CC BY
35
Аннагиев Муршид Ханвели оглы1, Мамедов Улви Алефсер оглы2
профессор, доктор химических наук 2Аспирант института Химических Проблем им. академика М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕКСТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕНТОНИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГЫЗЫЛ-ДАРЕ (АЗЕРБАЙДЖАН)
В настоящее время значительно возрос интерес к созданию новых экологически безопасных сорбентов, носителей и катализаторов на основе природных глинистых материалов и алюмосиликатов. Слоистые природные силикаты как материалы, обладающие рядом уникальных свойств (способность к ионному обмену и высокая обменная емкость, наличие кристаллической структуры с однородными порами молекулярных размеров, протонная и апротонная кислотность и др.) помимо катализа находят широкое применение в качестве высокоэффективных систем для выделения и очистки нормальных парафиновых углеводородов, разделения смесей различных газов и жидкостей, наполнителей при вулканизации пластмасс и резины.
Отмеченные особенности глинистых минералов, совместно с их высокой дисперсностью, а потому и чрезвычайно развитой поверхностью, обусловливают также очень большую адсорбционную емкость, т.е. способность активно поглощать из растворов различные ионы и вещества.
С точки зрения вовлечения новых, доступных источников сырья для получения названных материалов, весьма перспективными представляются бентониты месторождения Гызыл-Даре Азербайджанской Республики. Содержание монтмориллонита (наиболее ценного компонента) в составе исследованных образцов бентонита составляет ~85%, остальными минералами являются кварц, полевой шпат, кальцит и слюда [1]. Известно, что путем модифицирования природных алюмосиликатов, в частности, активации кислотной обработкой, создается возможность направленного влияния на формирование пористой структуры: как суммарного объема пор, так и распределения объема пор по их радиусу.
Целью настоящей работы является определение пористо структурных характеристик образцов бентонитов взятых из месторождения Гызыл-Даре до и после кислотной активации, по адсорбции паров бензола и воды с применением методов БЭТ.
Экспериментальная часть. Измерение адсорбции паров бензола и воды проводили на ваккумно-адсорбционной установке с использованием кварцевых весов Мак-Бена. На основе изотерм адсорбции-десорбции определяли значение емкости монослоя, доли недесорбированного адсорбата, а также удельной поверхности адсорбента по парам бензола и воды. Кислотную активацию бентонита осуществляли раствором серной кислотой по общеизвестной методике [2].
Результаты и их обсуждение. На рис.1. представлена изотерма адсорбции паров бензола на образце бентонита месторождения Гызыл-Даре при 200С. Как видно, на изотерме наблюдается гистерезисная петля, что вероятно обусловлено капиллярной конденсацией адсорбата в тонких порах, которая определяет всю адсорбционную ветвь изотермы после образования монослоя.
После обработки образца бентонита 20% водным раствором серной кислоты сильно возрастает адсорбционная емкость образца по отношению к молекулам бензола (рис.2).
На рис.3. представлена изотерма адсорбции паров воды на природном бентоните. Как видно, на изотерме гистерезисная петля не наблюдается, и часть адсорбированной воды вследствие хемосорбции не десорбируется.
Диаметр пор соответствующий значениям Р/Р8 для каждой точки десорбционной ветви изотермы бензола вычисляли по уравнению Томсона-Келвина [3]. Полученные результаты расчета представлены в прилагаемой таблице. С использованием адсорбционных данных была построена дифференциальная кривая распределения объема пор по величине их эффективных диаметров (А ^ А d от d). На основании полученных результатов была построена структурная кривая по десорбционной ветви изотермы (рис 4.) и кривая распределения объема пор по их диаметрам, которые были определены из структурной кривой (рис.5)
0.021 4 ШШ
0,018 -
0,015-
Рнс.5. Кривая распределения объема пор по их диаметрам для образца бетонита месторождения Гызыл-Даре: обработанного 20% - ным раствором ШЬСЦ
0,012-
0,009-
0,006-
0,003
100 200 300 400 й, А
Максимум на кривой распределения объема пор соответствует значению d=50A0. Общий объем пор адсорбентов ^ = см3/г.) определяли в виде произведения количества вещества, адсорбированного при насыщении адсорбента парами жидкости, при Р^ =1 на мольный объем Следует отменить, что кислотная активация бентонита
приводит к увеличению общего объема пор за счет трансформации микропор в мезопоры, вероятно, вследствие разрушения октаэдрического слоя монтмориллонита, содержащего ионы Mq2+;Fe2+ и Fe3+.Текстурные характеристики природного и водородной формы бентонита Зуд. = 72,0 и 170,0 м2/г; V пор = 0,107и 0,178 см3/г. (по адсорбции воды у=0,26); dпoр=50 и 800А, межплоскостные расстояния d00l-9,8 и 17,6А0, соответственно. Учитывая особенности кристаллического строения монтмориллонита, необычную петлю гистерезиса можно также объяснить внедрением молекул бензола в межслоевое пространство минерала. При этом наблюдается отчетливый перегиб, который свидетельствует о переходе адсорбции с внешней поверхности минерала к межслоевой сорбции. Рассчитанные из десорбционной ветви гистерезиса по уравнению Томсона-Келвина величины эффективного диаметра пор использовали для построения кривой распределения объема пор по их размерам.
Таблица
Параметры расчета эффективных диаметров пор сорбента на абсорбционной ветви изотермы бензола
№ а. моль/г"' у.сьг'.-'г ы(рт 0 4 А
<Ш6 1,00 0.039 0,0742 563
0,357 0,95 0,036 0.1542 273
0,7 8 5 - 0,030 0.2412 -и 1 -1
0,714 0,30 0,075 0,3365 125
0,643 0,74 0,067 0,4413 95,35
0,530 0.65 0,053 0,5596 ■-и и>1
0.500 0,55 0.049 0,6932 60
0,430 0,43 0,039 0,3473 50
0,357 0,33 0,035 1,03 40
0,300 0,35 0,032 1,2523 33,62
0,215 - -
0,150 одз 0,025
0,030 0.20 0.023
В результате исследования текстурных свойств образцов бентонита было установлено, что монтмориллонитовый минерал, обработанный 20%-ным раствором серной кислоты в течение 4 часов при температуре 800С, имеет большую величину объема пор, с преобладанием пор промежуточного диаметра (мезопор) по сравнению с не активированным образцом бентонита. Трансформация пористо-структурной характеристики образца бентонита, активированного 20% раствором серной кислоты, обусловлена тем, что при кислотной обработке происходит воздействие на структуру монтмориллонита с вымыванием межслоевых обменных катионов. Выводы.
1. Методом БЭТ исследованы изотермы адсорбции бензола и воды на образцах сорбентов полученных на основе бентонита месторождения Гызыл-Даре Азербайджанской Республики и установлено распределение объема пор по радиусам. Показано, что наибольший объем приходится на поры с диаметром 50 А0.
2. В результате исследования влияния модифицирования образцов природного бентонита обработкой раствором серной кислоты на текстурные характеристики входящего в их состав монтмориллонита установлено как возрастание общего объема пор, так и формирование пористой структуры с преобладанием мезопор.
Литература
1. М.Х.Аннагиев, Н.А. Иманова, С.Г. Алиева, Т.М. Кулиев. Монография «Сорбенты на основе природных цеолитов». Баку. Наука 2007, с.20.
2. Строение и свойства адсорбентов и катализатора. Из-во «Мир». Москва 1973. с.295
3. А.В. Киселев, В.П. Древинг. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии. Из-во Московского университета, 1973г. С.221
