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为解决蒙脱石脱水后再水化程度、速率及影响因素不明等问题，研究人员开展蒙脱石和膨润土再水化动力学研究。结果显示，脱水温度等因素影响再水化，且膨润土与蒙脱石再水化行为相似。该研究有助于优化分析程序和预测屏障系统性能。
在神奇的地质世界里，黏土矿物就像一群神秘的小精灵，默默影响着地球的各种变化。其中，蒙脱石（smectite）和它的 “小伙伴” 膨润土（bentonite），凭借独特的吸水和膨胀能力，在工业、地质等众多领域发挥着关键作用。可别小看这些小小的黏土颗粒，它们与水的 “互动” 十分复杂，而这其中的脱水和再水化过程更是充满奥秘。
过去，虽然科学家们对蒙脱石的水化现象进行了不少研究，但仍有许多关键问题没有答案。比如，蒙脱石在不同温度下脱水后，到底能重新吸收多少水分？这个吸水过程有多快？层间阳离子（interlayer cations）的种类、脱水温度和时间，又会如何影响再水化的程度和速度？这些问题不仅关系到基础研究的深入，在实际应用中也至关重要。像在核废料地质储存库中，膨润土作为重要的屏障材料，一旦脱水，其膨胀性能可能下降，威胁储存安全。而且在实验室分析中，蒙脱石的再水化也可能干扰实验结果。为了揭开这些谜团，来自国外的研究人员踏上了探索之旅，相关研究成果发表在《Applied Clay Science》上。
研究人员主要运用了热重分析（TG）技术，通过精确测量不同温度和时间下样品的重量变化，来探究蒙脱石的脱水和再水化过程。同时，利用 X 射线衍射（XRD）技术，观察样品在不同状态下的晶体结构变化，进一步了解再水化对蒙脱石结构的影响 。研究选用了多种样品，包括来自美国加利福尼亚州圣地亚哥县的膨润土样本 SCa-3，即‘Otay’，这是一种含有高电荷蒙脱石的标准参考材料。
脱水研究
研究发现，脱水过程中，在给定温度和时间下，蒙脱石的脱水程度（Nd）与离子形式密切相关，遵循Mg2+≈Ca2+>Na+>K+的顺序。也就是说，含有Mg2+和Ca2+的蒙脱石脱水相对容易，而含K+的则较难。而且，除了在 10°C 预平衡后于 100°C 脱水的样品外，一般情况下，温度（Tr）越高，Nd越低 。
再水化机制
在再水化方面，研究揭示了不少有趣的现象。与二价阳离子交换的样品相比，单价阳离子交换的样品，其再水化程度（Nr）和Nd值更低，这与层间阳离子的水化焓有关。通俗来讲，就是不同阳离子与水结合的 “力量” 不同，导致再水化程度有差异。另外，随着再水化时环境温度升高，Nd和Nr值会降低，这和环境中水蒸气含量的变化有关。
蒙脱石的再水化过程呈现出独特的模式，一开始再水化速度很快，随后进入缓慢的平衡阶段。在典型的实验室条件（20°C，相对湿度 30%）下，短短几分钟内就能重新吸收 25% 的水分，而要达到 90% 的再水化程度，则需要大约 4 小时。这表明在实验过程中，必须小心防止蒙脱石再水化，否则会影响各种测量的准确性。
研究人员还发现，无论实验条件如何，再水化反应过程都能较好地用收缩和二维 / 三维扩散动力学模型来描述。再水化的活化能约为 50 - 70 kJ/mol，与脱水的活化能相当，这意味着两者克服紧密结合水的吸附 / 解吸的能量障碍相似。
膨润土再水化预测应用
研究人员对不同产地、矿物组成和层间阳离子组成各异的膨润土进行了分析。根据层间阳离子的比例，将膨润土分为三个亚组：第一组是Ca2+和Mg2+含量相近的（Ca≈Mg>Na）；第二组是Ca2+含量远高于Mg2+的（Ca>>Mg）；第三组是Na+含量高于Ca2+且Mg2+含量很低的（Na>Ca>>Mg）。结果发现，膨润土的再水化行为与蒙脱石相似，其再水化动力学同样受到蒙脱石层电荷的影响。
总的来说，这项研究明确了蒙脱石再水化过程受层间阳离子类型、脱水温度、再水化环境温度以及部分脱水时间等因素的影响。而且，膨润土和纯离子蒙脱石在再水化程度和速率方面的行为具有相关性。这一研究成果意义重大，它不仅有助于优化脱水蒙脱石的分析程序，提高实验准确性，还能为预测核废料地质储存库中膨润土屏障的长期性能提供有力支持，保障核废料储存的安全性 。同时，该研究也为黏土矿物在其他领域的应用提供了更深入的理论基础，让我们对这些神奇的黏土 “小精灵” 有了更清晰的认识，为未来相关领域的发展开辟了新的道路。
