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Segregation and Exchange Properties of Alkylammonium Ions in a Smectite and Vermiculite

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

M. B. McBride
Affiliation:
Graduate Research Assistant and Professor, respectively, Department of Crop and Soil Sciences, Michigan State University, East Lansing, Michigan, U.S.A.
M. M. Mortland
Affiliation:
Graduate Research Assistant and Professor, respectively, Department of Crop and Soil Sciences, Michigan State University, East Lansing, Michigan, U.S.A.
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Abstract

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X-ray diffraction analysis of mixed alkylammonium-exchanged smectite revealed segregation of different ion species into randomly ordered layers. Vermiculite, however, showed segregation into crystallites, a behavior attributed to clay inhomogeneity. Ion segregation is explained by the hydration properties of cations as well as the energy requirements of layer expansion. Quaternary ammonium ions of different size were used to exchange ethylammonium-clays, and the effectiveness, as well as steric hindrance, of cation size in ion exchange was demonstrated. Layer charge density was related to the degree of ease of large cation adsorption. Basal spacing in suspension was found to be important in determining the preference of vermiculite for certain cations, while more freely-expanding, lower layer charge smectite did not demonstrate this phenomenon.

Résumé

Résumé

L’analyse par diffraction X d’une smectite partiellement échangée par des ions alkylammonium révèle une ségrégation des différentes espèces ioniques dans des feuillets ordonnés au hasard. La vermiculite, au contraire, montre une ségrégation dans des cristallites; ce comportement est attribué à l’hétérogénéité de l’argile. La ségrégation ionique est expliquée par les propriétés d’hydratation des cations et par l’énergie requise pour l’ouverture des feuillets. Des ions ammonium quaternaire de différentes tailles ont été utilisés pour échanger des argiles etylammonium et on a pu démontrer l’efficacité et le rôle dans l’empêchement stérique de la taille du cation lors de l’échange d’ion. La densité de charge du feuillet a été reliée à la facilité avec laquelle le gros cation est adsorbé. Il a été montré que l’espacement basal en suspension joue un rôle important pour déterminer la préférence de la vermiculite pour certains cations alors que la smectite à plus basse charge et à caractère de gonflement non limitéplus marqué, ne met pas ce phénomène en évidence.

Kurzreferat

Kurzreferat

Die Röntgenbeugungsanalyse von Smectiten, die mit gemischten Alkylammoniumionen ausgetauscht wurden, ließ eine Auftrennung der verschiedenen Ionenarten in zufällig geordnete Schichten erkennen. Vermiculit zeigte dagegen Auftrennung in Kristallite. Dieses Verhalten wurde auf Inhomogenität des Tons zurückgeführt. Die Auftrennung der Ionen wird sowohl mit den Hydratationseigenschaften der Kationen als auch mit dem Energiebedarf für eine Schichtaufweitung erklärt. Quarternäre Ammoniumionen verschiedener Größe wurden mit Äthylammonium-Ton zum Austausch gebracht und der Wirkungsgrad sowie die durch die Kationengröße bedingte sterische Hemmung des Ionenaustausches dargestellt. Zwischen der Ladungsdichte der Silicatschichten und dem Ausmaß des Eintausches großer Kationen bestand eine Beziehung. Der Basisebenenabstand in Suspension stellte sich als wichtige Bestimmungsgröße der Selektivität von Vermiculit für bestimmte Kationen heraus. Smectit mit niedrigerer Schichtladung zeigte diese Erscheinung nicht.

Резюме

Резюме

При рентгеновском исследовании смешанного смектита с обмененным алкиламо-нием обнаружили сегрегацию различного рода ионов в произвольно регулярные слои. Вермикулит, однако, выявил сегрегацию в мелкие кристаллы; это поведение приписывается неоднородности глины. Сегрегация ионов объясняется как свойствами гидрации катионов, так и энергией разложения на слои. Для обмена этиламмониевых глин использовались четвер¬тичные аммониевые ионы различных размеров, что продемонстрировало как эффективность, так и стерическое препятствие размера катионов в ионообмене. Плотность заряда слоя соответствовала легкости адсорбции крупных катионов. Нашли, что базальный параметр в суспензии является важным фактором причины предпочтения вермикулитом некоторых катионов, в то время как смектит, разлагающийся более свободно, этой особенности не проявляет.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1973 The Clay Minerals Society

Footnotes

*

Journal Article No. 6166. Michigan Agricultural Experiment Station, Michigan State University, East Lansing, Michigan 48823, U.S.A.

References

Barrer, R. M. and Brummer, K., (1963) Relations between partial ion exchange and interlamellar sorption in al-kylammonium montmorillonites Trans. Faraday Soc. 59 959968.CrossRefGoogle Scholar
Fink, D. H., Nakayama, F. S. and McNeal, B. L., (1971) Demixing of exchangeable cations in free-swelling bentonite clay Soil Sci Soc. Am. Proc. 35 552555.CrossRefGoogle Scholar
Gast, R. G. and Mortland, M. M., (1971) Self-diffusion of alkylammonium ions ions in montmorillonite J. Colloid Interface Sci. 37 1 8092.CrossRefGoogle Scholar
Glaeser, R., (1958) Detection de la demixtion des cations Na, Ca dans une hectorite bi-ionique Compt Rendus 246 29092912.Google Scholar
Glaeser, R. e. and Mering, J., (1954) Isothermes d’hydration des montmorillonites bi-ioniques (Na, Ca) Clay Miner. Bull. 2 12 188193.CrossRefGoogle Scholar
Glaeser, R. e. and Mering, J., (1958) Le rôle de la valence des cations exchangeables dans l’hectorite Compt. Rendus 246 15691572.Google Scholar
Greenland, D. J. and Quirk, J. P., (1962) Adsorption of 1-n-alkyl pyridinium bromides by montmorillonite Clays and Clay Minerals 9 484499.CrossRefGoogle Scholar
Halliwell, H. F. and Nyburg, S. C., (1963) Enthalpy of hydration of the proton Trans. Faraday Soc. 59 11261140.CrossRefGoogle Scholar
Kittrick, J. A., (1969) Interlayer forces in montmorillonite and vermiculite Soil Sci. Soc. Am. Proc. 33 2 217222.CrossRefGoogle Scholar
Mortland, M. M. and Barake, N., (1964) Interaction of ethylamine and metal ions on montmorillonite: International Congress of Soil Science, 8th Bucharest, Romania. Transactions. 3 433443.Google Scholar
Theng, B. K. G. Greenland, D. J. and Quirk, J. P., (1967) Adsorption of alkylammonium cations by montmorillonite Clay Minerals 7 117.CrossRefGoogle Scholar
Theng, B. K. G. Greenland, D. J. and Quirk, J. P., (1968) The effect of exchangeable alkylammonium ions on the swelling of montmorillonite in water Clay Minerals 7 271293.CrossRefGoogle Scholar
Vansant, E. F. and Uytterhoeven, J. B., (1972) Thermodynamics of the exchange of n-alkylammonium ions on Na-montmorillonite Clays and Clay Minerals 20 4754.CrossRefGoogle Scholar