Hydration Layers on Clay Mineral Surfaces in Aqueous Solutions: a Review/Warstwy Uwodnione Na Powierzchni Minerałów Ilastych W Roztworach Wodnych: Przegląd

Abstract

Hydration layer on clay mineral surfaces is originated from the adsorption of polar water molecules and hydrated cations on the surfaces through unsaturated ionic bonds, hydrogen bonds and van der Waals bonds. It has attracted great attentions because of their important influences on the dispersive stability of the particles in aqueous solutions. This review highlighted the molecular structure of clay minerals, the origin of hydration layers on clay mineral surfaces, the hydration layer structural model, hydration force and the main parameters of affecting the hydration layers on clay minerals (crystal structure, cationic type and strength, and solution pH). Also, the research methods for hydration layers were briefly described, especially the determination of hydration layer thickness by the Einstein viscosity method and AFM method. In addition, the applications of the stability of fine clay mineral particles in aqueous suspensions were summarized.Keywords: Hydration layers; clay minerals; dispersion; hydration force Warstwa uwodniona na powierzchni minerałów ilastych (gliniastych) powstaje w wyniku adsorpcji polarnych cząsteczek wody i uwodnionych kationów powierzchniowych wiązanych za pomocą nienasyconych wiązań jonowych, wiązań wodorowych i wiązań van der Waalsa. Zagadnienie to wzbudza wiele uwagi ze względu na to, że w dużej mierze warunkuje stabilność dyspersyjną cząstek w roztworach wodnych. W pracy omówiono strukturę molekularną minerałów ilastych, powstawanie warstw uwodnionych na powierzchni minerałów ilastych i siły hydratacji; przedstawiono także model strukturalny warstwy uwodnionej oraz główne parametry warunkujące powstawanie warstwy uwodnionej na powierzchni materiałów ilastych (struktura krystaliczna, rodzaj występujących kationów, stężenie roztworu i jego pH). Ponadto, pokrótce przedstawiono metody badań, ze szczególnym uwzględnieniem badania grubości warstw uwodnionych przy zastosowaniu modelu lepkości Einsteina oraz metody AFM. Ponadto, zestawiono zagadnienia związane ze stabilnością cząstek drobnoziarnistych minerałowa ilastych i ich potencjalne zastosowania.Słowa kluczowe: warstwy uwodnione, minerały ilaste, dyspersja, siła hydratacji

Synthesis, characterization and evaluation of a quadripolymer with low molecular weight as a water based drilling fluid viscosity reducer at high temperature (245 °C)

“…(c)) and their adsorption was reduced with increasing pH from 8 to 11. The smaller amount adsorbed is due to repulsion between net negatively charged clay particles and negatively charged polymer at high pH . Aggregation or stacking of clay particles occurred to a greater extent at a lower pH of 7, resulting in reduction of the superficial area of clay.…”

Effects of Clay Content on Non-Linear Seepage Behaviors in the Sand–Clay Porous Media Based on Low-Field Nuclear Magnetic Resonance

“…When the pore water pressure exceeds the shear force of the bound water, the bound water moves, resulting in a thresholding hydraulic gradient in the clay seepage, and the thresholding hydraulic gradient is linearly related to the shear force of the bound water. While previous studies have examined the hydration, expansion, and dispersion characteristics of clay particles, focusing on the mechanisms of a strongly bound-water layer and weakly-bound-water layer [23,24], no research has delved into the microscopic-level mechanism of water transformation during medium-and low-velocity non-Darcy seepage in clay samples. Further investigation into these microscopic mechanisms is necessary to enhance our understanding of the complex interplay between bound water and clay particles during non-Darcy seepage processes.…”