Исследование свойств модифицированных силикагелей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.183

Т.А. Коваленко, О.А. Веревкина

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, г. Омск

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛИКАГЕЛЕЙ

Химическое модифицирование поверхности позволяет надежно закрепить тонкую пленку вещества-модификатора на поверхности вещества-носителя, тем самым поменяв его поверхностные свойства. В настоящее время в качестве носителей наиболее широко используют силикагели. Интерес к ним связан с сочетанием ряда существенных достоинств. Это высокая механическая прочность, термостойкость, наличие на поверхности большого числа функциональных групп. Поверхность силикагелей имеет слабокислый характер. Поэтому большой интерес представляет модифицирование поверхности силикагелей соединениями, содержащими аминогруппы. Такое модифицирование позволит получить сорбент с новыми кислотно-основными свойствами поверхности.

Целью данной работы является модифицирование поверхности силикагеля азотсодержащими органическими веществами и исследование свойств модифицированных сорбентов.

Для модифицирования был выбран силикагель марки КСКГ. Данный силикагель выпускается промышленно и является легко доступным, а также обладает развитой поверхностью (220 м2/г) и является преимущественно мезопористым (табл.). Модифицирование поверхности силикагеля проводили моноэтаноламином и триэтаноламином.

369

Характеристики силикагеля марки КСКГ

Таблица

Показатель Значение

Диаметр частиц, мкм 250 ’ 630

Механическая прочность, % не менее 86

Влагоемкость %, при относительной влажности 100 % 70

Мас. доля потерь при высушивании, % не более 5

Удельная поверхность, м2/г 220

Суммарный объем пор, см3/г 1,2

Диаметр пор, нм 12

Насыпная плотность, г/см 0,42

Нами проведен термический анализ силикагеля с масс-спектрометрическим контролем отходящих газов (рис. 1). Первый минимум на линии дифференциального термогравиметрического анализа относится к удалению физически адсорбированной воды с поверхности силикагеля. При температуре выше 200°С начинается разложение силанольных групп, сначала менее устойчивых вицинальных групп (670°С), а потом и свободных силанольных групп (790°С) По массе воды, удаляющейся в интервале 200 - 900°С рассчитано содержание силанольных групп на единицу площади поверхности, которое составило 4,5 SiOH/нм2.

Темперлтура,:'РС

Рис.1. Кривые термического анализа силикагеля марки КСКГ: 1 - ТГ; 2 - ДТА.

Силикагель с данными характеристиками модифицировали моноэтаноламином. Для этого навеску силикагеля, предварительно прокаленного до постоянной массы при температуре 200°С, помещали в круглодонную колбу и прибавляли свежеперегнанный обезвоженный моноэтаноламин. Реакцию модифицирования проводили на силиконовой бане при температуре 150 °С и постоянном перемешивании в течении 5 часов. Затем твердую фазу отде-

370

ляли, промывали водой и высушивали до сыпучего состояния при температуре 60 °С. Модифицирование триэтаноламином проводили в аналогичных условиях.

Модифицирование поверхности силикагеля моноэтаноламином протекает по схеме

[1, 2]:

- ОН + Н О - (СН2)2 - № ^ - О - (СН2)2 - № + Н2О

После проведения модификации моноэтаноламином удельная поверхность сорбента уменьшается с 220 до 200 м2/г. Термический анализ модифицированного силикагеля, показал, что в данных условиях степень модифицирования поверхности равна 2,0% масс. Следовательно, содержание привитых аминогрупп составляет 2,7 SiOH/нм2.

На поверхности силикагеля оказываются привитыми аминогруппы, которые будут обуславливать основные свойства модифицированных силикагелей. Для модифицированных сорбентов определено изо-рН методом гидролитической адсорбции. На рис. 2 представлена экспериментальная зависимость ДрН от pH начального для модифицированного моноэтаноламином силикагеля.

3

2

X

а

<

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

-1

рН исх.

-2

-3

-4

-5

Рис. 2. Зависимость ДрН от pH начального для модифицированного моноэтаноламином силикагеля

Значение изо-рН для образца, модифицированного моноэтаноламином составило 9,0, для образца, модифицированного триэтаноламином - 9,3. Полученные модифицированные сорбенты ведут себя подобно основанию и повышают рН водного раствора после установления равновесия, связывая протоны.

В результате модификации получен сорбент, поверхность которого обладает основными свойствами благодаря привитым аминогруппам. Далее планируется использовать полученный сорбент в тест-методах для экспрессного определения ионов металлов в растворе, в частности для определения железа в воде.

Работа выполнена при поддержке гранта Министерства образования и науки РФ 14.B37.21.1537.

371

Библиографический список

1. Киселев А.В. Исследование монослоев моноэтаноламина на кремнеземе и алюмосиликагеле методом инфракрасной спектроскопии кремнезема / А.В. Киселев, В.И. Лыгин, А.В. Соломонова // Журнал физической химии. - 1970. - №5 - С.1249 - 1255.

2. Шаров А.В. Протолитические равновесия на поверхности кремнеземов, содержащих аминогруппы / А.В. Шаров, О.В. Филистеев // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». - 2012. - Т.2. - №21 - С. 103 - 110.