Взаимосвязь структурных и сорбционных свойств природных алюмосиликатов

• Автор: Иванова, Евгения Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1Л. Алюмосиликаты, глинистые минералы, глины

1.2. Глинистые минералы: каолинит, монтмориллонит

1.3. О кислотности поверхности алюмосиликатов

1.4. Общие сведения о сорбции катионов

1.5. Сорбция катионов № природными минералами

1.6. Обработка и модифицирование глинистых минералов

1.6.1. Термическая обработка глин
1.6.2. Кислотно-активированные глины
1.6.3. Катионные формы глин
1.6.4. Интеркалированные глинистые сорбенты
1.6.5. Сорбция катионов глинами и условия экспериментов
Глава 2.Объекты исследования и мстодики экспериментов
2.1. Выбор объектов исследования
2.2. Подготовка и формовка глин
2.3. Кислотное выщелачивание
2.4. Определение параметров пористой структуры
2.5. Гетерогенное потенциометрическое титрование суспензий
*2~1'
2.6. Определение сорбции N
2.7. Статистическая обработка результатов измерений
2.8. Рентгеновская дифракция. Рентгеновский флуоресцентный
анализ. Спектроскопия
Глава 3. Результаты и их обсуждение
3.1. Индуктивный эффект как причина кислотности поверхности
алюмосиликатов
3.2. Анализ состава глин
3.3. Минералогический состав глин
3.4. Пористая структура прокаленных глин
3.5. Сорбционные свойства TTC по отношению к катионам Ni2+
3.5.1. Кинетика процесса сорбции
3.5.2. Изменение pH раствора в процессе сорбции
3.5.3. Влияние отношения твердое/жидкость на процесс сорбции
3.5.4. Изотермы сорбции катионов никеля на TTC
3.6. Структура и сорбционные свойства Н-форм TTC
3.6.1. ИК спектры и параметры пористой структуры Н-форм TTC
3.6.2. Кислотные свойства поверхности Н-форм сорбентов
3.6.3. Сорбционные свойства Н-форм ТГС по отношению к катионам

Выводы
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Отсутствием общепринятой системы достаточно полной и надежной сертификации структуры и поверхностных свойств природных алюмосиликатов - глин сдерживаются возможности их масштабного использования в процессах сорбционной очистки промышленных стоков от катионов тяжелых металлов. Вследствие этого затрудняется сравнительный анализ известных сведений по проблеме, как и возможность прогнозирования результатов в случае конкретных мало изученных или новых представителей природных алюмосиликатов.
Обозначенное положение обусловлено рядом причин. - Экспериментально определяемые значения сорбции существенно зависят от условий проведения опытов — концентрации и pH растворов, отношения твердое/жидкость, полноты достижения равновесных значений сорбции. В то же время результаты сорбционного процесса определяются набором взаимосвязанных свойств конкретных образцов, в том числе, химическим и минералогическим составом, степенью кристалличности, дисперсностью, параметрами пористой структуры, числом и активностью поверхностных ионообменных центров. Отсутствие в большинстве работ полного набора сведений о свойствах конкретных глинистых сорбентов и условиях проведения процесса сорбции является основной причиной противоречивости публикуемых результатов и затруднений при их сопоставлении. Наконец, до сих пор отсутствует общепринятая, логически выдержанная точка зрения на природу кислотности поверхности и определяемую ею ионообменную активность алюмосиликатов, что в значительной степени ослабляет теоретическую основу для их рассмотрения в качестве потенциальных сорбентов.
Важно отметить, что высокая экономическая эффективность масштабной сорбционной очистки может быть достигнута применением глин в при-

кДж/моль), во-первых, положительны и, во-вторых, не столь существенно отличаются, что позволяет в очередной раз усомниться в справедливости суждений о механизме сорбции на основании термодинамических данных.
Показательные результаты модифицирования изложены в [77], где рассмотрены различные механизмы сорбции катионов 8г2+ на нескольких модификациях монтмориллонита. - Для его исходной Са-формы в основном реализуется ионный обмен, тогда как в случаях введения ПАВ (додецил-сульфат натрия) и органомодифицирования осуществляются быстрые процессы, соответственно, поверхностной и лигандной сорбции.
Диапазон концентраций растворов, используемых при изучении сорбции на глинистых минералах, далеко не всегда обоснован. Так, например, авторами [76] сорбция ряда катионов (Сз+, ^2+, РЬ2+, Ре3+) на каолините исследована в неоправданно широком интервале концентраций растворов (10_1-Н0'7 моль/л). С другой стороны, при изучении сорбции катионов цинка и никеля на глинистых минералах используют растворы с концентрацией 10(Н800 мг/дм3 в [70]. В [56] арсенатные ионы извлекают модифицированными монтмориллонитами из растворов 2СН-300 мг/л, а при исследовании сорбционной способности их органо-производных по отношению к катионам 8г2+ используют растворы с концентрацией 10-400 мг/л [77].
Понятно, что интервал концентраций рабочих растворов должен соответствовать построению достаточно полной изотермы сорбции. Однако, в большинстве случаев эта задача не ставится и, соответственно, используются лишь ограниченные концентрационные интервалы. Так, например, в [36] диапазон концентраций растворов меди и свинца варьировали в пределах 0.00441.1 моль/л; в [66] с = 0.1—5-10‘3 г/дм3. Авторы [63] использовали три закрепленные концентрации растворов (0.5, 2.5 и 5 мг/л) при сорбции ионов РЬ2+ и ЕЯ31 на бентоните. Поглотительную способность бентонита по отношению к катионам РЬ2+, 7.п2' и №2+ [78] (как и вермикулита - к катионам
2+ 2+ —
Сб и 2п [79]) исследовали в узком интервале концентраций