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Effect of Exchangeable Ions and Ionic Strength on Boron Adsorption by Montmorillonite and Illite

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

R. Keren  and
G. A. O'Connor
R. Keren
Affiliation:
Institute of Soils and Water, Agricultural Research Organization, The Volcani Center, Bet Dagan, Israel
G. A. O'Connor
Affiliation:
Department of Agronomy, New Mexico State University, Las Cruces, New Mexico 88003
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Abstract

The effects of exchangeable Na and Ca and the ionic strength of NaCl and CaCl2 solutions on the boron adsorption by the Na and Ca forms of montmorillonite and illite at pH 9 were studied. The boron adsorption by montmorillonite was greater for the Ca form than for the Na form at any boron activity in solution and at any ionic strength. For example, the amount of boron adsorbed by Na- and Ca-montmo-rillonite was 2.9 and 4.3 μmole/g, respectively, at an ionic strength of 0.36 and a boron activity of 0.875 mmole/liter in equilibrium solution. The boron adsorption by illite was much greater than by montmorillonite. For example, the amount of boron adsorbed by Na-montmorillonite and Na-illite was 1.5 and 8.7 μmole/g, respectively, at an ionic strength of 0.02 and a boron activity of 0.5 mmole/liter. However, the nature of the exchangeable cation had little effect on the boron adsorption by illite. The effect of the ionic strength on the boron adsorption by Na-montmorillonite was greater than that observed for either Camontmorillonite or illite. The data suggest that the negative electric field around the clay particles is one of the main factors controlling boron adsorption at alkaline pHs.

Резюме

Резюме

Резюме—Исследовались эффекты обменных Na и Ca и ионной силы растворов NaCl и CaCl2 на ад-сорбцию бора Иа и Ca формами монтмориллонита и иллита при pH 9. Адсорбция бора монтморилло-нитом была большая для Ca формы, чем для Ка формы при любой активности бора в растворе и при любой ионной силе. Например, количество бора, адсорбированного Na- и Ca-онтмориллонитами, было соответственно 2,9 и 4,3 μимоль/г при ионной силе 0,36 и активности бора 0,875 ммоль/литр в равновесном растворе. Адсорбция бора иллитом была гораздо больше, чем монтмориллонитом. Например, количество бора, адсорбированного Na-монтмориллонитом и Na-иллитом, было соответственно 1,5 и 8,7 μымоль/г при ионной силе 0,02 и активности бора 0,5 ммоль/литр. Однако, природа обменных катионов имела незначительный эффект на адсорбцию бора иллитом. Эффект ионной силы на адсорбцию бора Na-монтмориллонитом был сильнейший, чем в случае Ca-монт-мориллонита или иллита. Данные наводят на мысль, что отрицательное электрическое поле вокруг частиц глины является одним из основных факторов, контролирующих адсорбцию бора при щелоч-ных pH. [E.C.]

Resümee

Resümee

Es wurden die Auswirkungen der austauschbaren Ionen Na und Ca sowie der Ionenstärken der NaCl- and CaCl2-Lösungen auf die Boradsorption durch die Na- und Ca-Formen von Montmorillonit und Illit bei pH 9 untersucht. Die Boradsorption durch Montmorillonit war durch die Ca-Form größer als durch die Na-Form und zwar für jede Boraktivität in der Lösung und bei jeder Ionenstärke. So betrug z.B. die Bormenge, die durch Na- und Ca-Montmorillonit bei einer Ionenstärke von 0,36 und einer Boraktivität von 0,875 mMol/Liter in der Gleichgewichtslösung adsorbiert wurde, 2,9 bzw. 4,3 μMol/g. Die Boradsorption durch Illit war viel größer als die durch Montmorillonit. So betrug z.B. die Bormenge, die durch Na-Mont-morillonit und Na-Illit bei einer Ionenstärke von 0,02 und einer Boraktivität von 0,5 mMol/Liter adsorbiert wurde, 1,5 bzw. 8,8 μMol/g. Die Art des austauschbaren Kations hat dagegen nur einen geringen Einfluß auf die Boradsorption durch Illit. Die Auswirkung der Ionenstärke auf die Boradsorption durch Na-Montmorillonit war größer als die, die bei Ca-Montmorillonit oder Illit beobachtet wurde. Die Ergebnisse deuten daraufhin, daß das negative elektrische Feld um die Tonteilchen einer der Hauptfaktoren ist, der die Boradsorption bei alkalischen pH-Werten bestimmt. [U.W.]

Résumé

Résumé

On a étudié les effets de Na et Ca échangeables et de la force ionique de solutions de NaCl et de CaCl2 sur l'adsorption de boron par les formes-Na et -Ca de montmorillonite et d'illite au pH 9. L'adsorption de boron par la montmorillonite était plus élevée pour la forme-Ca que pour la forme-Na pour toute activité de boron en solution et pour toute force ionique. La quantité de boron adsorbée par la montmorillonite-Na et -Ca était, par exemple, 2,9 et 4,3 μmole/g, respectivement, à une force ionique de 0,36 et à une activité de boron de 0,875 mmole/litre en solution équilibrée. L'adsorption de boron par l'illite était beaucoup plus élevée que par la montmorillonite. La quantité de boron adsorbée par la montmorillonite-Na et l'illite-Na, par exemple, était 1,5 et 8,7 μmole/g respectivement, à une force ionique de 0,02 et à une activité de boron de 0,5 mmole/litre. La nature du cation échangeable avait peu d'effet sur l'adsorption de boron par l'illite. L'effet de la force ionique sur l'adsorption de boron par la montmorillonite-Na était plus grand que celui observé sur la montmorillonite-Ca ou l'illite. Les données suggèrent que le champ électrique négatif entourant les particules d'argile est un des facteurs principaux contrôlant l'adsorption de boron à des pHs alkalins. [D.J.]

Keywords

AdsorptionBoronCation exchangeHlitelonic strengthMontmorillonite
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 30 , Issue 5 , October 1982 , pp. 341 - 346
Copyright
Copyright © 1982, The Clay Minerals Society

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Footnotes

1

Journal article 856, Agricultural Experiment Station, New Mexico State University, Las Cruces, New Mexico 88003.

References

Biggar, J. W. and Fireman, M., 1960 Boron adsorption and release by soils Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 24 115–120.CrossRefGoogle Scholar
Bingham, F. T. and Page, A. L., 1971 Specific character of boron adsorption by an amorphous soil Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 35 892–893.CrossRefGoogle Scholar
Blackmore, A. V., 1980 Hydroxyl interaction with an alkaline clay soil during column leaching Aust. J. Soil Res. 18 233–243.CrossRefGoogle Scholar
Blackmore, A. V. and Miller, R. D., 1961 Tactoid size and osmotic swelling in calcium montmorillonite Proc. Soil Sci. Soc. Amer. 25 169–173.CrossRefGoogle Scholar
Couch, E. L. and Grim, R. E., 1968 Boron fixation by illites Clays & Clay Mineral. 16 249–256.CrossRefGoogle Scholar
DeHaan, F. A. M. and Bolt, G. H., 1963 Determination of anion adsorption by clays Proc. Soil Sci. Soc. Amer. 27 636–640.CrossRefGoogle Scholar
Gupta, U. C., 1979 Boron nutrition of crops Adv. Agron. 31 273–307.CrossRefGoogle Scholar
Helgeson, H. C., 1969 Thermodynamics of hydrothermal systems at elevated temperatures and pressures Amer. J. Sci. 267 728–804.CrossRefGoogle Scholar
Hingston, F. J., 1964 Reactions between boron and clays Aust. J. Soil Res. 2 83–95.CrossRefGoogle Scholar
Hingston, F. J., Posner, A. M. and Quirk, A. M., 1972 Anion adsorption by goethite and gibbsite. I. The role of the proton in determining adsorption envelopes J. Soil Sci. 23 177–192.CrossRefGoogle Scholar
Ingri, N., Lagerstrom, G., Frydman, M. and Sillen, L. G., 1957 Equilibrium studies of polyanions. II. Polyborates in NaClO4 medium Acta Chem. Scand. 11 1034–1058.CrossRefGoogle Scholar
Keren, R. and Gast, R. G., 1981 Effects of wetting and drying and of exchangeable cations on boron adsorption and release by montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. J. 45 478–482.CrossRefGoogle Scholar
Keren, R., Gast, R. G. and Bar-Yosef, B., 1981 pH-dependent boron adsorption by Na-montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. J. 45 45–48.CrossRefGoogle Scholar
Keren, R. and Mezuman, U., 1981 Boron adsorption by clay minerals using a phenomenological equation Clays & Cla Mineral. 29 198–204.CrossRefGoogle Scholar
Lahav, N. and Banin, A., 1968 Effect of various treatments on the optical properties of montmorillonite suspensions Israel J. Chem. 6 285–294.CrossRefGoogle Scholar
Mezuman, U. and Keren, R., 1981 Boron adsorption by soils using a phenomenological adsorption equation Soil Sci. Soc. Amer. J. 45 722–726.CrossRefGoogle Scholar
Norrish, K. and Quirk, J. P., 1954 Crystalline swelling of montmorillonite Natur. 173 255–256.CrossRefGoogle Scholar
Owen, B. B. and King, E. J., 1943 The effect of sodium chloride upon the ionization of boric acid at various temperatures J. Amer. Chem. Soc. 65 1612–1620.CrossRefGoogle Scholar
Parks, W. L. and White, J. L., 1952 Boron retention by clay and humus systems saturated with various cations Proc. Soil Sci. Soc. Amer. 16 298–300.CrossRefGoogle Scholar
Philipson, T., 1953 Boron in plant and soil Acta Agric. Scand. 3 121–124.CrossRefGoogle Scholar
Pissarides, A., Stewart, J. W. B. and Rennie, D. A., 1968 Influence of cation saturation on phosphorus adsorption by selected clay minerals Can. J. Soil Sci. 48 151–157.CrossRefGoogle Scholar
Shainberg, I. and Otoh, H., 1968 Size and shape of montmorillonite particles saturated with Na/Ca ions Israel J. Chem. 6 251–259.CrossRefGoogle Scholar
Sims, J. R. and Bingham, F. T., 1967 Retention of boron by layer silicates, sesquioxides and soil minerals. I. Layer silicates Proc. Soil Sci. Soc. Amer. 31 728–732.CrossRefGoogle Scholar
van Olphen, H., 1977 An Introduction to Clay Colloid Chemistry. 2nd New York Interscience.Google Scholar
Warkentin, B. P., Bolt, G. H. and Miller, R. D., 1957 Swelling pressure of montmorillonite Proc. Soil Sci. Soc. Amer. 21 495–497.CrossRefGoogle Scholar
Wolf, B., 1971 The determination of boron in soil extracts, plant materials, composts, manures, water and nutrient solutions Soil Sci. Plant Anal. 2 363–374.CrossRefGoogle Scholar