CC BY
7
УДК 544.77.032.12
Безносюк А.Н., Фидченко М.М., Алехина М.Б.
КОЛЛОИДНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЧАСТИЦ УГЛЕРОДОМИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ АЛЮМОСИЛИКАТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ УГЛЕРОДОМ
Безносюк Анастасия Николаевна, обущающийся магистр 1 курса кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов. e-mail: [email protected]
Фидченко Михаил Михайлович, аспирант 2 года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов. e-mail: [email protected]
Алехина Марина Борисовна, профессор кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов,
e-mail: [email protected]
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, 125047, Москва, Миусская пл., 9
В данной работе изучено влияние условий синтеза, а именно - температуры пиролиза, на Z-потенциал образцов углеродно-минеральных материалов на основе природной монтмориллонитовой глины и шинной крошки с целью идентификации заряда поверхности исследуемого адсорбента и выявления лучших условий процесса.
Ключевые слова: углеродминеральные материалы, Z-потенциал, коллоидная устойчивость.
COLLOID STABILITY OF PARTICLES OF CARBON-MINERAL MATERIALS BASED ON NATURAL ALUMINOSILICATES, MODIFIED BY CARBON
Beznosyuk A.N., Fidchenko M.M., Alekhina M.B.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this paper, we studied the influence of the synthesis conditions, namely, the pyrolysis temperature, on the Zpotential of samples of carbon-mineral materials based on natural montmorillonite clay and tire chips in order to identify the surface charge of the adsorbent under study and identify the best process conditions.
Keywords: carbon mineral materials, Z-potential, colloidal stability.
Синтезированы образцы углеродно-минерального материала (УММ) для очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ. Минеральной составляющей выступает глина Борщевского месторождения Калужской области с содержанием монтмориллонита 75-80 мас. %. Источник углерода представлен шинной крошкой -продукт переработки автомобильных шин. Смесь частиц глины и шинной крошки гранулировали, полученные гранулы подвергали пиролизу в интервале температур от 350 до 800 °С [1].
Для испытаний использовали десять образцов, пиролизованных при различной температуре.
Определение значений Z-потенциала поверхности образцов углеродно-минерального адсорбента в дистиллированной воде производили с помощью прибора Malvern Zetasizer Nano ZS ("Malvern Instruments Ltd.", Великобритания) при температуре 25 °С. Определение основано на
измерении электрофоретической подвижности частиц с использованием эффекта Доплера. Раствор молекул или дисперсию частиц помещают в электрическое поле, под воздействием которого они перемещаются со скоростью, зависящей от их потенциала. Эту скорость измеряют с помощью запатентованной технологии M3-PALS (рассеяние света с фазовым анализом). Она позволяет рассчитать электрофоретическую подвижность, а из нее - ^-потенциал [2].
Перед анализом гранулы измельчали в ступке и просеивали на лабораторных ситах, размер фракций составил 0,1 - 0,05 мм и менее 0,05 мм. Затем получали суспензии с концентрацией 1 г/л. Перед началом экспериментов растворы выдерживали в течении суток для установления фазового равновесия. Измерения проводили 3-6 раз до получения сходящихся результатов, полученные данные представлены в таблице.
Таблица 1 - Значения ^-потенциала образцов углеродно-минерального материала в зависимости
Фракция УММ, мм Значение Z-потенциала, мВ
Температура пиролиза гранул УММ, оС
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
0,1-0,05 -11,33 -8,65 -6,55 -6,43 -16,90 -24,60 -33,97 -3,68 -6,79 -8,05
<0,05 -9,51 -8,17 -8,20 -6,85 -13,20 -21,80 -29,23 -4,93 -8,63 -11,02
Представленные результаты показывают, что влияние размера частиц УММ на значение ^-потенциала исследуемого материала
незначительно. На рисунке представлены данные зависимости в координатах С = /(/).
О и
-5 ■ сЕТ -10-
<=. -15'
лз
s
¡¡3 -20. О
(Ь -25 ■
I-
Ф
<п
-30 4
-35 ■
300
400
500
600 t ГС)
700
800
Рис.1 Зависимость дзета-потенциала исследуемого материала от температуры пиролиза образцов углеродно-
минерального материала: 1 - размер частиц 0,1-0,05 мм; 2 - размер частиц <0,05 мм.
Как следует из представленных результатов, в температурном диапазоне 500 - 700 °С наблюдается резкий скачок дзета-потенциала. Данное явление может быть обусловлено образованием в процессе пиролиза на поверхности
монтмориллонита углеродных соединении, которые влияют на значение Z-потенциала. Наличие аморфного углерода и графита в полученных сорбентах доказано результатами рентгенофазового анализа. Так же можно заметить, что с ростом температуры пиролиза образцы становятся более аморфными. Наряду с узкими кристаллическими рефлексами на рентгенограммах видны широкие гало в области малых углов для образцов УММ, пиролиз которых проводился при 750 и 800°. Из результатов также следует, что образец, пиролизованный при 650 °С образует стабильный коллоидный раствор (значение Z-потенциала -33,97 мВ), частицы которого обладают высоко-заряженной поверхностью, а значит устойчивы к агрегации. Коллоидные системы, образованные другими образцами, не достигают значения Z-потенциала, равного ±30 мВ, что свидетельствует о низкой устойчивости к агрегации [3].
Список литература
1. Фидченко М.М. Дипломная работа «Углеродминеральные адсорбенты-катализаторы для очистки сточных вод от ПАВ пероксидом водорода». М. РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2018. -С. 105
2. Патент UK, Mobility and Effects Arising from Surface Charge, no. 2361772B
3. ГОСТ Р 8.887-2015
