Geri Dön

Bentonit ve montmorillonit dispersiyonlarının reolojik, viskoelastik ve kolloidal özellikleri üzerine organik ve inorganik tuzların etkisi

The effect of organic and inorganic additivies on the rheological, viscoelastic and colloidal properties of bentonite and montmorillonite dispersions

  1. Tez No: 104267
  2. Yazar: AYŞE ALEMDAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURFER GÜNGÖR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 127

Özet

BENTONİT VE MONTMORİLLONIT DİSPERSIYONLARININ REOLOJİK, VİSKOELASTİK, KOLLOİDAL ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ORGANİK VE İNORGANİK TUZLARIN ETKİSİ ÖZET Bentonit-su sistemlerinin reolojik, viskoelastik ve kolloidal özelliklerinin belirlenmesi bu sistemlerin karakterizasyonu için çok önemlidir. Özellikle ortama elektrolit, yüzeyaktif ve polimer ilave edildiğinde akış özelliklerinde değişimler gözlenir. Bentonit-su sistemlerinin endüstrideki kullanım alanlarını belirlemek için bu akış özelliklerinin tanımlanması gerekir. Bentonit dispersiyonlarının akış davranışı; partikül boyutu, partikül şekli, katı oranı, değişebilir katyonların tipi, katkı konsantrasyonu, pH ve etkileşme davranışlarına bağlı olarak; bir akma gerilme değerine sahip pseudoplastik reolojik model olarak tanımlanabilir. Sistemin reolojik davranışı kil partikülleri arasındaki Coulomb ve van der Waals etkileşmeleri ile ortaya çıkan itme ve çekme kuvvetlerinin karşılıklı etkisi ile tanımlanır. Bu etkileşmeler sonucunda EE (kenar-kenar), EF (kenar-yüzey) ve FF (yüzey-yüzey) bitişmeleri oluşabilir. Partiküller arasındaki bu basit bitişme modelleri bu sistemlerin kararlılık ve reolojik özelliklerinin anlaşılmasında oldukça kullanışlıdır. Bu çalışmanın amacı yüzeyaktif ve non-iyonik polimer ilavesinde bentonit ve montmorillonit dispersiyonlarının yapısını ve elektrolit ilavesiyle jelimsi bir yapının oluşmasını reolojik, viskoelastik, ve kolloidal parametreler yardımı ile tanımlamaktır. Bu çalışmada, elektrolit ilavesinde, bentonit dispersiyonlarının yapısını belirlemek için reolojik ve viskoelasitk parametreler; kullanılan bentonit ve elektrolit tipine (NaCl, CaCb), katı oranına ve montmorillonitin partikül büyüklüğüne bağlı olarak ölçülmüştür. Kritik koagülasyon değerinden daha küçük elektrolit konsantrasyonlarında bentonit dispersiyonlarının akış davranışı genel olarak difüz çift tabakanın partikülün mobilitesine etkisi ile tanımlanır (ikincil elektroviskoz etki). Katı oranı %3'ü geçtiğinde, bentonit dispersiyonları akma gerilme değerine ve viskoelastik özelliklere sahip olan jelimsi bir yapıya dönüşür. Elektrolit konsantrasyonun artması iyonik çift tabaka kalınlığını azaltır ve partikülleri mobilitesinin arttırır. Bunun sonucunda yaklaşık 0,1-10 mmol/1 CaCl2 ilavesi civarında (bentonit tipine bağlı) akma gerilme değeri ve viskozite minimum bir değere ulaşır. Bu durumda dispersiyon viskoelastik özellikler göstermeyen 'sol' formuna dönüşmektedir. Elektroviskoz minimumun üzerinde, tuz konsantrasyonunun artması ile akış özelliklerinin değerleri de artar. Kenarlar ve yüzeyler arasında, nispeten yüksek konsantrasyonlarda da, kenarlar arasındaki etkileşmenin çekici olmasından dolayı tekrar jel bir yapı oluşmaktadır. Bu durumda tekarar yüksek akma gerilme değeri ve elastik modül değerleri gözlenir. Jelimsi yapılar aynı zamanda tiksotropik davranış xıgösterir. Jellerin oluşumu ve özellikleri bentonit ve tuz tipine bağlı olarak etkilenmektedir. Bunlardan başka, akış davranışı ve viskoelastik özellikler üzerine partikül boyutunun (partikül boyutu 0.2-2u.m) etkisi Na-montmorillonit dispersiyonlarına NaCl ilave edilerek incelenmiştir. Bentonit ve montmorillonit dispersiyonlannın farklı fazları; sol, jel ve sediment, (komplianz) sünüm ölçümleri temeline dayanarak elde edilen, faz diyagramlarında gösterilmiştir. Bentonit ve montmorillonit dispersiyonlannın akış davranışı ve kolloidal özellikleri üzerine yüzeyaktiflerin etkisi; katyonik bir yüzeyaktif (setil trimetil amonyum bromid, CTAB) ve anyonik bir yüzeyaktif (sodyum dodesil sülfat, SDS) için çalışılmıştır. Yüzeyaktifler kil dispersiyonlannın akış davranışına etki etmektedirler. Bununla birlikte montmorillonit dispersiyonları üzerine yüzeyaktiflerin etkisi, diğer killere etkisinden daha komplekstir. Bentonit-yüzeyaktif sistemlerinin tüm reolojik ölçümleri kendi doğal pH değerlerinde yapılmıştır. 5.10“”M' dan daha küçük CTAB konsantrasyonlarında akma gerilme değeri değişmemiştir. Daha sonra CTAB konsantrasyonunun artması ( 1 0“4- 1 0”1 M) (bentonit tipine bağlı) ile akma gerilme değeri ve plastik viskozitenin değeri azalmaktadır. 10“2 M' dan küçük CTAB ilavelerinde Ca-bentonit dispersiyonlannın akış davranışı CTAB konsantrasyonundan bağımsız, fakat daha yüksek konsantrasyonlarda akış parametreleri dikkate değer bir şekilde artmıştır. Düşük yüzeyaktif konsantrasyonlarında SDS anyonik yüzeyaktifınin akış özellikleri üzerine etkisi katyonik CTAB yüzeyaktifıninkiyle benzer. Daha yüksek konsantrasyonlarda, Ca-bentonit dispersiyonlarında, negatif kil partikül yüzeyleri ve anyonik yüzeyaktifler arasında Ca-köprülemesi olmasından dolayı Ca-bentonit dispersiyonlannın akış değerleri Na-montmorillonit dispersiyonlannınkinden daha kuvvetli artmaktadır. Zeta potansiyel, elektrik alanda hareket eden partikül ve onu çevreleyen sıvı arasındaki arayüzeyde oluşan çift tabakadaki elektriksel potansiyeldir. Sistemin kolloidal özelliklerini incelemek için yapılan zeta potansiyel ölçümlerinde, CTAB konsantrasyonunun artması ile zeta potansiyel değeri artmıştır. Zeta potansiyeldeki bu artış partikülün elektrik yükünün CTA+ iyonları tarafından ekranlanması ile açıklanabilir. Sıfır nokta yükünün ölçülmesi CTAB'nin sistemin yapısını defloküleden (10”3 M' dan daha düşük konsantrasyonlar) floküle bir yapıya dönüştürdüğüne kanıttır. Yüksek pH değerlerinde kenar ve yüzeylerin her ikisininde negatif yüklü olmasından ve kenar yüklerinin yüzey yüklerinden daha az olmasından dolayı bentonit dispersiyonlannın kolloidal davranışına SDS'nin etkisi daha az olmaktadır. Non-iyonik polimerler kil dispersiyonlannı kararlı hale getirmek için kullanılan en uygun malzemelerdir.Bu çalışmada endüstrinin de birçok dalında yaygm olarak kullanılan non-iyonik polimer poli etilen glikol (PEG) kullanılmıştır. PEG' in 400, 3000 ve 8000 g/mol'lük üç farklı molekül ağırlıklığı ile çalışılmıştır. Deneysel çalışmalar PEG' in moleküler ağırlığının ve konsantrasyonunun bentonit dispersiyonlannın satbilitesine etkisini göstermek amacıyla yapılmıştır. xuPolimer konsantrasyonun artması ile relatif viskozite değeri (dispersiyonun plastik viskozitesi/ortamın plastik viskozitesi) değişmemekle birlikte, 10“ M'lık PEG ilavesinden sonra plastik viskozite değeri artmıştır. Relatif viskozitenin değişmemesine rağmen, 10”' M'lık PEG ilavesinden sonra plastik viskozitede görülen bu artış, aslında sistemin flokülasyonu ile değil PEG' in su içinde şişmesi ile ilgili olduğu sonucunu çıkarmaktadır. Bentonit mineralleri ile PEG arasındaki etkileşmeleri gösteren XRD çalışmaları d(ooi) basal boşluğunu belirlemek için yapılmıştır. Sisteme yapılan ilk ilaveden itibaren d(ooi) de gözlenen artış, kil minarelleri tabakaları arasındaki değişebilir katyonlarla PEG polimerinin iyon değiştirme reaksiyonu yaptığını göstermektedir. d=f(C) grafikleri incelendiğinde 10“' mol/1'den sonraki polimer ilavelerinde d-boşluğunun hemen hemen sabit kaldığı gözlenmiştir. Bunun anlamı, daha fazla polimer ilave edilsede katyon değiştirme olayı tamamlanmış olacağından, ilave polimerler tabakalar arasına girmeyecektir, bu yüzden daha fazla şişme gözlenmemiştir. İR spektroskopisi ölçümleri sonucunda, özellikle büyük molekül ağırlıklı polimerlerde (PEG 3000 ve PEG 8000) yaklaşık 7.5x1 0”3 mol/1'lik ilaveden sonra spektrumlarda 1101-1116 cm^'de PEG'e ait olan C-O gerilim piklerinin hakim olduğu görülmüş ve bu ilavelerden sonra PEG1 in ortamda serbest halde kaldığı şeklinde yorumlanmıştır. X111

Özet (Çeviri)

THE EFFECT OF ORGANIC AND INORGANIC ADDITIVIES ON THE RHEOLOGICAL, VISCOELASTIC AND COLLOIDAL PROPERTIES OF BENTONITE AND MONTMORILLONITE DISPERSIONS SUMMARY The determination of the rheological, viscoelastic and colloidal properties of bentonite-water systems is very important for the characterization of these systems. Various changes in the flow properties can be observed when especially electrolyte, surfactant and polymer added. It is necessary to describe the flow behaviours of bentonite-water systems to determine their application fields in industry. The flow behavior of the bentonite dispersions can be modelled as the yield pseudoplastic rheological model, which depends on particle size, particle shape, solid content, kind of gegen ions, additive concentration, pH and interaction behaviors. The rheological behavior of the system is determined by a mutual effect of the attractive and repulsive forces between clay particles which interact with each other through Coulombic and van der Waals forces. As a result of these interactions EE (Edge-to-Edge), EF (Edge-to-face) and FF (Face-to-Face) combinations may be obtained. These simple modes of the particle interactions were found to be rather practical in understanding the stability and the rheological behavior. The objective of this work is to define the state of bentonite and montmorillonite dispersions along with the effect of surfactants and non-ionic polymer, and formation, of a gel-like structure by the presence of electrolyte with rheological, viscoelastic and colloidal properties. In this work, we measured the rheological and viscoelastic properties of dispersions depend on the types of bentonite, and electrolyte, the solid content and the magnitude of particle size to define the state of bentonite dispersions in the presence of electrolyte. Generally, the flow behavior of the bentonite dispresions at salt concentrations below the critical coagulation concentration is determined by the influence of the ionic double layers on the mobility of the particles (secondary electroviscous effect). At the solid contents above 3%, the dispersion became gel-like with appearence of yield value and viscoelastic properties. Increasing salt concentration reduced the thickness of the diffuse ionic layers and the immobilization of the particles. As a consequence, the yield value and the viscosity decreased to a minimum at about 0.1-10 mmol/1 CaCİ2 (depending of bentonite). Thus the dispersion turns into a 'sol' form whithout viscoelastic properties. Above the electroviscous minimum, the values of the flow properties increase as the electrolyte concentration was increased. Again a gel formed because the interaction between edges and faces and, at somewhat higher salt concentration, between the faces became attractive. Thus, high yield values and storage moduli were observed. The gel-like dispersions showed pronounced thixotropy. Formation and properties of the gels were influenced by the type of bentonites and electrolytes. xivFurther results are reported on the influenced of particle size (fractions

Benzer Tezler

  1. Tez No

    831487

    Tabakalı silikat yapısındaki killerin deri finisajında kullanılabilirliğinin araştırılması

    Investigating possible use of layered silicate clays in leather finishing

    ERDAL KARAÇAKI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Deri MühendisliğiEge Üniversitesi

    Deri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN ÖZGÜNAY

  2. Tez No

    83210

    Yazır (Trakya) bentonitinin boya sanayiinde kıvamlaştırıcı olarak kullanılmak üzere hazırlanması olanaklarının araştırılması

    Investigation of beneficiation possibilities of Yazır (Trakya) betonites as rheological agent in the paint industry

    KENAN ÇİNKU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BEDRİ İPEKOĞLU

  3. Tez No

    201755

    Preparation of clay-polymer nanocomposite for the retardation of waste water infiltration in landfill sites

    Katı atık sahalarında atık su geçirgenliğini azaltmaya yönelik kil-polimer nanokompoziti üretimi

    MERT BİLDİREN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    Jeoloji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ASUMAN TÜRKMENOĞLU

  4. Tez No

    201032

    Fermentasyonla etanol üretiminde etanol veriminin arttırılması

    The influence of materials added to fermentation medium on ethanol production

    DİLEK SOYUDURU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    BiyoteknolojiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MÜBECCEL ERGUN

  5. Tez No

    718041

    Değişen oranlarda sodyum kalsiyum bentonitleri içeren döküm kalıp kum karışımlarında optimum bentonit miktarının belirlenmesi ve analizi

    Determination and analysis of the optimum bentonite amount in casting mold sand mixtures containing variable proportions of sodium calcium bentonite

    TOLGA ALDOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NECİP ÜNLÜ

Geri Dön