Адсорбция ацетонитриловых паров натриевых и модифицированных глинистых адсорбентов

В настоящее время монтмориллонитовая глина и адсорбенты нашли широкое применение в качестве адсорбента в разных отраслях народного хозяйства, таких как: в косметологии (для изготовления губных помад), для производства зубного порошка и пасты, вспомогательным наполнителем для других продуктов, а также в сфере получения и улучшения лекарственных препаратов и абсорбентом вредных веществ при заболеваний пищеварительного тракта. В сельском хозяйстве монтмориллонитовая глина и адсорбенты играют роль улучшателя мелиора­тивного состояния почвы; в пищевой промышленности для очищения водных и пищевых продуктов (напитков), таких как: вино, фруктовые соки, чаи, энергетические напитки, растительные масла и так далее) [1, с. 25]. Органобентониты легко набухают в органической среде, образуют тиксотропические гели, легко присоединяются к органическим и полимерным материалам [6, с. 23].

Поэтому для изучения методов получения и адсорбционных свойств органобентонитов (бентонов) в качестве изучения объекта был выбран щелочной бентонит (ПБВ марки) Навбахорского месторождения (Узбекистан), обогащённый Na-монтмориллонитом. Его катионно-обменная вместимость составляет E=0,73 мг. Химический состав (масса %): SiO₂ -57,91, TiO - 0,35_, Al₂O₃-13,69, Fe₂O₃-5,10, CaO-0,48, MgO-1,84, SO₃-0,75, K₂O-1,75, P₂O₅ -0,43, CaO -0,48, Na₂O-1,53, количество потери при нагревании равна 16,17 [7, с.52].

Из щелочного монтмориллонита Навбахарского месторождения получают растворы, перемешав такие вещества как: метиламмониевые-, этиламмо­ниевые-, тетраметиламмонивые- и пиридиниевые монтмориллониты с добавлением в 3,5% водную суспензию натриевого бентонита, ещё добавляют 2 н соли метиламмониевого гидрохлорида, этиламмо­ниевого гидрохлорида, тетраметиламмониевого хлорида и пиридинового гидрохлорида. А так же эти растворы получают, перемешав семизарядные полигидроксиалюминиевые катионы (ПГАК) - [Al₁₃O(OH)₂₄·(H₂O)₁₂]⁷⁺ 0.03 н ионов натрия имеющихся в составе полигидроксиалюминиевого монтмориллонита. Образцы полученные на основе щелочного Навбахарского месторождения (NaM) были названы: метиламмоний монтмориллонит - МАМ, этиламмоний монтмориллонит - ЭАМ, тетраметиламмоний монтмориллонит - ТМАМ, пиридиний монтмориллонит -РуМ полигидро­ксиалю­миниевый монтмориллонит - ПГАМ.

Ацентонитрил, полученный в качестве адсорбата, до его применения в процессе адсорбации, изначально очищается в вакуумных условиях и высушивается. Его паровое давление должно равняться данным таблицы приведённых для ацетонитрила [3, С.1]. По характеристики Киселёва [2, с.12] адсорбаты делятся на четыре вида. Ацетонитрил относится ко второму виду, имеет нитрильную группу и неподелённую электронную пару, дипольный момент равен 3,9 Д [3, с.1].

В образцах модифицированного монтмо­риллонита Навбахарского месторождения изотермы адсорбции паров ацетонитрила измеряется на чувствительном, спиральном приборе Манк-Бенна [4, с. 268].

В зависимости от размеров модифицированных катионов при 293 К и 423 К температуре были термически обработанные адсорбенты до приме­нения их в сорбции. Адсорбенты обработанные в этих условиях были названы: при 293 К МАМ-1, ЭАМ-1, ТМАМ-1, РуМ-1, ПГАМ-1 и при 423 К МАМ-2, ЭАМ-2, ТМАМ-2, РуМ-2, ПГАМ-2.

В Na-монтмориллоните адсорбция ацетонитрила выше, чем у модифицированных адсорбентов. Определено, что гистерезисные кольца адсорбции доходят до значительно малого и удельного давления.

Гистерезисные кольца характеризуются еще образованием широкой щели в промежутке Р/Р=0.08, после окончания адсорбционной части в Р/Рs=0,96.

В органобентонитах МАМ, ЭАМ, РуМ, ТМАМ полосы десорбции соединяются с полосами адсорбции в промежутке относительного давления -Р/Рs =0,16-0,22, при этом оно определяется образованием гистерезисных петель. По изотермам адсорбции можно увидеть, что количество адсорбции в ПГАМ-Р (а_s = 4,61 моль/кг) и ПГАМ-2(а_s = 2,91 моль/кг) ниже, чем у других адсорбентов. Особенно это видно в обработанной при 773 К образце, где количество адсорбции резко понижается, и полигидроксиалюминиевые катионы переходят в положение алюмооксидного кластера [5, С.4]:

Это приводит к уменьшению количества поглощения молекул ацетонитрила, но можно сказать, основываясь на том, что при этом адсорбционность выше до удельного и относительного давления равного Р/Рs=0,18, а также микропористость в адсорбентах сохраняется.

В изученных системах показано, что адсорбция происходит при капиллярной конденсации молекул ацетонитрила в пористых трещинах адсорбента с широкими гистерезисными кольцами адсорбции. По теории БЭТ, во многих изученных системах адсорбции ацетонитрила соответствует полимолекулярной адсорбции, которую можно увидеть по изотермам адсорбции (рис). 

Рисунок 1. Изотермы адсорбции (1, 773 К и 2,3,4.5,6,7 423 К) ацетонитрила в монтмориллонитах гил ПГАМ (1,2), РуМ (3), ЭАМ (4), ТМАМ (5), МАМ (6), NaM (7)

Изотермы адсорбции в изученных системах по их форме можно отнести к первому и второму типу изотерм. Изотермы адсорбции, полученные в ПГАМ для микропористых адсорбентов, по своей форме относятся к первому типу изотермы. Остальные изотермы адсорбции NaM, ЭАМ, МАМ, РуМ и ТМАМ по классификации Брунауэра относятся к второму типу.

В глинистых адсорбентах на основе изотерм адсорбции ацетонитрила определены объёмы адсорбции при разных давлениях (P|Р_S): в 0.2(W), 0.4(W_o), мезопоры W_me=Vs-Wo и объём предельной адсорбции (Vs). Их данные приведены в таблице.

Таблица 1.

Объём пор адсорбции паров ацетонитрила в модифицированных монтмориллонитах

Из таблицы видно, что в ПГАМ-1 микропоры равны 0.143·10 ³ м³/кг, мезопоры - 0.096·10 ³ м/кг при этом микропоры составляют 59,8% от полного объема, а мезопоры - 40,2%. В ПГАМ -2 микропоры составляют 0.099·10³ м³/кг, а мезопоры - 0,052·10 ³м/кг. При этом объеме пор микропоры составляют 65,6%, а мезопоры - 34,4%. Значит, в ПГАМ-2 адсорбента полигидроксиалюминиевые катионы при переходе в алюмооксидный кластер зависят от закрытия мезопор.

В заключении можно сказать, что в статье изучена адсорбция паров ацетонитрила в модифи­цированных глинистых адсорбентах с органическими и неорганическими (ПГАК) катионами с размерами и природой.

По результатам адсорбции адсорбентов паров ацетонитрила по абсорбционной способности можно расположить в следующем порядке:

 NaM>РуМ>ЭАМ>ТМАМ>МАМ>ПГАМ

Если обменные катионы, изменяющиеся в составе молекулы ацетонитрила модифицированного адсорбента, по своей способности поглощения зависят, с одной стороны от размеров, природы и заряда катионов, то с другой стороны, активированные адсорбенты молекул ацетонитрила связаны с соответствующими взаимодействиями, гидрофобной природой адсорбента.