МОДИФИЦИРОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ МОНТМОРИЛЛОНИТА С ЧЕТВЕРТИЧНОЙ СОЛЬЮ

АННОТАЦИЯ

Исследован способ модификации монтмориллонитов Na-форм в водных растворах с применением четвертичной соли. Для решения поставленных задач в качестве исходных объектов для получения новых нанокомпозитов были выбраны четвертичные соли на основе изогексилмонохлорацетата с триэтиламином. Были определены оптимальные условия проведения реакции.

ABSTRACT

A method for modifying Na-form montmorillonites in aqueous solutions using a quaternary salt has been studied. To solve the tasks set, quaternary salts based on isohexylmonochloroacetate with triethylamine were chosen as initial objects for obtaining new nanocomposites. The optimal reaction conditions were determined.

Ключевые слова: монтмориллонит, четвертичные аммониевые соли, глина, модификация, нанокомпозит, изогексилмонохлорацетат, триэтиламин.

Keywords: montmorillonite, quaternary ammonium salts, clay, modification, nanocomposite, isohexyl monochloroacetate, triethylamine.

Промышленное производство четвертичных аммониевых соединений продолжают сохранять ведущие позиции из-за их стабильно растущей потребности. Они в качестве целевых продуктов, исходного сырья и промежуточной продукции используются в различных химических и нефтехимических синтезах, в производстве композиционных материалов для различных областей химии и нефтехимии, в промышленности пластических масс, синтетических смол, электронной, металлообрабатывающей и химико-фармацевтической промышленности, для нужд сельского хозяйства и изготовления предметов бытовой химии [1, c. 10]. Эти производства во многих странах мира, являются крупно-, средне и малотоннажными, а также разнообразными по ассортименту производимой товарной продукции.

Из-за наличия положительного заряда на атоме азота алкиламмониевые катионы могут вытеснять ионы Na⁺ с обменных позиций в монтмориллоните и понизить поверхностную энергию глины так, что между слоями глины могут внедряться органические молекулы с различной полярностью [2, c. 290-296].

В результате хемосорбции модифицированная глина являясь органофильной, имеет меньшую поверхностную энергию и лучше совмещается с органическими полимерами. Когда межплоскостные катионы после ионного обмена замещены более объемными алкиламмониевыми органическими катионами, происходит также и увеличение межслоевого расстояния. Эти свойства позволяют применять органоглины для получения нанокомпозитов с участием полимеров различной природы [3, c. 32-34].

Нами было сделано предположение, что наличие в структуре мономерной четвертичной соли основе изогексилмонохлорацетата с триэтиламином положительно заряженного атома азота открывает возможность их применения в качестве гидрофобизаторов поверхности монтмориллонита.

Были определены оптимальные условия проведения реакции. Для приготовления композитов использовали достаточно концентрированную суспензию бентонита. В работе в качестве глинистого минерала использован натриевый монтмориллонит (ММТ) Навбахорского месторождения. В качестве модификатора глины применяли четвертичную соль на основе изогексилмонохлорацетата с триэтиламином.

Натриевая форма глины синтезирована путем обрабатывания золя глины 1 М раствором хлорида натрия (2 суток) и последующей отмывкой глины от избытка хлорида натрия декантацией водой.

Суспензию ММТ глины готовили диспергированием натрий ММТ в дистиллированной воде при комнатной температуре в интенсивном перемешивании в течение 24 ч. Раствор четвертичной соли в воде готовили при температуре 60-70 °С при постоянном перемешивании. После чего горячий раствор четвертичной соли – модификатора в течение одной минуты добавляли по порциям к суспензии глины при перемешивании. При этом разделение суспензии сопровождается коагуляцией с образованием крупных агломератов. Реакционную массу оставляли на 48 часов для достижения равновесия в системах. Модифицироанный монтмориллонит фильтровали через бумажный фильтр на воронке Бюхнера и промывали дистиллированной водой. Модифицированные глины подвергнуты микроскопическому анализу (таблица 1).

Таблица 1

Результаты микроскопии модифицированных ММТ глин четвертичной солью

Были сняты микрофотографии Na-монтмориллонита не модифицированного (а) и модифицированного ЧАС (б) (рис.1).

Рисунок 1. Микрофотографии Na-монтмориллонита немодифицированного (а) (х-250) и модифицированного ЧС (б)(х-250).

Как видно из рисунка 1 на поверхности модифицированного ММ глины образуются объемные агрегаты (флокулы). Это свидетельствует о интеркалировании (внедрении) молекул матричной четвертичной соли в межслоевые пространства ММТ и формировании наноцентров.

С целью оценки качественного состава монтмориллонита после добавления ЧС был получен ИК-спектр.      При расшифровке спектров проводили сравнение их с исходным натриевым монтмориллонитом. ИК-спектр не модифицированного образца (показывает, что основные проявленные на них полосы относятся к валентным связям кремния с кислородом и водородом (рис.2)). Широкая полоса при 1027 см^-1 относится валентным колебаниям
Si-O-Si тетраэдров кремнекислородного каркаса, а полосы деформационных колебаний Ме-О наблюдается при 469 и 515 см^-1. Полоса при 796 см^-1 соответствует Si-O-Si колебаниям колец из SiO₄ тетраэдров. Интенсивная полоса в области 3200-3500 см^-1 и 1640 см^-1 относятся к ОН- валентным и деформационным колебаниям свободной и связанной воды.

А в ИК-спектрах ЧАС сорбированных Na-формой монтмориллонита, продемонстрированы отличия, обусловленные влиянием обменных катионов молекул ЧАС с поверхностью минерала (смотрите Рис.3). Видно, что часть молекул четвертичных солей вступает в специфическое взаимодействие с обменными катионами минерала и одновременно образует водородные связи с поверхностными атомами кислорода или соседними атомами адсорбата. Как видно из рисунка, характерным признаком взаимодействия четвертичной соли с базальными поверхностями монтмориллонита можно считать появление в ИК-спектрах максимумов 1401-1692 см^-1, соответствующих координационно-связанному карбоксилу. Также в областях 2700-3600 см^-1 наблюдаются дополнительные полосы поглощения.

По-видимому, при использовании четвертичной соли ионы натрия из монтмориллонита заменяются на ионы аммония и образуют рыхлую гибридную структуру, которая легко расслаивается, чем природный монтмориллонит.

Таким образом, ИК-спектры модифицированных образцов монтмориллонита с четвертичной солью показывают, что молекулы четвертичных солей вступают во взаимодействие с обменными катионами глины и образуют рыхлую гибридную структуру.

Рисунок 2. ИК-спектр Na-формы монтмориллонита (Навбахорского)

Рисунок 3. ИК-спектр Na-монтмориллонита, модифицированный ЧАС

Наличие в структуре синтезированных четвертичных аммониевых соединениях атома азота, гидрофобных алкильных и кислородсодержащих групп позволило их предложить в качестве ингибиторов сероводородной коррозии.

Изучено влияние концентрации ЧАС на степень защиты от сероводородной коррозии металлов (таблица 2).

Таблица 2

Влияние концентрации ЧАС солей на степень защиты от сероводороднойкоррозии металлов

Зависимости степени противокоррозионной защиты металла от концентрации ЧАС солей показывает значительное возрастание защитного эффекта при увеличении концентрации от 0,25 до 2,0 мг/л.

Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать вывод о том, что синтезированные четвертичные соединения эффективно ингибируют сероводородной коррозии железа.

Список литературы:

1. Борисов Д.Н., Фахретдинов П.С., Романов Г.В. Синтез аммониевых соединений на основе децена-1 и их влияние на вязкость высокопарафинистой нефти. Нефтегазовое дело, 2007. -c.10.
2. Черваков О.Б., Гомза Ю.П., Андриянова М.В. и др. Влияние структурных особенностей на ионную проводимость сшитых аммониевых интерполимерных комплексов. Полимерный журнал. 2008, № 4. –с.290-296.
3. Риша Ф.А., Тагмазян Н.К., Огонесян Г.П., Тагмазян К.Ц. Синтез и исследование новых полифункциональных четвертичных аммониевых солей в качестве ингибиторов кислотной коррозии металлов. Химический журнал Армении. 2007, № 5. -с.32-34.