Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Структура и свойства опал-кристобалитов Свердловской области : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.01

Год: 2005

Номер работы: 52654

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

ВВЕДЕНИЕ Синтетические объекты на основе кремнезема (силикагели, силохромы, аэросилы и т.п.) находят все более широкое применение в различных областях современной техники и технологии. Так, например, применение сорбентов на основе кремнезема позволяет концентрировать полезные компоненты, уменьшить вредное воздействие выбросов на окружающую среду, обеспечить высокие степени очистки различных веществ и технологических вод. Вместе с тем существует большое количество природных кремнеземов, и сред

1.1 Природные кремнеземы, их ьслассификация и использование. Под природными кремнеземами и алюмосиликатами понимают горные породы (минералы), к которым относятся цеолиты, бентонитовые и палыгорскитовые глины, диатомиты, опоки, трепела и некоторые другие горные породы и минералы [1]. Сорбционные и другие полезные свойства кремнистых и алюмосиликатных пород определяются не только строением каркаса кристаллической решетки, но и прочими факторами (пористость, структура пор и распределение объе

1.2 Свойства опал-кристобалитовых пород (опок и диатомитов) Природные сорбенты представляют собой достаточно однородную смесь частиц составляющих их минералов (опаловый кремнезем, глинистый материал и песчано-алевритовая фракция). Одним из важных факторов, определяющим такие важные потребительные свойства сорбентов как адсорбционная способность, каталитическая активность, объемный вес, фильтрационные свойства и др. является химический состав и строение кремнезема. в зависимости от особеннос

1.3 Современные методы улучшения сорбционных свойств поверхности кремнеземов (модификация) Ограниченное использование опал-кристобалитовых пород в качестве адсорбентов связано со сравнительно низкой их ионообменной способностью в естественном состоянии (

0.8-

0.12 мг-экв/ г). Важная особенность природных сорбентов - возможность их модификации и активации с помощью различных методов обработки (термическая, кислотная, щелочная, комбинированная и др.), после которых они приобретают

1.4 Выводы и постановка задачи исследования Обзор литературных данных свидетельствует о том, что природным сорбентам уделялось и продолжает уделяться большое внимание. Это касается как изучения их физико-химических свойств, способов их модифицирования, так и применению в различных отраслях химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в качестве сорбентов в процессах очистки сточных вод, осушки газовых потоков и парофазной очистки крекинг-бензинов и пр. В литературных источниках отсутст

ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА

2.1 Опал-кристобалитовые породы, их характеристики и подготовка к работе Опал-кристобалитовые породы - опоки и диатомиты - легкие плотные тонкопористые породы серо-желтого цвета, состоящие из мельчайших частиц (менее 5 мкм [1]) опалового кремнезема (опоки) или раковинок диатомовых водорослей (диатомиты). Рассматриваемые породы представляют собой однородную природную смесь опалового кремнезема (60-ь80%); глинистого (10ч-40%) и песчано-алевритового (до 10%) материала. Фазовый состав опалового к

2.2 Исходные растворы, их приготовление и методы анализа В работе применяли реактивы квалификации «ч.д.а.»: МагСОз; «ч»: ЬагОз; трилон Б; ZnCbxTHjO; CUCI2X2H2O; 81(СНз)зС1; К(СНз)з; NH2C2H4OH; C2H4(NH2)2; SOCI2 и реактивы фирмы Oldrich: СзНцК - 99%; C4H9N - 99%; H2CN2 -99%). Исходные растворы готовили согласно общепринятым методикам [81]. Синтез образцов №1 и 2 (табл.

2.1) осуществлялся по известной методике гидрофобизации синтетических кремнеземов [82,83]. Предварительно все модифицир

2.3 Методики исследования Определение основных компонентов (Si02, AI2O3, СаО и MgO, РсгОз) проводилось согласно ГОСТ 2642. 0-81; определение массовой доли воды и летучих веществ - ГОСТ

21119.1-75; маслоемкости - ГОСТ

21118.1-75; рН водной суспензии ГОСТ

2119.3-91. Фазовый состав исходных и прокаленных образцах оценивали методом рентгенофазового анализа порошков на дифрактометре ДРОН-3 в СиКаизлучении, скорость разверстки 4 град/мин. Идентификацию фаз проводили сравнением меж

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ТЕКСТУРНЫХ СВОЙСТВ ОПАЛ-КРИСТОБАЛИТОВЫХ ПОРОД (ОПОКИ и ДИАТОМИТА) Знание химического и фазового состава состоит не только в определении и классификации кремнеземистых пород. Применение опал-кристобалитовых пород в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве иногда напрямую связано с элементным составом [1], а такие важные свойства как сорбционная и гидравлическая активность, фильтрационная способность и пр. во многом определяются составляющими

3.1. Определение химического состава и некоторых физикохимических характеристик опок и диатомита

3.1.1 Содержания основных компонентов Проведено определение содержания основных компонентов (кремния, алюминия, кальция, магния и железа). Принимая во внимание, что результаты анализов силикатных горных пород и минералов принято выражать в виде оксидов определяемых элементов, полученные данные суммированы в табл.

3.1. Содержание основных компонентов выражено в процентах воздушно-сухой

3.1.2. Определение физико-химических характеристик Основными свойствами, наиболее полно характеризующими физикохимические и механические качества материалов (сорбентов) являются химическая стойкость к кислотам, щелочам, окислителям; фракционный состав; насыпной вес; плотность; набухаемость; рН водной суспензии и некоторые другие характеристики. В таблице

3.2 представлены некоторые из них. Таблица

3.2. Результаты измерения рН водной суспензии, истинной плотности и насыпного веса

3.2. Фазовый и минералогический состав опок и диатомита

3.2.1. Установление минеральных форм природного кремнезема с использованием метода ИК-спектроскопии Соотношение аморфной и кристаллической фаз кремнезема определяют такие важные свойства опал-кристобалитов как активность, адсорбционная способность, объемный вес и т.п. Играет роль и состав кристаллической фазы кремнезема [1]. К настоящему времени установлено, что он в ряде случаев имеет сложный состав: он может быть представлен а-тридимитом, а-кварцем, аи Ркристобалитом. В настоящей работе с п

3.2.2. Рентгенографическое определение фазового состава Следует отметить, что точность метода ИК-спектроскопии не всегда позволяет выявить все присутствующие в породе модификации SiOi- На спектрах обычно отражается только одна преобладающая модификация, характерные полосы других модификаций, присутствие которых устанавливается, например, рентгеноструктурным анализом, либо неотчетливы, либо отсутствуют вообще. Более надежным методом определения присутствующих в породе модификаций Si02 является

3.2.3. Термогравиметрическое исследования Для выяснения температурного изучение интервала удаления физически пород адсорбированной воды и уточнения минералогического состава проведено термогравиметрическое образцов опал-кристобалитовых (желтой и серой разновидностей опоки диатомита). ТГ и ДТГ профили трех образцов представлены на рис.

3.6. На термических кривых желтой и серой опок дифференциальная 1фивая потери веса (ДТГ) обнаруживает отчетливо выраженные пики при t=75*^C для серой и 9

3.3. Основные текстурные характеристию! опок и диатомита. 3,

3.1. Изучение текстуры опок и диатомита. Поскольку возможность применения сорбента в той или иной области промышленности связана с характером пористости, величиной пор и их распределению по размерам, величинами объема сорбционного пространства, и удельной поверхности, нами была изучена структура кремнеземов данных месторождений. Изотермы адсорбции-десорбции азота при

77.4 К на исходных образцов опал-кристобалитовых пород приведены на рис.

3.7. Как видно из рисунка, для исходного о

3.3.2 Исследование влияния температуры прокаливания на текстурные характеристики желтой опоки Так как термическое модифицирование природных сорбентов влияет, в первую очередь, на удельную поверхность и диаметр пор [99], представляло интерес рассмотреть действие более высоких температур прокаливания (400, 600, 800 и 1000*^С) на изменение основных текстурных характеристик образца желтой Курьинской опоки. Для всех образцов, как исходных, так и прокаленных при температурах 400, 600, 800 и 1000°С

3.3.3. Электронно-микроскопическое изучение поверхности кремнезема Электронно-микроскопическое исследование поверхности желтой опоки показало, что основной компонент опок - аморфных кремнезем представлен на отдельных участках снимка (при увеличении в 4000 раз) мельчайшими изометричными и неправильными опаловыми глобулами (рис,

3.9 а, б), размер которых варьирует от

0.6 до

1.5 мкм. Не отмечается на электронномикроскопических снимках присутствие кристобалита в образце желтой о

4.1. Изучение поведения силанольного покрова поверхности желтой опоки методом высокотемпературной ИК-спектроскопии Исследование природы поверхности имеет большое значение для адсорбции, так как характер и сила взаимодействия адсорбат-адсорбент связаны с гидроксилами, доступными для адсорбата. Поскольку термическая деструкция гидроксильного покрова поверхности является одним из путей модифицирования дисперсных кремнеземов, необходимо знать температурный интервал удаления молекулярно адсорбиров

4.1.2 Изучение регенерации силанольного покрова При взаимодействии дегидроксилированных кремнеземов (силикагеля, силохрома и др.) с водой силанольный покров регенерируется [58,33]. Адсорбция водяных паров на частично дегидроксилированной поверхности кремнеземов (при нагреве до 400-500"С) приводит к обратной гидратации поверхности, т.е. к восстановлению акцепторных центров и, следовательно, к восстановлению ее адсорбционной способности. В работе [59] сообщается, что чем больше температура

4.2. Исследование реакционной способности силанольных группировок Была изучена реакционная способность ОН-групп поверхности желтой опоки по отношению к различным классам органических соединений. Для этого использовались органические соединения с различными функциональными группами: кремнийорганические соединения, ряд аминов и аминоспирт (этаноламин) с целью придания группы всего, и его др.) поверхности веществами, [107,108]. Для заданных свойств (гидрофобизация, комплексообразующие Это связан

4.2.1 Исследование взаимодействия триметилхлорсилана (ТМХС) с поверхностью сорбента. Одним из перспективных направлений использования органических производных диатомита и опок надо считать их использование в качестве активных наполнителей в органоминеральных композиционных материалах, инертных носителей в хроматографии, сорбентов для сбора нефтепродуктов. В этом случае наилучшие показатели достигаются при достаточной степени гидрофобизации поверхности. Наиболее эффективными гидрофобизаторами

4.2.2 . Исследование воздействия ряда аминов на активированную поверхность желтой опоки Проведено нуклеофильное замещение гидроксогрупп желтой опоки посредством взаимодействия =Si-OH-rpynn с хлорирующим агентом (хлористым тионилом), схема

4.3: А ^Si-OH + SOCL -HCI -SO, =Si-CI (

4.3) 79 Почти полное исчезновение из спектра хлорированного образца полосы поглощения 3640 см~' (рис.

4.6) свидетельствует о замещении гидроксогрупп атомами хлора, протекающего на тех участках по

Кислотно-основные свойства и ионообменная способность природных сорбентов являются одними из существенных факторов, который, наряду с характером и величиной пористости определяет их сорбционные особенности, поэтому представляло определенный интерес их изучение. Изучение кислотно-основных и сорбционных свойств желтой опоки проводились исследованиям на термоактивированных и соответствует образцах. полному Температура удалению с термообработки сорбента (ЗОО^С) выбрана согласно нашим предыдущим

желтой опоки Кислотно-основные свойства прокаленной при ЗОО^С и сырой желтой опоки изучали методом потенциометрического титрования (серия образцов приводилась в равновесие с различным известным количеством гидроксида и хлорида калия для поддержания постоянного значения ионной силы равновесного раствора в пределах данной серии), по результатам которого построены кривые потенциометрического титрования (рис.

5.1). Результирующие кривые 4,5 рассчитаны с использованием выражения

5.1:

Ионообменная способность природных сорбентов является одним из существенных факторов, который, наряду с характером и величиной пористости, определяет сорбционные особенности минеральных сорбентов. По величине общей ионообменной способности и природе обменных центров сорбенты различного минерального состава заметно отличаются друг от друга. Исследована сорбционная активность образца опоки, прокаленного при t=300"C, по отношению к неорганическим ионам цветных и редкоземельных металлов. Ниж

5.3 Сорбция нефтепродуктов Определена маслои нефтеемкость (табл.

5.4) образцов желтой опоки исходного, эксперимент прокаленного показал при способность бОО'^С и модифицированного образца №1 триметилхлорсиланом - №1 (синтез описан в гл. 4). Проведенный визуальный полученного (гидрофобизированный ТМХС) собирать нефть с водяной поверхности. Дополнительно образцы желтой опоки, покаленные при 600 и 1200"С, прошли практическое испытание на предприятии Михайловск), эффективность произво

5.4 Сорбция паров неорганических веществ на кремнеземистых сорбентах Изучена возможность использования кремнеземистых пород в качестве поглотителей паров воды и аммиака [113-116]. Процесс сорбции паров воды проводился при температурах 20, 30 и 40"С на образцах, просушенных при 100 °С (фракция 1-2 мм). Сорбционная установка включала термостатированную Uобразную трубку, заполненную сорбентом, через которую продувался насыщенный парами воды воздух со скоростью

0.5 л/мин. Экспери

Результаты оценки сорбционной способности желтой опоки по отношению к ряду органических и неорганических веществ демонстрируют высокую сорбционную активность при концентрировании нефтепродуктов из маслосодержащей эмульсии (

85.6% извлечения). Рассчитанные константы ионизации природного и прокаленного при ЗОО^'С образцов показали, что желтая опока является слабокислотным катионообменником, содержащим в структуре два типа ОН-групп, способных к обмену на ионы металлов. Данные по сорбир