CC BY
1"АЧЩ VA TABПY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" КЕ8РиБЫКЛ 1ЬМ1У-ЛМЛЫУ ANJUMANI 2024-У1Ь 7-МЛУ
СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ БЕНТОНИТА И КРЕМНЕЗЕМА
*Кораев Сарварбек Эгамназар угли, 2Муяссарова Райхона Икром кизи, 3Каттаев Нуритдин Тураевич, 4Акбаров Хамдам Икрамович
базовый докторант, ДИПП, 2базовый докторант, НУУз, 3и.о. профессора, д.х.н., НУУз,
4профессор, д.х.н., НУУз https://doi.org/10.5281/zenodo.11122392
Аннотация. В статье представлены результаты изотермической адсорбции паров воды новым композитом на основе Навбахорского бентонита и кремнезема. На основании данных адсорбции рассчитаны параметры капиллярной-пористой структуры образца. Показано, что наличие метильной группы в молекуле прекурсора оказывает сильное влияние на полярности матрицы, приводя к усилению ее гидрофобности.
Ключевые слова: навбахорский бентонит, кремнезем, изотермическая адсорбция, пористость, полярность, амфифильность.
Проблема глубокой очистки производственных сточных вод, загрязненных различными веществами, является одной из важнейших с точки зрения охраны окружающей среды. Адсорбция с применением пористых материалов с большой площадью поверхности и пористостью является многоцелевым методом очистки, допускающим практически полное очищение от примесей из жидкой среды. Адсорбционная очистка отличается эффективностью во всех интервалах концентраций, растворенных поллютантов, особенно при низком содержании загрязняющего вещества. Среди таких материалов особое занимают гибридные кремнезем-неорганические системы, полученные путем инкорпорирования бентонитовой глины в кремнеземную фазу в золь-гель процессе [1-2].
Для придания матрице эластичности и амфифильности в качестве золь-гель агента использовали метилтриметоксисилан (МТМС). Известно, что замена одной органоксигруппы в тетраорганоксисилоксане, имеющем сильную гидрофильную природу, на углеводородный радикал приводит к значительному увеличению гидрофобности кремнезема. Чем больше количество функциональных групп Si-O-Si, и CH в
кремнеземе, тем выше его гидрофобность [3-5].
Получение бентонит-кремнеземного композита. В водно-спиртовый раствор с рН~10-11 при интенсивном перемешивании добавили расчетное количество МТМС. Реакционную смесь нагрели до 60оС, через 15-20 минут, как только начал выпадать белый осадок, в реакционную смесь порциями добавили Навбахорский бентонит в соотношении МТМС/бентонит=10:1. Реакцию продолжили в течение 30-40 минут при интенсивном перемешивании. Затем реакционную смесь охладили до комнатной температуре и хранили в течение 24 часа для завершения процесса поликонденсации. Процесс получения бентонит-кремнеземного композита можно представить следующей схемой:
"АЧЩ VA TABПY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" КЕ8РиБЫКЛ 1ЬМ1У-ЛМЛЫУ ANJUMANI 2024-УТЬ 7-МЛУ
Интегральную адсорбцию паров растворителей (воды, бензола) композитом изучали в вакуумной установке, оснащенной весами Мак-Бена, при 298 К и остаточном давлении воздуха 10-3-10-4 Па. Чувствительность пружин составляла 1,2-10-3 м/кг. При достижении равновесных значений количества сорбированных молекул растворителя измеряли равновесное давление пара и строили изотермы сорбции. Параметры пористой структуры образцов рассчитывали по уравнению полимолекулярной (полислойной) адсорбции на основе теории БЭТ [6]:
На рисунке представлены изотермы адсорбции паров воды и бензола на бентонит-кремнеземном композите. Как видно из рис.1, кривые адсорбции имеют Б-образную форму, которая обусловлена одновременно происходящими процессами физической адсорбции сорбата в порах композита и процессами их набухания [6]. При этом наблюдается особенно сильное поглощение паров бензола в области низких относительных давлений (р/ро<0,4), что можно объяснить заметной гидрофобностью композита благодаря наличию метильных групп кремнезема. А в случае адсорбции паров воды сильное поглощение происходит в области высоких относительных давлений (р/р0>0,6), которое, вероятнее всего, связано набуханием гидрофильных центров композита, в особенности находящихся в
бентонитовом компоненте композита.
2,0
Рисунок. Изотермы адсорбции паров воды (а) и бензола (б) бентонит-кремнеземным композитом
На основании данных адсорбции паров воды и бензола композитом рассчитаны параметры капиллярно-пористой структуры композита, которые приведены в таблице.
"ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
Таблица
Параметры капиллярно-пористой структуры, рассчитанные на основе изотерм адсорбции паров растворителей бентонит-кремнеземным композитом
Растворитель xm, г/г Зуд, М2/Г Wo, см3/г Гср, Â
Вода 0,0078 27,56 0,0347 25,18
Бензол 0,0686 1621,39 0,1425 1,76
Из данных таблицы следует, что параметры пористости по «воде» и «бензолу» сильно различаются. Так, значения емкости мономолекулярного слоя (xm), удельной поверхности (Буд) и общего объема пор ^о) практически на порядок больше в случае адсорбции неполярного растворителя: 0,0686 г/г, 1621,39 м2/г и 0,1425 см3/г соответственно, что подтверждает более гидрофобную природу композита. Однако значение среднего размера пор (гср) по «бензолу» очень низкое (1,76 Â).
Следует отметить, что параметры капиллярной-пористой структуры являюся приблизительными, так как для получения наиболее точных результатов адсорбаты должны быть инертными по отношению к адсорбенту. Однако полученные данные весьма полезны для объяснения природы активных центров в композите.
Таким образом, результаты адсорбции паров воды и бензола свидетельствуют о амфифильности структуры композита. Наличие метильной группы, относящегося молекуле прекурсора (МТМС), оказывает сильное гидрофобизирующее влияние на матрицу бентонит-кремнеземного композита.
REFERENCES
1. Ryoko Suzuki. Effect of Adding Bentonite to Porous Silica via the Sol-Gel Method // ACS Omega 2024, 9, 10577-10582.
2. Mohammed D. Alsubei, Barry Reid, Saad A. Aljlil, Marc-Olivier Coppens, Luiza C. Campos. Fabrication and characterization of coated ceramic membranes from natural sources for water treatment applications // Journal of Membrane Science 2024, 690, 122226.
3. Latthe S.S, Imai H., Ganesan V and Rao A.V. Porous superhydrophobic silica films by solgel process // Microporous and Mesoporous Materials 2010, 130, 115-121.
4. Yun, S., Guo, T., Zhang, J., He, L., Li, Y. et al. Facile synthesis of large-sized monolithic methyltrimethoxysilane-based silica aerogel via ambient pressure drying // Journal of Sol-Gel Science and Technology 2017, 83, 53-63.
5. Darmawan A. et al. Synthesis and characterization of hydrophobic silica thin layer derived from methyltrimethoxysilane (MTMS) //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2018, 299, 1, 012041.
6. Отаджонов С.Р. и др. Исследование сорбции паров воды и бензола производными поливинилимидазола // Universum: химия и биология, 2023, 9(111). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/15859.
