Реферат по предмету "Химия"


Исследование физико-химических и прикладных свойств новых полимерных композиционных материалов н

--PAGE_BREAK--

Рис. 1. Градуировочный график определения метиленового синего
На основании табличных данных определяли lgх/m. Изотерму адсорбции построили, исходя из подчинения уравнению Фрейндлиха в логарифмической форме:





ГЛАВА III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1 Исследование качественного минерального состава бентонита Центрального месторождения «Герпегеж»
В результате комплексного исследования качественного минерального состава бентонита методами рентгенографии, термогравиметрии и микроскопии (рисунки 1‑3) определено, что основным минералом бентонита Центрального месторождения «Герпегеж» является монтмориллонит. На рентгенограмме монтмориллонит диагностируется наличием серии типичных рефлексов (рисунок 1). Установлено присутствие кварца, каолинита, гидрослюды.


Рис. 1 –Рентгенограмма природного бентонита
Рентгенодифракционные исследования образцов глины проводили в интервале углов 2qот 2,0° до 40,0°.

Дифрактограмма природной глины содержит характерный пик в области 2q=7,53°(d =1.1 нм), соответствующий Брегговскому периоду расположения гетерогенных областей и отвечающий за расстояние между базальными поверхностями монтмориллонита (рис.1).

На дифференциально-термических кривых бентонита (рис. 2) обнаруживается ряд термических эффектов. При температурах 100‑110 °С наблюдается интенсивный эндотермический эффект, обусловленный выделением адсорбционной и межслоевой молекулярной воды. Наличие дополнительного эффекта при температурах с максимумом 500‑505 °С вызвано удалением структурной воды.


Рис. 2 – Дифференциально-термические кривые природного и модифицированного бентонитов: 1 – природного, 2 – обогащенного, 3 – модифицированного серной кислотой, 4 – модифицированного карбонатом натрия
При изучении морфологии природного бентонита с помощью микроскопии в образцах отмечены образования монтмориллонита, зерна кварца округлой формы, слюдистые фрагменты, остатки кремнистых скелетов микроорганизмов – единичные спикулы губок, частицы опала в виде панцирей диатомей плохой сохранности.

На электронных микрофотографиях бентонита (рис. 3) частицы монтмориллонита имеют вид крупных и мелких чешуек в форме листовых агрегатов. Встречаются агрегаты с хлопьевидными очертаниями, складчатые образования. Видны частицы, отличающиеся по размерам и форме, объединенные в ультрамикроагрегаты и агрегаты со слабо- и высокоориентированным в микроблоки расположением. По типу, связанному с составом и условиями образования, по классификации Е.М. Сергеева, микроструктура исследованных образцов отнесена к ячеистой, характеризующейся образованием крупных микроагрегатов, контактирующих между собой по типу базис-базис, базис‑скол. Отмечаются поры: межчастичные, образованные неплотностями прилегания первичных частиц; межмикроагрегатные, большей частью щелевидные, различных размеров.


Рис.3 – Электронные микрофотографии спектры частиц природного бентонита
Химический состав бентонита представлен ионами натрия, кальция, калия и магния (таблица 2). Ввиду преобладания катионов кальция и магния, ионообменный комплекс бентонита относится к щелочноземельному типу.




3.2 Обогащение и модификация природного бентонита
Удаление крупнозернистых включений при обогащении, преимущественно кварца, приводит к перераспределению доли компонентов в составе бентонита. Отмечается увеличение содержания монтмориллонита. За счет удаления кварца, количество оксида кремния снижается до 72,30 %, содержание оксидов алюминия, калия, натрия, кальция и магния увеличивается.

Кислотная обработка приводит к частичному разрушению глинистых минералов, что иллюстрируется уменьшением содержания полуторных оксидов в химическом составе образцов. Количество оксида кремния увеличивается до 75,20 %, свободного оксида кремния – до 19,20 %.

Рентгеновским методом установлено, что образовавшийся в результате разрушения кристаллической структуры монтмориллонита кремнезем является аморфным. В ходе замещения обменных ионов металлов на ионы водорода кислоты и ионы алюминия, которые переходят из структурных позиций в обменные, поверхность бентонита приобретает кислые свойства.
Таблица 2

Состав природного и модифицированного бентонитов

Катионы

Содержание катионов, ммоль/100 г сухого вещества

Бентонит

природный

обогащенный

модифицированный

Сернойкислотой

Карбонатомнатрия

Na+

 8,4

 8,6

 1,3

38,1

K+

 1,4

 1,5

 0,6

 2,0

Ca2+

13,3

16,6

15,0

 5,1

Mg2+

12,8

13,1

 6,0

 3,0

Суммарно

35,9

39,8

22,9

48,2



Модифицирование карбонатом натрия оказывает влияние на химический состав бентонита. За счёт снижения содержания оксида кремния, в процессе растворения свободного кремнезема в щелочной среде, количество оксидов алюминия, железа, щелочных и щелочноземельных металлов в образцах увеличивается. В результате замещения щелочноземельных металлов в ионообменном комплексе на ионы натрия, содержание последних возрастает в 4,4 раза, что приводит к увеличению ионообменной емкости глины от 75 мг-экв / 100 гглины до 120 мг-экв / 100 гглины.

Для оценки катионообменной емкости бентонита использовали метод поглощения красителей основной природы (таблица 3). Определено, что образцы бентонита, за исключением модифицированного кислотой, проявляют высокую адсорбционную способность по отношению к органическому красителю метиленовому голубому (МГ), в том числе при повышенной адсорбционной нагрузке.
Таблица 3

Адсорбционные свойства природного и модифицированного бентонитов по отношению к органическому красителю

Показатели

Величина показателя

Бентонит

природный

обогащенный

модифицированный

Сернойкислотой

Карбонатомнатрия

Степень адсорбции, мг/г

72,6

65,0

38,7

87,1

Степень поглощения, %, при

адсорбционной нагрузке, мг/г:

 37,5

 75,0

150,0


97,9

92,6

55,4


98,9

96,4

68,2


13,5

12,7

 9,7


98,3

93,5

56,6



Модифицирование кислотой приводит к разрушению кристаллической структуры глинистых минералов вследствие вымывания ионов алюминия, железа и магния, способствуя развитию поверхности. Удельная поверхность бентонита возрастает с 24 до 76 м2/г за счет формирования более мелкопористой структуры – средний радиус пор уменьшается с 59 до 33 нм.
Таблица 4

Параметры пористой структуры природного и модифицированного бентонитов

Параметр

Величина параметра

Бентонит

природный

обогащенный

модифицированный

Сернойкислотой

Карбонатомнатрия

Суммарный объем пор, см3/г

0,47

0,51

0,76

0,54

Удельная поверхность, м2/г

24

24

76

48

Средний радиус пор, нм

59

64

33

51

Пористость, %

52

54

61

55



Термическая активация – предварительная сушка при температуре 100 °С, а затем 200 °С, улучшает адсорбционные свойства и способствуют развитию поверхности бентонитов, что связано с освобождением от воды адсорбционного пространства. При прокаливании при температурах до 600 °С удаляется структурносвязанная вода и, в связи со снижением степени гидратации поверхности материалов, происходит снижение адсорбционной способности. При прокаливании при температуре 800 °С удельная поверхность уменьшается, что может обуславливаться химическим взаимодействием слагающих породы оксидов, сопровождающимся формированием кристаллических структур иных типов и является причиной изменения адсорбционных свойств бентонитов, модифицированных серной кислотой и карбонатом натрия (таблицы 6, 7).




Таблица 6

Адсорбционные свойства природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания

Бентонит

Степень адсорбции красителя, мг/г,при температуре прокаливания, °С

200

400

600

800

природный

49,8

29,0

9,1

3,0

обогащенный

75,0

25,0

8,8

3,0

модифицированный серной кислотой

10,0

8,1

5,5

24,6

модифицированный карбонатом натрия

87,1

25,0

5,0

48,4


Таблица 7

Удельная поверхность природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания

Бентонит

Удельная поверхность, м2/г,при температуре прокаливания, °С

200

400

600

800

природный

24

20

12

 7

обогащенный

24

21

18

 6

модифицированный серной кислотой

76

42

40

30

модифицированный карбонатом натрия

48

39

32

14



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
    продолжение
--PAGE_BREAK--


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., ТарасевичЮ. К, Ланин В. В. Укр. хим. журн., 1988, т. 54, №3, с. 268-272.

14.         Бондаренко С. В., Назаренко А. В., ТарасевичЮ. 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., ХаритоноваЛ. 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.    продолжение
--PAGE_BREAK--


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Карамель
Реферат Изменения в правовом регулировании производства и оборота спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции
Реферат Створення математичної моделі процесу обробки кінцевими фрезами для прогнозування параметрів процесу різання
Реферат Характеристика простых форм кристаллов касситерита
Реферат ВНУТРЕННИЙ РЫНОК И ТОРГОВЫЙ БЫТ
Реферат Дидактический материал для организации решения задач с педагогически запущенными детьми
Реферат Методика написания дипломной работы по маркетингу
Реферат Остап Вишня
Реферат Внешняя среда агенства недвижимости ООО "Очаг"
Реферат Актуальность вопросов энергосбережения
Реферат Современные технологии в образовании
Реферат Al Capone 2 Essay Research Paper Al
Реферат Пошук і розвідка родовищ нафти і газу
Реферат Картина мира 6
Реферат Дискурс рынка и проблема гендера в экономике