Al30-ПИЛЛАРНЫЙ МОНТМОРИЛЛОНИТ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕКСТУРНЫМИ СВОЙСТВАМИ ОБУСЛОВЛЕННЫМИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

  • Mikhail F. Butman Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Nikita S. Karasev Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Nikolay L. Ovchinnikov Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Alexander V. Vinogradov Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий
Ключевые слова: пилларный монтмориллонит, механическая активация, полигидроксокомплексы алюминия, алюминия, ионы Кеггина, интеркаляция

Аннотация

Изучено влияние механической обработки природного монтмориллонита в планетарно-центробежной мельнице на эффективность интеркаляции полигидроксокомплексов алюминия [Al30O8(OH)56(H2O)26]18+ при формировании пилларных структур. Измерения методом фотометрии показали, что в монтмориллонитовой матрице после интеркаляции полигидроксокомплексов Al30 с использованием механической обработки наблюдалось увеличение содержания ионов Al3+ на 13%. По данным электрофоретического рассеяния света, размер частиц суспензии диспергированного в воде механоактивированного монтмориллонита составил около 100 нм. Исходный, механоактивированный и пилларный монтмориллонит охарактеризованы методами малоугловой дифракции рентгеновских лучей, сканирующей электронной микроскопии и низкотемпературной адсорбции-десорбции азота. Показано, что предварительная механоактивация исходного субстрата увеличивает базальное расстояние d001 и существенно (примерно на 45-50%) повышает удельную площадь поверхности и суммарный объем пор Al30-пилларного монтмориллонита; при этом возрастает как мезо-, так и микропористость, а размеры пор уменьшаются приблизительно на 12%. Установлена особая важность размеров частиц монтмориллонита при интеркаляции и дальнейшем формировании пилларной структуры. Уменьшение размера частиц монтмориллонита при механической обработке увеличивает площадь межфазной границы, через которую происходит ионный обмен. Показано, что малые размеры тактоидов (около 100 нм) в водной суспензии играют ключевую роль в увеличении катионообменной способности механоактивированного монтмориллонита. В меньшей степени на эффективность интеркаляции влияют процессы дефектообразования и связанные с этим изменения электрических свойств силикатных слоев монтмориллонита. Исходя из особенностей структурных свойств, полученные пилларные материалы могут быть рекомендованы для использования в качестве селективных адсорбентов, молекулярных сит и катализаторов.

Литература

Fernandes F.M., Baradari H., Sanchez C. Integrative strategies to hybrid lamellar compounds: an integration challenge. Appl. Clay Sci. 2014. V. 100. P. 2-21. DOI: 10.1016/j.clay.2014.05.013.

Bergaya F., Theng B. K. G., Lagaly G. Handbook of Clay Science. 1st Edition (Developments in Clay Science). Amsterdam: Elsevier Ltd. 2006. V. 1. P. 393.

Ye W., Zhao B., Gao H., Huang J., Zhang X. Preparation of highly efficient and stable Fe, Zn, Al-pillared montmorillonite as heterogeneous catalyst for catalytic wet peroxide oxidation of Orange II. J. Porous Mater. 2016. V. 23. P. 301-310. DOI: 10.1007/s10934-015-0082-y.

Bergaya F., Lagaly G. Handbook of Clay Science. 2nd Edi-tion (Developments in Clay Science). Amsterdam: Elsevier Ltd. 2013. V. 5. P. 524.

Gil A., Korili S.A., Vicente M.A. Recent advances in the control and characterization of the porous structure of pillared clay catalysts. Cat. Rev.-Sci. Eng. 2008. V. 50. P. 153-221. DOI: 10.1080/01614940802019383.

Wang Y., Zhang P., Wen K., Su X., Zhu J., He H. A new insight into the compositional and structural control of porous clay heterostructures from the perspective of NMR and TEM. Micropor. Mesopor. Mater. 2016. V. 224. P. 285-293. DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.12.053.

Chávez-García M. L., de Pablo-Galán L., Saucedo-Ramírez M.P. Synthesis of intercalated Al-hydroxy-montmorillonite. J. Mex. Chem. Soc. 2006. V. 50. N 1. P. 36-41.

Butman M. F., Ovchinnikov N. L., Arbuznikov V. V., Agafonov A. V., Nuralyev B. Synthesis of Al2O3-pillared montmorillonite by intercalation of «giant» aluminum polycations. Pisma Mater. 2013. V. 3. P. 284-287 (in Russian). Бутман М.Ф., Овчинников Н.Л., Арбузников В.В., Агафонов А.В., Нуралыев Б. Синтез Al2O3-пилларированного монтмориллонита интеркаляцией "гигантских" поликатионов алюминия. Письма о материа-лах. 2013. Т. 3. № 4. С. 284-287.

Butman M.F., Belozerov A.G., Karasev N.S., Kochkina N.E., Khodov I.A., Ovchinnikov N.L. Structural and textural properties of pillared montmorillonite at intercalation of large Al- and Al/Ce-polyhydroxocomplexes. Nanotechnol. in Russia. 2015. V. 10. N 9-10. P. 706-712 (in Russian). DOI: 10.1134/S1995078015050031.

Бутман М.Ф., Белозеров А.Г., Карасев Н.С., Кочкина Н.Е., Ходов И.А., Овчинников Н.Л. Структурные и текстурные свойства пилларного монтмориллонита при интеркаляции крупноразмерных Al- и Al/Ce-полигидроксо-комплексов. Росс. нанотехнол. 2015. Т. 10. № 9.

С. 29 – 34.

Zhu J., Wen K., Zhang P, Wang Y., Ma L, Xi Y., Zhu R., Liu H., He H. Keggin-Al30 pillared montmorillonite. Mi-cropor. Mesopor. Mater. 2017. V. 242. P. 256-263. DOI: 10.1016/j.micromeso.2017.01.039.

Zhu J., Wen K., Wang Y., Ma L., Su X., Zhu R., Xid Y., He H. Superior thermal stability of Keggin-Al30 pillared montmorillonite: A comparative study with Keggin-Al13 pillared montmorillonite. Micropor. Mesopor. Mater. 2018. V. 265. P. 104–111. DOI: 10.1016/j.micromeso.2018.02.007.

Yapar S., Torres Sanchez R. M., Emreol M., Weidler P., Emmerich K. Microwave irradiation used for all steps of prepillaring Al-mintmorillonite. Clay Minerals. 2009. V. 44. N 2. P. 267-278. DOI: 10.1180/claymin.2009.044.2.267.

Katdare S.P., Ramaswamy V., Ramaswamy A.V. Preparation of alumina pillared montmorillonite clays employing ultrasonics and their catalytic properties. Micropor. Mesopor. Mater. 2000. V. 2. N 1. P. 53-58. DOI: 10.18321/ectj357.

Al-Qunaibit М.M., Al Juhaiman L. Mechanical modification of Khulays clay; structural and textural effects. Int. J. Basic Applied Sciences. 2012. V. 12. N 6. P. 205-209.

Ovchinnikov N.L., Arbuznikov V.V., Kapinos A.P., Belozerov A.G., Butman M.F. Effect of mechanical activa-tion of montmorillonite on the intercalation efficiency of polyhydroxyaluminum cations in the formation of pillar structure. Nanotechnol. in Russia. 2015. V. 10. N 3-4. P. 254-260 (in Russian). DOI: 10.1134/S1995078015020159. Овчинников Н.Л., Арбузников А.В., Капинос А.П., Белозеров А.Г., Бутман М.Ф. Влияние механоактивации монтмориллонита на эффективность интеркаляции полигидрок-сокомплексов алюминия при формировании слоисто-столбчатой структуры. Росс. нанотехнол. 2015. Т. 10. №. 3. С. 64 – 69.

Nasedkin V.V. Dash-Salakhli bentonite deposit (formation and prospects of development). М: GEOS. 2008. 85 p. (in Russia). Наседкин В.В. Даш-Салахлинское месторождение бентонита (становление и перспективы развития). М.: ГЕОС. 2008. С. 85.

Guerra L.D., Airoldi C., Lemos V.P., Angelica R.S. Adsorptive, thermodynamic and kinetic performance of Al/Ti and Al/Zr-pillared clays from the Brazilian Amazon region for zinc cation removal. J. Hazard. Mater. 2008. V. 155. N 1-2. P. 230-242. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.11.054.

Zuo S., Zhou R. Influence of synthesis condition on pore structure of Al pillared clays and supported Pd catalysts for deep oxidation of benzene. Micropor. Mesopor. Mater. 2008. V. 113. P. 472-480. DOI: 10.1016/j.micromeso.2007.12.005.

Xia M., Jiang Y., Zhao L., Li F., Xue B., Sun M., Liu D., Zhang X. Wet grinding of montmorillonite and its effect on the properties of mesoporous montmorillonite. Colloids Surf. 2010. V. 356. P. 1-9. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2009.12.014.

Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity. Pure Appl. Chem. 1984. V. 57. N 4. P. 603-619. DOI: 10.1351/pac198557040603.

Опубликован
2019-12-07
Как цитировать
Butman, M. F., Karasev, N. S., Ovchinnikov, N. L., & Vinogradov, A. V. (2019). Al30-ПИЛЛАРНЫЙ МОНТМОРИЛЛОНИТ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕКСТУРНЫМИ СВОЙСТВАМИ ОБУСЛОВЛЕННЫМИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 62(12), 45-50. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196212.5935
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы