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.