ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНО-ОСНОВНОЙ АКТИВАЦИИ НА ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМОСИЛИКАТОВ
Аннотация
Исследовано влияние активации природных алюмосиликатов растворами слабых кислот и солей со слабощелочной реакцией на поверхностные свойства материалов. Использование природных сорбентов имеет широкий спектр практического применения, что актуализирует исследование их физико-химических и адсорбционных свойств. Проведено сравнительное исследование нативного материала - опоки Астраханской области, а также материала, активированного 6% раствором щавелевой кислоты, и затем активированного раствором гидрокарбоната натрия той же концентрации. Исследование морфологии полученных образцов свидетельствует о более развитой поверхности нативного материала. Наличие изометричных открытых пор в нативном материале подтверждает глинистую составляющую. Причем активация слабой кислотой приводит к уменьшению размера пор и удельной поверхности в 1,3 раза. Дальнейшее воздействие слабощелочного раствора вызывает монотонное уменьшение удельной поверхности и размера пор в 1,5 раза от первоначального значения. Полученные результаты подтверждаются методом БЭТ. Удельная поверхность материала и пористость уменьшается на 23% при активации слабой кислотой и на 31% при дальнейшей активации слабым щелочным раствором, что подтверждает также разрушение структуры. Полученные данные по изменению химического состава в процессе активации позволяют отнести природный материал к классу монтмориллонита (SiO2: 30 – 33%), а наличие глинистой составляющей (Al2O3: 2 – 3%), свидетельствует о разрушении материала при активации не только сильными, но и слабыми кислотами. Изменение соотношения Si/Al, экстракция ионов металлов в обменной области не приводит к ожидаемому увеличению удельной поверхности и объема пор, что может быть объяснено рекристаллизацией поверхности. Исследование кислотно-основных характеристик поверхности рКа-методом свидетельствует о большом разнообразии активных центров на поверхности, имеющих неоднородный характер с преимущественным преобладанием катионной функции. При активации наблюдается усиление анионной функции поверхности.
Для цитирования:
Сютова Е.А., Джигола Л.А. Влияние кислотно-основной активации на изменение свойств поверхности алюмосиликатов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 2. С. 52-58. DOI: 10.6060/ivkkt.20246702.6871.
Литература
Sarma G.K., Sen Gupta S., Bhattacharyya K.G. Nanomaterials as versatile adsorbents for heavy metal ions in water: a review. Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. 26. Р. 6245–6278. DOI: 10.1007/s11356-018-04093-y.
Medvedeva I.V., Medvedeva O.M., Studenok A.G., Studenok G.A., Zeitlin E.M. New composite materials and processes for chemical, physicochemical and biochemical water treatment technologies. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 6-27 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6538.
Alykov N.M., Alykov N.N., Alykova T.V. Opoki of the Astrakhan region. Astrakhan: Izd-vo Astrakhan. gos. univ. 2005. 104 p. (in Russian).
Salakhutdinova A.R., Alykov N.M., Alykov N.N. Installation for water purification using a sorbent based on flasks of the Astrakhan region. Ekologiya Promst Rossii. 2014. N 5. P. 8-12 (in Russian).
Syutova E.A., Dzhigola L.A. Study of the kinetic regularities of solid-phase concentration of calcium ions by natural sorbents. Sorpt. Khromatogr. Prots. 2020. V. 20. N 1. P. 64-78 (in Russian). DOI: 10.17308/sorpchrom.2020.20/2381.
Dzhigola L.A., Sadomtseva O.S., Shakirova V.V., Kargina K.V., Syutova E.A., Razgovorov P.B., Nagornov R.S. Application of adsorption models for the description of equilibria in the systems "Cations of copper (II) and lead (II) and - natural materials of the Astrakhan region". ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 9-10. P. 105-112 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186109-10.5806a.
Silina Yu.E., Spiridonov B.A., Nebolsin V.A., Kuchmenko T.A. Protolytic properties of acid-base indica-tors in nanoporous alumina matrices. Analitika Kontrol. 2011. V. 15. N 4. P. 450-456 (in Russian).
Selyunina L.A., Mishenina L.N., Minakova T.S., Slizhov Yu.G. Study of the acidbase properties of the surface of calcium aluminate obtained by the solgel method. Kondensir. Sredy Mezhfazn. Granitsy. 2015. V. 17. N 2. P. 227-234 (in Russian).
Fedotova O.V., Trofimova K.V., Tsygankov P.Yu., Safarov R.R. Investigation of the influence of production parameters of highly porous cellulose materials on their structural characteristics. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 2. P. 107-113 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6736.
Matulová M., Urík M., Bujdoš M. Selenite sorption onto goethite: isotherm and ion-competitive studies, and effect of pH on sorption kinetics. Chem. Pap. 2019. N 73. Р. 2975–2985. DOI: 10.1007/s11696-019-00847-1.
Mikhailova O.A., Lygina T.Z. Study of the structure and properties of native and activated natural mineral sorbents. Fizikokhimiya Poverkhn. Zaschita Mater. 2010. V. 46. N 2. P. 199–207 (in Russian). DOI: 10.1134/S2070205110020115.
Soh Nde H., Azinwi Tamfuh P., Clet G., Vieillard J., Tsaffo Mbognou M., Djoufac Woumfo E. Comparison of HCl and H2SO4 for the acid activation of a cameroonians-mectite soil clay: palm oil discolouration and landfill leachate treatment. Heliyon. 2019. N 5. P. 1-10. DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e02926.
Mostalygina L.V., Chernova E.A., Bukhtoyarov O.I. Acid activation of bentonite clay. Vestn. YuRGU. Ser. Khimi-ya. 2012. N 24(9). P. 57-61 (in Russian).
Maziarz P., Matusik J. The effect of acid activation and calcination of halloysite on the efficiency and selectivity of Pb(II), Cd(II), Zn(II) and As(V) uptake. Clay Minerals. 2016. V. 51. N 3. P. 385–394. DOI: 10.1180/claymin.2016.051.3.06.
Nagornov R.S., Razgovorov P.B., Lepilova A.M., Stroganova Yu.I., Smirnov P.R., Kochetkov S.P. Gentle activa-tion of a polymineral sorbent and its effect on the process of cleaning oil-containing media from impurity ingredients. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 8. P. 53-59 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017608.5618.
Razgovorov P.B., Nagornov R.S., Grishina Yu.N., Silant'eva A.D. Studying the process of purification of vege-table oil using pink clay. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 5. P. 59-64 (in Russian).
Pukhov I.G., Smirnova D.N., Ilyin A.P., Smirnova N.N. Study of the acid-base properties of the surface of carbon ad-sorbents by potentiometric titration. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2012. V. 55. N 12. P. 117-122 (in Russian).
Pakhnutova E.A., Slizhov Yu.G. Acid-base properties of the surface of gas chromatographic sorbents with grafted layers of metal chelates. Zhurn. Fizich. Khim. 2014. V. 88. N 7–8. P. 1228–1232 (in Russian). DOI: 10.7868/S0044453714080226.
Davidovits J. Geopolymers and geopolymeric materials. J. Therm. Anal. 1989. V. 35. P. 429-441. DOI: 10.1007/bf01904446.
Ahmed Z. Khalifa, Özlem Cizer, Yiannis Pontikes, Andrew Heath, Pascaline Patureau, Susan A. Bernal, Alastair T.M. Marsh. Advances in alkali-activation of clay minerals. Cem. Concr. Res. 2020. V. 132. P. 1-70. DOI: 10.1016/j.cemconres.2020.106050.
Bräuer P., Situmorang O., NG P.L., D'agostino C. Effect of Al content on the strength of terminal silanol species in ZSM-5 zeolite catalysts: a quantitative DRIFTS study with-out the use of molar extinction coefficients. Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. N 20. P. 4250-4262. DOI: 10.1039/C7CP07826A.
Tsaplin D.E., Makeeva D.A., Kulikov L.A., Maksimov A.L., Karakhanova E.A. Synthesis of ZSM-12 zeolites us-ing new templates based on ethanolamine salts. Zhurn. Priklad. Khimii. 2018. V. 91. N 12. P. 1729−1734 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070427218120066.
