Адсорбция ацетонитриловых паров натриевых и модифицированных глинистых адсорбентов

Adsorption of acetonitrile vapors of sodium and modified clayed adsorbents
Цитировать:
Адсорбция ацетонитриловых паров натриевых и модифицированных глинистых адсорбентов // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Хандамов Д.А. [и др.]. 2018. № 11 (53). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/6452 (дата обращения: 25.10.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Адсорбция ацетонитриловых паров натриевых и модифицированных глинистых адсорбентов. В статье изучено адсорбция ацетонитриловых паров в модифицированных глинистых адсорбентах и натриевых катионов с разными размерами и природой. По результатам адсорбции адсорбентов паров ацетонитрила, способность адсорбентов к адсорбции следующая:

NaM>РуМ>ЭАМ>ТМАМ>МАМ>ПГАМ 

Обсуждено действие модифицированных катионов и электронной природы адсорбата на количестве адсорбции адсорбента. Определена высокая адсорбционная способность начального Na- монтмориллонита при адсорбции полярных адсорбатов типа ацетонитрилов.

ABSTRACT

Adsorption of acetonitrile vapors of sodium and modified clay adsorbents. The adsorption of acetonitrile vapors in modified clay adsorbents and sodium cations with different sizes and nature has been studied. According to adsorption results of adsorbents of acetonitrile vapor, the adsorbents ability to adsorption is as follows:

NaM>РуМ>ЭАМ>ТМАМ>МАМ>ПГАМ

The effect of modified cations and electronic nature of adsorbate on the amounts of adsorption of the absorbents has been discussed. The high adsorption capacity of the initial Na-montmorillonite has been determined by the adsorption of polar adsorbates such as acetonitriles.

 

Ключевые слова: Монтмориллонит, адсорбция, гистерезис, изотерма, ацетонитрил, адсорбент.

Keywords: Montmorillonite, adsorption, hysteresis, isotherm, acetonitrile, adsorbent.

 

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 (аs = 4,61 моль/кг) и ПГАМ-2(аs = 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|РS): в 0.2(W), 0.4(Wo), мезопоры Wme=Vs-Wo и объём предельной адсорбции (Vs). Их данные приведены в таблице.

Таблица 1.

Объём пор адсорбции паров ацетонитрила в модифицированных монтмориллонитах

Адсорбенты

Температура дегидратация, К

 

W·103

 

W0·103

 

Wme·103

 

Vs•103,

NaМ

293

423

0.098

0.100

0.218

0.223

0.314

0.386

0.532

0.610

РуМ-1

РуМ-2

293

423

0.112

0.120

0.172

0.189

0.191

0.211

0.363

0.403

ЭАМ-1

ЭАМ-2

293

423

0.115

0.118

0.168

0.170

0.243

0.242

0.358

0.360

ТМАМ-1

ТМАМ-2

293

423

0.140

0.157

0.165

0.173

0.182

0.179

0.338

0.340

МАМ-1

МАМ-2

293

423

0.110

0.123

0.132

0.146

0.196

0.195

0.268

0.327

ПГАМ-1

ПГАМ-2

423

773

0.124

0.055

0.143

0.099

0.096

0.052

0.239

0.151

 

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.

 

Список литературы:
1. Арипов Э.А. Природные минеральные сорбенты, их актированных и модифицирование. Т.: Фан, 1970.-252 с.
2. Адамов Л.В., Сафронов А.П. Сорбционный метод исследования пористой структуры наноматериалов и удельной поверхности наноразмерных систем: учеб. пособ. для вузов.- Екатеринбург: Мир, 2008.-С. 8-11.
3. Физические_свойства/ [электронный ресурс] Режим доступа - https://ru.wikipedia.org/wiki/Ацетонитрил# (дата обращения: 02.10.2018)
4. Киселева А.В., Древинга В.П Экспериментальные методы в адсорбции и хроматографии. -Москва.:МГУ, 1983. - 447 с.
5. Муминов С.З., Хандамов Д.А., Агзамходжаев А.А. Сравнительное изучение адсорбции паров азот-содержащих веществ микропористым глинистым адсорбентом // Коллодный журнал.-2014.-№6. – С. 1-6.
6. Туторский. И.А. Эластомерные нанокомпозиты со слоистыми силикатами // Каучук и резина. -2004. -№ 5.- С. 23-29.
7. Хандамов Д.А. Термодинамика адсорбции метилового спирта и н-гексана на монтмориллонитах с модифицирующими органическими катионами: дис....канд. хим. наук.-Т., 2012.-С 142.

 

Информация об авторах

канд. хим. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Candidate of chemical sciences, Assistant Professor of the Tashkent Institute of chemistry and technology, Tashkent, Uzbekistan

д-р тех. наук, профессор Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, Professor of the Tashkent Institute of chemistry and technology, Tashkent, Uzbekistan 

канд. тех. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Tashkent Institute of chemistry and technology, Tashkent, Uzbekistan

старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Senior Lecturer, Tashkent Institute of chemistry and technology, Tashkent, Uzbekistan

старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Senior Lecturer, Tashkent Institute of chemistry and technology, Tashkent, Uzbekistan

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top