Дипломная работа: Исследование физико-химических и прикладных свойств новых полимерных композиционных материалов на основе слоистых силикатов и полиэлектролитов
Модифицирование карбонатом натрия оказывает влияние на химический состав бентонита. За счёт снижения содержания оксида кремния, в процессе растворения свободного кремнезема в щелочной среде, количество оксидов алюминия, железа, щелочных и щелочноземельных металлов в образцах увеличивается. В результате замещения щелочноземельных металлов в ионообменном комплексе на ионы натрия, содержание последних возрастает в 4,4 раза, что приводит к увеличению ионообменной емкости глины от 75 мг-экв / 100 г глины до 120 мг-экв / 100 г глины.
Для оценки катионообменной емкости бентонита использовали метод поглощения красителей основной природы (таблица 3). Определено, что образцы бентонита, за исключением модифицированного кислотой, проявляют высокую адсорбционную способность по отношению к органическому красителю метиленовому голубому (МГ), в том числе при повышенной адсорбционной нагрузке.
Таблица 3
Адсорбционные свойства природного и модифицированного бентонитов по отношению к органическому красителю
| Показатели | Величина показателя | |||
| Бентонит | ||||
| природный | обогащенный | модифицированный | ||
| Серной кислотой | Карбонатом натрия | |||
| Степень адсорбции, мг/г | 72,6 | 65,0 | 38,7 | 87,1 |
|
Степень поглощения, %, при адсорбционной нагрузке, мг/г: 37,5 75,0 150,0 |
97,9 92,6 55,4 |
98,9 96,4 68,2 |
13,5 12,7 9,7 |
98,3 93,5 56,6 |
Модифицирование кислотой приводит к разрушению кристаллической структуры глинистых минералов вследствие вымывания ионов алюминия, железа и магния, способствуя развитию поверхности. Удельная поверхность бентонита возрастает с 24 до 76 м2/г за счет формирования более мелкопористой структуры – средний радиус пор уменьшается с 59 до 33 нм.
Таблица 4
Параметры пористой структуры природного и модифицированного бентонитов
| Параметр | Величина параметра | |||
| Бентонит | ||||
| природный | обогащенный | модифицированный | ||
| Серной кислотой | Карбонатом натрия | |||
|
Суммарный объем пор, см3/г |
0,47 | 0,51 | 0,76 | 0,54 |
|
Удельная поверхность, м2/г |
24 | 24 | 76 | 48 |
| Средний радиус пор, нм | 59 | 64 | 33 | 51 |
| Пористость, % | 52 | 54 | 61 | 55 |
Термическая активация предварительная сушка при температуре 100 °С, а затем 200 °С, улучшает адсорбционные свойства и способствуют развитию поверхности бентонитов, что связано с освобождением от воды адсорбционного пространства. При прокаливании при температурах до 600 °С удаляется структурносвязанная вода и, в связи со снижением степени гидратации поверхности материалов, происходит снижение адсорбционной способности. При прокаливании при температуре 800 °С удельная поверхность уменьшается, что может обуславливаться химическим взаимодействием слагающих породы оксидов, сопровождающимся формированием кристаллических структур иных типов и является причиной изменения адсорбционных свойств бентонитов, модифицированных серной кислотой и карбонатом натрия (таблицы 6, 7).
Таблица 6
Адсорбционные свойства природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания
| Бентонит | Степень адсорбции красителя, мг/г, при температуре прокаливания, °С | |||
| 200 | 400 | 600 | 800 | |
| природный | 49,8 | 29,0 | 9,1 | 3,0 |
| обогащенный | 75,0 | 25,0 | 8,8 | 3,0 |
| модифицированный серной кислотой | 10,0 | 8,1 | 5,5 | 24,6 |
| модифицированный карбонатом натрия | 87,1 | 25,0 | 5,0 | 48,4 |
Таблица 7
Удельная поверхность природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания
| Бентонит |
Удельная поверхность, м2/г, при температуре прокаливания, °С |
|||
| 200 | 400 | 600 | 800 | |
| природный | 24 | 20 | 12 | 7 |
| обогащенный | 24 | 21 | 18 | 6 |
| модифицированный серной кислотой | 76 | 42 | 40 | 30 |
| модифицированный карбонатом натрия | 48 | 39 | 32 | 14 |
3.3 Разработка органоглин на основе бентонита месторождения «Герпегеж»
