Proprietățile adsorbției minerale argiloase - proprietăți adsorbante ale mineralelor argiloase Omsk

Proprietățile adsorbante ale mineralelor argiloase

Adsorbtia - spontană de concentrație a substanței de proces la interfața dintre cele două faze. Procesul invers de tranziție a unei substanțe din stratul de suprafață în faza tridimensională numită desorbție.

Adsorbant - material solid sau lichid, pe a cărui suprafață de adsorbție are loc. Adsorbatul - material absorbant, de obicei, în fază gazoasă sau lichidă. Soluți la limitele unui corp solid și o separare lichid-lichid-lichid.

Trebuie subliniat faptul că capacitatea unei substanțe de a fi adsorbite la interfața - nu este o proprietate individuală a unei substanțe, iar proprietatea sa este cu siguranta un sistem eterogen.

În funcție de starea de agregare a adsorbției fazelor adiacente se disting: a) gazele de pe adsorbanți solide; b) de gaz la gazul lichid; c) la limitele de solut solid corp lichid și separare lichid-lichid.

Clasificarea fizico-chimică distinge fizică schimbătoare de ioni (molecular) adsorbție, adsorbție chimică (chemisorption).

adsorbția fizică se realizează în detrimentul van der Waals (inducție, orientare, interacțiuni de dispersie), și legarea hidrogenului. Entalpia de adsorbție fizică este aproape de lichefierii sau vaporizarea entalpiei (- (10-20) kJ / mol). Datorită exotermicitatea adsorbție fizică, de încălzire, conform principiului Le Chatelier, conduce la desorbția adsaorbatelor.

În Chemisorpția interacțiune chimică are loc între adsorbant și adsorbatul. Energia entalpiei și activarea minciună chemisorption în reacțiile chimice caracteristice dintre: - (40-200) kJ / mol și 20-150 kJ / mol. adsorbție fizică prin chemisorption domină de obicei la temperaturi joase. Odată cu creșterea ratei chemisorption temperatură crește semnificativ, în conformitate cu ecuația Arrhenius.

Schimbul de ioni - un fel de ioni de adsorbție care implică. Schimbul de ioni a soluțiilor se observă pe suprafețele cu un suficient pronunțat strat dublu electric (DEL), care ionii mobile pot fi schimbate pentru alți ioni de același semn în soluție. Substanțele care prezintă capacitatea de schimb ionic și utilizat pentru a adsorbi ioni sunt cunoscuți ca schimbători de ioni sau schimbătoare de ioni

Cantitatea de substanță adsorbită i pe unitatea de suprafață a suprafeței de adsorbție este Ai, mol / m2. Legătura dintre tencuiala Gi și Ai. arată

Ipsos Gi = (AiS -CiV) / S = Ai - hs Ci (1)

În adsorbție din soluție, solutului și solventul concurează pentru spațiu pe suprafață. Mai bine substanța este solubilă în solvent, mai rău este adsorbit. Conform regulii de polaritate ecuației (PA Rebinder 1936) este mai bună substanță adsorbită având o polaritate intermediară la polaritățile fazelor la interfață. Silicați, argila (adsorbanți polari), adsorbi opuse substanțe nepolare din solvenți, de exemplu, benzen [4].

minerale argiloase sunt amestecate - formațiuni poroase în structura care sunt micro, mezo și macro. Datorită diferitelor condiții de formare a membrilor individuali ai mineralelor argiloase variază considerabil în formă, deoarece toate cele trei tipuri, și raportul volumelor acestora. Clasificarea mineralelor argiloase în funcție de porozitatea trei grupe de minerale identificate: phyllosilicați cu o unitate rigidă structurală (caolinit, hydromica și colab.), Silicați Layered cu o unitate de expansiune structurală (montmorilonit, vermiculite, etc.) și silicați bandă stratificate (paligorschita și sepiolit ).

silicați stratificata cu o unitate structurală rigidă au doar porozitate secundară datorită decalaje între particule în contact. Firește, dimensiunea porilor secundar depinde de mărimea particulelor primare și natura ambalajului acestora în formațiunile secundare - cristalitelor. următoarele valori ale razei efective în metoda mercur porosimetry structura porilor cao găsit: r = 20-125 nm și r = 10 - 40 nm, respectiv, pentru cristalite fațete bune și rele. De asemenea fix mai îngust mezoporilor r secundar = 2-10 r nm și supermikropory = 0,8 - 1,4 nm. Această formă de fantă pori, formată oblic adiacent fiecare alte cristale minerale lamelare.

Montmorilonitul și vermiculit având pori primari coplanăr grosime variabilă f = 0-0.8 nm. Atunci când absorbția de vapori a substanțelor polare, în special, apă la o fracțiune din acești pori au reprezentat mai mult de 80% din limitarea volumului Vs. sorbție cristalite montmorillonit conform cu porozimetrie cu mercur mezoporilor caracterizat secundar r = 7 - 30 nm. Rezultatele studiilor structural sorbție indică prezența structurii secundare a montmorillonit mai îngust mesoporă r = 3 - 5 nm și supermikropor r = 0.9-1.2 nm. Originea lor este aceeași ca și în structura caolinit (vezi. de mai sus).

Un volum al porilor secundar de montmorillonit și alți silicați stratificate depinde de condițiile de pretratare a acestor minerale. De exemplu, congelare ciclic - repulsie duce la planul de contact dezvoltare - un plan pe fețele bazopinakoidnym particulelor de argilă, reducând astfel volumul mezoporilor. Această modificare a structurii se constată că reduce semnificativ absorbția de apă într-un interval de presiune relativă p / ps = 0,5-0,95.

După îndepărtare, structura montmorillonit de ionii de fier ditionittsitratnym, urmată de uscare la temperaturi scăzute minerale particule de argilă rearanjare în cristalitelor și crește supermikropor suprafață r = 0,7 - 1,5 nm.

Proprietățile de adsorbție ale sepiolit și paligorschita sunt determinate, pe de o parte, canalele zeolitice cu dimensiunile 0,37 x 0,37 x 0,64 și 1,1 nm - pori primari și pe de altă parte, spațiul poros de pachete, în care ac agregat sau fiber- particule minerale de porozitate secundară. Canalele zeolitice paligorschita și sepiolit, în plus față de moleculele de apă moleculele adsorbite de amoniac, metanol, etanol, metilamină. alcooli Vysokoatomnye și hidrocarburi nepolare sunt adsorbite doar pe suprafața exterioară a acestor minerale.

Curbele de distribuție a volumului porilor razelor lor eficiente la paligorschita au maxime distincte în regiunea r = 1,6; 3-6 și 10 nm. Un astfel de caracter a curbelor indică prezența supermikropor structurii poroase. Adsorbția dintre ele este o parte esențială a capacității de adsorbție paligorschita în ceea ce privește substanțele polare și non-polare. Termica paligorschita procesare vacuum și sepiolit cu creșterea temperaturii de la 20 la 200 єS duce la o scădere drastică a adsorbanți specifice ale ariei suprafeței, ceea ce se explică prin dispariția părții secundare supermikropor urmare a modificărilor reversibile în structura zeolitului prin îndepărtarea jumătate apă coordinatively legat.

aplicațiile tradiționale de minerale argiloase ca adsorbanți - purificarea petrolului, în special, terțiară și regenerarea uleiurilor minerale, adsorbție-purificarea catalitică a extractelor din compuși nesaturați aromatici, clarificarea vin și suc, deșeurile și apa naturală și altele.

îndepărtarea eficientă a produșilor de oxidare a uleiurilor, gudron și substanțe policiclice adsorbanți furnizate dezvoltat sistemul mesoporă. Prin urmare, în loc convențional utilizat în acest scop sunt propuse bentonite naturale având mezoporilor dezvoltate și paligorschita activat bentonita cu acizi minerali concentrați.

Pentru clarificare vinului și suc au fost mult timp folosite bentonite (grupa montmorillonit) sodiu absorbind substanțe de origine proteică din mediul apos. Studiul mecanismului de interacțiune argilei cu substanțe proteice care cauzează turbiditate, a aratat ca merge dincolo de procesul de adsorbție. Pentru clarificare vin eficientă, adăugarea de dispersie a introdus sorbent, sunt importante și sare de toleranță în medii apoase. Examinarea acestui proces cu produsele coloid-chimice comune a fost baza pentru a oferi o mai eficiente înălbitori - fin Cherkassy depozite de argilă paligorschita și hydromica.

Proprietățile de filtrare ale argilelor este de asemenea utilizat pentru ape uzate și apele naturale. În special, indicatorii de producție a apei uzate pilot proiectat linie de producție și a coloranților folosind bentonite. Capacitatea argilei bentonite absorbi efectiv surfactanți neionici (neionic tensioactiv) tehnologie de purificare a apei este implementată în meserii de apă rezervor de gaz.

Tehnologia industrială de purificare teste a unui surfactant neionic „prevotsella EO“ apa produsa depozite de gaz Pynyanskogo (Ucraina), folosind pulbere de bentonită Cherkassy și argile spondilovoy locale au arătat că MPC (0,5 g / m3) este obținută atunci când apa singur produs sau bentonită Cherkassky tratamentul cu două trepte cu spondilovoy argila [9].

Argile erau materiale eficiente pentru echipamente de îmbrăcăminte de decontaminare, materiale de construcție în timpul accidentului de la Cernobîl din 1986 F. In acest scop au fost folosite Cherkasskii bentonită și argilă depozite paligorschita sub formă de paste apoase (12-15%) și suspensii (2-7% ). munca de decontaminare Purtat a arătat că dispersiile de argilă cu aderență bună și proprietăți de schimb protectiv-ion, pentru a elimina mai complet radionuclizi decât soluțiile standard bazate pe agenți activi de suprafață anionici. De exemplu, în tratamentul îmbrăcămintea contaminată (incubare în suspensie 2% timp de 1 minut, sub agitare, apoi de două ori spălarea cu apă), folosind un coeficient de dezactivare a suspensiei de argilă a fost de 25 (primul nivel de radiație de 2,90 mR / h) și cu un standard 6,6 - soluție de surfactant.

Utilizarea de argila pentru decontaminare rezolvă problema deșeurilor nucleare. Radionuclizii concentrate în pasta de argilă care este ușor de separat de apa prin precipitare. Suspensia este trimis pentru eliminare, iar apa limpezită la doochischaetsya filtrele klinoptilolitovyh și eliminate pentru filtrarea naturală ulterioară.

minerale argiloase sunt promițătoare pentru a fi utilizate în tehnologia de adsorbție nu numai sub formă de pulbere (procesul de curățare de contact), dar, de asemenea, sub formă de granule (procese de sorbție dinamică). În acest context apare problema de selecție a liantului pentru a forma compozițiile granulare. Dezvoltarea unor astfel de compoziții au fost dedicate. Pe baza caolinit modificat proiectat impermeabil sorbent, rezistente mecanic cu capacitate ridicată și selectivitate în ceea ce privește ionii Cr3 +, Ni2 +, Co2 +, și altele.

Spectrele electronice arată că absorbția ionilor de metale grele datorită mecanismului lor de complexarea cu grefat pe suprafața grupărilor fosfat sorbent. Acest lucru este evidențiat printr-un coeficient ridicat de distribuție între cationii și o soluție de caolinit modificată Ap = 104-105 sm3D că sorbenți complexare inerente. Acidularea apei poate fi ușor regenerate caolinit modificat cu fosfat [10].