CC BY
46
-□ □-
Дослиджено фiзико-хiмiчнi особливостi про-цеЫв синтезу композицшних матерiалiв на основi нанорозмiрного Ре° i глинистих мiнералiв та вив-чено гх сорбцшну здаттсть по вгдношенню до спо-лук кобальту. Проведено дослгдження реологiчних властивостей дисперсш палигорськту, модифшо-ваних нанодисперсним залiзом. Показано мож-лив^ть гх використання при очищент пгдземних вод iз застосуванням сучасних природоохоронних технологш
Ключовi слова: композицшн матерiали, нано-розмiрне Ге°, сорбцшна здаттсть, сполуки
кобальту, реологiчнi властивостi
□-□
Исследованы физико-химические особенности процессов синтеза композиционных материалов на основе наноразмерного Ре° и глинистих минералов, а также изучена их сорбционная способность по отношению к соединениям кобальта. Проведены исследования реологических свойств дисперсий палыгорскита, модифицированного нанодисперсным железом. Показана возможность их использования при очистке подземных вод с применением современных природоохранных технологий
Ключевые слова: композиционные материалы, наноразмерное Ге°, сорбционная способность, соединения кобальта, реологические свойства -□ □-
УДК 544.723.212+546.72+661.183.55
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.46580]
СИНТЕЗ ТА СОРБЦ1ЙН1 ВЛАСТИВОСТ1 КОМПОЗИЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В НА ОСНОВ1 НАНОРОЗМ1РНОГО FE0
В. Ю. To6iл ко
Асистент* E-mail: v_tobilko@mail.ru Б. Ю. Ко р н i л о в и ч
Член-кореспондент НАН УкраТни, доктор хiмiчних наук, професор, завщувач кафедри* E-mail: b_kornilovych@kpi.ua *Кафедра хiмiчноТ технологи керамки та скла Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни «КиТвський пол^ехшчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056
1. Вступ
Одшею iз важливих проблем в охорош навколиш-нього середовища е необхiднiсть розробки ефективних та економiчно доцiльних технологiй очищення вод вiд небезпечних неорганiчних токсиканпв - важких мета-лiв. Для виршення цiеi задачi перспективними е сорб-цiйнi методи. Вони дозволяють ефективно видаляти з водного середовища юни металiв, якi мiстяться в дуже малих юлькостях у порiвняннi з високими концентра-цiями шших солей. При цьому, незважаючи на високу сорбцшну здатшсть вiдомих на сьогодш синтетичних сорбентiв, значним недолжом е iх порiвняно висока варпсть. Саме тому важливим для розробки природоохоронних технологш е одержання дешевих сорбенпв, наприклад, композицiйних силжатних матерiалiв на основi природних глинистих мiнералiв. З метою тдви-щення iх сорбцiйноi здатностi перспективним е моди-фiкування поверхнi алюмосилiкатiв сполуками залiза, зокрема, (окси)гiдроксидами рiзного хiмiчного складу, нанорозмiрним Fe0 та ш.
Останнiм часом значну увагу дослщниюв привер-тають саме нанорозмiрнi матерiали, що характеризу-ються рядом унжальних фiзичних i фiзико-хiмiчних властивостей [1, 2]. Так, нанорозмiрне Fe0 мае суттево вищу адсорбцiйну здатнiсть, порiвняно з оксидами i гiдроксидами залiза, котрi широко використовуються в практищ для видалення iз водних середовищ небезпечних токсикантiв як оргашчног так i неорганiчноi природи [3]. Це обумовлено не лише високими сорб-
цшними характеристиками нанодисперсного Fe0, а i його електроно-донорними властивостями [4].
У зв'язку з цим актуальшсть роботи обумовлена не-обхщшстю розробки сучасних високоефективних сорбу-ючих матерiалiв та технологiчних рiшень щодо ix засто-сування для вилучення важких металiв i3 водних систем.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
Стаб^ьш наночастинки Fe0(<100 нм) мають типо-ву, так звану, «core-shell» структуру, в якш центральна частина складаеться з нуль валентного залiза, а по-верхня вкрита тонким шаром оксидiв Fe(II) i Fe(III), що утворюються внаслщок протiкання процесiв окис-лення [5]. Стандартний редокс потенщал Fe0 складае Fe0=-0,44V i, тому, металiчне залiзо може виступати ефективним донором електрошв:
Fe0 ^ Fe2+ = 2e-. (1)
Це робить можливим протжання рiзноманiтних вщ-новлювальних реакцiй, що дозволяе знешкоджувати токсиканти шляхом ix розкладання (у випадку орга-шчних речовин), або переведення в нерозчинш чи менш шкiдливi форми (у випадку неоргашчних речовин) [6].
Для одержання нанорозмiрного Fe0 наразi вико-ристовують два основних пiдxоди. Перший базуеться на реакщях вiдновлення ютв Fe2+ або Fe3+ борогвд-ридами лужних металiв iз водних розчишв ix солей в
g
кислому середовищь В основу другого тдходу покла-денi гетерогеннi реакцii без учасп води, TaKi як вщнов-лення частинок гетиту чи гематиту воднем при тдви-щених температурах (200-600 оС) або розкладання солей зaлiзa (Fe(CO)5) в оргaнiчних розчинниках чи в середовищд аргону [7, 8].
Значна величина питомоi поверхн нанодисперс-ного зaлiзa обумовлюе малу стшюсть до окислення за звичайних умов, а також велику схильшсть до агрегацп одержаних порошкiв. Це ускладнюе ix зберiгaння i подальше застосування в природоохоронних технолопях. Для виршення цiеi проблеми запропоновано вико-ристовувати при синтезi в якост додаткових реaгентiв поверxнево-aктивнi або xелaтоутворюючi агенти [9, 10].
Одним з найбшьш перспективних пiдxодiв до стабь лiзaцii наночасточок е ix нанесення на тверду поверхню, що суттево пiдвишуе стiйкiсть таких систем [4]. В якост темплат при синтезi можуть бути використaнi рiзномa-нiтнi порувaтi мaтерiaли, серед яких суттевi переваги мають природнi дисперсш мiнерaли з групи шаруватих та шарувато-с^чкових силiкaтiв, що поеднують високу питому поверхню i реaкцiйну здатшсть зрaзкiв з 'х низь-кою вaртiстю [11, 12]. Застосування таких композицш-них мaтерiaлiв доцiльно, як в стащонарних сорбцiйниx процесах, так i в новiтнix природоохоронних in situ технолопях очищення тдземних вод i грунтiв, що базують-ся на безпосередньому зaкaчувaннi активня речовини у виглядi водних чи водно-оргашчних дисперсiй в забруд-неш шари грунту через нaгнiтaльнi свердловини [13].
3. Цшь та задачi дослщження
Метою роботи е дослщження фiзико-хiмiчних осо-бливостей процесiв синтезу композицшних матерiалiв на основi нанорозмiрного Fe0 та глинистих мiнералiв (монтморилошту i палигорськiту), а також вивчення !х сорбцiйних властивостей по ввдношенню до таких небезпечних токсикантiв, як сполуки кобальту.
Для досягнення поставлено! мети необхщно було виршити наступш задачi:
- дослiдити фiзико-хiмiчнi особливост процесiв синтезу композицiйних матерiалiв на осшж нанороз-мiрного Fe0 i природних глинистих мiнералiв (монтмо-рилонiту та палигорськiту);
- вивчити сорбцшну взаемодiю в системах Со(11) -природн глинистi мiнерали з нанесеним шаром нанороз-мiрного Fe0;
- дослщити реологiчнi властивостi суспензп нано-дисперсного реакцiйноактивного матерiалу на основi глинистого мiнералу палигорськiту та показати мож-ливiсть використання його для очищення тдземних вод ввд забруднення юнами важких металiв.
4. MaTepia™ та методи дослщження композицiйних силжатних сорбенив
4. 1. Синтез сорбцшних мaтepiaлiв
Дослiдження проводили з використанням шару-ватого силiкaту з набухаючою структурою (структур-ний пакет 2:1) - монтморилошту (ММТ) та шарува-то-стрiчкового силiкaту пaлигорськiту (ПГ) (обидва мшерали Черкаського родовища, Укрaiнa). Очищення
шдивщуальних мiнералiв вiд домiшок кварцу, польо-вих шпатiв, карбонатiв, оксидiв алюмiнiю та залiза проводили зпдно загальноприйнятих методик [14]. Глинистi мшерали в № - формi отримували шляхом триразово! обробки 1 М розчином №С1 очищених природних зразюв у спiввiдношеннi твердо'! та рщко! фаз Т:Р=1:20. Витримка суспензп при кожнш обробцi складала декiлька дiб. Пiсля цього проводили бага-торазове ввдмивання зразкiв (Na - ММТ та № - ПГ) дистильованою водою до негативно'! реакцп на СГ у промивнiй водi (контролювали якiсно по ДgNO3).
Синтез нанорозмiрного залiза Fe0 проводили в атмосферi азоту за модифiкованою методикою [8], ви-користовуючи установку, схематичне зображення яко! представлене на рис. 1. В тригорлу колбу вносили роз-чин FeCl3 ■ 6Н20 об'емом 100 см3 певно! концентрацii та при перемшуванш повiльно з допомогою перисталь-тичного насосу подавали вщновник №ВН4 об'емом 100 см3 впродовж 1 год. Мольне стввщношення Fe3+: ВН4- складало 1:5,5. Пiсля того, як весь об'ем виновника було використано, сумш перемiшували ще 1 год. Отримане нанорозмiрне залiзо вiддiляли вiд рiдкоi фази центрифугуванням, промивали тричi спиртом та висушували пiд вакуумом при температурi 60 оС.
Для одержання композицiйних сорбенпв <^е0 - гли-нистий мшерал» з масовим спiввiдношенням Fe0: гли-нистий мiнерал (0,1:1) використовували модифжова-ну методику [15]. Наважку №-форми монтморилонiту (палигорськiту) заливали розчином FeCl3 ■ 6Н20 (об'ем 100 см3) певно! концентрацп та перемiшували протягом 30 хвилин на магштнш мшалщ. Отриману суспензiю (рН=2) кiлькiсно переносили в тригорлу колбу та проводили процес ввдновлення юшв Fe3+ розчином боропд-риду натрiю в атмосферi азоту (рис. 1). Шсля чого отри-маний композицiйний сорбент ввддшяли вiд рiдкоi фази центрифугуванням та тричi промивали спиртом. Отри-маний осад висушували пiд вакуумом при температурi 60 оС та подрiбнювали до отримання фракцп <0,1 мм. Масове спiввiдношення мiж складовими композицшно-го сорбенту становило 0,1 г Fe0 на 1 г глинистого мшералу (Fe0 - ММТ (0,1:1)).
Рис. 1. Лабораторна установка для синтезу композицшних сорбенлв
4. 2. Фiзико-хiмiчнi методи дослщження композицшних силжатних соpбeнтiв
Мономiнерaльнiсть отриманих зразюв природних глинистих мiнерaлiв та фазовий склад композицш-
них матерiалiв контролювались рентгенографiчно на дифрактометрi ДРОН-4-07 з двома щiлинами Соллера з використанням вщфшьтрованого CuK а-випромшю-вання в дiапазонi 2-40° (28).
Очищення вод вщ забруднення важкими металами (Co2+ ) з використанням природних глинистих мшера-лiв та композицшних сорбенпв вивчали на модельних розчинах, яю готували на дистильованш водi з використанням солi CoCl2 ■ 6H2O та 1 М розчину NaCl для створення юнно! сили (I=0,01). Величину рН модельних розчишв корегували 0,1 М розчинами NaOH та HCl i контролювали на iономiрi И - 160 М.
Сорбщю важких металiв глинистими мшера-лами та композицшними силiкатними сорбентами проводили в статичних умовах при юмнатнш темпе-ратурi та заданiй iоннiй силi при безперервному стру-шуваннi зразюв протягом 1 год (об'ем водно! фази -50 см3, наважка сорбенту - 0,1 г). Шсля встановлення адсорбцшно! рiвноваги водну фазу вщдшяли центрифугуванням та визначали в нш рiвноважну концентра-щю металу спектрофотометричним методом на приладi UNICO 2100UV з використанням реагенту ттрозо-Я-сол1
Величину сорбцп металiв (а) розраховували за формулою:
a = (C0 -Cp)■ V/m, мкмоль/г
(2)
де С0 та Ср - вихiдна та рiвноважна концентращя металу, мкмоль / дм3; V - об'ем розчину, дм3; m - маса наважки сорбенту, г.
Для визначення концентрацп кобальту(П) вико-ристовували методику, описану в робот [16].
Реологiчнi властивостi дисперсш палигорськiту вивчали з допомогою ротацiйного вiскозиметра « Rheotest-2 » (Нiмеччина) з термостатуванням зразкiв при 25 оС.
Вихiдну суспензiю з масовою концентрацiею па-лигорськiту 20 % попередньо обробляли з допомогою диспергатора УЗДН-2Т ультразвуком частотою 22 кГц та штенсившстю випромшювання 12 Вт /см2. Трива-лкть обробки складала 10 хвилин. В процеа обробки зразок охолоджували. Шсля цього до тдготовлено! суспензп палигорсьюту вносили розчин хлориду за-лiза (FeCl3 ■ 6H2O) визначено! концентрацп. Юльюсть iонiв Fe3+, необхiдного для модифжування, визначали вiдносно катiонообмiнноi емност (КО6) мiнералу, яка складае 0,25 ммоль / г для палигорсьюту Черкаського родовища [14]. Було приготовлено три зразки: вихвдний палигорсьют - зразок ПГ, модифжований при стввщ-ношеннi КОG/Fe3+1:1 - зразок ПГ(1):Fe0(1) та при ств-вiдношеннi КОe/Fe3+1:5 - зразок ПЩ)^0^). Пiсля внесення визначено! юлькосп FeCl3 ■ 6H2O суспензiю перемшували певний час на магнiтнiй мшалщ, а потiм проводили процес ввдновлення iонiв Fe3+ борогiдридом натрiю а атмосферi азоту аналогiчно методу, описаному вище. Пiсля додавання розчину залiза та вiдновника суспензiя мала масову концентращю палигорськiту 8 %.
5. Результати дослщжень ф1зико-х1м1чних особливостей процеив синтезу та сорбцшних властивостей композицшних матер1ал1в
Для контролю мономiнеральностi зразюв природних глинистих мiнералiв та визначення фазового скла-
ду одержаних сорбуючих матерiалiв було проведено дослщження з використанням рентгенографiчний методу.
На рис. 2 представлен дифрактограми неорiен-тованих зразкiв композицiйних сорбенпв на основi монтморилонiту з нанесеним на поверхню шаром на-норозмiрного залiза Fe0. Для порiвняння також наведена дифрактограма вихщного монтморилошту.
0,334
uXojlJ
„1,25 ,10,425
0,447
FeO
0,256
0,224
1
15 25 35 45
55 65
20,град
Рис. 2. Дифрактограми природного та модифкованого монтморилошту: 1 - Na - ММТ; 2 - Fe0 - ММТ (0,1:1)
На рентгенограмм яка вщповщае вихiдному глинистому мшералу (рис. 2, крива 1), спостер^аеться серiя базальних рефлексiв 1,252; 0,315; 0,253 нм та лшп дво-мiрноi дифракцii - 0,447; 0,256; 0,224 нм. Наявшсть на порошкових рентгенограмах вказаних дифракцiйних вiдбиткiв е характерним для смектипв, а вузью та ш-тенсивнi лiнii з мiжплощинною вiдстанню 0,425; 0,334; 0,245 нм вщносяться до кварцу.
Шсля нанесення шару нанорозмiрного залiза на поверхню монтморилошту у масовому стввщношенш 0,1 г Fe0 на 1 г глинистого мшералу (рис. 2, крива 2) на дифрактограмах з'являються рефлекси при 28 вщ 44,9° i 35,8°, яю вказують на наявшсть в складi компо-зицiйного сорбенту кристалiчних фаз нульвалентного залiза (a-Fe), оксиду залiза (FeO), а також гетиту ^еООН) при менших значеннях 28 [17].
На рис. 3 представлеш дифрактограми неорiен-тованих зразюв композицшних сорбенпв на основi палигорськiту з нанесеним на поверхню шаром нано-розмiрного залiза Fe0. Для порiвняння також наведена дифрактограма вихщного палигорськiту.
FeO
Fe
10
20
30
40
50
60
70
29, град
Рис. 3 Дифрактограми природного та модифкованого палигорсьюту: 1 - Na - ММТ; 2 - Fe0 - ПГ (0,1:1)
2
5
2
На рентгенограмм яка вщповщае вихiдному глинистому мшералу (рис. 3, крива 1) спостертеться серiя базальних рефлекав 1,07; 0,64; 0,417 нм та лшп дво-мiрноi дифракцii - 0,542; 0,449; 0,254 нм. Наявшсть на порошкових рентгенограмах вказаних дифракцшних вiдбиткiв е характерним для палигорськтв.
Пiсля нанесення шару нанорозмiрного залiза на по-верхню шарувато-стрiчкового силжату (рис. 3, крива 2) на дифрактограмах з'являються рефлекси, якi вказують на наявнiсть в складi композицшного сорбенту криста-лiчних фаз нульвалентного залiза (a-Fe ), оксиду заль за (FeO), а також гетиту ^еООН) [17].
Ефективнiсть очищення вод вщ забруднення катю-нами металiв з використанням монтморилонiту, моди-фжованого нанорозмiрним залiзом, була вивчена нами на прикладi iонiв Со2+.
Для визначення оптимальних умов проведення сорбцшних експериментiв була вивчена кiнетика про-цесiв сорбцii Со(11) природним монтморилоштом та нанорозмiрним залiзом (1=0,01, ССо2+=850 мкмоль/дм3, рН=6,0). Отриманi залежностi представлено на рис. 4.
в 500 -|
о
й
§ 400 -300 200 -100 -0
500 -|
200 -
10
рн
Рис. 5. Вплив рН на сорбщю Со2+ сорбентами: 1 — Na — ММТ, 2 - нанорозмiрне Fe0, 3 - Fe0 - ММТ (0,1:1)
(а, мкмоль/г) монтморилоштом та нанорозмiрним за-лiзом Fe0 вiд рiвноважноi концентрацii металу в роз-чин (Ср, мкмоль/дм3).
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
и год
Рис. 4. Юнетика сорбцп Со2+: 1 - Na - ММТ;
2 - нанорозмiрне Fe0
Вплив рН на величину сорбцп кобальту монтмо-рилонiтом, модифжованим нанодисперсним залiзом у масовому ствввдношенш 0,1 г Fe0 на 1 г шаруватого си-лiкату ^е0 - ММТ (0,1:1)), представлено на рис. 5. Для порiвняння показано також залежносп сорбцп iонiв Со2+ монтморилонiтом та нанорозмiрним залiзом Fe0 вiд рН водного середовища (1=0,01, СС 2+=850 мкмоль/дм3).
Ср, мкмоль/дм
Рис. 6. 1зотерми сорбци Со2+ сорбентами при рН=7,0: 1 - Na - ММТ, 2 - нанорозмiрне Fe0, 3 - Fe0 - ММТ (0,1:1)
Для обгрунтування можливостi використання ре-акцiйно активного матерiалу на основi глинистого мшералу палигорськггу для очищення пiдземних вод вщ забруднення ураном, були виконаш реологiчнi дослiдження з метою вивчення впливу нанодисперс-ного залiза на структурно-реолопчш характеристики дисперсiй.
Особливостi реолопчшл поведiнки дисперсiй глинистих мiнералiв, що модифiкованi наночастинками залiза, дослщжено на прикладi модифiкованих дисперсш палигорськiту - мiнералу, високi тиксотропш властивостi якого обумовлюють його можливе використання в природоохоронних технолопях. На рис. 7 представлено реолопчш кривi течii дисперсiй природного мшералу.
Для аналiзу одержаних результапв була викори-стана реологiчна модель Шведова - Бшгама, яка характеризуемся двома параметрами: т0 - граничним напруженням зсуву i в'язюстю - п.
т = т0 (3)
де т - напруження зсуву, Па; D - швидкiсть зсуву, с-1.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Швидюсть зсуву, с-1
Рис. 7. Реолопчш кривi течи дисперсш палигорсьмту: 1 - палигорсьют (ПГ); 2 - ПГ(1)^е°(1); 3 - ПГ(1):Fe0(5)
На рис. 6 представлен iзотерми сорбцп юшв Со2+ композицiйними матерiалами. Для порiвняно показано також залежноси величин адсорбцп iонiв Со2+
Параметри рiвняння Шведова-Бiнгама, отриманi на остж реологiчних кривих течii дослiджених су-спензiй, наведено в табл. 1.
а 1000
800 -
600 -
400
200
0 н
0
300
600
900
1200
2
400 -
300 -
100 -
0
0
0
2
4
6
8
Таблиця 1
Реолопчш параметри суспензш палигорсьюту
Зразок Граничне напруження зсуву то, Па Пластична в'язгасть П Па.с
ПГ 3,4 0,0039
ПГ(1):Fe0(1) 2,6 0,0039
ПГ(1): Fe0(5) 1,6 0,0035
Аналiз одержаних даних показуе, що зi збшьшен-ням вмiсту залiза в зразках граничне напруження зсуву зменшуеться, а пластична в'язкiсть практично не змшюеться.
6. Обговорення результаив дослщження фiзико-хiмiчних характеристик композицшних матерiалiв
Першочергове значення при вивчеш оптималь-них умов проведення адсорбцшних експериментiв мае час встановлення сорбцшно' рiвноваги. Отриманi данi (рис. 4) вказують на достатньо високу швидюсть протжання сорбцiйних процесiв в системi «компо-зицiйний матерiал - Со2+». Так, вже за 10-15 хвилин видаляеться бшьше 90 % юшв Со2+, а 1 години щлком достатньо для досягнення сорбцiйноi рiвноваги. Ця тривалiсть сорбцiйних експериментiв i була викори-стана в подальших дослiдженнях.
На ефективнiсть вилучення кобальту сорбцшними матерiалами суттевий вплив мае рН водного середо-вища. З представлених на рис. 5 даних можна побачи-ти, що адсорбщя кобальту як монтморилонiтом, так i композицiйним зразком, зростае при шдвищенш рН до 4,5 та практично не змшюеться в нейтральному та слабо лужному середовишд. Такий характер вщпо-вщних залежностей визначаеться природою функщ-ональних груп на поверхш сорбентiв, що обумовлю-ють сорбщю катiонiв. Як вiдомо [14, 18], юнообмшна емнiсть глинистих мiнералiв обумовлена активними центрами як на базальних поверхнях частинок (за рахунок нестехiометричних iзоморфних замiщень в структурних пакетах), так i на бiчних гранях (внас-лiдок утворення Si-OH та А1-ОН груп по розiрва-них хiмiчних зв'язках). Природа зв'язування катiонiв за тими двома типами активних центрiв е рiзною: електростатична для юшв, що локалiзуються бiля базальних поверхонь, i iонно-ковалентна - для таких бшя бiчних граней. Останне обумовлюе характер за-лежностi величин сорбцп вiд рН: дисоцiацiя поверх-невих функцюнальних груп на поверхнi сорбенпв, головним чином, ОН - груп е незначною у кислому середовищд та досягае свого максимуму в нейтральному дiапазонi рН.
Було визначено сорбцшну здатшсть синтезова-них матерiалiв. З рис. 6 видно, що при модифжу-ваннi поверхш монтморилошту частинками нано-розмiрного залiза сорбцiйна здатнiсть одержаних зразкiв щодо юшв Со2+ суттево пiдвищуеться. Це обумовлено зб^ьшенням кiлькостi активних цен-трiв зв'язування катiонiв в композицшному сорбен-тi, перш за все, за рахунок гщроксильних ОН-- груп в тонких оксидно-гщроксидних плiвках на поверхш наночастинок Fe0.
Як видно з результапв дослiдження реологiчних властивостей дисперсш палигорськiту (рис. 7), кривi течп суспензiй мають типовий для псевдопластичних матерiалiв вигляд, проте наявшсть нанодисперсного залiза впливае на '¿х реологiчну поведiнку. Зменшення площi пе^ гiстерезису кривих течп обумовлено зни-женням енергii руйнування тиксотропно' структури суспензп, що свiдчить про и меншу мiцнiсть.
Зменшення граничного напруження зсуву (табл. 1) обумовлено тим, що в мюцях контакту коло'дних час-тинок палигорськiту в тонких залишкових прошарках дисперсшного середовища знаходяться нанодисперсш частинки залiза. Це призводить до зменшення вандер-вальсових сил, завдяки яким утворюеться коагуляцш-на структура суспензп палигорсьюту, i, як наслвдок, до зниження мiцностi структури та початку и руйнування тд дiею менших напружень зсуву. Можливо, що з пе' ж причини зменшуеться також число результатив-них, з точки зору утворення коагуляцшно' структури, контакпв мiж частинками палигорсьюту.
Пластична в'язкiсть не змiнюеться при вмюп нанодисперсного залiза в дослщженому iнтервалi, тому що вона, головним чином, обумовлена зорiентованими за потоком видовженими коло'дними частинками па-лигорськiту зруйновано' частини структури суспензп, при цьому частинки залiза через '¿х надто малу об'емну частку практично не впливають на течт дисперсшно-го середовища.
7. Висновки
Проведеними дослщженнями фiзико-хiмiчних особливостей процесiв синтезу композицшних ма-терiалiв на основi природних глинистих мiнералiв та нанодисперсного Fe0 встановлено, що при модифiкацii алюмосилжапв залiзом на '¿х поверхнi утворюються кристалiчнi фази (a-Fe, FeO та FeOOH), якi проявля-ють високу спорвднешсть до катiонiв металiв.
Вивчено сорбцшну взаемодт в системах Со(11) -природнi глинистi мiнерали з нанесеним шаром нано-розмiрного Fe0 та встановлено, що обробка глинистих мiнералiв нанорозмiрним залiзом покращуе сорбцшш властивостi природних силiкатiв. Композицiйнi ма-терiали на основi глинистих мiнералiв проявляють високу сорбцiйну здатнiсть щодо юшв металiв (Со2+) у порiвняннi з вихiдними зразками, що обумовлено збшьшенням кiлькостi активних центрiв зв'язування катюшв в композицiйному сорбентi, перш за все, за рахунок гщроксильних ОН-- груп в тонких оксидно-гвд-роксидних плiвках на поверхш наночастинок Fe0.
Дослiджено вплив нанодисперсного залiза на струк-турно-реологiчнi характеристики дисперсш палигорсью-ту, модифiкованого нанорозмiрним Fe0. Встановлено, що при вмкп залiза, рiвному1,4•10-2 %, що ввдповщае спiввiд-ношенню катiонообмiнноi емностi мшералу до Fe3+ 1:5, су-спензiя залишаеться псевдопластичною, тобто стiйкою та придатною для надшного закачування. Показано дощль-нiсть використання реакцiйноздатного високодисперсно-го матерiалу при очищеннi тдземних вод вiд iонiв важ-ких металiв iз застосуванням новiтнiх природоохоронних технологш, основаних на закачуваннi водних дисперсш наноматерiалу у забрудненi шари грунту.
Лиература
1. Неорганическое материаловедение: энциклопед. изд. в 2 т. Т. 1. Основы науки о материалах [Текст] / под ред. Г. Г. Гнесин, В. В. Скороход. - К.: Наук. думка, 2008. - 1152 с.
2. Шабанова, Н. А. Химия и технология нанодисперсных оксидов [Текст] / Н. А. Шабанова, В. В. Попов, П. Д. Саркисов. - М.: Академкнига, 2007. - 309 с.
3. Scott, T. B. Nano-scale metallic iron for the treatment of solutions containing multiple inorganic contaminants [Text] / T. B. Scott, I. C. Poercu, R. A. Crane, C. Noubacter // Journal of Hazardous Materials. - 2011. - Vol. 186, Issue 1. - Р. 280-287. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.10.113
4. Fu, F. The use of zero-valent iron for groundwater remediation and wastеwater treatment: A review [Text] / F. Fu, D. D. Dionysiou, H. Liu // Journal of Hazardous Materials. - 2014. - Vol. 267. - P. 194-205. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.12.062
5. Weile, Y. Nanoscale zero-valent iron (nZVI): Aspects of the core-shell structure and reactions with inorganic species in water [Text] / Y. Weile., A. Herzing, C. J. Kiely, W. Zhang // Journal of Contaminant Hydrology. - 2010. - Vol. 118, Issue 3-4. -P. 96-104. doi: 10.1016/j.jconhyd.2010.09.003
6. Cundy, A. B. Use of iron-based technologies in contaminated land and groundwater remediation: A review [Text] /
A. B. Cundy, L. Hopkinson, R. L. D. Whitby // Science of The Total Environment. - 2008. - Vol. 400, Issue 1-3. - P. 42-51. doi: 10.1016/j.scitotenv.2008.07.002
7. Zhang, W. Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview [Text] / W. Zhang // J. Nanoparticle Res. - 2003. -Vol. 5. - P. 323-332.
8. Li, X. Zero-valent iron nanoparticles for abatement of environmental pollutants: materials and engineering aspects [Text] / X. Li, D. W. Elliott, W. Zhang // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. - 2006. - Vol. 31. - P. 111-122. doi: 10.1080/10408430601057611
9. Sun, Y.-P. A method for the preparation of stable dispersion of zero-valent iron nanoparticles [Text] / Y.-P. Sun, X.-Q. Li, W.-X. Zhang, H. P. Wang // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2007. - Vol. 308, Issue 1-3. -P. 60-66. doi: 10.1016/j.colsurfa.2007.05.029
10. Allabaksh, M. B. Preparation of stable zero valent nanoparticles using different chelating agents [Text] / M. B. Allabaksh,
B. K. Mandal, M. K. Kesarla, K. S. Kumar // J. Chem. Pharm. Res. - 2010. - Vol. 5. - P. 67-74.
11. Cheng, G. U. Synthesis of highly reactive subnano-sized zero-valent iron using smectite clay templates [Text] / G. U. Cheng, J. I. A. Hanzhong, H. Li et. al // Environmental Science & Technology. - 2010. - Vol. 44, Issue 11. - P. 4258-4263. doi: 10.1021/es903801r
12. Shi, L.-N. Removal of Chromium (VI) from wastewater using bentonite- supported nanoscale zero-valent iron [Text] / L.-N. Shi, X. Zhang, Z.-L. Chen // Water Research. - 2011. - Vol. 45, Issue 2. - P. 886-892. doi: 10.1016/j.watres.2010.09.025
13. Interstate Technology & Regulatory Council. Permeable Reactive Barriers: Technology Update. PRB-5 [Text]. - Washington, D.C., 2011. - 179 p.
14. Корншович, Б. Ю. Природооxорошшi технологи в урановидобувнш та переробнш промисловост [Текст] / Б. Ю. Корншович, О. Г. Сорокш, В. М. Павленко, Ю. Й. Кошик. - К., 2011. - 156 с.
15. Shi, L.-N. Synthesis, characterization and kinetics of bentonite supported nZVI for the removal of Cr(VI) from aqueous solution [Text] / L.-N. Shi, Y.-M. Lin, X. Zhang, Z. Chen // Chemical Engineering Journal. - 2011. - Vol. 171, Issue 2. - Р. 612-617. doi: 10.1016/j.cej.2011.04.038
16. Марченко, З. Фотометрическое определение элементов [Текст] / З. Марченко. - М.: Мир, 1971. - 547 с.
17. Brindley, G. Crystal structures of clay minerals and their X - ray indentification [Text] / G. Brindley, G. Brown. - London: Miner. Soc., 1980. - 496 p.
18. Корншович, Б. Ю. Фiзичшa xiмiя кремнезему i нанодисперсних силша^в [Текст] / Б. Ю. Корншович, О. Р. Ашдрiевськa, М. М. Племянншов, Л. М. Спасьонова. - К.: Осв^а Украши, 2013. - 176 с.
