Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

THE ANALYSE OF THE TEXTURAL FEATURES OF BENTONITES FROM KIZIL-DARE (AZERBAIJAN)

Annagiev Kh.M. Mammadov A.U.
The structural futures of Sorbents that is prepared on the basis of Bentonite from Gizil-Dare (Azerbaijan) are analysed in this article. Actually the interest to the creation of the new ecological safe Sorbents is increased.

В настоящее время значительно воз­рос интерес к созданию новых экологи­чески безопасных сорбентов, носителей и катализаторов на основе природных гли­нистых материалов и алюмосиликатов. Слоистые природные силикаты как мате­риалы, обладающие рядом уникальных свойств (способность к ионному обмену и высокая обменная емкость, наличие кри­сталлической структуры с однородными порами молекулярных размеров, протон­ная и апротонная кислотность и др.) по­мимо катализа находят широкое примене­ние в качестве высокоэффективных сис­тем для выделения и очистки нормальных парафиновых углеводородов, разделения смесей различных газов и жидкостей, на­полнителей при вулканизации пластмасс и резины.

Отмеченные особенности глинистых минералов, совместно с их высокой дис­персностью, а потому и чрезвычайно раз­витой поверхностью, обусловливают так­же очень большую адсорбционную ем­кость, т. е. способность активно погло­щать из растворов различные ионы и вещества.

С точки зрения вовлечения новых, доступных источников сырья для получе­ния названных материалов, весьма перспективными представляются бентониты месторождения Гызыл-Даре Азербай­джанской Республики. Содержание мон­тмориллонита (наиболее ценного компо­нента) в составе исследованных образцов бентонита составляет ~85%, остальными минералами являются кварц, полевой шпат, кальцит и слюда [1]. Известно, что путем модифицирования природных алю­мосиликатов, в частности, активации ки­слотной обработкой, создается возможность направленного влияния на форми­рование пористой структуры: как суммар­ного объема пор, так и распределения объема пор по их радиусу.

Целью настоящей работы является определение пористо структурных харак­теристик образцов бентонитов взятых из месторождения Гызыл-Даре до и после кислотной активации, по адсорбции паров бензола и воды с применением ме­тодов БЭТ.

Экспериментальная часть. Измере­ние адсорбции паров бензола и воды про­водили на ваккумно-адсорбционной уста­новке с использованием кварцевых весов Мак-Бена. На основе изотерм адсорбции-десорбции определяли значение емкости монослоя, доли недесорбированного адсорбата, а также удельной поверхности адсорбента по парам бензола и воды. Ки­слотную активацию бентонита осуществ­ляли раствором серной кислотой по общеизвестной методике [2].

Результаты и их обсуждение. На рис.1. представлена изотерма адсорбции паров бензола на образце бентонита месторождения Гызыл-Даре при 200С. Как видно, на изотерме наблюдается гистерезисная петля, что вероятно обусловлено капиллярной конденсацией адсорбата в тонких порах, которая определяет всю адсорбционную ветвь изотермы после об­разования монослоя.


После обработки образца бентонита 20% водным раствором серной кислоты сильно возрастает адсорбционная емкость образца по отношению к молекулам бен­зола (рис.2).

На рис. 3. представлена изотерма ад­сорбции паров воды на природном бенто­ните. Как видно, на изотерме гистерезисная петля не наблюдается, и часть адсор­бированной воды вследствие хемосорбции не десорбируется.

Диаметр пор (d) соответствующий значениям РPs для каждой точки десорбционной ветви изотермы бензола вычисляли по уравнению Томсона-Келвина [3]. Полученные результаты расчета пред­ставлены в прилагаемой таблице.

С использованием адсорбционных данных была построена дифференциаль­ная кривая распределения объема пор по величине их эффективных диаметров (Av/Ad от d). На основании полученных результатов была построена структурная кривая по десорбционной ветви изотер­мы (рис 4.) и кривая распределения объе­ма пор по их диаметрам, которые были определены из структурной кривой (рис.5)


Максимум на кривой распределения объема пор соответствует значению d=50A0. Общий объем пор адсорбентов (vs = см3/г.) определяли в виде произведе­ния количества вещества, адсорбирован­ного при насыщении адсорбента парами жидкости, при Р/Рs =1 на мольный объ­ем /Vm/ Vs=as.Vm.

Следует отменить, что кислотная ак­тивация бентонита приводит к увеличе­нию общего объема пор за счет трансфор­мации микропор в мезопоры, вероятно, вследствие разрушения октаэдрического слоя монтмориллонита, содержащего ио­ны Mq2+;Fe2+ и Fe3+.

Текстурные характеристики природ­ного и водородной формы бентонита Sуд-= 72,0 и 170,0 м2/г; V пор = 0,107 и 0,178 см3/г. (по адсорбции воды v=0,26); dпор=50 и 800А, межплоскостные расстоя­ния d001-9,8 и 17,6А0, соответственно.

Учитывая особенности кристалличе­ского строения монтмориллонита, не­обычную петлю гистерезиса можно также объяснить внедрением молекул бензола в межслоевое пространство минерала. При этом наблюдается отчетливый перегиб, который свидетельствует о переходе ад­сорбции с внешней поверхности минерала к межслоевой сорбции.

Рассчитанные из десорбционной вет­ви гистерезиса по уравнению Томсона-Келвина величины эффективного диаметра пор использовали для построения кривой распределения объема пор по их размерам.


В результате исследования тек­стурных свойств образцов бентонита бы­ло установлено, что монтмориллонитовый минерал, обработанный 20%-ным раствором серной кислоты в те­чение 4 часов при температуре 800С, име­ет большую величину объема пор, с пре­обладанием пор промежуточного диамет­ра (мезопор) по сравнению с не активиро­ванным образцом бентонита. Трансфор­мация пористо-структурной характери­стики образца бентонита, активирован­ного 20% раствором серной кислоты, обу­словлена тем, что при кислотной обработ­ке происходит воздействие на структуру монтмориллонита  с  вымыванием  меж­слоевых обменных катионов. Выводы.

1.   Методом БЭТ исследованы изотер­мы адсорбции бензола и воды на образцах сорбентов полученных на основе бентони­та месторождения Гызыл-Даре Азербай­джанской Республики и установлено рас­пределение объема пор по радиусам. По­казано, что наибольший объем приходит­ся на поры с диаметром 50 А0.

2.   В результате исследования влияния модифицирования образцов природного бентонита обработкой раствором серной кислоты на текстурные характеристики входящего в их состав монтмориллонита установлено как возрастание общего объ­ема пор, так и формирование пористой структуры с преобладанием мезопор.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. М.Х. Аннагиев, Н.А. Иманова, С. Г. Алиева, Т.М. Кулиев. Монография «Сор­бенты на основе природных цеолитов». Баку. Наука 2007, с.20.

2. Строение и свойства адсорбентов и катализатора. Из-во «Мир». Москва 1973.с.295

3. А.В. Киселев, В.П. Древинг. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии. Из-во Московского университета, 1973г. С.221.