ПОЛУЧЕНИЕ ИОНООБМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВЕРМИКУЛИТА ИЗ КОРАУЗЯКА

АННOТАЦИЯ

В работе рассмотрены особенности получения ионообменных материалов на основе местного сырого вермикулита, а также исследованы их ключевые физико-химические свойства. Представлены данные о структуре и пористости синтезированного сорбента, полученные с применением сканирующей электронной микроскопии, включая микрофотографии поверхности и анализ распределения пор. Оценена адсорбция паров азота, что позволило определить удельную поверхность и текстурные характеристики материала, подтверждающие перспективность его применения в процессе сорбции.

ABSTRACT

The study examines the features of obtaining ion-exchange materials based on local raw vermiculite and investigates their key physicochemical properties. Data on the structure and porosity of the synthesized sorbent obtained using scanning electron microscopy are presented, including surface micrographs and pore distribution analysis. Nitrogen vapor adsorption was evaluated, which made it possible to determine the specific surface area and textural characteristics of the material, confirming its potential for use in sorption processes.

Ключевые слова: вермикулит, полиэтиленполиамин, формальдегид, сорбент, СЭМ-анализ, адсорбция паров азота, автосорб Quantachrom (IR).

Keywords: Vermiculite, polyethylene polyamine, formaldehyde, sorbent, SEM analysis, nitrogen vapor adsorption, Quantachrom (IR) autosorb

Введение

В последние годы стремительно развивающиеся отрасли промышленности и сельского хозяйства приводят к загрязнению водоёмов, особенно к ухудшению качественного состава пресных вод[1]. Для устранения данного загрязнения в промышленном масштабе используются различные ионообменные материалы, то есть сорбенты. К промышленным сорбентам предъявляются следующие требования: большая удельная поверхность, высокая сорбционная способность, нерастворимость в воде и различных органических растворителях, устойчивость к различным температурам и механическим воздействиям, низкая себестоимость и возможность многократного использования [2,3,4].

Одним из важнейших требований, предъявляемых к ионитам, является площадь поверхности и степень пористости. В соответствии с этим поры классифицируются по их размерам следующим образом:

• Если ширина пор превышает 50 нм (0,05 микрона) или 500 Å, такие поры классифицируются как макропоры;
• Если ширина пор составляет от 2 до 50 нм (0,002–0,05 микрона) или от 20 до 500 Å, такие поры классифицируются как мезопоры;
• Если ширина пор составляет менее 2 нм (0,002 микрона) или 20 Å, такие поры относятся к категории микропор [5, 6].

В данном научном исследовании приведены данные, полученные на основе изучения адсорбции паров азота сорбентом, полученным из природного сырья — кораузякского вермикулита на основе полиэтиленполиамина (ПЭПА) и формальдегида.

Материалы и методы исследования

Для получения ионообменного материала (анионита ВМТ-ПФА) слоистый вермикулит из Кораузяка модифицировали сшивкой в присутствии полиэтиленполиамина и формальдегида. Процесс проводили путём смешивания полиэтиленполиамина с вермикулитом и нагревания смеси, после чего добавляли формальдегид. Реакция осуществлялась в герметичном автоклаве или колбе с подогревом при различных температурах и массовых соотношениях вермикулита и полиэтиленполиамин-формальдегидного продукта, в течение от 1 до 14 часов. Полученный сорбент фильтровали, промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции среды и сушили в сушильном шкафу.

Результаты и обсуждения

На рисунке 1 представлены изображения расширенного вермикулита (A) и ионита (B), полученного путем сшивки вермикулита с полиэтиленполиамином и формальдегидом, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Рисунок 1. СЭМ-микрофотография ионита, полученного на основе вермикулита: (A) — расширенный вермикулит, (B) — композит на основе вермикулита и полиэтиленполиамин-формальдегида

Полученные результаты показывают, что поверхность расширенного вермикулита имеет гладкую структуру, тогда как поверхность ионита, полученного путем сшивки вермикулита с полиэтиленполиамином и формальдегидом, становится неоднородной и пористой. Из литературных источников известно, что с увеличением пористости и площади поверхности твёрдых материалов возрастает и их сорбционная способность.

Рисунок 2. Адсорбция и десорбция паров азота, а также гистограмма для вермикулита и ионита, полученного с участием вермикулита и полиэтиленполиамина (A — вермикулит, B — ионит на основе вермикулита и полиэтиленполиамина).

Адсорбция паров азота широко используется благодаря своей доступности по сравнению с другими методами (ЯМР, ТЕМ, РНД и СЭМ), а также благодаря способности выявлять нанопоры с диаметром от 0,35 нм до 100 нм [6]. Молекулы азота применяются для измерения удельной поверхности и объема пористых материалов. При этом конденсация азота происходит в более крупных порах при повышенном давлении, а испарение — в меньших порах при пониженном давлении. Эта особенность позволяет установить взаимосвязь между давлением и пористостью, а также определить размеры пор на основе изотерм адсорбции и десорбции. [7].

В данном исследовании приведены результаты изучения адсорбции паров азота ионитом, полученным на основе вермикулита и полиэтиленполиамин-формальдегидного комплекса. Данные, представленные на рисунке 2, свидетельствуют о том, что по сравнению с исходным вермикулитом, количество адсорбированных паров азота ионитом, полученным с участием вермикулита и полиэтиленполиамин-формальдегида, значительно выше (для вермикулита — 21,4 см³/г, для ионита — 95 см³/г). Это указывает на увеличение пористости и удельной поверхности ионита, что, в свою очередь, положительно сказывается на его сорбционных свойствах.

Заключение

Одним из важнейших требований, предъявляемых к сорбентам, применяемым в промышленном масштабе, являются высокая удельная поверхность и степень пористости ионообменных материалов. С целью повышения и изучения удельной поверхности и пористости адсорбентов, применяемых в различных отраслях промышленности, были проведены многочисленные исследования. Указанные характеристики положительно влияют на сорбционные свойства сорбентов и способствуют эффективному удалению токсичных ионов из сточных вод.

Список литературы:

1. Bekchanov D. et al. Sorption of cobalt (II) and chromium (III) ions to nitrogen‐and sulfur‐containing polyampholyte on the basis of polyvinylchloride //Polymers for Advanced Technologies. – 2021. – Т. 32. – №. 7. – С. 2700-2709.
2. Муртозакулов М. Р. У. и др. ОЧИСТКА РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ МЕТИЛДИЭТАНОЛАМИНА ОТ ТЕРМИЧЕСКИ СТАБИЛЬНЫХ СОЛЕЙ //Universum: химия и биология. – 2025. – Т. 1. – №. 10 (136). – С. 49-55.
3. Sh L. S., Jo‘rayev A. M. ORGANIK XOMASHYOGA ASOSLANGAN, POLIMER BOG ‘LOVCHI VA SORBSION FUNKSIYALI MATERIALLAR (MAHALLIY MANBALAR ASOSIDA) //СБОРНИК ТЕЗИСОВ. – 2025. – С. 317.
4. Хушвактов С. Ю. У. и др. Сорбция ионов меди (II) и никеля (II) на азот-и серосодержащем полиамфолите //UNIVERSUM: Химия и биология. – 2019. – №. 11-1 (65). – С. 66-70.
5. Турсунмуратов О. Х., Бекчанов Д. Ж. Кинетика псевдопервого и второго порядка абсорбции катиона меди (II) на ионите на основе вермикулита //Universum: технические науки. – 2023. – №. 8-3 (113). – С. 42-45.
6. Obid T. et al. Kinetics and isotherm of cu2+ ion sorption on a new sorbent obtained on the basis of vermiculite //Universum: технические науки. – 2022. – №. 12-7 (105). – С. 44-48.
7. Tursunmuratov O., Bekchanov D. Vermikulit asosida olingan yangi ionitga сu2+ ionlarining sorbsiya kinetikasi va izotermasi //Farg'ona davlat universiteti. – 2022. – №. 3. – С. 60-60.