ТЕРМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ МЕТАКАОЛИНА ДЛЯ СИНТЕЗА ЦЕОЛИТА LTA. ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ
Аннотация
Исследовано влияние ультразвуковой обработки на кинетику твердофазного взаимодействия метакаолина и гидроксида натрия. Согласно данным рентгенофазового анализа для образца без предварительной обработки до достижения 500 °Сна рентгенограмме наблюдаются исключительно рефлексы, отвечающие цеолиту LTA. При увеличении температуры до 700 °С отмечается появление новой фазы –алюмосиликата натрия (Na6Al4Si4O17). При достижении температуры 800 °С помимо рефлексов цеолита на дифрактограмме обнаружены характеристические рефлексы алюмосиликата натрия (Na8Al4Si4O18) и нефелина, полученные в результате рекристализации части цеолита. Также процесс сопровождается разложением метакаолина в оксид кремния и муллит. При достижении 900 °С рефлексов, отвечающих цеолиту, обнаружено не было. Опираясь на данные рентгенофазового анализа, было установлено, что ультразвуковая обработка не оказывает влияния на фазовый состав образцов. На основании этих данных был определен температурный диапазон (500-800 °С), в котором происходит рекристализация цеолита в алюмосиликаты. По данным термического анализа, опираясь на данные потерь массы в конкретном интервале, были установлены точные температурные диапазоны для каждой скорости нагрева образцов без предварительной обработки и образца после ультразвуковой обработки. В качестве метода изоконверсионного анализа был выбран метод Озава-Флинн-Уолла. Было установлено, что после ультразвуковой обработки кажущаяся энергия активации монотонно возрастает во всем диапазоне степеней превращения, что позволяет сгладить изменение переходного режима (до 200 кДж/моль) на кинетический. Без ультразвуковой обработки при достижении степени превращения 0,5-0,6 кажущаяся энергия активации выходит приблизительно на один уровень (350 кДж/моль).После ультразвуковой обработки кажущаяся энергия активации возрастает с 350 до 450 кДж/моль при достижении степени превращения выше 0,9.
Литература
Baerlocher Ch., McCusker L.B., Olson D.H. Atlas of Zeolite Framework Types. Amsterdam: Elsevier. 2007. 358 p.
Cundy C.S., Cox P.A. The hydrothermal synthesis of zeolites: precursors, intermediates and reaction mecha-nism. Micropor. Mesopor. Mater. 2005. V. 82. P. 1-78. DOI: 10.1016/j.micromeso.2005.02.016.
Miao Q., Zhou Z., Yang J., Lu J., Yan S., Wang J. Synthesis of NaA zeolite from kaolin source. Front. Chem. Eng. China. 2009. V. 3. N 1. P. 8-11. DOI: 10.1007/s11705-009-0094-8.
Zemenová P., Kloužková A., Kohoutková M., Král R. Investigation of the first and second dehydroxylation of kaolinite. J. Therm. Anal. Calorim. 2014. V. 116. N 2. P. 633-639. DOI: 10.1007/s10973-014-3748-9.
Askari S., Alipour Sh.M., Halladj R., Farahani M.H.D.A. Effects of ultrasound on the synthesis of zeolites: a review. Porous Mater. 2013. V. 20 N 1. P. 285-302. DOI: 10.1007/s10934-012-9598-6.
Andaç Ö., Tatlıer M., Sirkecioğlu A., Ece I., Erdem-Şenatalar A. Effects of ultrasound on zeolite A synthe-sis. Micropor. Mesopor. Mater. 2005. V. 79. N 1-3. P. 225-233. DOI: 10.1016/j.micromeso.2004.11.007.
Vaičiukynienė D., Kantautas A., Vaitkevičius V., Jakevičius L., Rudžionis Ž., Paškevičius M. Effects of ultrasonic treatment on zeolite NaA synthesized from by-product silica. Ultrason. Sono-chem. 2015. V. 27. P. 515-521. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2015.06.001.
Li H., Li H., Guo Z., Liu Y. The application of power ultrasound to reaction crystallization. Ultrason. Sonochem. 2006. V. 13. N 4. P. 359-363. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2006.01.002.
Gordina N.E., Prokof’evV.Yu., Khmylova O.E., Soloninkina S.G., Kul’pinaYu.N. Synthesis of the granulated low-modulus zeo-lites from a metakaolin using ultrasonic treatment. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 11. P. 70-76 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165911.5463.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Kul’pina Yu.N., Petu-khova N.V., Gazakhova S.I., Khmylova O.E. Use of ul-trasonic processing at early stages of LTA zeolite synthe-sis from metakaolin. Glass Ceram. 2016. V. 73. N 9. P. 334-337. DOI: 10.1007/s10717-017-9884-5.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Kul’pina Yu.N., Petu-khova N.V., Gazakhova S.I., Khmylova O.E. Effect of ultrasound on the synthesis of low-modulus zeolites from a metokaolin. Ultrason. Sonochem. 2016. N 33. P. 210-219. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.05.008.
Pekdemir A.D., Sarıkaya Y., Önal M. Thermal trans-formation kinetics of a kaolinitic clay. J. Therm. Anal. Calorim. 2016. V. 123. P. 767-772. DOI: 10.1007/s10973-015-4866-8.
Radulovic A., Dondur V., Vulic P., Miladinovic Z., Ciric-Marjanovic G., Dimitrijevic R. Routes of synthesis of nepheline-type polymorphs: An influence of Na-LTA bulk composition on its thermal trnsformations. Phys. Chem. Solids. 2013. V. 74. P. 1212-1220. DOI: 10.1016/J.jpcs.2013.03.019.
Post E., Blumm J., Hagemann L., Henderson J.B. TA for Ceramic Materials. Germany. München: NETZSCH-Gerätebau GmbH. 2001. 284 p.
Hu R.-Z., Shi Q.-Zh. Thermal Analysis Kinetics. Beijing: Science Press. 2001. 268 p.
Ozawa T. Thermal analysis – review and prospect. Thermochim. Acta. 2000. V. 355. N 1-2. P. 35-42. DOI: 10.1016/S0040-6031(00)00435-4.
Budrugeac P., Homentcovschi D., Segal E. Critical con-siderations on the isoconversional methods. III. On the evaluation of the activation energy from non-isothermal data. J. Therm. Anal. Calorim. 2001. V. 66. N 2. P. 557-565. DOI: 10.1023/A:1013129304353.
Budrugeac P., Segal E. On the nonlinear isoconversional procedures to evaluate the activation energy of noniso-thermal reactions in solids. Int. J. Chem. Kinet. 2004. V. 36. N 2. P. 87-93. DOI: 10.1002/kin.10158.
Ozawa T. A new method of analyzing thermogravimetric data. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1965. V. 38. P. 1881-1886. DOI: 10.1246/bcsj.38.1881.
Flynn J.H., Wall L.A. A Quick, direct method for the determination of activation energy from thermogravimet-ric data. Polymer Sci. B: Polymer Lett. 1966. N 4. P. 323-328. DOI: 10.1002/pol.1966.110040504.
Doyle C.D. Kinetic analysis of thermogravimetric data. Appl. Poly-mer Sci. 1961. N 5. P. 285-292. DOI: 10.1002/app.1961.070051506.
Haixiang Ch., Naian L., Weitao Zh. Critical study on the identification of reaction mechanism by the shape of TG/DTG curves. Solid State Sci. 2010. V. 12. P. 455-460. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2009.12.007.
Butyagin P.Yu. Chemical Physics of Solid State. М.: MSU. 2006. 272 p. (in Russian).
