хорошем согласии между собой, а также с лиитературными данными для похожих систем. Во время обмена Са-противоионов на Li-, Na-, или K-противоионы, наблюдалось сильное начальное уменьшение размеров тактоидов, приблизительно, во время первых 30% катионного обмена. Во время следующего обмена размеры тактоидов изменялись незначительно, но наблюдалось более постепенное уменьшение в размерах частиц когда ион Са обменялся на Сз или Мg. [Е.С.]

Resümee

Resümee

Es wurden Viskositäts- und Lichtdurchlässigkeitsmessungen an verdünnten Suspensionen von Montmorilloniten mit unterschiedlichen austauschbaren Kationen verwendet, um die relativen Teilchengrößen als die Funktion der Kationenzusammensetzung zu berechnen. Dabei wird die Teilchengröße als die Zahl der Tonblättchen pro Taktoid im Verhältnis zur Blättchenzahl pro Taktoid für Li-Montmorillonit nach dem Austausch von Li, Na, K, Cs, und Mg durch Ca ausgedrückt. Die Taktoidgrößen nahmen in der Reihenfolge Li < Na < K < Mg < Ca zu, wobei die Blättchenzahl pro Taktoid im Verhältnis zu Li-mont-morillonit von 1,5 für Na-Montmorillonit bis 6,1 für Ca-Montmorillonit variierte. Die Ergebnisse für die Taktoidgrößen aus den Lichtdurchlässigkeitsmessungen stimmen sowohl mit denen aus den Viskositätsmessungen als auch mit Ergebnissen aus der Literatur für ähnliche Systeme recht gut überein. Nach dem Austausch von Ca-Gegenkationen für Li-, Na- oder K-Gegenkationen wurde eine schnelle anfängliche Abnahme der Taktoidgröße beobachtet, die etwa die ersten 30% des Kationenaustausches betraf. Nach weiterem Austausch veränderte sich die Taktoidgröße nur wenig. Wenn aber Ca für Cs oder Mg ausgetauscht wurde, war eine kontinuierlichere Abnahme der Teilchengröße zu beobachten. [U.W.]

Résumé

Résumé

Des mesures de viscosité et de transmission lumineuse de suspensions diluées de montmorillo-nites ayant différents cations échangeables ont été utilisées pour calculer les tailles de particules relatives en fonction de composition de cations, où la taille de particule est exprimée comme le nombre de plaques d'argile par tactoide relativement au nombre de plaques par tactoide pour la montmorillonite-Li, après échange de Li, Na, K, Cs, et Mg par Ca. Les tailles tactoides ont augmenté dans l'ordre: Li < Na < K < Mg < Ca, avec le nombre de plaques par tactoide relatif à la montmorillonite-Li variant de 1,5 pour la montmorillonite-Na, et 6,1 pour la montmorillonite-Ca. Les résultats pour les tailles tactoides dérivés de la transmission lumineuse et ceux dérivés de données de viscosité sont en accord raisonnable, et sont aussi en accord raisonnable avec les données de la littérature pour des systèmes semblables. Lors de l’échange de contre-ions Ca pour des contre-ions Li, Na, ou K, une forte diminution initiale de la taille tactoide a été observée pendant approximativement les premiers 30% d’échange de cations. Lors d’échange supplémentaire, les tailles tactoides n'ont changé que modérément, mais lorsque Ca a été échangé pour Cs ou Mg, une diminution de taille de particule beaucoup plus graduée a été observée. [D.J.]

Keywords

Exchange cationsLight transmissionMontmorilloniteParticle sizeTactoidViscosity
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 30 , Issue 1 , February 1982 , pp. 40 - 48
Copyright
Copyright © 1982, The Clay Minerals Society

References

Banin, A., 1968 Ion exchange isotherms and structural factors affecting them Israel J. Chem. 6 27–36.CrossRefGoogle Scholar
Banin, A. and Lahav, N., 1968 Particle size and optical properties of montmorillonite in suspension Israel J. Chem. 6 235–250.CrossRefGoogle Scholar
Banin, A. and Shaked, D., 1970 Particle size and surface properties of acidic montmorillonite Proc. Int. Clay Conf. Tokyo, 1969 1 669–682.Google Scholar
Blackmore, A. V. and Miller, R. D., 1961 Tactoid size and osmotic swelling in calcium montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 25 169–173.CrossRefGoogle Scholar
Cebula, D. J., Thomas, R. K., White, J. W., Mortland, M. M. and Farmer, V. C., 1979 The structure and dynamics of clay-water systems studied by neutron scattering Proc. Int. Clay Conf., Oxford, 1978 111–120.CrossRefGoogle Scholar
Deeds, C. L., van Olphen, H. and Franks, P. C., 1963 Density studies in clay-liquid systems, Part II: Application to core analysis Clays and Clay Minerals, Proc. 10th Natl. Conf., Austin, Texas, 1961 New York Pergamon Press 318–328.Google Scholar
Doty, P., Steiner, R. F. Jr., 1950 Light scattering and spectrophotometry of colloidal solutions J. Chem. Phys. 18 1211–1220.CrossRefGoogle Scholar
Dufey, J. E. and Banin, A., 1979 Particle shape and size of two sodium calcium montmorillonite clays Soil Sci. Soc. Amer. J. 43 782–785.CrossRefGoogle Scholar
Dufey, J. E., Banin, A., Laudelout, H. G. and Chen, Y., 1976 Particle shape and sodium self-diffusion coefficient in mixed sodium-calcium montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. J. 40 310–314.CrossRefGoogle Scholar
Hight, R. Jr., Higdon, W. L. and Schmidt, P. W., 1960 Small angle scattering study of sodium montmorillonite clay suspensions J. Chem. Phys. 33 1656–1661.CrossRefGoogle Scholar
Hight, R Jr, Higdon, W. L., Darley, H. C. H. and Schmidt, P. W., 1962 Small angle X-ray scattering from montmorillonite clay suspensions. II J. Chem. Phys. 37 502–510.CrossRefGoogle Scholar
Jackson, M. L., 1956 Soil Chemical Analysis—Advanced Course Madison, Wisconsin University of Wisconsin 47–58.Google Scholar
Jonker, G. H., 1952 Optical properties of colloidal solutions Colloid Science 1 90–114.Google Scholar
Karickhoff, S. W. and Bailey, G. W., 1973 Optical absorption spectra of clay minerals Clays & Clay Minerals 21 59–70.CrossRefGoogle Scholar
Kerr, P. F., Hamilton, P. K., and Pill, R. J. (1950) Analytical data on reference clay minerals: Amer. Petrol Inst. Project 49, Clay Mineral Standards, Prelim. Rept. 7, 150 pp.Google Scholar
Lahav, N. and Banin, A., 1968 Effect of various treatments on the optical properties of montmorillonite suspensions Israel J. Chem. 6 285–294.CrossRefGoogle Scholar
Low, P. F., 1968 Observations on activity and diffusion coefficients in Na-montmorillonite Israel J. Chem. 6 325–336.CrossRefGoogle Scholar
M’Ewan, N. B. and Pratt, M. I., 1957 The gelation of montmorillonite Part I. The formation of a structural framework in sols of Wyoming bentonite Trans. Faraday Soc. 53 535–547.Google Scholar
Norrish, K., 1954 The swelling of montmorillonite Disc. Faraday Soc. 18 120–134.CrossRefGoogle Scholar
Rand, B., Pekenc, E., Goodwin, J. W. and Smith, R. W., 1980 Investigation into the existence of edge-face coagulated structures in Na-montmorillonite suspensions J. Chem. Soc. Faraday 76 225–235.CrossRefGoogle Scholar
Schramm, L. L. and Kwak, J. C. T., 1980 Application of ultrafiltration/dialysis to the preparation of clay suspensions Clays & Clay Minerals 28 67–69.CrossRefGoogle Scholar
Shainberg, I. and Kaiserman, A., 1969 Kinetics of the formation and breakdown of Ca-montmorillonite tactoids Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 33 547–551.CrossRefGoogle Scholar
Shainberg, I., Kemper, W. D. and Bailey, S. W., 1966 Electrostatic forces between clay and cations as calculated and inferred from electrical conductivity Clays and Clay Minerals, Proc. 14th Natl. Conf., Berkeley, California, 1965 New York Pergamon Press 117–132.Google Scholar
Shainberg, I. and Otoh, H., 1968 Size and shape of montmorillonite particles saturated with Na/Ca ions (inferred from viscosity and optical measurements) Israeli. Chem. 6 251–259.CrossRefGoogle Scholar
Shomer, I. and Mingelgrin, U., 1978 A direct procedure for determining the number of plates in tactoids of smectites Clays & Clay Minerals 26 135–138.CrossRefGoogle Scholar
van Olphen, H. and Ada, S., 1959 Forces between suspended bentonite particles Part II—Calcium bentonite Clays and Clay Minerals, Proc. 6th Natl. Conf., Berkeley, California, 1957 New York Pergamon Press 196–206.Google Scholar