2.2 Физико-химические методы исследования синтезированных соединений

Термофизические методы исследования. Фазовое поведение систем изучали на дифференциальном сканирующем калориметре “Mettler” марки ТА 4000 с нагревательной ячейкой DSС 30 при скорости нагревания 10 град× мин-1 в атмосфере Ar.

Термическую устойчивость изучали методом дифференциального термического анализа (ДТА) и дифференциальной термической гравиметрии (ДТГ) на дериватографе ОД-102 (фирма МОМ, Венгрия) на воздухе при скорости нагревания 2.5 град× мин -1 от 20 до 500 °С и 1000 °С.

Удельную поверхность композитов и распределение частиц по размерам исследовали на лазерном анализаторе частиц “MicroSizer 201”. Ультразвук=200 W, время диспергирования 60 сек., коэффициент пропускания=79.

Съёмку рентгенограмм проводили по ГОСТ 21216.10‑93 на дифрактометре ДРОН‑1,5, работающем в режиме УРС, на Cu Kα – излучении с никелевым фильтром.

ИК-спектры снимали на спектрометре «Specord 75 IR». Микроскопические исследования проводили с помощью поляризационного микроскопа МП‑3 и растрового электронного микроскопа Quanta‑200, оснащённого системой энергодисперсионного анализа EDAX Genesis.

Химический состав образцов определяли в соответствии с методическими рекомендациями научного совета аналитических методов Всесоюзного института минерального сырья, состав ионообменного комплекса – согласно требованиям ГОСТ 28177‑89, в лаборатории Ростовской геологоразведочной экспедиции.

Исследование адсорбции органического красителя метиленового голубого проводили согласно требованиям ГОСТ 21283‑93.

Удаление крупнозернистых включений бентонита проводили мокрым методом. Модифицирование карбонатом и пирофосфатом натрия осуществляли пластифицированием густой пасты в течение 48 ч. Кислотное модифицирование проводили серной кислотой при комнатной температуре.

2.3 Методика определения сорбционных характеристик объектов исследования

В качестве красителя для оценки сорбционных свойств композитов на основе мономерного и полимерного метакрилата гуанидина и Na+ММТ использовали водорастворимый краситель метиленовый синий (голубой) 3,7-бис (диметиламино)фетазин.

Для построения кривой адсорбции в пробирки наливали по 50 мл рабочего раствора красителя, затем засыпали 0.4; 0.5; 0,6; 0.7; 0.8; 0.9 г композита. Пробирки с раствором взбалтывали и оставляли на сутки, затем фильтровали отдельно содержимое каждой колбы через бумажные фильтры. Отбирали 1 мл отфильтрованного раствора, помещали в кювету, фотометрировали при длине волны λ=750 нм.

Равновесную массу метиленового синего в растворе находили по градуировочному графику. Для построения градуировочного графика (рис. 93) отбирали 40 мл приготовленного рабочего раствора в мерную колбу объемом 200 мл с С = 0.2 мг мл-1 и доводили до метки дистиллированной водой. Затем в мерные колбы на 50 мл вливали 1, 2, 3, 4, 5, 6 мл этого раствора красителя и доводили до метки водой.

Рис. 1. Градуировочный график определения метиленового синего

На основании табличных данных определяли lg х/m. Изотерму адсорбции построили, исходя из подчинения уравнению Фрейндлиха в логарифмической форме:

ГЛАВА III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Исследование качественного минерального состава бентонита Центрального месторождения «Герпегеж»

В результате комплексного исследования качественного минерального состава бентонита методами рентгенографии, термогравиметрии и микроскопии (рисунки 1‑3) определено, что основным минералом бентонита Центрального месторождения «Герпегеж» является монтмориллонит. На рентгенограмме монтмориллонит диагностируется наличием серии типичных рефлексов (рисунок 1). Установлено присутствие кварца, каолинита, гидрослюды.

Рис. 1 –Рентгенограмма природного бентонита

Рентгенодифракционные исследования образцов глины проводили в интервале углов 2q от 2,0° до 40,0°.

Дифрактограмма природной глины содержит характерный пик в области 2q =7,53° (d =1.1 нм), соответствующий Брегговскому периоду расположения гетерогенных областей и отвечающий за расстояние между базальными поверхностями монтмориллонита (рис.1).

На дифференциально-термических кривых бентонита (рис. 2) обнаруживается ряд термических эффектов. При температурах 100‑110 °С наблюдается интенсивный эндотермический эффект, обусловленный выделением адсорбционной и межслоевой молекулярной воды. Наличие дополнительного эффекта при температурах с максимумом 500‑505 °С вызвано удалением структурной воды.

Рис. 2 – Дифференциально-термические кривые природного и модифицированного бентонитов: 1 – природного, 2 – обогащенного, 3 – модифицированного серной кислотой, 4 – модифицированного карбонатом натрия

При изучении морфологии природного бентонита с помощью микроскопии в образцах отмечены образования монтмориллонита, зерна кварца округлой формы, слюдистые фрагменты, остатки кремнистых скелетов микроорганизмов – единичные спикулы губок, частицы опала в виде панцирей диатомей плохой сохранности.

На электронных микрофотографиях бентонита (рис. 3) частицы монтмориллонита имеют вид крупных и мелких чешуек в форме листовых агрегатов. Встречаются агрегаты с хлопьевидными очертаниями, складчатые образования. Видны частицы, отличающиеся по размерам и форме, объединенные в ультрамикроагрегаты и агрегаты со слабо- и высокоориентированным в микроблоки расположением. По типу, связанному с составом и условиями образования, по классификации Е.М. Сергеева, микроструктура исследованных образцов отнесена к ячеистой, характеризующейся образованием крупных микроагрегатов, контактирующих между собой по типу базис-базис, базис‑скол. Отмечаются поры: межчастичные, образованные неплотностями прилегания первичных частиц; межмикроагрегатные, большей частью щелевидные, различных размеров.

Рис.3 – Электронные микрофотографии спектры частиц природного бентонита

Химический состав бентонита представлен ионами натрия, кальция, калия и магния (таблица 2). Ввиду преобладания катионов кальция и магния, ионообменный комплекс бентонита относится к щелочноземельному типу.

3.2 Обогащение и модификация природного бентонита

Удаление крупнозернистых включений при обогащении, преимущественно кварца, приводит к перераспределению доли компонентов в составе бентонита. Отмечается увеличение содержания монтмориллонита. За счет удаления кварца, количество оксида кремния снижается до 72,30 %, содержание оксидов алюминия, калия, натрия, кальция и магния увеличивается.

Кислотная обработка приводит к частичному разрушению глинистых минералов, что иллюстрируется уменьшением содержания полуторных оксидов в химическом составе образцов. Количество оксида кремния увеличивается до 75,20 %, свободного оксида кремния – до 19,20 %.