ГРАНУЛИРОВАННЫЕ НИЗКОМОДУЛЬНЫЕ ЦЕОЛИТЫ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КАТИОНОВ Co
Аннотация
В работе дана характеристика гранул цеолитов LTA и SOD, которые были синтезированы с использованием предварительной ультразвуковой обработки. Методами рентгеновской дифракции и ИК-спектроскопии установлено, что исследуемые образцы содержат около 100% фазы LTA или SOD. Показано, что частицы цеолита LTA имеют размер области когерентного рассеяния 780 нм и величину среднеквадратичных микродеформаций 0,05%, в то время как у частиц цеолита SOD этот параметр составляет 462 нм, а дефектность кристаллической решетки 0,15%. Определены значения площади удельной поверхности гранул цеолитов, значения которых составляют 148,8 и 115,6 м2/г для LTA и SOD, соответственно. Отмечено, что гранулы цеолита SOD практически не имеют микропор. Получены равновесные кривые насыщения гранул цеолитов катионами кобальта в зависимости от концентрации Co2+ в водном растворе хлорида кобальта. Показано, что во всем исследованном диапазоне концентраций Co2+ емкость цеолита LTA на 30% больше, чем у цеолита SOD, что может быть объяснено двумя основными причинами. Во-первых, это более высокое значение площади удельной поверхности у цеолита LTA. Во-вторых, это особенности строения каркасов цеолитов. А именно, цеолит LTA имеет α-полости, которые имеют большую доступность для Co2+. Также установлено, что при увеличении температуры емкость цеолитов по катионам кобальта возрастает. Обнаружено, что на ИК спектрах обоих цеолитов после насыщения появляется новая полоса поглощения с волновым числом при 1390 см–1. Кроме того, в насыщенных кобальтом цеолитах отмечено увеличение размера элементарной ячейки и рост дефектности частиц. В совокупности эти факты указывают на протекание катионного обмена. Показано, что 1 г цеолита LTA обеспечивает практически полную очистку 50 мл раствора от катионов 57Co в динамическом режиме.
Литература
Baerlocher Ch., McCusker L.B., Olson D.H. Atlas of Zeolite Framework Types. Amsterdam: Elsevier. 2007. 250 p.
Karge H.G., Beyer H.K. Solid-State Ion Exchange in Microporous and Mesoporous Materials. In H.G. Karge, J. Weitkamp (Eds). Molecular Sieves. V. 3. Berlin: Springer-Verlag. 2002. P. 43–201.
Cejka J., Corma A., Zones S. Zeolites and Catalysis: Synthesis, Reactions and Applications. New York: John Wiley & Sons. 2010. 310 p.
Serrano D.P., Aguado J., Escola J.M., Rodríguez J.M., Peral Á. Hierarchical zeolites with enhanced textural and catalytic properties synthesized from organofunctionalized seeds. Chem. Mater. 2006. V. 18. N 10. P. 2462–2464. DOI: 10.1021/cm060080r.
Townsend R.P., Harjula R. Ion Exchange in Molecular Sieves by Conventional Techniques. In H.G. Karge, J. Weitkamp (Eds). Molecular Sieves. V. 3. Berlin: Springer-Verlag. 2002. P. 1–42.
Reed T.B., Breck D.W. Crystalline zeolites. II. Crystal structure of synthetic zeolite, type a. J. Am. Chem. Soc. 1956. V. 78. N 23. P. 5972–5977. DOI: 10.1021/ja01604a002.
Cundy C.S., Cox P.A. The hydrothermal synthesis of zeolites: history and development from the earliest days to the present time. Chem. Rev. 2003. V. 103. N 3. P. 663–702. DOI: 10.1021/cr020060i.
Cundy C.S., Cox P.A. The hydrothermal synthesis of zeolites: Precursors, intermediates and reaction mechanism. Micropor. Mesopor. Mater. 2005. V. 82. N 1–2. P. 1–78. DOI: 10.1016/j.micromeso.2005.02.016.
Ríos C.A., Williams C.D., Fullen M.A. Nucleation and growth history of zeolite LTA synthesized from kaolinite by two different methods. Appl. Clay Sci. 2009. V. 42. N 3–4. P. 446–454. DOI: 10.1016/j.clay.2008.05.006.
Johnson E.B.G., Arshad S.E. Hydrothermally synthesized zeolites based on kaolinite: A review. Appl. Clay Sci. 2014. V. 97–98. P. 215–221. DOI: 10.1016/j.clay.2014.06.005.
Heller-Kallai L., Lapides I. Reactions of kaolinites and metakaolinites with NaOH – comparison of different samples (Part 1). Appl. Clay Sci. 2007. V. 35. N 1–2. P. 99–107. DOI: 10.1016/j.clay.2006.06.006.
Pfenninger A. Manufacture and Use of Zeolites for Adsorption Processes. In H.G. Karge, J. Weitkamp (Eds). Molecular Sieves – Science and Technology. V. 2. Structures and Structure Determination. Berlin: Springer-Verlag. 1999. P. 163–198.
Pavlov M.L., Travkina O.S., Basimova R.A., Pavlova I.N., Kutepov B.I. Binder-free syntheses of high-performance zeolites A and X from kaolin. Petrol. Chem. 2009. V. 49. N 1.
P. 36-41. DOI: 10.1134/S0965544109010071.
Pavlov M.L., Travkina O.S., Kutepov B.I. Grained bind-er-free zeolites: Synthesis and properties. Catal. Ind. 2012. V. 4. N 1. P. 11–18. DOI: 10.1134/S2070050412010096.
Andaç Ö., Tatlıer M., Sirkecioğlu A., Ece I., Erdem-Şenatalar A. Effects of ultrasound on zeolite A synthesis. Microp. 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 byproduct silica. Ultrason. Sonochem. 2015. V. 27. P. 515–521. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2015.06.001.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Kul’pina Yu.N., Hmylova O.E., Gazahova S.I., Petuhova N.V. Synthesis of granulated binder-free LTA zeolite from metakaolin using ultrasonic treatment. J. Porous Mater. 2017. V. 24. N 3. P. 667–678. DOI: 10.1007/s10934-016-0303-z.
Khramtsova A.P., Prokof’ev V.Yu., Gordina N.E., Cherednikova D.S., Konstantinova E.M. Thermal behavior of mixturer based on metakaolin for lta zeolite synthesis. Effect of ultrasonic treatment. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 2. P. 65–74. DOI: 10.6060/ivkkt.20196202.5702.
Askari S., Alipour Sh.M., Halladj R., Farahani M.H.D.A. Effects of ultrasound on the synthesis of zeolites: a review. J. Porous Mater. 2013. V. 20. N 1. P. 285–302. DOI: 10.1007/s10934-012-9598-6.
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’ev V.Yu., Kul’pina Yu.N., Petuhova N.V., Gazahova S.I., Hmylova O.E. Effect of ultrasound on the synthesis of low-modulus zeolites from a metakaolin. Ultrason. Sonochem. 2016. V. 33. P. 210–219. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.05.008.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Borisova T.N., Elizarova A.M. Synthesis of granular low-modulus zeolites from metakaolin using mechanochemical activation and ultrasonic treatment. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 7. P. 99–106. DOI: 10.6060/ivkkt201962fp.5725.
Ekström T., Chatfield C., Wruss W., Schreiber M.M. The use of X-ray diffraction peak-broadening analysis to characterize ground Al2O3 powders. J. Mater. Sci. 1985. V. 20.
N 4. P. 1266–1274. DOI: 10.1007/BF01026322.
Karge H.G., Geidel E. Vibrational Spectroscopy. In H.G. Karge, J. Weitkamp (Eds). Molecular Sieves – Science and Technology. V. 4. Characterization I. Berlin: Springer-Verlag. 2004. P. 1–200.
Mora M., López M.I., Jiménez-Sanchidrián C., Ruiz J.R. Near- and mid-infrared spectroscopy of layered double hydroxides containing various di- and tri-valent metals. J. Porous Mat. 2013. V. 20. N 2. P. 351–357. DOI: 10.1007/ s10934-012-9604-z.
Tagami L., Santos O.A.A., Sousa-Aguiar E.F., Arroyo P.A. Troca iônica em zeólitas NaY e CrY. Termodinâmica. Acta Scientiarum: Technology. 2001. V. 23. P. 1351–1357. DOI: 10.4025/actascitechnol.v23i0.2761.
