ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Al30-ПИЛЛАРНОГО МОНТМОРИЛЛОНИТА
Аннотация
За последнее десятилетие на кафедре технологии керамики и электрохимических производств проводятся исследования, связанные с получением новых видов тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Одно из перспективных направлений сфокусировано на модификации природных глинистых минералов с целью усиления их сорбционных, каталитических, электролитических, оптических и других свойств. В данной статье представлены результаты по функционализации пилларных глин. С использованием «гигантских» поликатионов алюминия [Al30O8(OH)56(H2O)24]18+ по интеркаляционной методике впервые получен Al30-пилларный монтмориллонит (Al30-PMM), охарактеризованы его структурные и текстурные свойства, изучена функциональность. При идентификации поликатионов Al30 и исследовании физико-химических свойств Al30-PMM в сравнении с ранее известным Al13-PMM и исходным природным монтмориллонитом (Даш-Салахлинское месторождение, Азербайджан) были использованы следующие методы: фотометрия, инфракрасная и флуоресцентная спектроскопия, электронная микроскопия, статическое рассеяние света, ЯМР-спектроскопия, порометрия, динамическое рассеяние лазерного луча, рентгеновская дифрактометрия, термогравиметрический и дифференциально-термический анализ, импедансометрия и высокотемпературная масс-спектрометрия. Изучено влияние предварительной механоактивации алюмосиликатной матрицы на эффективность интеркаляции поликатионов алюминия. Обнаружена аномалия температурной зависимости плотности тока термической эмиссии ионов щелочных металлов с поверхности Al30-PMM, интерпретированная с позиций фазового превращения пилларов. Выявлены закономерности адсорбции на Al30-PMM органических красителей катионного и анионного типов в водных растворах, каротиноидов и жирных кислот в растительном масле, а также гуминовых кислот, для которых в комплексе с Al30-PMM определена детоксицирующая способность по отношению к нефти в воде. Предложен новый метод электролитической модификации монтмориллонита, заключающийся в допировании ионами лития и натрия нанополостей пилларного монтмориллонита. Показано, что гидротермальный согидролиз солей алюминия и церия позволяет синтезировать крупноразмерные полигидроксокомплексы, улучшающие текстурные свойства пилларного монтмориллонита по сравнению с Al30-PMM. В целом, выявленные в работе фундаментальные принципы формирования слоисто-столбчатой структуры могут быть использованы для конструирования инновационных материалов на основе слоистых систем посредством варьирования размеров и химического состава интеркалируемых ионов.
Для цитирования:
Бутман М.Ф., Овчинников Н.Л., Косенко Н.Ф., Филатова Н.В., Погонин А.Е. Получение, свойства и перспективы использования Al30-пилларного монтмориллонита. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 7. С. 159-172. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6833j.
Литература
Dedzo G.K., Detellier Chr. // Adv. Funct. Mater. 2017. V. 28. N 27. 1703845. DOI: 10.1002/adfm.201703845.
Teptereva G.A., Chetvertneva I.A., Movsumzade E.M., Sevastyanova M.V., Baulin O.A., Loginova M.E., Pakhomov S.I., Karimov E.H., Egorov M.P., Nifantyev N.E., Evstigneev E.I., Vasiliev A.V., Voloshin A.I., Nosov V.V., Dokichev V.A., Fakhreeva A.V., Babaev E.R., Rogovina S.Z., Berlin A.A., Kolchina G.Y., Voronov M.S., Staroverov D.V., Kozlovsky I.A., Kozlovsky R.A., Tarasova N.P., Zanin A.A., Krivoborodov E.G., Karimov O.K., Flid V.R. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 9. P. 4-121. DOI: 10.6060/ivkkt.20216409.6465.
Wang A., Wang W. Nanomaterials from Clay Minerals: A New Approach to Green Functional Materials. Elsevier. 2019. 693 p.
Medvedeva I.V., Medvedeva O.M., Studenok A.G., Stu-denok G.A., Cejtlin E.M. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 6-27. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6538.
Park J.-H., Shin H.-J., Kim M.H., Kim J.-S., Kang N., Lee J.-Y., Kim K-T., Lee J.I., Kim D.D. // J. Pharm. In-vest. 2015. V. 46. N 4. P. 363–375. DOI: 10.1007/s40005-016-0258-8.
Cecilia J. A., García-Sancho C., Vilarrasa-García E., Jiménez-Jiménez J., Rodriguez-Castellón E. // Chem. Rec. 2018. V. 18. N 7-8. P. 1085-1104. DOI: 10.1002/tcr.201700107.
Mirak M.S.H., Sharifian S., Saraei F.E.K., Asasian-Kolur N., Haddadi B., Jordan C., Harasek M. // Materi-als. 2022. V. 15. N 13. P. 4502. DOI: 10.3390/ma15134502.
Khankhasaeva S.T., Badmaeva S.V. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 5. P. 23-29. DOI: 10.6060/ivkkt.20226505.6438.
Bertella F., Pergher S.B.C. // Micropor. and Mesopor. Mater. 2015. V. 201. P. 116–123. DOI: 10.1016/j.micromeso. 2014.09.013.
Behrens P. Pillared Clay. In: Catalysis from A to Z: A Concise Encyclopedia. 2019. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. DOI: 10.1002/9783527809080.
Hassanimarand M., Anbia M., Salehi S. // Chem. Select. 2020. V. 5. N 20. P. 6141-6152 DOI: 10.1002/slct.202000624.
Chen D., Feng J., Sun J., Cen C., Tian S., Yang J., Xiong Y. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2020. V. 95. N 5. P. 1441–1452. DOI: 10.1002/jctb.6329.
Chen D., Cen C., Feng J., Yao C., Li W., Tian S., Xiong Y. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2016. V. 91. N 11. P. 2842–2851. DOI: 10.1002/JCTB.4899.
Baloyi J., Ntho T., Moma J. // RSC Adv. 2018. N 8. 5197-5211. DOI: 10.1039/C7RA12924F.
Paiva J.P., Santos B.A.M. C., Kibwila D.M., Gonçalves T.C.W., Pinto A.V., Rodrigues C.R., Leitão A.C., Cabral L.M., De Pádula M. // J. Pharmaceut. Sci. 2014. V. 103. N 8. P. 2539–2345 DOI: 10.1002/jps.24057.
Zhao X., Tuo B., Long S., Song X., Wan L., Xiang H. // Micro Nano Lett. 2021. V. 16. N 5. P. 304–312. DOI: 10.1049/mna2.12052.
Cheng J., Ye Q., Li C., Cheng S., Kang T., Dai H. // Asia-Pacific J. Chem. Eng. 2020. V. 15. N 3. P. e2439. DOI: 10.1002/apj.2439.
Wen K., Zhu J., Chen H., Ma L., Liu H., Zhu R., He Y., He H. // Langmuir. 2019. V. 35. N 2. P. 382-390. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03447.
Cardona Y., Korili S.A., Gil A. // Appl. Clay Sci. 2021. V. 203. P. 105996. DOI: 10.1016/j.clay.2021.105996.
Parodia A., Prasniski J.A., Bertella F., Pergher S.B.C. // Minerals. 2021. V. 11. N 11. P. 1211. DOI: 10.3390/min11111211.
Pogonin A.E., Karasev N.C., Zhabanov Yu.A., Ovchinnikov N.L., Butman M.F. // Coll. art. of the VIII All-Russian school-conference “Quantum-chemical calculations: structure and reactivity of organic and inorganic molecules”. Ivanovo. 2017. P. 253-255 (in Russian).
Allouche L., Gerardin C., Loiseau T., Ferey G., Taulelle F. // Angew. Chem. Int. Ed. 2000. V. 39. P. 511-514. DOI: 10.1002/(sici)1521-3773(20000204)39:3<511::aid-anie511>3.0.co;2-n.
Butman M.F., Ovchinnikov N.L., Karasev N.S., Shibaeva V.D. // Coll. of abs. of the XXI Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry. St. Petersburg. 2019. P. 59 (in Russian).
Nasedkin V.V. Dash-Salakhlinskoye bentonite deposit (formation and development prospects). M.: GEOS. 2008. 85 p. (in Russian).
Butman M.F., Belozerov A.G., Karasyov N.S., Kochkina N.E., Hodov I.A., Ovchinnikov N.L. // Ross. Nanotekhnol.. 2015. V. 10. P. 29-34 (in Russian).
Motalov V.B., Karasev N.S., Ovchinnikov N.L., Butman M.F. // J. Analyt. Meth. Chem. 2017. V. 2017. P. 1-6. DOI: 10.1155/2017/4984151.
Butman M.F., Ovchinnikov N.L., Karasyov N.S., Kapinos A.P., Belozerov A.G., Kochkina N.E. // Fizich. Khim.Poverkh. Zashchita Mater. 2017. V. 53. N 4. P. 361-367 (in Russian). DOI: 10.7868/S0044185617020085.
Dmitrieva E.D., Goryacheva A.A., Ovchinnikov N.L., Butman M.F. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 4. P.117-123. DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6753.
Butman M.F., Ovchinnikov N.L., Nuralyev B., Karasev N.S., Belozerov A.G. // Ross. Nanotekhnol.. 2015. V. 10. N 11-12. P. 62-66 (in Russian). DOI: 10.1134/S1995078015060026.
Butman M.F., Ovchinnikov N.L., Karasev N.S. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 9. P. 82-91 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017609.5591.
Haouzi A., Kharroubi M., Belarbi B., Devautour-Vinot S., Henn F., Giuntini J.C. // Appl. Clay Sci. 2004. V. 27. P. 67-74. DOI: 10.1016/j.clay.2003.12.024.
Ovchinnikov N.L., Arbuz-nikov V.V., Kapinos A.P., Belozerov A.G., Butman M.F. // Ross. Nanotekhnol. 2015. V. 10. N 3-4. P. 74-79 (in Russian). DOI: 10.1134/S1995078015020159.
Butman M.F., Karasev N.S., Ovchinnikov N.L., Vinogradov A.V. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 12. P. 45-50.
Butman M.F., Belozerov A.G., Karasev N.S., Kochkina N.E., Hodov I.A., Ovchinnikov N.L. // Ross. NanoTekhnol. 2015. V. 10. N 9-10. P. 36-41 (in Russian). DOI: 10.1134/S1995078015050031.
Ovchinnikov N.L., Vinogradov N.M., Izyumova O.S., Butman M.F. // Coll. of the IX International Conference with elements of a scientific school for youth "Functional nanomaterials and high-purity substances". Suzdal. 2022. P. 114-116 (in Russian).
