close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Влияние термообработки на текстурные свойства монтмориллонита.

код для вставкиСкачать
ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011/3
7. Намсараев З.Б., Горленко В.М., Намсараев Б.Б., Бархутова Д.Д. Микробные сообщества щелочных гидротерм. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. – 111 с.
8. Truper H.G. Schlegel H.G. Sulphur metabolism in Thiorodacea // Antonie Van Levenhoek. – 1964. – P. 225-238.
9. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984. – 448 с.
10. Иванов М.В. Применение изотопов для изучения интенсивности процесса редукции сульфатов в озере Беловодь //
Микробиология. – 1956. – Т.25, №3. – С. 305-309.
11. Тудупов А.В., Калашников А.М., Бархутова Д.Д. Распространение сульфатвосстаналивающих бактерий в щелочных
гидротермах Прибайкалья // Вестник БГУ. – 2009. – Вып. 4. – С. 102-105.
12. Калашников А.М., Тудупов А.В., Зайцева С.В. и др. Разнообразие сульфатредуцирующих бактерий в щелочных гидротермах Прибайкалья // Вестник БГУ. – 2010. – Вып. 4. – С. 93-96.
Тудупов Аламжи Владимирович, аспирант, лаборатория микробиологии, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, talamzhi@yandex.ru
Бархутова Дарима Дондоковна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория микробиологии, институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, darima_bar@mail.ru
Намсараев Зоригто Баирович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт микробиологии
им. С.Н. Виноградского РАН, 117312, Москва, пр. 60-летия Октября, 7-2
Намсараев Баир Бадмабазарович, доктор биологических наук, профессор, зав. лабораторией микробиологии, Институт
общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, bair_n@mail.ru
Tudupov Alamzhi Vladimirovich, posgraduate student, laboratory of microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS.
Barkhutova Darima Dondokovna, candidate of biology, senior researcher, laboratory of microbiology, Institute of General and
Experimental Biology SB RAS.
Namsaraev Zorigto Bairovich, candidate of biology, senior researcher, S.N.Vinogradsky Institute of Microbiology RAS, Moscow.
Namsaraev Bair Badmabazarovich, doctor of biology, professor, head of laboratory of microbiology, Institute of General and
Experimental Biology SB RAS.
УДК 544.2+ 544.03
ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ТЕКСТУРНЫЕ СВОЙСТВА МОНТМОРИЛЛОНИТА
С.Ц. Ханхасаева, Э.Ц. Дашинамжилова, В.В. Рампилова
Исследовано влияние термообработки на текстурные свойства монтмориллонита Мухорталинского месторождения.
Методом РФА показано, что термообработка при 500°С приводит к образованию безводной модификации монтмориллонита вследствие дегидратации и дегидроксилирования. По данным низкотемпературной адсорбции азота, термообработка монтмориллонита при 500°С приводит к уменьшению удельной поверхности и объема пор.
Ключевые слова: монтмориллонит, термообработка, текстурные свойства.
EFFECT OF HEAT TREATMENT ON THE TEXTURAL PROPERTIES OF MONTMORILLONITE
S.Ts. Khanhasaeva, E.Ts. Dashinamzhilova, V.V. Rampilova
The effect of heat treatment on the textural properties of montmorillonite of Muhortala deposit was studied. XRD analysis shows
that heat treatment at 500°C leads to formation of anhydrous modification of montmorillonite due to dehydration and dehydroxylation. According to the data of По данным низкотемпературной адсорбции азота low-temperature nitrogen adsorption thermal
treatment of montmorillonite at 500°C leads to decrease of surface area and pore volume.
Keywords: montmorillonite, thermal treatment, textural properties.
Глины издавна используются в различных областях человеческой деятельности. Область их применения чрезвычайно широка – это производство керамических и строительных изделий, нефтедобыча и нефтепереработка, металлургия, химическая, бумажная, фармацевтическая, пищевая и другие
отрасли промышленности. Глины также используются как сорбенты, ионообменники, катализаторы и
носители катализаторов [1]. В настоящее время все больше внимания уделяется использованию местного минерального сырья в качестве сорбционных материалов для очистки сточных вод от различных загрязнителей. Перспективность применения природных сорбентов обусловлена тем, что, обладая развитой удельной поверхностью, они в десятки раз по стоимости дешевле искусственных сорбентов. Доступными материалами, уникальными по своим физико-химическим свойствам, являются
бентонитовые глины, в которых основным минералом является слоистый алюмосиликат монтмориллонит. Наличие таких активных центров, как обменные катионы, гидроксильные группы, координа134
С.Ц. Ханхасаева, Э.Ц. Дашинамжилова, В.В. Рампилова. Влияние термообработки на текстурные свойства монтмориллонита
17.74
ционно-ненасыщенные ионы и сорбированные молекулы воды, позволяет значительно расширить
применение глин в качестве сорбционных материалов. Эффективность сорбентов в значительной
степени зависят от текстурных свойств.
Целью данной работы является исследование влияния термообработки на текстурные свойства
монтмориллонита Мухорталинского месторождения Республики Бурятия.
Экспериментальная часть
Мелкодисперсные фракции бентонитовой глины Мухорталинского месторождения были отделены
от примесей по методу [2] и охарактеризованы методами химического и рентгенофазового анализа
(РФА). Текстурные характеристики образцов определяли на установке ASAP-2400 Micromeritics по
адсорбции азота при 77 К по стандартной процедуре [3]. РФА проведен на автодифрактометре
STADI P фирмы STOE (CuKα1-излучение, внутренний стандарт Ge). Съемки проводили в интервале
углов 2θ = 3-77о. Дифференциально-термический анализ (ДТА) проведен на дериватографе МОМ 1500.
Результаты и их обсуждение
По данным химического анализа монтмориллонитовая глина (ММ) Мухорталинского месторождения имеет химический состав (масс.%): SiO2 – 65.50; Al2O3 – 14.30; Fe2O3 – 1.78; MgO – 1.42; CaO –
1.08; K2O – 0.20; Na2O – 0.10; FeO – 0.22; MnO – 0.02; TiO2 – 0.19; P2O5 – 0.03; п.п.п. – 15.16 [4, 5].
На дифрактограммах природного ММ идентифицируются пики при 2θ = 5.7о, 17.6о, 19.9о и 36о
(14.71Å, 4.82 Å, 4.49Å, 2.49Å, 1.69Å, 1.49Å), которые соответствуют монтмориллониту и пики при 2θ
= 21.9о, 29.1о, 35.5о (4.07Å, 2.95Å, 2.57Å), соответствующие примеси – кристобалиту [6]. При насыщении образца ММ глицерином (рис. 1) наблюдается смещение рефлекса, соответствующего d001, в
область малых углов θ до 17.7 Å и появление линий базальных отражений 002 (8.93 Å), 003 (5.90 Å),
005 (3.54 Å) 006 (2.95 Å), что обусловлено способностью структурной ячейки ММ к расширению и
является характерным диагностическим признаком монтмориллонита [7].
На кривой дифференциально-термического анализа (рис. 2) ММ наблюдаются термоэффекты, характерные для монтмориллонита [7, 8]: 120о, 170о, 470о, 650о и 940оС. Эндотермические эффекты (120о
и 170о) соответствуют выделению из минерала адсорбированной воды. Все монтмориллониты теряют
межслоевую воду в интервале температур 100-200оС, в результате чего возникает «сжатая структура». На этой стадии дегидратации сжатие структуры обратимо, но оно становится необратимым при
дальнейшем нагревании. Температура, при которой происходит это изменение, зависит от индивидуальных особенностей минерала и от межслоевых (обменных) катионов. Для большинства монтмориллонитов интервал температур составляет 200-540оС [7]. При дальнейшем нагревании минерал начинает терять конституционную воду, представленную гидроксильными группами слоев, и превращается в безводную модификацию. Температура, при которой это происходит, равна 500-700оС для
монтмориллонитов. Эта температура соответствует началу эндотермического изгиба на кривой ДТА.
Эндотермический пик располагается на кривой ДТА при температуре 650оС для ММ Мухорталинского. В соответствии с указанными преобразованиями дифрактограмма «безводной модификации»
отличается от дифрактограммы естественного образца положением линий и исчезновением рефлекса,
соответствующего первому базальному отражению, вследствие нарушения слоистой структуры ММ
[8]. При нагревании рефлекс, соответствующий d001, смещается в сторону бóльших углов θ, расширяется и исчезает при 500оС (рис. 3).
14.71
30000
25000
1.49
1.69
1.63
2.57
2.49
8.93
3.54
15000
2.95
I/Io
4.48
4.07
20000
10000
4.82
2
5000
1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 θ ,C u .K α
Рис. 1. Дифрактограммы ММ, высушенного при 25оС (1), и ММ, насыщенного глицерином (2)
135
ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011/3
Рис. 2. Кривые: дифференциально-термического анализа (А), потери массы (Б) монтмориллонита
По мере приближения ко второму, высокотемпературному эндотермическому эффекту (примерно
650оС для ММ) дифракционная картина становится более слабой и затем полностью исчезает. После
этого происходит рекристаллизация аморфных продуктов разложения безводной модификации ММ,
отражающаяся на дифференциальной кривой нагревания экзотермическим пиком (940оС), что связано с
возникновением новых фаз [9].
Изотерма (рис. 4) адсорбции/десорбции азота на монтмориллоните относится к типу Н3 по классификации ИЮПАК и является типичной для мезопористых сорбентов. Форма петли гистерезиса на
изотерме [10] свидетельствует о наличии щелевидных пор в ММ, на формирование щелевидных пор
также указывает небольшой уступ на десорбционной ветви. На изотерме при Р/Ро, близких к 1, наблюдается резкий подъем сорбционной кривой, указывающий на наличие в образцах крупных пор,
что подтверждается кривой распределения пор по размерам (рис. 5). При нагреве ММ от 150 до 500оС
наблюдается уменьшение удельной поверхности от 119 до 109 м2⋅г-1. При нагреве до 400°С наблюдается увеличение объема и среднего диаметра пор вследствие удаления воды из пористого пространства ММ. Дальнейший нагрев ММ до 500°С ведет к уменьшению общего объема и среднего диаметра
пор. Исчезновение микропор при 400°С обусловлено образованием сжатой структуры минерала, что
согласуется с результатами РФА (рис. 2).
Пористая структура монтмориллонита исследовалась методом низкотемпературной адсорбции
азота (77К). Текстурные характеристики ММ приведены в таблице.
Таблица
Текстурные характеристики монтмориллонита
Т, оС
150
400
500
Sуд БЭТ, м2⋅г-1
119
113
109
ΣVпор, см3⋅г-1
0.270
0.278
0.253
Dпор, Å
91
98
93
ΣVµ, см3⋅г-1
0.004
<0.001<0.001
Sуд БЭТ – общая удельная поверхность, ΣVпор – общий объем пор, Dпор – средний диаметр пор, ΣVµ – объем
микропор
136
45000
14.71
С.Ц. Ханхасаева, Э.Ц. Дашинамжилова, В.В. Рампилова. Влияние термообработки на текстурные свойства монтмориллонита
40000
1.49
1.69
I/I
o
25000
1.63
2.95
30000
2.57
2.49
4.49
4.07
35000
20000
1
15000
2
10000
3
5000
4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 θ ,C u .K α
Рис. 3. Дифрактограммы ММ, прогретого при температуре оС: 25 (1), 300 (2), 400 (3), 500 (4)
180
3
Асдорбционная емкость, см /г
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0 ,0
0 ,2
0 ,4
0 ,6
0 ,8
О т н оси т ел ь н о е д а в л ен и е, Р /Р о
1 ,0
Рис. 4. Изотерма низкотемпературной адсорбции/десорбции азота на ММ, прогретом при 150оС
Рис. 5. Зависимость объема пор ММ от диаметра
(150оС)
Литература
1. Murray H.H. Overview – clay mineral applications // Appl. Clay Science. – 2000. – V.17, №.5-6. – P. 207-211.
2. Горбунов Н.И. Высокодисперсные материалы. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 195 с.
3. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. – М.: Мир, 1984. – 310 с.
4. Ханхасаева С.Ц., Брызгалова Л.В., Дашинамжилова Э.Ц. и др. Fe-монтмориллониты в реакции окисления органических красителей // Химия в интересах устойчивого развития. – 2004. – №6. – С. 737-741.
5. Ханхасаева С.Ц., Бадмаева С.В., Дашинамжилова Э.Ц. Влияние модифицирования на кислотно-каталитические
свойства природного слоистого алюмосиликата // Кинетика и катализ. – 2004. – Т.45, №5. – С. 748-753.
6. PDF-2 Database JCPDS (PC PDF Win-2000) №№ 29-1498,13-0259, 13-0219, 13-0204, (монтмориллонит), 39-1425 (кристобалит).
7. Мак-Юан Д.М.К. Монтмориллонитовые минералы // Рентгеновские методы определения и кристаллическое строение минералов глин. – М.: ИЛ., 1951. – С. 177-246.
8. Earley J.W., Milne I.H., McVeagh W.J. Thermal studies on montmorillonite // Am. Mineral. – 1953. – V.38. – P. 770-783.
9. Вакалова Т.В., Хабас Т.А., Верещагин В.И., Мельник Е.Д. Глины. Особенности структуры и методы исследования. –
Томск: ТГУ, 1998. – 121 с.
10. Карнаухов А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. – Новосибирск: Наука, 1999. – 470 с.
Ханхасаева Сэсэгма Цыреторовна, кандидат химических наук, доцент, лаборатория инженерной экологии, Байкальский
институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, т. +7(301)2433068, shan@binm.bscnet.ru
Дашинамжилова Эльвира Цыреторовна, кандидат химических наук, вед. инженер, лаборатория инженерной экологии,
Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, т. +7(301)2433068,
edash@binm.bscnet.ru
Рампилова Валентина Валерьевна, аспирант, Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул.
Сахьяновой, 6
137
ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011/3
Khankhasaeva Svetlana Tsyretorovna, candidate of chemistry, associate professor, laboratory of engineering ecology, Baikal Institute of Nature Management, SB RAS. 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova str, 6.
Dashinamzhilova Elvira Tsyretorovna, candidate of chemistry, leading engineer, Baikal Institute of Nature Management, SB
RAS. 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova str, 6.
Rampilova Valentina Valerievna, postgraduate student, Baikal Institute of Nature Management, SB RAS. 670047, Ulan-Ude,
Sakhyanova str, 6.
УДК 534.436
ИССЛЕДОВАНИЕ НАСЫЩЕННОСТИ КВАРЦЕМ И АМОРФНЫМ КРЕМНЕЗЕМОМ
МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ЮГО-ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ
И.Д. Ульзетуева, В.В. Хахинов
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке грантов МО РФ РНП.2.1.1,
программы "Фундаментальные исследования и высшее образование" (НОЦ-017 "Байкал"),
интеграционного гранта Президиума СО РАН №38.
Представлены результаты гидрохимического исследования вод минеральных источников Юго-Западного Забайкалья,
характеризующиеся наличием высоких концентраций кремния. Приведены расчеты насыщенности кварцем и аморфным
кремнеземом в минеральных водах.
Ключевые слова: минеральные воды, кремнезем.
INVESTIGATION OF QUARTZ AND AMORPHOUS SILICAS SATURATION
OF MINERAL WATERS IN SOUTH-WESTERN ZABAIKALIE
I.D. Ul'zetueva, V.V. Khahinov
The results of hydrochemical studies of mineral water sources in South-Western Zabaikalie, characterized by presence of high
silicon concentrations are presented in the article. Calculations of quartz and amorphous silica saturation in the mineral waters
have been made.
Keywords: mineral water, amorphous silica.
Кремний является постоянным компонентом состава природных вод. Несмотря на широкое распространение кремния в природных водах и существенную роль его в протекании многих физикохимических процессов, количественному определению этого компонента до сих пор уделяется мало
внимания. Кремниевые минеральные воды имеют разнообразный химический состав, но объединяет
их наличие в составе условно эссенциального микроэлемента – кремния. В минеральных водах содержание растворенного кремнезема в виде метакремниевой (редко ортокремниевой) кислоты может
достигать половины общей минерализации, что не может не сказаться на их физико-химических
свойствах. По требованиям Государственного стандарта на питьевые минеральные воды ее количество должно быть не менее 50 мг/дм3. В связи c этим рассмотрение факторов, с которыми связано поступление и накопление кремния в растворе, является, несомненно, важным. Подробные сведения о
содержании кремнезема в природных водах необходимы не только для оценки масштабов миграции
этого компонента и tuj происхождения, но и для решения вопроса, касающегося интенсивности выветривания пород.
В данной работе рассмотрено поведение кремния в термальных и холодных водах минеральных
источников Юго-Западного Забайкалья.
По своим физико-химическим свойствам и газовому составу минеральные источники относятся к
Селенгинскому гидроминеральному району холодных негазирующих радоновых вод Даурской (Забайкальской) гидроминеральной области и к азотным термальным кремнистым водам, азотным водам
холодным с радоном Байкальской гидроминеральной области. Исследования гидрохимического состава источников показали, что воды всех источников, кроме двух, являются слабоминерализованными, слабощелочными. К теплым термальным водам с температурой до 37оС отнесены четыре источника и к горячим с температурой 38,5 оС – один источник. Характерной особенностью минеральных источников является наличие в их составе высоких концентраций фтор-иона (до 15 мг/дм3) и
кремния (до 110 мгH4SiO4/дм3). Накоплению этих компонентов в термальных водах способствует щелочная среда и повышенная температура (табл. 1).
138
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
519 Кб
Теги
термообработке, текстурной, монтмориллонита, влияние, свойства
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа