CC BY
29
УДК 661.183.45
Н. Н. Бурмистрова*, Е. Н. Иванова, М. Б. Алехина, Т. В. Конькова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * е-шаИ: [email protected]
СТАБИЛЬНОСТЬ ИНТЕРКАЛИРОВАННЫХ МОНТМОРИЛЛОНИТОВЫХ ГЛИН
Исследована стабильность текстурных характеристик гранулированных образцов модифицированных глин в зависимости от условий их хранения. Выявлено, что при хранении образцов адсорбентов на воздухе происходит снижение их удельной поверхности, сорбционного объема пор и объема микропор. Показано, что хранение образцов в эксикаторе в атмосфере над прокаленным цеолитом позволяет сохранить текстурные характеристики образцов без существенных изменений.
Ключевые слова: монтмориллонитовая глина, интеркалирование, текстурные характеристики, пористая структура.
Столбчатые глины исследуются для возможного применения в качестве адсорбентов для разделения газов, а также катализаторов процесса Фентона для очистки сточных вод от органических веществ [1-3]. Эти и другие области применения глин основаны на их высокой удельной поверхности, развивающейся в процессе их модифицирования. Модифицирование проводили с помощью процесса интеркалирования -метода, позволяющего изменить текстурные характеристики глины и ее состав, а также получить преимущественно микропористую структуру [4]. Основные стадии процесса включают ионный обмен межпакетных катионов глины на
полигидроксокатионы металлов и последующую термическую обработку, в ходе которой за счет дегидратирования и дегидроксилирования внедренных полиядерных гидроксокатионов между слоями образуются оксидные столбцы, называемые пилларами. Пиллары перегораживают межслоевое пространство с образованием щелевидных микропор и действуют как опоры, препятствующие сближению слоев, таким образом, создавая пористую двумерную структуру.
Ранее были исследованы адсорбционные свойства и текстурные характеристики образцов глин, интеркалированных алюминием и хромом [2,4]. Образцы адсорбентов показали некоторую селективность к сорбции аргона из газовой смеси кислород-аргон. Также в ходе модифицирования глин были получены образцы с высокими значениями удельной поверхности и объема микропор по сравнению с исходным материалом. В настоящей работе было принято решение исследовать стабильность этих образцов и изучить влияние условий их хранения на текстурные характеристики.
Для исследований была использована монтмориллонитовая глина Таганского
месторождения Республики Казахстан.
Модифицированный образец глины под № 1 (табл. 1) был получен при соотношении А13/ОН в модифицирующем растворе, равном 1:2,3; глина, обозначенная под № 2 - при соотношении А1/ОН', равном 1:2,4; а под № 3 - при соотношении А13/ОН-
в растворе, равном 1:2,0. В состав образца № 4 входила смесь ионов Al3+/Cr3+=1:1.
Таблетирование образцов интеркалированной глины осуществляли без связующего методом сухого формования с помощью гидравлического пресса Crush IR производства фирмы PTKE Technologies под давлением 1500 кг/см2.
Для определения текстурных характеристик адсорбентов были сняты изотермы адсорбции азота при 77 К на объемной установке Nova 1200е (Quantachrome, США). Перед измерением изотерм проводили дегазацию образцов в интервале 400 °С и остаточном давлении 10-3 мм рт. ст. в течение 4 ч. Удельную поверхность (£уд) образцов рассчитывали методом БЭТ, объем микропор (Wo) и характеристическую энергию адсорбции (Ео) - по уравнению Дубинина-Радушкевича. Суммарный сорбционный объем мезо- и микропор (Vs) определяли по изотерме адсорбции азота при значении относительного давления, равном 0,995.
Для исследования стабильности текстурных характеристик образцы № 2 и № 4 в бюксах помещали на хранение в эксикатор с прокаленным цеолитом. Образцы же № 1 и № 3 хранили в бюксах на открытом воздухе. Оценку изменения характеристик образцов глин проводили спустя определенные промежутки времени (табл. 1).
Для образцов, хранившихся на воздухе, вне зависимости от значения температуры прокаливания наблюдали снижение удельной поверхности образцов после 6 мес. хранения. При этом, как видно из табл. 1, значения Vs, объема микропор, а также характеристической энергии адсорбции изменялись незначительно.
Хранение образцов в атмосфере над прокаленным цеолитом не приводило к существенному изменению текстурных
характеристик. Внедрение в структуру модифицированной глины иона хрома (образец № 4), по-видимому, способствовало стабильности значений текстурных характеристик.
Таблица 1. Текстурные характеристики модифицированных и формованных образцов глины в зависимости от условий и продолжительности хранения
Образец Температура ол прокаливания, С Срок хранения, мес. Sуд, м2/г Vs, см3/г Wo, см3/г Е0, кДж/моль
350 0 182,6 0,10 0,09 16,8
1 6 161,9 0,10 0,08 15,8
450 0 168,1 0,11 0,09 16,3
6 146,6 0,08 0,07 15,2
0 224,1 0,13 0,11 13,9
2 550 6 244,5 0,15 0,12 14,8
12 250,3 0,14 0,12 14,4
3 450 0 180,3 0,11 0,09 13,7
6 138,6 0,09 0,07 14,7
0 203,8 0,13 0,10 12,2
4 550 6 202,0 0,10 0,10 12,2
12 192,3 0,12 0,10 12,3
Заключение: В соответствии с полученными данными, можно сделать вывод о том, что хранение образцов интеркалированной монтмориллонитовой глины в эксикаторе над прокаленным цеолитом в
течение длительного времени позволяет сохранить текстурные характеристики адсорбентов
практически неизменными.
Бурмистрова Наталья Николаевна магистрант кафедры Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Иванова Екатерина Николаевна аспирант кафедры Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Алехина Марина Борисовна д.х.н, профессор кафедры Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Конькова Татьяна Владимировна к.т.н., доцент кафедры Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Molinard A., Vansant E. F. Controlled gas adsorption properties of various pillared clays // Adsorption. 1995. Vol.1. № 1. P. 49-59.
2. Вахрушева Е.М., Иванова Е.Н., Алехина М.Б., Конькова Т.В., Джумамухамедов Д.Ш., Ванчурин В.И. Адсорбция макрокомпонентов воздуха на цеолитах и минеральных адсорбентах // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXVII, № 7(147). М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева. 2013. C. 80-84.
3. Садыков Т.Ф., Конькова Т.В., Алехина М.Б. Монтмориллонит со слоисто-столбчатой структурой для процесса Фентона // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXVI, № 8 (137), М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева. 2012. C. 50-54.
4. Иванова Е.Н., Бурмистрова Н.Н., Алехина М.Б., Конькова Т.В. Адсорбенты для разделения газовой смеси кислород - аргон на основе пилларированных монтмориллонитовых глин // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXIX, № 3 (162), М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева. 2015. С. 74-76.
Burmistrova Natalya Nikolaevna, Ivanova Ekaterina Nikolaevna, Alekhina Marina Borisovna, Konkova Tatiana Vladimirovna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
STABILITY OF INTERCALATED MONTMORILLONITE CLAY
Abstract
The stability of textural characteristics of granular samples of modified clays depending on storage conditions was investigated. It was found that the decrease of the specific surface area, sorption pore volume and micropore volume for the samples upon storage in air. It was shown that the storage the samples a desiccator over atmospheric calcined zeolite preserves textural characteristics of samples without significant changes. Key words: montmorillonite clay, intercalation, textural characteristics, porous structure.
