Исследование физико-химических и прикладных свойств новых полимерных композиционных материалов на основе слоистых силикатов и полиэлектролитов

Значительным достижением в области синтеза сорбционных материалов является разработка методов получения полусинтетических микропористых сорбентов на основе слоистых силикатов с расширяющейся структурной ячейкой и основных солей алюминия, титана, хрома и др., - так называемых пиллар-глин или PILC-сорбентов (pillared interlayer clay-сорбентов). Первое сообщение о сорбенте подобного типа с резко увеличенной доступной поверхностью касалось термостабильного материала с открытыми щелевидными порами шириной τ=0,8нм, сформированными при внедрении гидроксокатионов алюминия в межслоевые промежутки минерала [57]. В последние годы число публикаций, посвященных получению и свойствам PILC-сорбентов, резко возросло. Имеется ряд обзоров на эту тему (например).

В основе получения таких сорбентов лежит реакция замещения межслоевых обменных катионов исходного минерала на олигомерные гидроксокатионы, для алюминия это, главным образом, ионы состава:

[А113О4(ОН)28(Н2О)8 ] 3+,

устойчивые в водном растворе в интервале рН = 3,7-4,3 и мольном отношении ОН/А1; n = 1,2-2,3 [59].

Важной особенностью PILC-сорбентов является наличие в их структуре открытых щелевидных микропор (толщиной 0,7 - 0,8 нм для Аl 13-монтмориллонита), образующихся в результате прочной межслоевой сорбции олигомерных неорганических катионов. Эти катионы занимают около половины внутренней поверхности порового пространства (S =750 м2/г для Аl 13 - монтмориллонита), вторая половина (до S = 400 - 430 м2/г) остается доступной для адсорбции. Преимуществом PILC-сорбентов по сравнению с синтетическими цеолитами является их большая открытая микропористость, что улучшает кинетику сорбционных и каталитических процессов, а также относительная дешевизна, что немаловажно для применения их в процессах чистки воды.

При переходе от исходного натриевого к Аl13-монтмориллониту коэффициент гидрофильности резко уменьшается, хотя, конечно, не достигает значения, характерного для гидрофобного цеолита типа ZSM - 5. На уменьшение фильности Аl13 -мoнтмориллонита по сравнению с исходным минералом и появление на его поверхности щелевидных микропор гидрофобных участков указывается также в работе.

В целом, чистые PILC-сорбенты являются гидрофильными материалами. Однако наличие гидрофобных участков и координационно ненасыщенных атомов А13+, принадлежащих кластерам Аl 13, создает благоприятные условия для сорбции на этих материалах ряда органических веществ. Например, сообщается [63] о селективной сорбции Аl 13-сорбентами диоксинов. Соединения с молекулами меньшего размера (типа фенола) сорбируются из водных растворов PILC-сорбентами менее избирательно по сравнению с активным углем, но намечены пути повышения сорбционной способности этих материалов.

Применительно к современной технике хроматографического анализа и для методов очистки воды на намывных фильтрах требуются селективные сорбенты с улучшенными кинетическими характеристиками. Такими материалами являются полусинтетические поверхностно-пористые сорбенты с развитой системой поверхностных микропор. Например, к типу данных сорбентов относится цезий-цетилпиридиниевый монтмориллонит (Cs - ЦПМ) - высокоселективный, эффективный хромате графический сорбент [66, 67]. Введенные обменный комплекс монтмориллонита большие катионы Cs+ существенно увеличивают вклад боковых граней кристаллов во внешнюю поверхность минерала и таки образом повышают его адсорбционно-разделительную способность. Этот сорбент позволяет проводить разделение близко кипящих органических веществ за счет наличия поверхностных микропор шириной 1,3 нм и глубиной 0,6 нм [68], расположенных на боковых гранях кристаллов.

Эффективное разделение изомеров обеспечивает комплексный трехфазный сорбент Cs-ЦПМ + ПФМС-4 + хроматон N-AW-HMDS (соотношение Cs-ЦПМ: жидкая фаза ПФМС- 4 = 3:1).

Термоокислением вспученного перлита гидрофобизованного ГКЖ - 94М, получен эффективный поверхностно-пористый сорбент для поглощения растворенных эмульгированных в воде нефтепродуктов. Размеры поверхностных микропор сорбента, определенные с помощью газохроматографического варианта метода молекулярных щупов, составляют 1,2 х 0,5 нм. В заключение следует отметить, что большая практическая значимость природных минералов стимулирует исследования, направленные на получение новых адсорбционно-активных материалов и природных сорбентов и рациональных технологий их применения в промышленности.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методика модификации бентонитовой глины месторождения «Герпегеж»