Химия и химические технологии/5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

Д.х.н. Алыков Н.М., к.х.н. Шачнева Е.Ю.

Астраханский государственный университет, Россия

ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ФЛОКУЛЯНТОВ И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА АЛЮМОСИЛИКАТАХ

Целью работы явилось изучение сорбции флокулянтов и неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ, на примере ОП-10) на сорбенте СВ-1-А, полученном из опок Астраханской области, и выяснение возможных механизмов процесса [1-6].

Было установлено, что флокулянты и НПАВ адсорбируются на тонкоизмельченных опоках Астраханской области, которые получили название сорбентов группы «СВ». Модификация сорбента «СВ» включала в себя введение в его массу связующего портландцемента-500 и окислителя – диоксида марганца (IV) (пиролюзита). Для создания сорбента с большим числом микропор в смесь «опока – портландцемент-500 – пиролюзит» вносили хлорид натрия. После вымывания хлорида натрия из готового сорбента формируется пористый материал, обладающий высокой сорбционной емкостью и, одновременно, высокой прочностью. Смысл введения пиролюзита заключается в получении сорбента, который обладает окислительными свойствами по отношению к низкомолекулярным органическим и неорганическим соединениям.

Решающая роль при обсуждении механизма сорбции принадлежит электронному строению твердого тела и адсорбирующихся на нем частиц. Так как сорбент СВ-1-А является сильнопористым, то можно предположить, что даже при значительных размерах частиц сорбционная активность этого сорбента будет достаточно высока. Учитывая это, можно предположить поведение исследуемой системы, например, при адсорбции органических веществ из водных растворов на поверхность твердой фазы из объема раствора будут переходить вещества, молекулы которых способны образовывать химическую связь. Энергия этой связи должна быть настолько велика, чтобы стало возможным вытеснение с поверхности молекул воды, которые адсорбируются на сорбенте с образованием водородной связи. Большое значение также имеет и химическое строение адсорбата и функциональные группировки, входящие в его состав.

Механизм образования адсорбционных комплексов на опоках и сорбентах, полученных на их основе, рассмотрен нами как способность молекул НПАВ образовывать с силанольными и силоксановыми группами алюмосиликатов слабые водородные связи, близкие к Ван-дер-Ваальсовым силам. Также наличие атомов кислорода в полиоксиэтилированных цепях НПАВ способствует образованию водородных связей, как с водой, так и с поверхностными функциональными группами адсорбентов. Можно предположить, что под влиянием адсорбционного взаимодействия с поверхностью сорбента оксиэтиленовые цепи адсорбированных молекул НПАВ растягиваются длинной осью параллельно поверхности раздела фаз и приобретают зигзагообразную форму.

На рис. 1 приведена возможная схема формирования адсорбционного комплекса. Согласно приведенным данным, поверхность сорбента покрыта тонким слоем адсорбционной воды. В случае формирования адсорбционного комплекса происходит вытеснение молекул воды и образование водородных связей между атомами кислорода в полиоксиэтиленовых цепях НПАВ и силоксановыми и силанольными группами сорбента, но формирование связей

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая взаимодействие молекул НПАВ с поверхностью опок

может происходить также при участии воды на поверхности сорбента (рис. 1). Естественно в реальных условиях могут происходить и те и другие взаимодействия одновременно. Можно также предположить, что адсорбционная активность определяется наличием в структуре адсорбата атомов кислорода и азота в каброксильных и амино- группах, как в молекулах флокулянтов. Характерная особенность соединений, при адсорбции которых происходит аттракционное взаимодействие, заключается в вертикальном расположении их на поверхности адсорбента. Это может являться проявлением сил межмолекулярного взаимодействия. Явление аттракционного взаимодействия может проявляться только при значительных заполнениях поверхности. Это обусловлено наличием у молекул (ионов) длинных углеводородных цепей и вследствие этого существованием значительного аттракционного (гидрофобного) взаимодействия между адсорбированными частицами.

Анализ экспериментального и теоретического изучения адсорбции позволяет сделать следующее заключение. Опоки и сорбенты на основе опок Астраханской области содержат активные центры, такие как группы,,,,,, , т.е. имеется широкая возможность к адсорбции по различным механизмам. Все эти вещества сорбируются на изучаемых сорбентах, образуя достаточно прочные адсорбционные комплексы. Сорбенты группы СВ обладают способностью необратимо поглощать соединения, содержащие группы , , . Таким образом, адсорбция флокулянтов связана с участием в сорбционном процессе акцептора электронных пар – положительно заряженного азота, и доноров электронных пар – кислорода силанольных, силоксановых групп сорбента. Одновременно адсорбция органических соединений сопровождается образованием различных видов связей – водородных, Ван-дер-Ваальсовых и ионных.

Библиографический список

1. Алыков, Н.М. Исследование процесса сорбции флокулянтов на сорбенте СВ-1-А [Текст]/ Н.М Алыков, Е.Ю. Шачнева // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2010. – № 8. – Т.53. – С. 50-54.

2. Алыков, Н.М. Сорбент Cв-1-а для очистки воды от флокулянтов [Текст]/ Н.М Алыков, Е.Ю. Шачнева // Экология и промышленность России. – 2010. – № 8. – С. 20-21.

3. Алыков, Н.М. Изучение сорбции флокулянтов на сорбенте CВ-1-A [Текст]/ Н.М Алыков, Е.Ю. Шачнева //Безопасность жизнедеятельности. – 2010. – № 8. – С. 39-42.

4. Алыков, Н.М. Использование сорбента CВ-1-A для очистки воды от флокулянтов [Текст]/ Н.М Алыков, Е.Ю. Шачнева // Естественные науки. – Журнал фунд. и прикладн. исследований. – 2009. - № 4(29). – С. 158-167.

5. Алыков, Н.М. Исследование физико-химических свойств частиц флокулянтов в зависимости от ионной силы растворов [Текст]/ Н.М Алыков, Е.Ю. Шачнева // «Научное творчество XXI века». – Красноярск. - №4(10). – часть 5. – С. 28-31.

6. Алыков, Н.М. Сравнительное изучение адсорбции флокулянта КП-1020 на сорбенте CВ-1-A фотометрическим и вискозиметрическим методами [Текст]/ Н.М Алыков, Е.Ю. Шачнева // Естественные науки. – Журнал фунд. и прикладн. исследований. – 2011. - № 1. – С. 220-226.