научная статья по теме АДСОРБЦИЯ ХЛОРИДОВ АЛКИЛДИМЕТИЛБЕНЗИЛАММОНИЯ И ДИСТЕАРИЛДИМЕТИЛАММОНИЯ СЛОИСТЫМИ СИЛИКАТАМИ РАЗЛИЧНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ОРГАНОБЕНТОНИТОВ Химия

Текст научной статьи на тему «АДСОРБЦИЯ ХЛОРИДОВ АЛКИЛДИМЕТИЛБЕНЗИЛАММОНИЯ И ДИСТЕАРИЛДИМЕТИЛАММОНИЯ СЛОИСТЫМИ СИЛИКАТАМИ РАЗЛИЧНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ОРГАНОБЕНТОНИТОВ»

КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2009, том 71, № 6, с. 792-797

УДК 541.183+546.284

АДСОРБЦИЯ ХЛОРИДОВ АЛКИЛДИМЕТИЛБЕНЗИЛАММОНИЯ И ДИСТЕАРИЛДИМЕТИЛАММОНИЯ СЛОИСТЫМИ СИЛИКАТАМИ РАЗЛИЧНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА

ОРГАНОБЕНТОНИТОВ

© 2009 г. Б. В. Покидько*, И. А. Туторский*, В. В. Битт**, Н. М. Скляревская**, П. Л. Журавлева**

*Московская академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова 119571 Москва, проспект Вернадского, 86 **ГНЦ РФ ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"

105005 Москва, ул. Радио, 17 Поступила в редакцию 03.10.2008 г.

Изучены некоторые свойства слоистых силикатов различных бентонитовых месторождений, модифицированных хлоридами алкилдиметилбензиламмония и дисгеарилдиметиламмония, в частности, способность бентонитов к набуханию в неполярной среде. Измерена адсорбция ПАВ. Методом РФА определены межплоскостные расстояния в органобентонитах. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что расположение адсорбированных органических катионов в межслоевом пространстве и способность модифицированных бентонитов к набуханию зависят от катионной обменной емкости. Показано, что рост межплоскостного расстояния приводит к росту набухания и к усилению гелеобразования в неводных средах.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время значительное распространение в различных отраслях химической технологии нашли органоглины (органобентониты) - глины, которые содержат смектитовые минералы, модифицированные органическими катионами. В качестве последних обычно используют соли замещенных аминов и четвертичных аммониевых соединений, производные пиридина и имидозолина, полиамины и пр. Органоглины в настоящее время находят применение в промышленности как реологические добавки в смазки, присадки, лаки [1], адсорбенты при удалении токсических примесей из водных сред [2], наполнители различных полимерных матриц [3, 4]. Большое число работ, появившихся в последние десятилетия, было посвящено синтезу полимерных композитов и исследованию влияния на их свойства природы органических модификаторов [5-9]. Одними из наиболее часто применяемых модификаторов являются четвертичные аммониевые соединения - хлориды алкилбензилди-метиламмония (АБДМАХ) и диалкилдиметилам-мония (ДАДМАХ).

Органоглины, получаемые из высококачественных сортов монтмориллонитов, широко применяются во всем мире. В то же время органобентониты на основе глин российских месторождений и месторождений ближайшего зарубежья практически не производятся вследствие недостаточных знаний о химии и поверхностных свойствах этих бентонитов.

Кроме того, малое число работ было посвящено исследованию влияния строения природных смекти-тов на структуру и свойства органоглин, получаемых на их основе. Целью настоящей работы являлось изучение адсорбции АБДМАХ и ДАДМАХ на природных и натриевых формах бентонитовых глин различных месторождений.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе исследовали бентонитовые глины четырех месторождений: Хакасского, Зырянского, Даш-Салахлинского (Азербайджан) и Таганского (Казахстан). Для модификации бентонитовых глин применяли хлорид алкилдиметилбензиламмония (Катамин АБ, ТУ 9392-003-48-482528-99, ЗАО "Бурсинтез", 49%-ный водный раствор, М = 357 г/моль) и хлорид дистеарилдиметиламмония (Prapagen WK, Би-а-хим, Москва, 77%-ный раствор в изопропаноле, М = = 570 г/моль).

Бентониты переводили в натриевую форму путем диспергирования порошкообразной глины в 1 М растворе хлорида натрия, набухания в течение суток, центрифугирования, повторного диспергирования в растворе и последующей двукратной промывки дистиллированной водой. Тонкодисперсную фракцию (монтмориллонит) получали методом се-диментационного фракционирования суспензий Ка-бентонитов.

Оценки фазового состава и межплоскостного расстояния выполняли методом рентгенофазового анализа на дифрактометре Б/Мах-2500 (^аки) с Си-монохроматическим ^-излучением (рабочий режим - 40 кВ, 200 мА).

Катионную обменную емкость (КОЕ) определяли по адсорбции метиленового голубого (МГ) (ГОСТ 21283-93). Удельную поверхность оценивали по модифицированной методике Мэдсона, основанной на определении массы оставшегося после нагревания при 110°С бислоя молекул глицерина [10]. Индексы набухания в воде и в толуоле определяли по методике А8ТМ Б5890-95. Согласно стандартной процедуре, 2 г порошкообразного бентонита частями насыпали на поверхность 100 мл жидкости, помещенной в мерный цилиндр и через 1 сутки оценивали высоту геля, образующегося в нижней части цилиндра.

Для модификации бентонитов органическими катионами и при изучении адсорбции бентонит предварительно диспергировали в воде при перемешивании в течение нескольких часов, после чего добавляли различные количества водного раствора АБДМАХ. Адсорбцию проводили в 0.5%-ных водных суспензиях. Отношение ПАВ/бентонит варьировали в пределах 10-175 мг-экв/100 г. После смешения компонентов и установления равновесия в течение нескольких суток раствор отделяли от осадка центрифугированием и определяли остаточное содержание АБДМАХ в растворе методом УФ-спектрофотометрии при длине волны 257 нм [12]. Как было показано в ранних работах [13-15], кати-онные ПАВ могут адсорбироваться на бентонитовых глинах в количествах, существенно превышающих катионную обменную емкость глин. В опытах по определению коэффициента набухания все полученные органобентониты двукратно промывали дистиллированной водой.

Адсорбцию и толщину алсорбционного слоя рассчитывали по уравнениям

Таблица 1. Некоторые характеристики бентонитовых глин

А =

( ^х С Ра,н )У мг-экв/100 :

т

(сисх, сравн - исходная и равновесная концентрация АБДМАХ в объеме, ммоль/л, V - исходный объем суспензии, л, т - масса твердой фазы, г) и

5 =

с М

м

(М - молярная масса, г/моль, р - плотность АБДМАХ, г/м3). При расчете Амакс учитывали удельную поверхность бентонитов, которую находили по десорбции глицерина. Адсорбцию ДАДМАХ проводили в 0.5%-ных водных суспензиях бентонита при содержании органического катиона 30-120 мг-экв/100 г.

Межплоскостные

Месторождение ^Уд, м2/г расстояния, нм

природный образец натриевая форма

Таганское 591 1.40 1.21

Зырянское 451 1.41 1.25

Хакасское 373 1.51 1.16

Даш-Салахлинское 508 1.19 1.19

Таблица 2. КОЕ бентонитов (мг-экв/100 г)

Месторождение №-бен-тонит №-бентонит (тонкодисперсная фракция) Содержание тонкодисперсной фракции (по данным КОЕ), %

Таганское 80.8 84.8 95

Зырянское 63.0 82.3 77

Хакасское 55.0 74.6 73

Даш-Сала- 72.1 94.4 76

хлинское

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В табл. 1 приведены межплоскостные расстояния, определенные методом РФА в исходных и в натриевых бентонитовых глинах, и значения удельной поверхности бентонитов различных месторождений. В табл. 2 указаны величины КОЕ натриевых форм бентонитовых глин и их тонкодисперсных фракций. Эти результаты позволяют сделать вывод, что наибольшим содержанием монтмориллонита характеризуются бентониты Таганского и Даш-Са-лахлинского месторождений, имеющие большую обменную емкость и удельную поверхность по сравнению с другими бентонитами. По данным РФА и адсорбции красителя МГ, подтвержденным данными химического анализа на щелочноземельные катионы, в обменном комплексе бентонитов Хакасского и Зырянского месторождений преимущественно находятся ионы кальция и магния. Природный бентонит Таганского месторождения имеет смешанную кальциево-натриевую природу, а в обменном комплексе бентонита Даш-Салахлинского месторождения присутствуют, главным образом, ионы натрия. Было обнаружено, что наибольшим значением КОЕ характеризуется монтмориллонит Даш-Салахлин-ского месторождения. Удельная поверхность по глицерину определяется, в первую очередь, количеством монтмориллонитовой фракции и геометрическими размерами пластинок алюмосиликата. Ее низкое значение для бентонитов Зырянского и Хакасского месторождений, по-видимому, связано с большим содержанием примесей в этих образцах.

А, мг-экв / 100 ] 120

100

80

60

40

20

:

0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

3.0

с

равн

3.5 4.0

, ммоль/л

Рис. 1. Изотермы адсорбции АБДМАХ из 0.5%-ной суспензии на Ка-бентонитах различных месторождений, полученных без промывки дистиллированной водой: 1 - Таганское, 2 - Зырянское, 3 - Хакасское, 4 - Даш-Салахлинское.

На рис. 1 показаны изотермы адсорбции АБДМАХ на натриевых формах бентонитов различных месторождений. Значения максимальной адсорбции и толщины адсорбционных слоев АБДМАХ, представлены в табл. 3. Как следует из приведенных данных, максимальная адсорбция, определенная при помощи уравнения Ленгмюра, коррелирует со значениями КОЕ. Известно, что при адсорбции органических катионов в зависимости от количества и типа адсорбата, а также от количества активных центров (отрицательного заряда) происходит образование различных типов слоев (схематически изображены на рис. 2) [16, 17]. Данные РФА показывают, что с ростом содержания органических катионов происходит последовательное увеличение межплоскостного расстояния и изменение ориентации органических катионов. Это проиллюстрировано рис. 3, на котором представлены рентгенограммы бентонитов Таганского месторождения, модифицированных различными количествами АБДМАХ.

На рис. 4 представлены рентгенограммы бентонитов, модифицированных АБДМАХ (120 мг-экв АБДМАХ/100 г бентонита) и отмытых от избытка ПАВ горячей дистиллированной водой. По данным РФА рассчитывали параметры адсорбционного

Таблица 3. Адсорбционные параметры бентонитов

Месторождение А ^макс мг-экв/100 г 5, нм (по данным адсорбции) 5, нм (по данным РФА)

Таганское 121.0 2.05 1.68

Зырянское 101.9 2.26 2.12

Хакасское 98.2 2.63 0.92

Даш-Салахлинское 121.8 2.40 1.00

(+} I —

1.4 нм

(а) [Ц

1.8 нм

С

(б) Е

2.2 нм

(в)

I —

2.2-3.0 нм

(г)

(д)

3.0-4.0 нм

Рис. 2. Схемы, характеризующие ориентацию органических катионов в межслоевом пространстве ор-ганобентонитов: (а) - горизонтальная монослойная структура, (б) - горизонтальная бислойная структура, (в) - псевдотрехслойная структура, (г) - вертикальная монослойная структура, (д) - вертикальная бислойная структура.

слоя, которые сравнивали с адсорбционными данными. Рентгено

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»