Разработка органоглин на основе бентонита месторождения «Герпегеж»

3.3 Разработка органоглин на основе бентонита месторождения «Герпегеж»

Установлена возможность регулирования свойств бентонита путем модифицирования поверхностно-активными органическими соединениями. Известно, что органофильные бентониты находят применение в качестве связующих для приготовления безводных формовочных смесей в литейном производстве, адсорбентов, структурообразователей, а в последнее время – компонентов полимер-неорганических нанокомпозитов.

Для гидрофобизации поверхности частиц бентонита и повышения её сродства к органическим веществам использовали соединения, содержащие аминогруппы гуанидина.

Для отработки технологии получения органоглин и оптимизации структурных характеристик, обменных и физико-химических свойств образцов варьировали соотношение компонентов и условия проведения процесса модификации монтмориллонита.

Сорбционные свойства полученных органоглин по сравнению с исходным монтмориллонитом заметно возрастают (табл.8).

Как видно из таблицы модификация монтмориллонита при введении аминогрупп гуанидинсодержащих соединений приводит к заметному улучшению степени извлечения красителя, обусловленному формированием дополнительных сорбционных центров.

Таблица 8

Свойства органоглины, модифицированной различным количеством акрилата гуанидина (АГ)

№ п\п	Содержание АГ, г на 20г глины	Адсорбционная емкость, мг*г-1
1	1	30
2	2	94
3	3	105
4	4	120
5	5	150

Таким образом, предварительная обработка природного бентонита неорганическими и органическими солями обеспечивает химическое, макроструктурное модифицирование и одновременное обогащение бентопорошка, позволяют повысить сорбционные свойства и качество готовой продукции.

3.4 Разработка полимерных композиционных материалов на основе органоглин на основе бентонита месторождения «Герпегеж»

Объектами исследований в данной части работы являются нанокомпозиты, полученные на основе органомодифицированных слоистых природных алюмосиликатов (монтмориллонит) и новых биоцидных водорастворимых ионогенных акрилат- и метакрилатгуанидиновых мономеров и полимеров.

Полимеризацию гуанидинсодержащего мономера in situ проводили в присутствии персульфата аммония в водном растворе по методике указанной в экспериментальной части.

Одно из наиболее важных применений нанокомпозиционных материалов - ионообменная и сорбционная очистка воды.

Исследование сорбционной активности полученных композитов осуществляли традиционными способами, которыми обычно пользуются для оценки «активности» сорбентов в статических условиях: по адсорбции метиленового синего водного раствора (таблица 9).

Возможность извлечения синтезированными композиционными материалами некоторых тяжелых металлов из модельных растворов исследовали с использованием модельных растворов; результаты приведены в табл. 10,11.

Таблица 9

Оценка адсорбционной емкости образцов полимерно-глинистых материалов

№/№	Состав композита	Адсорбционная емкость, мг*г-1 по МС
		Статический режим	Динамический режим
1	Монтмориллонит/МАГ 90:10	22	33
2	Монтмориллонит/МАГ 80:20	23	31
3	Монтмориллонит/МАГ 70:30	44	66

Таблица 10

Исследования сорбционных свойств органоглин по отношению к некоторым тяжелым металлам в динамическом режиме

Ион металла	[Me], мг/мл до сорбции	[Me], мг/мл после сорбции	Сорбционная емкость, ммольэкв/100г	степень извлечения металла, %
Со2+	100	14,5	243,36	85,5
Мn2+	100	28	210,64	78
Cu2+	390	7,8	1223,3	98
MoO3-	100	10	826	90
WO3-	100	14	699	86

Таблица 11

Эффективность очистки воды от ионов тяжелых металлов сорбентами в статическом режиме

№, п/п	элемент	Концентрация металла, мг/л
		До очистки	После очистки	Степень сорбции,%
		ММТ/ МАГ
1	Cu2+	0,1	0,0257	74,22
2	Pb2+	0,01	0,0020	79,42
3	Cd2+	0,01	0,0016	83,20
4	Zn2+	0,01	0,0015	84,4
5	Co2+	0,01	0,0021	78,6
6	Cr6+	0,01	0,0022	77,8
7	Mo6+	0,001	0,0001	87,5
8	W6+	0,001	0,0001	86,9
1	Cu2+	0,1	0,0017	98,3
2	Pb2+	0,01	0,0014	86,08
3	Cd2+	0,01	0,0011	88,85
4	Zn2+	0,01	0,0014	85,47
5	Co2+	0,01	0,0017	82,65
6	Cr6+	0,01	0,0009	90,45
7	Mo6+	0,001	0,00001	98,6
8	W6+	0,001	0,00002	97,9

Таким образом, повышенная способность синтезированных композитов связываться с тяжелыми металлами позволяет рекомендовать синтезированные новые нанокомпозиты в качестве эффективных сорбентов для использования в экологических технологиях, связанных с регенерацией загрязненных водоисточников.

ВЫВОДЫ

1. Впервые исследованы химико-минералогический состав и состав ионообменного комплекса бентонита Центрального месторождения «Герпегеж» Кабардино-Балкарской республики.

2. Выявлено, что основными минералами бентонита Центрального месторождения «Герпегеж» являются монтмориллонит, кварц, каолинит, гидрослюда. Ионообменный комплекс бентонита изученного месторождения относится к щелочноземельному типу.

3. Изучено влияние модифицирования на химико-минералогический состав и физико-химические свойства бентонита. Установлено, что обогащение, кислотное, солевое, термическое, органическое модифицирование позволяют регулировать состав ионообменного комплекса и физико-химические свойства бентонитов.

4. Показано, что удаление крупнозернистых включений увеличивает долю монтмориллонита, возрастают ионообменная емкость и гидрофильность. Модифицирование карбонатом натрия диспергирует бентонит, повышая удельную поверхность, ионообменную ёмкость и гидрофильные свойства. Кислотное модифицирование способствует развитию поверхности и пористой структуры, но разрушает исходную структуру бентонита.

5. Выявлено, что модифицирование органическими поверхностно-активными веществами – гуанидинсодержащими солями, придает поверхности бентонита гидрофобные свойства и повышает их адсорбционную активность.

6. Установлена возможность регулирования адсорбционных свойств бентонита путем модифицирования мономерными и полимерными поверхностно-активными гуанидинсодержащими солями – акрилатом и метакрилатом гуанидина.

ЛИТЕРАТУРА

1.            Дубинин М. М. В кн.: Природные минеральные сорбенты. Киев: Изд-во АН УССР, 1960, с. 9-23.

2.            Дубинин М. М. В кн.: Природные минеральные сорбенты. М: Наука, 1967, с. 5-24.

3.            Дубинин М. М., Ложкова Н. С., Онусдйтис Б А.В. кн.: Клиноптилолит. Тбилиси: Мецниереба, 1977, с. 5-11.

4.            Isirikyan A. A., Dubinin M. M. In: Occurrence, properties and utilisation of natural zeolites.Budapest: Akademiai Kiado, 1988, с. 553-564.

5.            Тарасевич Ю. И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. Киев: Наукова думка, 1981, с. 208.

6.            Пещенко А.-А., Воронков М. Г., Крупа А. А.,Свидерский В. А. Гидрофобный вспученный перлит. Киев: Наукова думка, 1977, с. 204.

7.            Липкинд-Б. А., Слисаренко Ф. А., Бурылов В. А. В кн.: Физико-химические исследования природных сорбентов. Саратов: Изд-во Саратовского пед. ин-та, 1968, с. 75-127.

8.            Петров В. П. и др. Сырьевая база кремнистых пород СССР и их использование в народном хозяйстве. М.: Недра, 1976, с. 105.

9.            Каглер М., Воборский Я. Фильтрование пива.М.: Агропромиздат, 1986, с. 280.

10.       Мдивнишвили О. М. Кристаллохимические основы регулирования свойств природных сорбентов. Тбилиси: Мецниереба, 1983, с. 268.

11.        Лурье А. А. Сорбенты и хроматографические носители. М.: Химия, 1972, с. 320.

12.       Бондаренко С. В., Тарасевич Ю. И. Коллоидн.журн., 1988, т. 50, № 3, с. 419-424.

13.        Бондаренко С. В., Назаренко А.В., Тарасевич Ю. К, Ланин В. В. Укр. хим. журн., 1988, т. 54, №3, с. 268-272.

14.        Бондаренко С. В., Назаренко А. В., Тарасевич Ю. И. Журн. прикл. химии, 1989, т. 62, № 6, с. 1252-1256.

15.       Тарасевич Ю. И., Крупа А. А., Безорудько О. В. Химия и технология воды, 1981, т. 3, № 2, с. 148-152.

16.       Пилипенко А. Т. и др. Там же, № 3, с. 242-247.

17.       Патюк Л. К. и др. Там же, 1982, т. 4, № 6, с. 546-548.

18.       Тарасевич Ю. И. и др. Там же, 1985, т. 7, № 6, с. 67-70.

19.       Тарасевич Ю. И. Укр. хим. журн., 1969, т. 35, № 10, с. 1112-1113.

20.       Тарасевич Ю. И., Овчаренко Ф. Д. Адсорбция на глинистых минералах. Киев: Наукова думка, 1975, с. 352.

21.       Diamond S. Clays and Clay Miner., 1971, v. 19, № 4, р. 239-249.

22.       Кирин Б. М., Мамлеева Н. А., Некрасов Л. И. Журн. физ. химии, 1981, т. 55, № 9, с. 2383-2387.

23.       Aylmore L. A. G. Clays and Clay Miner., 1977,v. 25, № 2, р. 148-154.

24.       Stepkovska E. T. Thermochim. Acta, 1988, v.135, р. 313-318.

25.       Stul M. S. Clay Miner., 1985, v. 20, № 3, р.301-313.

26.       Овчаренко Ф. Д., Тарасевич Ю. И., ВалицкаяВ. М. Коллоида, журн., 1967, т. 29, № 5, с.12-718.

27.       Тарасевич Ю. И. и др. Химия и технологияводы, 1987, т. 9, № 6, с. 510-514.

28.       Barrer R. M., Mackenzie N. J. Phys. Chem., 1954, v. 58, № 7, p. 560-568.

29.       Fukushima G. e.a. In: Proc. 7th Euroclay Conf.Dresden'91. Greifswald: Ernst-Moritz-Arndt-Univer., 1991, p. 385-389.

30.       Грим Р. Э. Минералогия и практическоеиспользование глин. М.: Мир, 1967, с.512.

31.       Овчаренко Ф. Д., Тарасевич Ю. И., Марцин И.
И. В сб.: Нефтепереработка и нефтехимия.Киев: Наукова думка, 1984, вып. 26, с. 3-10.

32.       Алексеева Р. В., Куваева М. М., Харитонова Л. К. Адсорбенты на основе природных глин для очистки углеводородов. М.: ЦНИИТЭ-
Нефтехим, 1978, с 48.

33.       Тарасевич Ю. И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов. Киев: Наук. думка, 1988, с 248.

34.       Тарасевич Ю. И. и др. Коллоидн. журн., 1975,т. 37, № 5, с. 912-917.

35.       Кердиваренко М. А. Молдавские природные адсорбенты и технология их применения. Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1975, с. 192 .

36.       Таран Н. Г. Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности. М.: Легкая и пищевая промышл., 1983, с 248.

37.       Агабальянц Э. Г., Никулина А. В. В сб.:Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. Киев: Наукова думка,1984, вып. 16, с. 95-99.

38.       Кудин А. В., Берман О. Н. Водоснабжение и сан. техника, 1987, № 1, с. 17.

39.       Панасевич А. А. и др. В сб.: Дисперсные минералы Закарпатья и научно-технический прогресс. Ужгород: Изд. Ужгородск. ун-та, 1988,
с. 110-120.

40.       Севрюгов Л.Б. и др. В сб.: Сорбенты и сорбционные процессы.Ленинград: Ленингр.технологич. ин-т им. Ленсовета, 1989, с. 19-25.

41.       Климова Г. М., Тарасевич Ю. И. Химия и технология воды, 1992, т. 14, № 12, с. 929-934.

42.       Тарасевич Ю. И. В кн.: Адсорбция и адсорбенты. М.: Наука, 1987, с. 209-214.

43.       Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы. М.:Мир, 1973, с. 386.

44.       Комаров В. С. Адсорбционно-структурные, физико-химические и каталитические свойства глин Белоруссии. Минск: Наука и техника, 1970, с. 318.

45.       Комаров В. С., Скурко О. Ф. Изв. АН БССР, сер. хим., 1974, № 3, с. 22-26.

46.       Мерабишвили М. С. Бентонитовые глины. Тбилиси: Мецниереба, 1979, с. 310.

47.       Айлер Р. К. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. М.: Госстройиздат, 1959, с. 288.

48.       Gonzalez F. e.a. Clays and Clay Miner., 1989,v. 37, № 3, p. 258-262.

49.       Suquet H. e.a. Clay Miner., 1991, v. 26, № 1,p. 49-60.

50.       Тарасевич Ю. И. Химия и технология воды,1989, т. 11, №9, с 789-804.

51.       Leon С. A. L., Scaroni A. W., Radovic L. P. J.Coll. Interf. Sci., 1992, v. 148, № 1, p. 1-13.

52.       Leboda R. Mater. Chem. and Phys., 1992, v. 31,
№ 2, p. 243-255.

53.       Leboda R. Ibid., 1993, v. 34, № 1, p. 123-141.

54.       Тарасевич Ю. И. и др. Химия и технология воды, 1980, т. 2, № 5, с. 392-395.

55.       Тарасевич Ю. И. и др. Там же, 1988, т. 10, №4, с. 315-317.

56.       Кульский Л. А. и др. Там же, 1990, т. 12, № I,с. 15-18.

57.       Brindley G. W., Sempels R. E. Clay Miner., 1977,v. 12, № 3, p. 229-237.

58.       Vaughan D. E. W. In: Perspectives in Molecular Sieve Science. Washington: Amer. Chem. Soc,1988, p. 308-323.

59.       Bottero J. Y. e.a. J. Phys. Chem., 1980, v. 84,№ 22, p. 2933-2939.

60.       Тарасевич Ю. И. и др. Коллоидн. журн., 1986, т. 48, № 3, с. 505-511.

61.       Тарасевич Ю. И. и др. Там же, 1993, т. 55, №1, с. 128-137.

62.       Malla P. В., Komarneni S. Clays and Clay Miner., 1990, v, 38, № 4, p. 363-372.

63.       Nolan T, Srinivasan K. R., Fogler H. S. Ibid.,1989, v. 37, № 5, p.'487-492.

64.       Zielke R. C, Pinnavaia T. J. Ibid., 1988, v. 36, № 5, p. 403-408.

65.       Srinivasan K. R., Fogler H. S. Ibid., 1990, v. 38, № 3, p. 287-293.

66.       Тарасевич Ю. И. и др. Укр. хим. журн., 1989, т. 55, № 7, с. 686-691.

67.       Жукова А. И. и др. Журн. прикл. химии, 1989,т. 62, № 6, с. 1311-1315.

68.       Тарасевич Ю. И., Аксененко Е. В., БондаренкоС. В. Журн. физ. химии, 1992, т: 66, № 3, с. 712-715.

69.       Назаренко А. В. и др. Теорет. и эксперим.химия, 1989, т. 25, № 6, с. 753 755.

70.       Ю.Tarasevich Yu. I.e.a. Adsorption Sci. and Technol., 1993, v. 10, Spec. Issue, p. 147-153.