CC BY
29
Аннагиев М.Х.1, Мамедов У.А.2
профессор, доктор химических наук 2Аспирант института Химических Проблем им. академика М.Ф. Нагиева Национальной АН Азербайджана
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕКСТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕНТОНИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГЫЗЫЛ-ДАРЕ (АЗЕРБАЙДЖАН)
Summary
The structural futures of sorbents that is prepared on the basis of bentonite from Gizil-Dare (Azerbaijan) are analysed in this article. Actually the interest to the creation of the new ecological safe sorbents increased
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]. 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 кислоты по общеизвестной методике [1, 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.
и,и ИнВ 0.Т5 от? 10 РЛ
Рис.1. Изотерма адсорбции паров бензола на природном бентоните
После обработки образца бентонита 20% водным раствором серной кислоты сильно возрастает адсорбционная емкость образца по отношению к молекулам бензола (рис.2).
Рис.2. Изотерма адсорбции паров бензола на водородной форме бентонита
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.
Рис.3. Изотерма адсорбции паров воды на природном бентоните
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 v/А d от d). На основании полученных результатов была построена структурная кривая по десорбционной ветви изотермы и кривая распределения объема пор по их диаметрам, которые были определены из структурной кривой (рис. 4. а, б)
. - ¿ММ,
0,10«
т зов
300
400 ¿А
Рис. 4. Кривая распределения объема пор по их диаметрам определенных из структурных кривых для водородной формы бентонита (а), структурная кривая полученная по десорбционной ветви изотермы бензола (б)
Максимум на кривой распределения объема пор соответствует значению d=50A0. Общий объем пор адсорбентов (у,5 = см3/г.) определяли в виде произведения количества вещества, адсорбированного при насыщении адсорбента парами жидкости, при Р/Рз =1 на мольный объем /ущ уз=аз.ущ. 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 Sуд-= 72,0 и 170,0 м2/г; V пор = 0,107и 0,178 см3/г. (по адсорбции воды у=0,26); dпор=50, 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 десорбционной ветви изотермы бензола
Р/Рз а, ммоль/г-1 у, см3 /г 1п(Рз/Р) л 0 а, А
0,928 1,00 0,089 0,0742 568
0,857 0,95 0,086 0,1542 273
0,785 - 0,080 0,2412 175
0,714 0,80 0,075 0,3365 125
0,643 0,74 0,067 0,4418 95,35
0,580 0,65 0,058 0,5596 75
0,500 0,55 0,049 0,6932 60
0,430 0,43 0,039 0,8473 50
0,357 0,38 0,035 1,03 40
0,300 0,35 0,032 1,2528 33,62
0,215 - -
0,150 0,28 0,025
0,080 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
