Поверхностные электрические свойства монтмориллонита в водной среде Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Эти экспериментальные данные послужили основой для разработки технологии получения катализаторов Fe-МТ. Предлагаемая нами схема (рис.) включает несколько стадий: I стадия подготовки природной глины -предварительно отмученная природная глина МТ (1) подается в смеситель (5), где заливается водой (2) в соотношении Т:Ж= 1:100 и оставляется для набухания в течение 24 ч. при комнатной температуре. После чего суспензия глины обрабатывается ультразвуком (6) частотой 22 кГц в течение 5 мин.; II приготовление модифицирующего раствора - растворы основных хлоридов железа (III) готовятся в емкости, снабженной мешалкой (7), путем приливания к раствору FeCl3 (4) расчетного количества раствора NaOH из расходного бака (3) до соответствующего значения [ОН ]/[Fe3]=2.0 при комнатной температуре; III синтез материалов - в смеситель (8), содержащий суспензию МТ, при постоянном перемешивании вводится модифицирующий раствор из емкости (7), который был предварительно выдержан при комнатной температуре в течение суток; после 24 ч выдерживания суспензии МТ и модифицирующего раствора при комнатной температуре твердая фаза отделяется от водной, и полученные образцы модифицированных глин (9) отмываются до отрицательной реакции на хлорид-ионы. Далее высушенные при комнатной температуре материалы прокаливаются в печи (10) при 500°С в течение 2 ч. Предлагаемый способ получения железосодержащего катализатора при использовании в качестве исходных компонентов природного монтмориллонита и полигидроксокомплексов железа прост, технологичен и реализуется с использованием типового технологического оборудования.

Литература

1. Zhou C.H., Tong D.S., Bao M.H. Generation and characterization of catalytic nanocomposite materials of highly isolated iron nanoparticles dispersed in clays // Top. Catal. - 2006. - V. 39. № 3-4. - P. 213-219.

2. Tong D.S., Xia H.S., Zhou C.H. Designed preparation and catalysis of smectite clay-based catalytic materials // Chin. J. Catal. - 2009. - V. 30. - № 11. - P. 1170-1187.

3. Synthesis of clay minerals / D. Zhang et al. // Applied Clay Science. - 2010. - V. 50. - P. 1-11.

4. Каталитические реакции и охрана окружающей среды / А.Я. Сычев, С.О. Травин, Г.Г. Дука, Ю.И. Скулатов. - Ки-

шинев: Штиинца, 1983. - 271 с.

5. Ding Z., Kloprogge J.T., Frost R.L. Porous Clay and Pillared Clays-Based Catalysts. P. 2: A review of the Catalytic and Molecular Sieve Applications // J. Porous Materials. - 2001. - V. 8. - P. 273-283.

6. Fe-pillared clay as a Fenton-type heterogeneous catalyst for cinnamic acid degradation / T. Djamel, S. Mohamed, H.

Mohamed, P. Pierre, K. Hussein // J. Environmental Management. - 2006. - V. 80. - P. 342-346.

7. Chirchi L., Ghorbel A. Use of various Fe-modified montmorillonite samples for 4-nitrophenol degradation by H2O2 // Applied Clay Science. - 2002. - V. 21. - P. 271-276.

8. Valverde J.L. et al. Preparation and characterization of Fe-PILCs. Influence of the synthesis parameters / J.L. Valverde, A. Romero, R. Romero, P.B. Garcia// Clays and clay minerals. - 2005. - V. 53. - № 6. - P. 613-621.

9. Kumar P., Jasta R.V., Bhat S.G. Effect of OH'/All ratio of pillaring solution on the texture and surface acidity of aluminium pillared clays // Indian J. of Chemistry. - 1997. - V. 36 A, № 8. - P. 667-672.

10. Zhao D., Wang G., Yang Y. Preparation and characterisation of hydroxy-FeAl pillared clays // Clays and Clays Minerals. -1993. - V. 41. № 3. - P. 317-327.

11. Ханхасаева С.Ц., Брызгалова Л.В., Дашинамжилова Э.Ц. Fe-пиллар-глины для очистки сточных вод от органических красителей // Экология и промышленность России. - 2003. - № 12. - С. 37-39.

12. Ханхасаева С.Ц., Брызгалова Л.В., Дашинамжилова Э.Ц. Fe-монтмориллониты в реакции окисления органических красителей // Химия в интересах устойчивого развития. - 2004. - № 6. - С. 737-741.

13. Дашинамжилова Э.Ц., Ханхасаева С.Ц. Применение ультразвука при синтезе железоалюмосиликатного материала // Вестник Бурятского госуниверситета. - 2013. - № 3. - С. 19-21.

14. Дашинамжилова Э.Ц., Ханхасаева С.Ц. Влияние условий приготовления Fe-монтмориллонитов на их каталитическую активность в окислении фенола в водных растворах // Журн. прикладной химии. - 2012. - Т. 58, Вып. 3. - С. 500-505.

Дашинамжилова Эльвира Цыреторовна, кандидат химических наук, вед. инженер, лаборатория инженерной экологии, Байкальский институт природопользования СО РАН, e-mail: edash@binm.bscnet.ru

Dashinamzhilova Elvira Tsyretorovna, candidate of chemistry, leading engineer, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, e-mail: edash@binm.bscnet.ru

УДК 544.722 © С.В. Бадмаева

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНТМОРИЛЛОНИТА

В ВОДНОЙ СРЕДЕ

Определена точка нулевого заряда природного монтмориллонита в водной среде. Установлено, что увеличение температуры прокаливания образца монтмориллонита приводит к смещению точки нулевого заряда в сторону низких значений рН.

Ключевые слова: монтмориллонит, заряд поверхности, точка нулевого заряда.

S.V. Badmaeva

SURFACE ELECTRIC PROPERTIES OF MONTMORILLONITE IN THE AQUEOUS MEDIUM

The point of zero charge of natural montmorillonite in the aqueous medium was determined. It has been established that the increase in calcining temperature of montmorillonite leads to the displacement of zero charge point to the low pH values. Keywords: montmorillonite, surface charge, point of zero charge.

O

— O— Si—OH

I

0

1 ,OH

\

/

°Ж'

O O4OH: схема

Адсорбция веществ из растворов на границе раздела фаз «твердая поверхность/вода» зависит от граничных электрических характеристик поверхности. Известно, что слоистые структуры типа 2:1, к которым относится монтмориллонит (ММ), несут электрические заряды двух типов: заряд, возникающий при адсорбции или десорбции протона на поверхностных гидроксильных группах (зависит от рН), и структурный отрицательный заряд, образующийся в результате изоморфных замещений в структуре глины. Поверхностные гидроксильные группы А10Н и 810Н (схема), которые возникают на внешних поверхностях в результате разрыва структур А1 - О - А1 и 81 - О - 81, локализованы на боковых гранях и ребрах пластинчатых частиц монтмориллонита [1]. Структурный отрицательный заряд, возникающий в результате изоморфного замещения катионов А13+ ^ Mg2+ в октаэдрических и 814+ ^ А13+ тетраэдрических сетках монтмориллонита, компенсируется обменными катионами №+ или Са2+, находящимися в межслоевых промежутках частиц ММ [2]. Важной электрохимической характеристикой поверхности монтмориллонита в той или иной среде является точка нулевого заряда (ТНЗ), которая определяется как значение рН, при котором общий чистый заряд поверхности частицы равен 0 [3].

Для определения точки нулевого заряда природного монтмориллонита Мухорталинского месторождения нами был использован метод весового титрования [4], который заключается в измерении значений рН водных суспензий глины с различным содержанием глинистого минерала методом титрования. Навеску образца ММ, высушенного при 104оС, прибавляли к раствору №С1 с определенным значением рН (5.1, 5.9 и 7.3). После каждой добавки определенной навески глины к суспензии измеряли величину рН. Измерения рН проводили до тех пор, пока величина рН суспензии не перестала изменяться при добавке навески глины.

На рис. 1 приведены кривые весового титрования монтмориллонита, высушенного при 104оС, при различной загрузке монтмориллонита. Начальные значения рН водных суспензий монтмориллонита и хлорида натрия составляли 5.1; 5.9 и 7.3. При добавлении навески ММ к суспензиям с начальными значениями рН 5.1 и 5.9 наблюдается увеличение рН до значения, равного 6.1, в то время как при добавлении глины к суспензии с исходным значением рН, равным 7.3, наблюдается его уменьшение до 6.3. Это значение рН (6.2±0.1), которое не изменяется при дальнейшем добавлении ММ, соответствует точке нулевого заряда на поверхности монтмориллонита (рис. 1).

Величина рН нулевого заряда является важной характеристикой, которая позволяет управлять процессами адсорбции. При адсорбции в кислой среде со значением рН ниже, чем рН 6.2, поверхность ММ заряжается положительно, следовательно, монтмориллонит способен к сорбции анионов. Напротив же, при адсорбции из растворов с величиной рН, большей, чем рН 6.2, поверхность монтмориллонита заряжается отрицательно и сорбирует преимущественно катионы.

масса сорбента,г

Рис. 1. Кривые весового титрования монтмориллонита, высушенного при 104оС, при различных начальных значениях рН: 1 - 5.1; 2 - 5.9; 3 - 7.3

Ю.И. Сухарев и др. Эволюционные процессы структурирования гелей оксигидратов тяжёлых металлов. Каустики ла-гранжевых отображений гелевой оксигидратной магнитной жидкости железа______________________________________________

Нами проведены исследования влияния термической обработки на величину точки нулевого заряда. Определение точки нулевого заряда проводили по вышеописанной методике с использованием монтмориллонита, прогретого при 500оС в течение 2 ч. Результаты приведены на рис. 2. Видно, что увеличение температуры прокаливания от 104 до 500оС приводит к смещению положения точки нулевого заряда в более кислую область -от 6.2 до 4.7 (рис. 2).

масса сорбента,г

Рис. 2. Кривые весового титрования монтмориллонита, прогретой при различных температурах: 1 - ММ-104оС, 2 - 500оС (рН нач 5.9)

Это может быть обусловлено тем, что при прокаливании монтмориллонита происходят процессы дегидратации и дегидроксилирования, приводящие к изменению структуры монтмориллонита, а также количества и состояния гидроксильных групп на его поверхности.

Литература

1. Арипов Э.А., Агзамходжаев А.А. Активные центры монтмориллонита и хемосорбция. - Ташкент, 1983. - 164 с.

2. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. - Киев: Наукова Думка, 1975. - 351 с.

3. Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен. - Тула: Гриф и К, 2009. - 172 с.

4. Фрини-Срасра Н., Криаа А., Срасра У. Кислотно-основные свойства Тунисского палыгорскита в водной среде // Электрохимия. - 2007. - Т. 43, № 7. - С. 834-842.

Бадмаева Саяна Васильевна, кандидат химических наук, научный сотрудник, лаборатория инженерной экологии, Байкальский институт природопользования СО РАН, e-mail: sbadm@mail.ru

Badmaeva Sayana Vasilyevna, candidate of chemistry, researcher, laboratory of engineering ecology, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, e-mail: sbadm@mail.ru

УДК 541.182644.001.5 © Ю.И. Сухарев, Л.П. Ларионов, И.Ю. Апаликова, И.Ю. Лебедева,

И.В. Ковалева, Н.В. Кузьмина, Е.В. Тарамина, А.Л. Кузнецов

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ СТРУКТУРИРОВАНИЯ ГЕЛЕЙ ОКСИГИДРАТОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ. КАУСТИКИ ЛАГРАНЖЕВЫХ ОТОБРАЖЕНИЙ ГЕЛЕВОЙ ОКСИГИДРАТНОЙ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ ЖЕЛЕЗА1

Потоки стохастических каустиков гелевых систем, например магнитной жидкости железа (II; III), не есть системы оптические. Модели, в которых рассматриваются неупругие соударения, предполагают формирование ударных волн в местах их взаимодействия. Это явление есть гелевая волновая интерференция или дифракция. При этом создается многообразие движущихся волновых фронтов, установленных экспериментально. Перестройки этих фронтов суть перестройки оксигидратных каустик, исследуемых в "пространстве-времени ”. Объединение фронтов в различные моменты времени образует некую гиперповерхность в пространстве-времени. Эта гиперповерхность, образованная типичным движущимся фронтом, сама является фронтом типичного лежандрова многообразия.

Ключевые слова: лагранжевы отображения, оксигидратные гелевые системы, коллоидные кластеры, спайковый выплеск, диффузный двойной электрический слой, теория Уитни, геометрия каустик.

1 Для лучшего понимания данной статьи читателям рекомендуется познакомиться с работами В.И. Арнольда [4, 5]