CC BY
105
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2011, том 54, №8___________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 622.361.16:541.128(5753)
М.Н.Холмадов*, Ф.С.Шаропов, А.М.Салимов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан М.А.Куканиев
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ПРИРОДНЫХ И ОБРАБОТАННЫХ ГЛИН ТАДЖИКИСТАНА
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан,
Таджикский национальный университет
Изучены поверхностные характеристики некоторых природных и обработанных глинистых минералов Таджикистана, такие как адсорбция азота на их поверхности, удельная поверхность, радиус поверхностных пор. По полученным результатам изотермы адсорбции изученных глин по классификации Брунауэра они относятся к II, IV, V типам, что характерно для полимолекулярной адсорбции. Значения удельной поверхности изученных глин находятся в пределах 20 - 135 м2/г и при кислотной активации она резко увеличивается, что свидетельствует о микропористой структуре изученных глин.
Ключевые слова: глинистые минералы - адсорбция - удельная поверхность - радиус пор - классификация Брунауэра.
Из-за уникальных свойств глинистые минералы широко применяются на практике. Одной из приоритетных областей их применения является гетерогенный катализ, который играет решающую роль во многих отраслях химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, медицинской и пищевой промышленности [1-5].
Одним из важных способов получения глин высокого качества является обработка их минеральными кислотами, в результате которой значительно изменяется структура глинистых минералов. В частицах обработанных глин возникают новые активные центры, с которыми связаны проявляемые ими высокие сорбционные и каталитические свойства [1, 2].
Повышение адсорбционных и каталитических свойств глин резко увеличивает интерес к измененным поверхностным явлениям и пористой структуре глинистых минералов. При замещении натуральных неорганических катионов другими типами катионов образуются новые модификации глин [3-5]. Под влиянием ионообменного процесса можно получить глины с контролируемой площадью поверхности и пористости. Это соответственно приводит к практическому применению глин как адсорбентов и катализаторов.
Исходя из этого, нами была поставлена задача изучить поверхностные характеристики ряда местных глинистых минералов из Султанабада, Зидды, Шар-Шара, Каратага, Ширкента, Утагана и Мирзои.
Адрес для корреспонденции: Куканиев Мухамадшо Ахмадович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: kukaniev@mail.ru
Также были получены кислотные, аммониевые, медные, никелевые и кобальтовые формы некоторых вышеуказанных глинистых минералов.
Кислотная и аммонийная активация глин проводилась обработкой 20% раствором соляной кислоты и 3% раствором хлорида аммония, соответственно. Медные, никелевые и кобальтовые формы глин получали многократным ионным обменом из 0.1 N раствора соответствующих нитратов. Температура реакционной среды была 50°С и скорость перемешивания 600-800 об./мин. Соотношение «глина : раствор» составляло 1:10. По окончании ионного обмена глину промывали дистиллированной водой до отрицательной реакции на анионы хлора и нитрата. Образцы высушивали в сушильном шкафу при 100... 120°С.
Для определения значения удельной поверхности обычно измеряют объём газа, который при адсорбции образует на поверхности твёрдого тела мономолекулярный слой. Количество газа, адсорбированного твёрдым телом, измеряют волюметрическим и гравиметрическим методами. Широко распространено определение количества газа, необходимого для образования мономолекулярного слоя, по низкотемпературной адсорбции с помощью уравнения Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ). Уравнение БЭТ обычно применимо при отношении р (равновесное давление адсорбата) / р0 (давление насыщенного пара адсорбата при температуре эксперимента) в пределах от 0.05 до 0.35. По изотерме зависимости значений р и (объём газа, адсорбированного при равновесном давлении) удается характеризовать адсорбцию по классификации Брунауэра [1].
В связи с этим нами изучена изотерма зависимости значений р и УаЙ8 и на их основе характе-ризирован процесс адсорбции (рис).
Рис. Изотермы зависимости значений отношения р/р0 и Vads:
N1 - Каратаг, N2 - Мирзои, N3 - Утаган, N4 - Шар-Шар, N6 - Зидды, N7 - Ширкент.
Изотермы адсорбции, представленные на рисунке, относятся к типам II, IV и V [1, 2], что характеризует полимолекулярную адсорбцию и полимолекулярную адсорбцию с осложнённой капиллярной конденсацией.
Измерение только одной пары значений р и УаЙ5 уже позволяет вычислить площадь поверхности. Измерение значений р и УаЙ8 проводилось на приборе Quantachrome АиІшогЬ 1, в качестве адсор-бата использован азот при температуре 77К. По объёму азота, который при адсорбции образует на поверхности твёрдого тела мономолекулярный слой, определены значения удельной поверхности изученных глин, которые представлены в таблице.
Таблица
Поверхностные характеристики глин
Форма глин Тип изотермы Удельная поверхность, м2/г Радиус пор, нм
Каратаг природная IV 20.15 0.333-0.705
Мирзои -«»- II 35.89 0.343-0.705
Утаган -«»- II 28.32 0.337-0.811
Cu II 47.13 0.363-0.811
Ni V 22.97 0.304-0.811
BH+ V 26.55 0.326-0.811
H+ IV 83.24 0.347-0.811
Шар-Шар природная II 38.94 0.347-0.705
Cu IV 41.67 0.326-0.705
Ni V 32.43 0.326-0.705
BH+ V 35.92 0.304-0.811
H+ IV 134.84 0.326-0.705
Султанабад Cu IV 31.80 0.315-0.705
Co V 20.82 0.63-0.811
BH+ V 30.40 0.315-0.811
Зидды природная V 21.32 0.326-0.607
Ширкент -«»- V 31.90 0.326-0.607
Примечание :BH+ -аммониевая форма.
Как видно из таблицы, значения удельной поверхности глин находятся в пределах от 20 до 135 м2/г. При кислотной активации они резко увеличиваются.
По формуле
—0.977 нм 1п(р/р0)
вычислено значение размера пор в начале и после завершения адсорбции (см.табл.).
Следовательно, размер пор находится в пределах от 0.304 до 0.811 нм. Эти данные свидетельствуют о микропористой структуре изученных глин.
Поступило 26.05.2011 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бремер Г., Вендландт К.П. Введение в гетерогенный катализ. - М.: Мир, 1981, 20 с.
2. Рогинский С.З., Яновский М.И., Берман А.Д. Основы применения хроматографии в катализе. -М.: Наука, 1972, 50 с..
3. Ахалбедашвили Л.Г. Каталитические и ионообменные свойства модифицированных цеолитов и сверхпроводящих купратов: Автореф. дис...д.х.н. - Тбилиси, 2006, 45 с.
4. Abollino O., Giacomino A. et al. - Applied Clay Science, 2008, №38, pp.227-236.
5. Huang F.C., Lee J.F. et al. - Physcochem. Eng. Aspects, 2004, №239, pp. 41-47.
М.Н.Холмадов*, Ф.С.Шаропов, А.М.Салимов, М.А.Куканиев
ТАСНИФОТИ САТХИИ ЯЩАТОР ГИЛ^ОИ ТАБИИ ВА КОРКАРДШУДАИ ТОЧИКИСТОН
Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон,
*Донишго%и миллии Тоцикистон
Таснифи сотуи якцатор гилуои табии ва фаъолкардашудаи Тоцикистон, аз цумлаи цабиши нитроген, сатуи хос ва радиуси кафишуои сату омухта шудааст. Дар асоси натицауои ба даст овар-дашуда, таснифоти кацхатуои цаббиш аз руи таснифоти Брунауэр гузаронида шудааст. Цабиши сатуи ба навъуои II, IV ва V дохил мешавад, ки ба цабиши полимолекуляри хос мебошанд[1-2]. Омузиши цабиши сатуи гилуо дар уудуди аз 20 то 135 м2/г цойгир аст, ки он уангоми фаъолкунии гидрогени якбора зиед мешавад. Андозауои радиуси кафишуои сатуи шоуиди он аст, ки гилуои дар таути омузиш царор дошта, ба гурууи моддауои микрокафишдошта, шомил мебошанд.
Калима^ои калиди: гилхокуо - адсорбсия - цабиши сатуи - радиуси кафиш - таснифоти Брунауэр.
M.N.Kholmadov*, F.S.Sharopov, A.M.Salimov, M.A.Kukaniev SURFACE CHARACTERISTIC OF SOME NATURAL AND TREATED CLAYS OF TAJIKISTAN
V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,
Tajik National University
Surface characteristic of some natural and treated mineral clays of Tajikistan such as adsorption of nitrogen on their surface, surface area and radiuses of surface pore were investigated. On the base of obtaining results classified isotherm of adsorptions according the Brunauer classification. Isotherm of adsorption belong to II, IV, and V types, which characterized with poly molecular adsorption. Dates of specific surface area lied in scope from 20 till 135 м2/gm. And during acidic activation it sharply increased. Dates of size of pore denoted about micropore structure of clays.
Key words: clay mineral - adsorption - surface area - pore radiuses - Brunauer classification.
