Asitle aktifleştirilmiş-, metal- ve karışık metal-işli bentonitlerin bronsted ve lewiss asitliklerinin çeşitli yüzey analiz teknikleriyle incelenmesi / Bülent Çağlar ; Danışman Beytullah Afşin

Abstract

Ünye bentonitin x-ışını toz kırınım piklerinin şiddetlerinden montmorilonitin ana bileşen olduğu ve kil dışı minerallerinin fazla miktarda bulunmadığı anlaşıldı. 1,50 Å'lük uzaklığa sahip 060 kırınım piki alüminyumca zengin dioktahedral montmorilonite işaret etmektedir. Katyon değiştirilmiş bentonitlerin 13,10-15,33 Å aralığında değişen d001 uzaklıkları tabakalar arasına giren katyonların yarıçapları veya yükleri ile orantılı değildir. Oktahedral tabaka bileşimini gösteren d060 kırınım pikinin 6A-bentonit ve daha yüksek asit/kil oranlarında asitle aktifleştirilmiş bentonitlerde tamamen kaybolması kil tabakasının çöktüğünü ve oktahedral tabakanın bozulduğunu göstermiştir. İşli-bentonitlerde yüksek sıcaklıklarda dahi yapının çökmediğine ve işlemenin olduğuna delil olarak 18,54-15,83 Å değerlerine sahip d001 kırınım pikleri verilmiştir. Al-işli bentonitler karışık işli bentonitlere, Fe-karışık işli bentonitlerin ise Cu-işli bentonitlere nazaran daha kararlıdır.Al atomunun Fe ve/veya Mg atomlarıyla yer değiştirme oranına bağlı olarak sayısı ve şiddetleri değişen sırasıyla AlAl-OH ve AlMg-OH gruplarına ait gerilme ve biçim bozulma pikleri bentonitin oktahedral tabaka merkezinde ağırlıklı olarak Al bulunduğunu ve yer değişen Mg miktarının Fe miktarından fazla olduğunu belirtmektedir. Katyon değiştirilmiş bentonitlerin ATR spektrumlarında yapısal OH gerilme ve eğilme pikleri, Si-O-Si gerilme ve Al(Si)-O-Si eğilme pikleri tespit edilmiş, suyun biçim-bozulma pikinin konumu da farklılık arz etmiştir. Asitle aktifleştirilmiş bentonitlerde Si-O-Si gerilme pikinin yüksek frekansa kayarak 1016-1064 cm-1 aralığında yer alması ve yeni oluşan Si-OH'ların gerilme pikinin de 794 cm-1'de gelmesi, oktahedral yapıdaki metal atomlarının uzaklaştırılmasının akabinde tetrahedral tabakadaki Si atomlarının protonlarla etkileşerek hidroksi biçimsiz silikayı oluşturmasına bir delildir.Ham bentonitin DTA eğrisinde tutunan suyun ve tabakalar arası katyona bağlı suyun uzaklaşmasından doğan 99 ve 166 ºC merkezli iki endotermik pik tespit edilmiştir. Ayrıca hidroksillerin uzaklaşmasından kaynaklanan endotermik DTA pikleri 509 ve 658 ºC'de ve faz dönüşümüne ait ekzotermik pik ise 910 ºC'de gözlenmiştir. Tutunmuş suyun ve katyona koordine suyun tek ya da iki basamaklı olarak uzaklaşmasından doğan kütle kayıpları ve iki veya üç basamaklı olarak gerçekleşen hidroksil kaybı piki/pikleri 30-250 ºC'de aralığında yer almıştır. Asitle aktifleştirilmiş bentonitlerde düşük sıcaklıklarda nem uzaklaşmış, 500 ºC civarında hidroksil kaybı, sonrasında dolomit bozunması ve 1100 ºC civarında da kil bileşenlerinin kısmi bozunması gözlenmiştir.İşli bentonitlerin OH gerilme piklerinin zayıfladığı ve 3747 cm-1'de hem sıcaklığın etkisi ve hem de etkili bir işleme neticesinde kil tabakalarının sütunlara binmesi sonucu oluşan Si-O-Al-OH ve Al-O-Si-OH gruplarını temsil eden ikiye yarılmış yeni bir pikin doğduğu belirlenmiştir. Buna ilaveten saf-400-bentonitte Si-O-Si gerilme piki şiddetli ve yayvan olarak gelirken, Na-Al- ve Al-işli-bentonitte ise zayıflayıp keskinleşmiştir. Bu durum değişimler üzerine ısıdan ziyade işlemenin etkili olduğu görülmüştür. Keggin iyonunun hidroksil kaybetmesi sonucu oluşan sütunlar tetrahedral tabakaya ve hekzagonal boşluklara baskı yaparak Si-O-Si ve AlAlOH düzlemlerini rahatsız etmiştir ve bu yüzden Si-O-Si gerilme piki yüksek frekansa kaymış, AlAlOH gerilme piki ise zayıflamıştır.Genel olarak üç değerlikli katyonların Brønsted asitliğinin iki değerlikli katyonlara göre daha fazla olduğu belirlenmiştir. Tutunmuş piridin türlerine ait 1540 cm-1'deki ve 1450 ve 1610-1605 cm-1'deki piklerin şiddetleri esas alınarak katyon değiştirilmiş bentonit numunelerinin Brønsted ve Lewis asitlikleri sırasıyla Al3+-]Fe3+-]Pb2+-]Co2+-]Zn2+-]Cu2+-]Ni2+-]Na+-bentonit ve Ni2+-]Cu2+-]Zn2+-]Co2+-]Pb2+-bentonit biçiminde verilmiştir. Asitle aktifleştirilmiş killerin Brønsted asitliği ise 6A-]20A-]4A-]2A-]8A-]10A-bentonit sırasını izlemiştir. İşli bentonitlerin Lewis asitliği Al-Cu-90-10-]Al-Cu-95-5-]Al-Fe-90-20-]Al-Fe-90-10-]Al-işli-bentonit şeklinde sıralanmıştır....