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Clays and Clay Minerals

, Volume 32, Issue 1, pp 49–57 | Cite as

Interactions of Polycations of Aluminum and Iron with Clays

  • J. M. Oades
Article

Abstract

Polycations of limited molecular size were prepared from 0.1 M solutions of Fe(III)(NO3)3 and A1(NO3)3 by ultrafiltration. Various amounts of the polycations were added to Na-kaolinite, Na-mont-morillonite, and a Na-soil clay and the effect on the flocculation of the clay and electrophoretic mobility compared. Flocculation occurred just before zero net charge was obtained. Addition of further polycation resulted in the dispersion of clay with a net positive charge. The Al polycations possessed a high positive charge (0.49 per gram atom of Al), and their interaction with the clays indicated a planar shape. Adsorption of Al polycations decreased markedly the cation-exchange capacities of the kaolinite and the soil clay but had little effect on surface areas determined by low-temperature N2 adsorption. The Fe polycations were spheres 10–100 Å in diameter with a positive charge of 0.2 per gram atom. The surface areas of the kaolinite and the soil clay were substantially increased by the addition of the Fe polycations but their cation-exchange capacities were reduced by one fifth. Al polycations increased the surface areas of the montmorillonite (to 300 m2) presumably by propping open the interlamellar spaces and rendering the a-b planes accessible for nitrogen adsorption. The Al polycations in interlamellar spaces prevented collapse to 14 Å on heating to 150°C. There was no evidence of regular interlayer Fe as might be anticipated from the size of the spheres.

Key Words

Aluminum Electrophoresis Intercalation Iron Kaolinite Montmorillonite Polycations Surface charge 

Резюме

Поликатионы ограниченного молекулярного размера были приготовлены путем ультра-фильтрации из растворов 0,1 М Fe(III)(NO3)3. Разные количества поликатионов добавлялись к Na-каолиниту, Na-монтмориллониту, и Na-почвенной глине. Сравнивалось влияние этих добавок на флоккуляцию глины и электрофоретическую подвижноть. Флоккуляция проявлялась как раз перед получением нулевого заряда нетто. Поликатионы Al имели высокий положительный заряд (0,49 на грамм-атом Al) и их взаимодействие c глинами указывало на плоскую форму. Адсорбция поликатионов Al уменьшала значительно катионо-обменные способности каолинита и почвенной глины, но имела небольшой эффект на площаци поверхности, определенные путем низко-температурной адсорбции N2. Поликатионы Fe являлись сферами диаметром 10–100 Å c поло-жительным зарядом 0,2 на грамм-атом. Площаци поверхности каолинита и почвенной глины были существенно увеличены при добавлении поликатионов Fe, но их катионо-обменные способности уменьшились на одну пятую. Поликатионы Al увеличивали площади поверхности монтморил-лонита (до 300 м2) возможно в результате поддерживаемого открытия межслойных пространств и делали плоскости a-b доступнымп для адсорбции азота. Поликатионы Al в межслойных пространствах предохраняли разрушение слоев до 14 Å при нагреве до 150°С. Регулярная прослойка Fe не наблюдалась, как это могло предполагаться на основе размера сфер. [E.G]

Resümee

Polykationen mit begrenzter Molekülgröße wurden aus 0,1 M Fe(IH)(NO3)3- und A1(NO3)3-Lösungen durch Ultrafiltration hergestellt. Es wurden unterschiedliche Mengen der Polykationen zu Na-Kaolinit, Na-Montmorillonit und einem Na-reichen Bodenton hinzugegeben, und die Auswirkung auf die Ausflockung des Tons mit der elektrophoretischen Mobilität vergleichen. Flockung tritt ein, kurz bevor die Gesamtladung null wird. Die Zugabe weiterer Polykationen führt zu einer Dispergierung des Tons mit einer positiven Nettoladung. Die Al-Polykationen besaßen eine hohe positive Ladung (0,49 pro Grammatom Al), und die Art ihrer Wechselwirkung mit den Tonen deutet auf eine planare Form hin. Die Adsorption von Al-Polykationen verringerte die Kationenaustauschkapazität von Kaolinit und vom Bodenton beträchtlich aber hatte kaum Auswirkung auf die Oberflächen, die mit Niedrigtemperatur-N2-Adsorption bestimmt wurden. Die Fe-Polykationen hatten kugelige Gestalt mit einem Durchmesser von 10–100 Å und eine positive Ladung von 0,2 pro Grammatom. Die Oberflächen von Kaolinit und dem Bodenton wurden durch die Zugabe von Fe-Polykationen beträchtlich vergrößert, ihre Kationenaustausch-kapazitäten wurden jedoch um 1/5 verkleinert. Al-Polykationen vergrößerten die Oberfläche von Montmorillonit (auf 300 m2), wahrscheinlich, indem sie die interlamellaren Zwischenräume aufsprengten und die a-b Ebenen für die Stickstoffadsorption zugänglich machten. Die Al-Polykationen in den interlamellaren Zwischenräumen verhinderten ein Zusammenbrachen auf 14 Å bei Erwärmen auf 150°C. Es gab keinen Hinweis für ein reguläres Zwischenschicht-Eisen, wie man aufgrund der Kugelgröße hätte annehmen können. [U.W.]

Résumé

Des polycations de taille moléculaire limitée ont été préparés à partir de solutions 0,1 M de Fe(III)(NO3)3 et d’Al(NO3)3 par ultrafiltration. Des quantités de polycations variées ont été ajoutées à la kaolinite-Na, à la montmorillonite-Na et à un argile de sol Na, et on a comparé l’effet de la flocculation de l’argile et la mobilité électrophorétique. La flocculation s’est produite juste avant qu’on ait obtenu la charge net zéro. L’addition d’avantage de polycations a resulté en la dispersion de l’argile avec une charge net positive. Les polycations Al possédaient une charge positive élevée (0,49 par atome gramme d’Al), et leur interaction avec les argiles indiquaient une forme plâne. L’adsorption de polycations Al a diminué de manière significative les capacités d’échange de cations de la kaolinite et de l’argile du sol, mais elle a eu peu d’effet sur les aires de surface déterminées par adsorption de N2 à basse température. Les polycations Fe étaient des sphères de 10–100 Å de diamètre avec une charge positive de 0,2 par atome gramme. Les aires de surface de la kaolinite et de l’argile du sol ont été augmentées substantivement par l’addition de polycations Fe, mais leurs capacités d’échange de cations ont été réduites d’un cinquième. Les polycations Al ont augmenté les aires de surface de la montmorillonite (à 300 m2), sans doute en ouvrant les espaces interlamellaires et en rendant les plans a-b accessibles à l’adsorption de nitrogène. Les polycations Al dans les espaces interlamellaires ont empeché l’effrondrement à 14 Å lors de l’échauffement à 150°C. Il n’y avait aucune évidence de Fe intercouche régulier, comme pourrait l’être anticipé par la taille des sphères. [D.J.].

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Copyright information

© The Clay Minerals Society 1984

Authors and Affiliations

  • J. M. Oades
    • 1
  1. 1.Department of Soil Science, Waite Agricultural Research InstituteThe University of AdelaideGlen OsmondAustralia

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