Одержання пористих кремнеземних нанокомпозитів на основі монтморилоніту з використанням золь-гель методу

Autor: Doroshenko, Dmytro, Pylypenko, Igor, Kornilovych, Borys, Subbota, Irina
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Technology audit and production reserves; Том 4, № 3(42) (2018): Chemical Engineering; 4-9
Technology audit and production reserves; Том 4, № 3(42) (2018): Хімічна інженерія; 4-9
Technology audit and production reserves; Том 4, № 3(42) (2018): Химическая инженерия; 4-9
ISSN: 2226-3780
2312-8372
Popis: The object of research is montmorillonite, which due to its properties and structure shows high sorption characteristics. However, the significant barrier to its use in industrial water purification technologies is the tendency of montmorillonite to be self-dispersed in aqueous solutions on elementary structural layers and to form stable suspensions. It creates difficulties with separating the solid and liquid phases after the sorption process. The authors used the sol-gel method for the synthesis of nanocomposite materials based on montmorillonite using tetraethoxysilane as a gelling agent. The synthesis involves the hydrolysis reaction of tetraethoxysilane and the subsequent polycondensation of silica molecules with hydroxyl groups of montmorillonite. The obtained samples inherit good sorption properties from a layered mineral and a solid frame structure from silica. Such a structure of synthesized nanocomposites is ensured by the presence of siloxane bonds, which help to bound together the elementary particles of montmorillonite. This, in turn, improves the water resistance of samples. Based on the results of rheological studies, it has been shown that the basic processes of the structure formation in the initial water-alcohol suspensions of the hydrolysis products of tetraethoxysilane and montmorillonite occur at a concentration of 1 % silica, which is due to the colloidal and chemical properties of the investigated systems. It has been shown that the treatment of montmorillonite with tetraethoxysilane hydrolysis products leads to the formation of a material with lower ability to swell and with better separation of liquid and solid phases. The optimum content of silica in the sample, which is in the range of 0.1 to 14 %, makes it possible to reduce the optical density of solutions by 2.5 times compared with the original montmorillonite. It has been shown that the synthesized materials retain a sufficiently high sorption capacity to remove the cationic dye methylene blue (up to 158 mg/g), which rises with increasing clay mineral content. And has been having a higher selectivity (up to 3.4 dm3/mg).
Объектом исследования является монтмориллонит, который благодаря своим свойствам и строению проявляет высокие сорбционные характеристики. Однако существенным препятствием его использования в промышленных технологиях водоочистки является склонность монтмориллонита самовольно расслаиваться в водных растворах на элементарные структурные пакеты и образовывать устойчивые взвеси. Это приводит к возникновению сложностей при разделении твердой и жидкой фаз после проведения процесса сорбции. Авторами был использован золь-гель метод синтеза нанокомпозитных материалов на основе монтмориллонита с использованием тетраэтоксисилана в качестве гелеобразующего вещества. Синтез включает в себя реакцию гидролиза тетраэтоксисилана и последующей поликонденсацией молекул кремнекислоты с гидроксильными группами монтмориллонита. Полученные образцы сочетают в себе хорошие сорбционные свойства слоистого минерала и прочную каркасную структуру. Такая структура синтезированных нанокомпозитов обеспечивается наличием силоксановых связей, которыми элементарные пакеты монтмориллонита соединены между собой. Это, в свою очередь, способствует увеличению водостойкости экспериментальных образцов. Согласно результатам реологических исследований, основные процессы структурообразования в исходных водно-спиртовых суспензиях продуктов гидролиза тетраэтоксисилана и монтмориллонита происходят при концентрации кремнезема 1 %, что связано с коллоидно-химическими свойствами исследуемых систем. Обработка монтмориллонита продуктами гидролиза тетраэтоксисилана приводит к образованию материала с более низкой способностью к набуханию и лучшим разделением жидкой и твердой фаз. Оптимальное содержание кремнезема в образце, которое находится в интервале 0,1–14 %, позволяет уменьшить оптическую плотность растворов в 2,5 раза по сравнению с исходным монтмориллонитом. Синтезированные материалы сохраняют достаточно высокую сорбционную емкость по извлечению катионного красителя метиленового голубого (до 158 мг/г), которая возрастает при увеличении содержания глинистого минерала. А также имеют высшие показатели селективности (до 3,4 дм3/мг).
Об’єктом дослідження є монтморилоніт, який завдяки своїм властивостям і будові проявляє високі сорбційні характеристики. Однак суттєвою перешкодою його використання в промислових технологіях водоочищення є схильність монтморилоніту самочинно диспергуватись в водних розчинах на елементарні структурні пакети і утворювати стійкі зависі. Це призводить до виникнення складнощів при розділенні твердої і рідкої фаз після проведення процесу сорбції. Авторами був використаний золь-гель метод синтезу нанокомпозитних матеріалів на основі монтморилоніту з використанням тетраетоксисилану в якості гелеутворюючої речовини. Синтез включає в себе реакцію гідролізу тетраетоксисилану і наступною поліконденсацією молекул кремнекислоти з гідроксильними групами монтморилоніту. Отримані зразки поєднують в собі хороші сорбційні властивості шаруватого мінералу та міцну каркасну структуру. Така структура синтезованих нанокомпозитів забезпечується наявністю силоксанових зв’язків, якими елементарні пакети монтморилоніту з’єднані між собою. Це, в свою чергу, сприяє збільшенню водостійкості експериментальних зразків. Згідно з результатами реологічних досліджень, основні процеси структуроутворення у вихідних водно-спиртових суспензіях продуктів гідролізу тетраетоксисилану та монтморилоніту відбуваються при концентрації кремнезему 1 %, що пов'язано з колоїдно-хімічними властивостями досліджуваних систем. Обробка монтморилоніту продуктами гідролізу тетраетоксисилану приводить до утворення матеріалу з нижчою здатністю до набухання та кращим розділенням рідкої та твердої фаз. Оптимальний вміст кремнезему у зразку, який знаходиться в інтервалі 0,1–14 %, дає змогу зменшити оптичну густину розчинів у 2,5 рази у порівнянні з вихідним монтморилонітом. Синтезовані матеріали зберігають достатньо високу сорбційну ємність щодо вилучення катіонного барвника метиленового блакитного (до 158 мг/г), яка зростає при збільшенні вмісту глинистого мінералу. А також мають вищу селективність (до 3,4 дм3/мг).
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: