Etude thermodynamique de l'adsorption et de la désorption d'eau par une montmorillonite échangée avec des cations alcalins et alcalino-terreux.

Abstract

Ce travail s’inscrit dans le cadre des études de l’interaction argile/eau/cation. L'objectif de ce travail est d’étudier l’influence des cations interfoliaires sur le mécanisme d’adsorption-désorption de l’eau dans le cas d’une montmorillonite Wyoming échangée par les métaux alcalin et alcalino-terreux. Ce travail est réalisé par le biais de mesures thermodynamiques, i.e. isothermes de l’adsorption et la désorption d’eau. Nous avons fait subir au matériau brut un traitement de purification en utilisant la sédimentation suivi par des échanges cationiques. Les analyses DRX à sec et IR affirment que le traitement utilisé pour l’obtention des argiles homoioniques ne détériore pas leur structure. La valeur de d001 à l’état sec dépend directement du rayon du cation. Pour l’infrarouge à l’ambiante, nous avons calculé le rapport de surface SνOH/SνSiO qui nous donne une information relative de la quantité d’eau adsorbée. L’évolution de ce rapport en fonction du rayon du cation suit la séquence : Mg > Ca > Ba >K> Rb > Cs >Li >Na Cette dernière correspond exactement à ce qui avait été obtenu auparavant pour les enthalpies de désorption obtenu par thermogravimétrie1 pour les métaux alcalin et dans le sens inverse pour les alcalino-terreux. Les profils des isothermes d’adsorption et désorption des montmorillonites échangées avec les métaux alcalins et alcalino-terreux montrent que la nature du cation compensateur modifie considérablement la quantité adsorbée/désorbée pour une pression relative donnée. La quantité totale d’eau adsorbée à RH=50% suit la séquence : Ca>Mg>Ba> K>Rb>Cs>Li>Na Il est remarquable de constater que cette séquence est quasiment identique à la précédente. Nous avons calculé la chaleur isostérique nette d’adsorption/désorption à partir de ces isothermes en dérivant l'équation de Clausius-Clapeyron. L’évolution de la chaleur isostérique nette d’adsorption en fonction du cation suit une séquence une fois encore identique avec la quantité totale d’eau adsorbée, presque identique (inversion Ca/Mg) avec le rapport de surface et à ce qui avait été obtenu auparavant pour les enthalpies de désorption (exception du cas de Ba) obtenu par thermogravimétrie1: Ca>Mg>Ba ; K>Rb>Cs> Na Nous montrons aussi que pour les cations bivalents, la chaleur isostérique nette d’adsorption correspondant à la monocouche varie proportionnellement avec le potentiel ionique du cation compensateur.