Композитные материалы Fe2O3/монтмориллонит: получение и адсорбционные свойства

ВВЕДЕНИЕ 2
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4
1.1. Строение глинистых минералов 4
1.2. Методы модификации глин 6
1.2.1. Кислотная активация 6
1.2.2. Термическая обработка 7
1.2.3. Модификация глин органическими и полимерными соединениями 8
Модификация глин полимерами 10
Получение пористых глинистых гетероструктур 11
1.2.4. Модификация комплексами металлов 12
Глава 2. Экспериментальная часть 15
2.1. Синтез Fe-содержащих материалов 15
2.2. Приборы и оборудование 17
2.3. Построение калибровочных графиков 17
2.4. Методика изучения адсорбционных свойств 19
Глава 3. Результаты и обсуждение 21
3.1. Характеристики глины Тулдонского месторождения 21
3.2. Характеризация Fe-содержащих материалов 24
3.3. Тестирование полученных материалов в адсорбции красителей 27
3.4. Влияние рН 29
3.5. Влияние начальной концентрации красителя на кинетику адсорбции 29
3.5. Влияние начальной концентрации на равновесие адсорбции 32
3.6. Изучение возможности повторного использования сорбента 34
Заключение 37
Список литературы 38

Весь текст будет доступен после покупки

В последние годы окружающая среда подвергается сильному антропогенному воздействию со стороны горнодобывающей, металлообрабатывающей, машиностроительной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности. Все это приводит к загрязнению различных водоемов веществами неорганической и органической природы, в том числе и красителями. Так, в результате деятельности многочисленных предприятий, использующих в своем производстве синтетические красители, около 120 тыс. тонн красителей сбрасывается ежегодно со сточными водами в окружающую среду. Большинство красителей обладают сложной ароматической структурой, которая характеризуется низкой степенью биоразложения, вследствие чего происходит нарушение процессов фотосинтеза водных растений. Также они могут проявлять токсичные и канцерогенные свойства, что создает серьезную экологическую проблему. Согласно СанПиН (1.2.3685-21) предельно допустимая концентрация для красителей не должна превышать 0.1 мг/л. В связи с этим остро встает проблема разработки эффективных технологий очистки окрашенных сточных вод до значения ПДК перед сбросом их в природные водные объекты в соответствии с требованиями закона об охране окружающей среды. Среди существующих методов очистки сточных вод от красителей адсорбция на пористых материалах с высокой удельной поверхностью (цеолиты, угли, глинистые минералы) признана одной из самых надежных технологий. Преимуществами адсорбционных технологий являются простота и универсальность конструкции применяемой аппаратуры, легкость эксплуатации, высокая эффективность, отсутствие вредных побочных продуктов и нечувствительность к присутствующим токсичным веществам, (Maramis et al., 2012). Активированный уголь, использующийся в очистке производственных сточных вод, являются достаточно дорогим сорбентом, что стимулирует поиск альтернативных эффективных сорбентов на основе дешевого природного сырья. В последнее время особое внимание привлекают природные глинистые минералы, благодаря особенностям их структуры, позволяющей проводить их химическую модификацию органическими и неорганическими соединениями с получением сорбентов, обладающих высокой пористостью, большой удельной поверхностью, и значительным количеством поверхностных адсорбционных центров, что ведет к повышению сорбционной емкости по отношению к загрязняющим веществам различной природы.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Строение глинистых минералов
Глинистые минералы являются основной группой промышленных минералов из-за их легкодоступности и низкой стоимости. Они образуются в результате выветривания, диагенеза или гидротермального изменения и имеют размер частиц менее 2 мкм. Структура глинистых минералов обычно состоит из двух структурных единиц: тетраэдрического кремнекислородного и октаэдрического алюмокислородного слоев. Основной единицей октаэдрического слоя является октаэдр, состоящий из Al(III) или Mg(II), окруженных шестью атомами гидроксила или кислорода (Осипов и Соколов, 2013). В диоктаэдрических алюмосиликатах трехвалентные катионы занимают 2/3 октаэдрических позиций в алюмокислородном слое. В триоктаэдрических алюмосиликатах двухвалентные катионы занимают три октаэдрические позиции (Тарасевич, 1988). Различные комбинации тетраэдрических и октаэдрических слоев ведут к разнообразию глинистых минералов. Для глинистых минералов характерно изоморфное замещение Si(IV) на Al(III) или Fe(III) в тетраэдрических слоях и замещение Al(III) или Fe(III) на Mg(II) и Fe(II) в октаэдрических слоях, что ведет к образованию отрицательного заряда на поверхности частиц глины (Овчаренко и др., 1965).
Глинистые минералы обычно классифицируют в зависимости от их структуры и типа слоя на четыре основные группы, включая каолинит, иллит, смектит и вермикулит (Mishra, 2010). Каолинит представляет собой слоистый силикат типа 1:1 со структурной формулой [SiO4Al4O10(OH)8]. К этой группе относится ряд глин, таких как каолинит, галлуазит, диккит. В глинах этого типа один тетраэдрический слой сочетается с одним октаэдрическим слоем, а заряды внутри структурных единиц уравновешены за счет состава октаэдрических и тетраэдрических слоев.
В глинистых минералах типа 2:1 (тетраэдр-октаэдр-тетраэдр) слои связаны друг с другом электростатическим взаимодействием и водородными связями. Крайними членами особого изоморфного ряда этой группы являются пирофиллит [Si8Al4O20(OH)4] и тальк - [Si8Mg6O20OH4]. Замещение в тетраэдрических пластинах пирофиллита приводит к диоктаэдрической структуре слюды мусковита KAl2[AlSi3O10](OH)2. Широкая группа слюд включает гидрослюду или иллит в виде многослойной структуры 2:1.
Минерал смектит относится к типу 2:1 с расширяющейся структурной ячейкой, таким как монтмориллонит, бейделлит, сапонит и гекторит. Вермикулит является типичным представителем структуры 2:1 с ограниченной расширяющейся ячейкой. Хлориты – глинистые минералы со слоистой структурой 2:1:1 и дополнительным октаэдрическим слоем брусита или гиббсита. Минералы группы хлорита имеют химическую формулу (Mg,Fe,Li)6AlSi3O10(OH)8 (Karpinski and Szkodo 2015a). Другие силикаты типа 2:1 содержат непрерывные двумерные тетраэдрические пластины, которые представляют собой палыгорскит и сепиолит, однако октаэдрические листы непрерывны только в одном измерении. Химическая формула палыгорскита – Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O, а сепиолита – Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O (Singer, 2002).
Особенности физико-химических свойств поверхности глинистых минералов определяются химическим составом, поверхностными гидроксильными (Si-OH, Al-OH, Fe-OH, Mg-OH), мостиковыми Si-O(H+)-Al группами кислотного или основного характера. Также на свойства глин влияют поляризованные молекулы воды (бренстедевские центры), координационно-ненасыщенные катионы Al3+, Fe2+/Fe3+, поверхностные кислородные анионы кислорода (льюисовские центры), дефекты структуры (сколы, ребра, грани) (Бергая и Лагали, 2006).
Характерными свойствами глинистых минералов являются:
(I) способности к набуханию при взаимодействии с водой и другими полярными жидкостями (Rouse and Ferguson, 2007),
(II) катионообменная емкость глинистых минералов (Eslinger and Peverar, 1988),
(III) кислотность глины (Aghazadeh et al., 2020),
(IV) пористая структура (Bourg et al., 2003),
(V) газопроницаемость (Mukherjee, 2013а).
Из глинистых минералов смектит имеет самую высокую удельную поверхность и емкость катионного обмена (ЕКО) (до 800 м2/г и 80–150 мг-экв/100 г), по сравнению с иллитом (30 м2/г и 10–40 мг-экв/100 г), каолинитом (15 м2/г и 1–10 мг-экв/100 г) и хлоритом (15 м2/г и < 10 мг-экв/100 г) (Karpinski and Szkodo 2015b).

Весь текст будет доступен после покупки

«Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». СанПиН (1.2.3685-21).
Вальчев В., Тошева Л. Пористые наночастицы: получение, свойства и применение. Химические обзоры. 2013. c. 6734-6760.
Карнаухов А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. –Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН. -1999. 470 с.
Овчаренко Ф.Д., Ничипоренко С.П., Круглицкий Н.Н., Третинник В.Ф. Исследование в области физико-химической механики дисперсий глинистых минералов. – Киев: Издательство АН УССР, 1965. – 275 с.
Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование свойств. –М.: Геос. -2013. -576 с.
Панасюгин А., Китикова Н., Бондарева Г., Ратько А. Адсорбционные и структурные свойства монтмориллонита, пилларированного гидроксокомплексами железа и редкоземельных металлов. Коллоид. 2003. c. 478–481.
Тарасевич Ю.И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов. - Киев: Наукова Думка. - 1988. - 248 с.
Aghazaaledeh V., Barakan S., Bidari E. Determination of surface protonation-deprotonation behavior, surface charge, and total surface site concentration for natural, pillared and porous nano bentonite heterostructure. J Mol Struct. – 2020. – V. 1204. – 127-570.
Aguiar J., Cecilia J., Tavares P., Azevedo D., Castellon E.R., Lucena S., Silva I. Adsorption study of reactive dyes onto porous clay heterostructures. Appl Clay Sci. – 2017. – V. 135. – P. 35–44.
Ahmadi A., Foroutan R., Esmaeili H., Tamjidi S. The role of bentonite clay and bentonite clay MnFe2O4 composite and their physico-chemical properties on the removal of Cr (III) and Cr (VI) from aqueous media. Environ Sci Pollut Res. – 2020. – V. 27. – P. 14044–14057.

Весь текст будет доступен после покупки