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 | |
| Статическийрежим | Динамическийрежим | ||
| 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/млдо сорбции | [Me], мг/млпосле сорбции | Сорбционнаяемкость,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.