Hostname: page-component-cd9895bd7-7cvxr Total loading time: 0 Render date: 2024-12-22T22:32:55.306Z Has data issue: false hasContentIssue false

Selective Adsorption of Zinc on Halloysite

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

Koji Wada
Affiliation:
Faculty of Agriculture, Kyushu University 46, Fukuoka 812, Japan
Yasuko Kakuto
Affiliation:
Faculty of Agriculture, Kyushu University 46, Fukuoka 812, Japan
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

Zn- and Ca-adsorption equilibria of five Ca-saturated halloysite samples were measured at equilibrium Zn concentrations up to 10−2 M in 10−4 to 10−2 M CaCl2. The results were interpreted on KCaZn vs. [Zn]/CEC (%) plots, where KCaZn is the selectivity coefficient (= [Zn][Ca]/[Ca][Zn]), Zn and Ca represent the adsorbed species, and CEC is the cation-exchange capacity. All Zn adsorption occurred at cation-exchange sites, and 0.77 to 36.0 meq Zn/100 g clay, which constitutes 9 to 83% of the CEC, was adsorbed with “high selectivities” (KCaZn > 10). The higher values were found for two spherical and one “filmy” halloysites, whereas the lower values were found for two tubular halloysites. The magnitude of their 001 intensity, hydration in interlayer space, CEC, and “free” iron oxide content did not correlate with the selective Zn adsorption, but a good correlation was found between the proportion of “high selectivity” sites for Zn and proportion of “high affinity” sites for H+. The adsorption of Zn at the “high selectivity” sites was not completely reversible, and KCaZn values >1000 were recorded in 0.5 M CaCl2 for Zn which occupied 10–40% of the exchange sites. Selective Zn adsorption decreased with decreasing pH, and all adsorbed Zn was extracted with 0.1 M HCl.

Резюме

Резюме

Измерялись адсорбционные равновесия Zn и Са в пяти образцах галлуазита, насыщенного Са при равновесных концентрациях Zn до 10−2 М в 10−4–10−2 М СаС12. Результаты анализировались с помощью графиков зависимостп KCaZn и [Zn]/KOC (%), где KCaZn = это коэффициент селективности (= [Zn][Ca]/[Ca][Zn]; Zn и Са представляют адсорбированные разновидности, а KОС = катионная обменная способность. Вся адсорбция Zn происходила в местах обмена катионов, и от 0,77 до 36,0 мэк Zn/100 г глины, что составляет от 9 до 83% КОС, было адсорбировано с “высокими селективностями” (KCaZn > 10). Более высокие величины были обнаружены для двух сферических и одного “пленочного” галлуазита и более низкие величины—для двух трубчатых галлуазитов. Величина их интенсивности 001, гидротация в межслойном пространстве, KОС, и содержание “свободной” окиси железа не согласуются с селективной адсорбцией Zn, но была установлена хорошая корреляция между пропорцией мест “высокой селективности” для Zn и пропорцией мест “высокого” сродства для Н+. Адсорбция Zn в местах “высокой селективности” не была полностью обратимой, а величины KCaZn > 1000 были обнаружены в 0,5 М СаС12 для Zn, который занимал 10–40% мест обмена. Селективная адсорбция Zn уменьшалась с понижением рН, и весь адсорбированный Zn был извлечен с помощью 0,1 М НС1. [N.R.]

Resümee

Resümee

Die Zn- und Ca-Adsorptionsgleichgewichte fünf Ca-gesättigter Halloysitproben wurden bei Zinkgleichgewichtskonzentrationen bis zu 10−2 M in 10−4 bis 10−2 M CaCl2 gemessen. Die Ergebnisse wurden in Diagrammen, in denen KCaZn gegen [Zn]/CEC(%) aufgetragen ist, interpretiert, wobei KCaZn der Selektivitätskoeffizient (=[Zn][Ca]/[Ca][Zn] ist, Zn und Ca die adsorbierte Ionenart darstellt, und CEC die Kationenaustauschkapazität ist. Jede Zn-Adsorption findet an Kationenaustauschplätzen statt, und 0,77 bis 0,36 mÄq Zn/100 g Ton, die 9 bis 83% der CEC ausmachen, wurden mit “hoher Selektivität” (KCaZn > 10) adsorbiert. Die höheren Werte wurden bei zwei kugelförmigen und einem “filmy” Halloysit gefunden, die niedrigeren Werte hingegen bei zwei röhrenförmigen Halloysiten. Die Größe ihrer 001-Intensität, die Hydratation im Zwischenschichtraum, die CEC, und der “freie” Eisenoxidgehalt korreliert nicht mit der selektiven Zn-Adsorption. Eine gute Korrelation wurde jedoch zwischen dem Verhältnis von Plätzen mit “hoher Selektivität” für Zink und dem Verhältnis von Plätzen mit “hoher Selektivität” für H+ gefunden. Die Adsorption von Zn an die Plätze “hoher Selektivität” war nicht vollständig reversibel. KCaZn-Werte > 1000 wurden für Zn in 0,5 M CaCl2 verzeichnet, das 10–40% der Austauschplätze besetzt. Die selektive Adsorption von Zn nimmt mit abnehmendem pH ab. Alles adsorbierte Zn wurde mit 0,1 M HCl extrahiert. [U.W.]

Résumé

Résumé

Les équilibres d'adsorption-Zn et -Ca de cinq échantillons d'halloysite saturés de Ca ont été mesurés à des concentrations d’équilibre Zn jusqu’à 10−2 M dans 10−4 à 10−2 M CaCl2. Les résultats ont été interprétés sur des diagrammes KCaZn vs. [Zn ]/CEC (%), où KCaZn est le coefficient de sélectivité (=[Zn][Ca]/[Ca][Zn]), Zn et Ca représentant les espèces adsorbées,et CEC est la capacité d’échange de cations. Toute l'adsorption Zn s'est passée sur des sites d’échange de cations, et de 0,77 à 36,0 meq Zn/100 g d'argile, ce qui constitue de 9 à 83% de la CEC, ont été adsorbées à de “hautes sélectivités” (KCaZn > 10). Les valeurs les plus hautes ont été trouvées pour deux halloysites sphériques et une halloysite “recouverte d'un film,” tandis que les valeurs les plus basses ont été trouvées pour deux halloysites tubulaires. La magnitude de leur intensité 001, l'hydration dans l'espace inter-couche, la CEC, et le contenu en oxide de fer “libre” n'ont montré aucune corrélation avec l'adsorption sélective Zn, mais une bonne corrélation a été trouvée entre la proportion de sites à “haute sélectivité” de Zn et la proportion de sites à “haute affinité” pour H+. L'adsorption de Zn aux sites de “haute sélectivité” n’était pas complètement réversible, et des valeurs KCaZn > 1000 ont été observées dans 0,5 M CaCl2 pour Zn qui se trouvaient dans 10–40% des sites d’échange. L'adsorption sélective Zn a diminué à mesure que le pH décroissait, et tout le Zn adsorbé a été extrait par 0.1 M HCl. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © Clay Minerals Society 1980

References

Aomine, S. and Higashi, T., (1955) Clay minerals of decomposed andesitic agglomeratic lava at Yoake Mineral. J. 1 278289.CrossRefGoogle Scholar
Aomine, S. and Wada, K., (1962) Differential weathering of volcanic ash and pumice, resulting in formation of hydrated halloysite Amer. Mineral. 47 10241048.Google Scholar
Bowden, J. W. Posner, A. M. and Quirk, J. P., (1977) Ionic adsorption on variable charge mineral surfaces. Theoretical-charge development and titration curves Aust. J. Soil. Res. 15 121136.Google Scholar
Davis, J. A. and Leckie, J. O., (1978) Surface ionization and complexation at the oxide/water interface. II. Surface properties of amorphous oxyhydroxide and adsorption of metal ions J. Colloid Interface Sci. 67 90107.CrossRefGoogle Scholar
Dixon, J. B., Dixon, J. B. and Weed, S. B., (1977) Kaolinite and serpentine group minerals Minerals in Soil Environments Madison, Wisconsin Soil Science Society of America 357403.Google Scholar
Mehra, O. P. and Jackson, M. L., (1960) Iron oxide removal from soils and clays by a dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate Clays & Clay Minerals 7 317327.Google Scholar
Nagasawa, K., Sudo, T. and Shimoda, S., (1978) Kaolin minerals Clays and Clay Minerals of Japan Amsterdam Elsevier 189219.CrossRefGoogle Scholar
Nakamura, M. T. and Sherman, G. D., (1965) The genesis of halloysite and gibbsite from mugearite on the Island of Maui Tech. Bull. Hawaii Agr. Exp. Sta. 62 136.Google Scholar
Okamura, Y. and Wada, K., (1979) Ca-NH4 ion-exchange equilibria of Kuroboku soils Abstract, 1979 Meeting, Soc. Sci. Soils and Manure, Japan 25 30.Google Scholar
Schwertmann, U. Taylor, R. M., Dixon, J. B. and Weed, S. B., (1977) Iron oxides Minerals in Soil Environments Madison, Wisconsin Soil Science Society of America 145180.Google Scholar
Sillén, L. G. and Martell, A. E., (1964) Stability Constants of Metal-ion Complexes. Section I, Inorganic Ligands London The Chemical Society 6163.Google Scholar
Wada, K. and Abd-Elfattah, A., (1978) Characterization of zinc adsorption sites in two mineral soils Soil Sci. Plant Nutr. (Tokyo) 24 417426.CrossRefGoogle Scholar
Wada, K. and Abd-Elfattah, A., (1979) Effects of cation exchange material on zinc adsorption by soils J. Soil Sci. 30 281290.CrossRefGoogle Scholar
Wada, K. and Greenland, D. J., (1970) Selective dissolution and differential infrared spectroscopy for characterization of ‘amorphous’ constituents in soil clays Clay Miner. 8 241254.CrossRefGoogle Scholar
Wada, K. and Okamura, Y., (1977) Measurements of exchange capacities and hydrolysis as means of characterizing cation and anion retention by soils Proceedings of the International Seminar on Soil Environment and Fertility Management in Intensive Agriculture 1977 Japan, Tokyo Soc. Sci. Soil and Manure 811815.Google Scholar
Wada, S.-I. Aoki, K. and Wada, K., (1977) The interior structure of spherical halloysite particles Clay Sci. 5 113131.Google Scholar
Wada, S.-I. and Mizota, C., (1979) A halloysite of a unique form found in weathered Tarumae-d2 ash, Hokkaido Abstracts, 23rd Symposium on Clay Science, Clay Sci. Soc. Japan 72.Google Scholar
Yoshida, M., (1970) Acidic properties of montmorillonite and halloysite J. Sci. Soil Manure Japan 41 483486.Google Scholar