Acetamide and Polyacrylamide Adsorption Onto Clays: Influence of the Exchangeable Cation and the Salinity of the Medium

Abstract

The adsorption of acetamide and partly hydrolyzed Polyacrylamides onto montmorillonite has been investigated with emphasis on the valency of the exchangeable cation of the clay and the ionic strength of the medium. A difference in the adsorption of acetamide from 3 mg/g to 0.6 mg/g was observed when a Na⁺-clay was changed to a Al³⁺-clay. For Polyacrylamide, an opposite effect was observed, and the fixation increased from 3 mg/g (Na⁺-clay) to 18 mg/g (Al³⁺-clay). This difference in behavior may be accounted for by the decrease in adsorption sites due to partial flocculation in the presence of polyvalent cations (tactoid formation). Adsorption in a saline medium is two- to fivefold greater for diverse polymers and substantially less for acetamide (from 3.0 mg/g to 0.77 mg/g). An increase in the degree of hydrolysis of the polymer results in a significant increase in adsorption. In contrast, a change of molecular weight has practically no influence upon the adsorption ratio. The results obtained in saline medium may be explained by a size decrease of the macromolecules, allowing a closer approach to the surface of the mineral substrate, and by a chain lengthening as the degree of hydrolysis increases, induced by the electrostatic repulsions between the COO⁻ groups.

Резюме

Изучалась адсорбция ацетамида и частично гидролизированных полиакриламидов монтмориллонитом с упором на выяснение валентности обменного катиона глины и ионной силы среды. Наблюдались изменения в адсорбции ацетамида от 3 мг/г до 0,6 мг/г при замене Ыа⁺-глины на А1³⁺-глину. Для полиакриламида наблюдалось противоположное явление: фиксация увеличивалась от 3 мг/г (Ма⁺-глина) до 18 мг/г (А1³⁺-глина). Это различие в поведении может быть объяснено уменьшением мест адсорбции из-за частичной флоккуляции в присутствии поливалентных катионов (тактоидная формация). Адсорбция в соляной среде увеличивается от двух до пяти раз для разнородных полимеров и значительно меньше для ацетамида (от 3,0 мг/г до 0,77 мг/г). Увеличение в степени гидролиза полимеров вызывает значетельное увеличение адсорбции. Наоборот, изменение молекулярного веса практически не влияет на адсорбцию. Результаты, полученные в соляной среде могут быть объяснены уменьшением размера макромолекул, что обеспечивает более тесный контакт с поверхностью минерального субстрата и удлинением цепей при увеличении степени гидролиза, вызванным электростатическим отталкиванием групп СОО⁻.

Reümee

Es wurde die Adsorption von Acetamid und teilweise hydrolisierter Polyacrylamiden auf Mont-morillonit untersucht, mit Nachdruck auf die Valenz des austauschbaren Ions in der Tonerde und auf die ionische Kraft der Umgebung. Ersetzt man Na⁺-Montmorillonit durch Al³⁺-Montmorillonit so wird ein Acetamidadsorptionswert von 3 mg/g anstatt 0,6 mg/g gemessen. Falls Polyacrylamid eingesetzt wird, sind die Verhältnisse umgekehrt und die Adsorption steigt von 3 mg/g (Na⁺-Montmorillonit) bis 18 mg/g (Al³⁺-Montmorillonif). Dieses verschiedenartiges Verhalten erklärt man am Besten durch das Abnehmen von Adsorptionstellen, welches auf die teilweise Ausflockung in Gegenwart von mehrwertigen Kationen (Tak-toidbildung) zurückzuführen ist. Die Adsorption in salzhaltiger Umgebung liegt zwei bis fünfmal höher für die verschiedene Polymere und bedeutend niedriger für Acetamid (von 3,0 mg/g bis 0,77 mg/g). Eine Zunahme des Polymerhydrolysengrades ist verbunden mit einer beträchtlichen Adsorptionserhöhung. Dagegen wirkt sich eine Molekulargewichstsänderung kaum auf das Adsorptionsverhältnis aus. Die in salzhaltiger Umgebung erzielten Ergebnisse erklärt man durch eine Grössenabnahme der Makromoleküle, welche ein enges Herannahen an die Oberfläche des Minerals ermöglicht und je nach dem der Hydrolysengrad zunimmt eine Kettenverlängerung, welche mit der elektrostatischen Abstossung zwischen den COO⁻ Gruppen zusammenhängt.

Résumé

L'adsorption de l'acétamide et des Polyacrylamides partiellement hydrolyses sur la mont-morillonite a été étudiée en mettant l'accent sur l'influence de la valence du cation échangeable de l'argile et la force ionique du milieu. On observe une diminution de l'adsorption de l'acétamide de 3 mg/g à 0,6 mg/g lorsqu'on remplace une argile-Na⁺ par une argile-Al³⁺. Avec les Polyacrylamides on assiste à un effet inverse; la fixation passe de 3 mg/g sur une argile-Na⁺ à 18 mg/g sur une argile-Al³⁺. Cette différence de comportement peut être expliquée par une diminution du nombre des sites d'adsorption due à une floculation partielle de l'argile en présence des cations polyvalents (formation de tactoïdes). En milieu salin, l'adsorption est deux à cinq fois plus élevée pour les différents polymères qu'en absence de sel; elle diminue par contre pour l'acétamide en présence de sel de 3 mg/g à 0,77 mg/g. Une augmentation du degré d'hydrolyse du polymère se traduit par une augmentation sensible de l'adsorption. Par contre, le poids moléculaire n'a pratiquement pas d'influence sur le taux d'adsorption. Les résultats obtenus en milieu salin s'expliquent par une réduction de la taille des macromolécules leur permettant une meilleure approche de la surface du substrat minéral et par un allongement des chaînes induite par les répulsions électrostatiques entre groupements COO⁻ lorsqu'on augmente le degré d'hydrolyse.