Устойчивость дисперсий бентонита Хаудака в присутствии добавок Na-КМЦ

АННОТАЦИЯ

В статье изучено процессы структурообразования в гидросуспензиях трех видов глин Хаудакского месторождения Сурхандарьинского области. Седиментационным анализом суспензий глин показано, что гидросуспензии щелочноземельного бентонита являются агрегативно устойчивыми из-за высокой дисперсности его частиц. 

ABSTRACT

The article studies the processes of structure formation in hydrosuspensions of three types of clays of the Haudak deposit of the Surkhandarya region. Sedimentation analysis of clay suspensions showed that hydrosuspensions of alkaline earth bentonite are aggregatively stable due to the high dispersion of its particles.

Ключевые слова: структурообразование, бентонит, полиэлектролит, седиментационный анализ, агрегативный устойчивость, дисперсность.

Keywords: structure formation, bentonite, polyelectrolyte, sedimentation analysis, aggregate stability, dispersion.

Введение. Одной из основных проблем современной коллоидной химии является исследование закономерностей процессов структурообразования в дисперсных системах в присутствии добавок поверхностно-активных веществ, особенно таких их разновидностей, как водорастворимые полиэлектролиты [1; С. 8].

В адсорбционной технике нашли широкое применение силикагели, цеолиты и адсорбенты природного происхождения (монтмориллонитовые, палыгорскитовые глины, опоки и др.). Природные минеральные сорбенты обладают хорошей поглотительной способностью по отношению к различными веществам из жидких сред: они распространены и легко доступны. Разработка эффективных способов направленного регулирования физико-химических свойств поверхности и пористой структуры позволяет расширить сферу использования этих адсорбентов. Улучшение их свойств достигается различными методами активации и модифицирования. Особое место среды них занимает метод модифицирования глинистых минералов расширяющейся структурой водорастворимыми полиэлектролитами [2; С. 81].

Водорастворимые полимеры, содержащие активные гидрофильные ионизируемые или неионизируемые функциональные группы, существенно влияют на свойства дисперсных систем в процессе взаимодействия с частицами дисперсной фазы. Макромолекулы полиэлектролитов могут (вызвать) флокулирующие, структурообразующие и стабилизирующие действия [3; С. 67].

Поэтому исследования структурообразующие действия (монтмориллонита) полиэлектролита с модифицированного монтмориллонитами имеет большой теоретической и практический интерес.

Экспериментальная часть. Для характеристики агрегативной устойчивости полидисперсных суспензий глин был использован седиментационный анализ с применением седиментометра Фигуровского и прибора Уккена для измерения объема осадков.

Измерение объемов осадков является простым и быстрым методом изучения устойчивости дисперсных систем в зависимости от различных факторов. Необходимо отметить, что под устойчивостью глинистых суспензий подразумевается равномерное распределение дисперсной фазы по всей высоте столба дисперсионной среды без изменения степени дисперсности системы.

Величина объемов осадков зависит от степени индивидуальности частиц дисперсной фазы либо их объединения в агрегаты. Последние, в отличие от исходных частиц, формируют более-рыхлые осадки с относительно большими объемами. Изучение скорости седиментации частиц, взвешенных в той или иной среде, позволяет определить размер частиц.

Адсорбцию полиэлектролита изучали в зависимости от его концентрации (от 0,03 до 0,5%). Для адсорбции взяли навеску бентонита 2 гр. на 100 мл раствора полимера и оставляли на сутки. Затем раствор отделяли от осадка центрифугированием на центрифуге ЦЛС-2 в течении 15 минут при 3000 об/мин [1; С. 8].

Изменение концентрации полиэлектролита после его адсорбции при 25⁰С по изменению вязкости раствора, измеренной с помощью вискозиметра Оствальда (время истечения воды 35 сек). Модифицированный полиэлектролитом бентонит высушивали при комнатой температуре, измельчали и просеивали через сито с отверстием 0,25 мм.

Результаты и их обсуждение. Характерной особенностью Na-КМЦ является способность изменять вязкость и другие физико-химические свойства бентонитовых дисперсий в весьма широких пределах. Наличие ионизируемых групп в NаКМЦ сильно сказывается на вязкость разбавленных и концентрированных суспензий бентонита.

Гидросуспензии хаудакского бентонита, в отличие от коллоидных золей, являются кинетически неустойчивыми системами. Кинетическая неустойчивость их является результатом полидисперсности порошка бентонита. и обуславливает возможность оседания относительно крупных частиц под влиянием силы тяжести. Гидросуспензии бентонита, кроме того, неустойчивы и в агрегативном отношении. Агрегативная устойчивость и влияние на нее добавок полиэлектролита Na-КМЦ характеризовали изменением объемов осадков суспензий и в 0,1%нмх разбавленных суспензиях бентонита с применением метода седиментации при фиксации накопления частиц дисперсной фазы.

Из табл.1 видно, что объемы осадков суспензий бентонита с увеличением концентрации NaКМЦ незначительно увеличивается или остается постоянным, а в случае палыгорскита во всем интервале концентраций NaКМЦ незначительно уменьшается из-за диспергирования частиц.

Согласно данным седиментации, изученные бентонитовые глины представляют собой полидисперсные порошки, содержашие частицы с размерами от 1,0 до 10 мкм. Причем, фракций с частицами 0,005 мм больше у бентонитов, чем у палыгорскита.

Таблица 1.

Изменение объемов осадков 10% ной суспензии бентонитов от концентрации Na-КМЦ

Рисунок 1. Кинетические кривые осаждения 0,1% суспензий глин:
1. Щелочноземельный бентонит; 2. Щелочной бентонит; З. Карбонатно-палыгорскитовая глина

На рис.1. представлены седиментационнью кривью, полученнью при изучении осаждения щелочноземельного и щелочного бентонитов. Расположение их ниже кривой седиментации палыгорскита, указывает на значительное замедление оседания частиц в стабилизированных суспензиях. Относительно высокодисперсной является щелочноземельная глина.

Таким образом, по стабилизирующему действию изученные глины в водной среде составляют следующий ряд: щелочноземельная, щелочная, карбонатно-палыгорскитовая.

Рисунок 2. Кинетические кривые осаждения суспензий щелочного бентонита в присутствии различных концентраций (в, %) Na-КМЦ:1) контроль, 2) 0,03, 3) 0,06, 4) 0,125, 5) 0,25, 6) 0,5

На рис. 2. представлены кинетические кривые осаждения суспензий щелочного бентонита в присутствии различных концентраций Na-КМЦ. Кривью седиментационного осаждения суспензий с добавками Na-КМЦ расположены выше кривой седиментации суспензии без полимера, что указывает на значительное замедление оседания частиц в стабилизированных полимером суспензиях.

На рис.3. представлены кривые осаждения суспензий щелочноземельного бентонита в присутствии Na - КМЦ. Видно, что при концентрациях ПЭ в 0,125-0,5% происходит значительное замедление оседания частиц, что указывает на процесс стабилизации суспензий.

Рисунок 3. Кинетические кривые осаждения суспензий щелочноземельного бентонита в присутствии различных концентраций (в, %) Na-КМЦ: 1) контроль, 2) 0,03, 2) 0,06, 3) 0,125, 4) 0,25, 5) 0,5

В случае палыгорскита, при всех изученных концентрациях Na-КМЦ происходит стабилизация суспензий. Известно [3; С.67], что полиэлектролиты в суспензии почв приводит к формированию вторичных агрегатов микрочастиц. Структурообразование в этих системах наблюдается в определенной области концентраций.

Результаты дисперсионного анализа полидисперсных систем представляют такие виде кривых распределения частиц по фракциям, которые характеризуют степень полидисперсности системы, что радиус, соответствующей максимальному значению на дифференциальных кривых, значительно сдвигается в сторону увеличения размера частиц в присутствии Na-КМЦ. При концентрации 0,03% Na-КМЦ кривая становится более пологим.

Выводы.

1. Исследованы процессы структурообразования в гидросуспензиях трех видов глин Хаудакского месторождения Сурхандарьинского области (щелочной и щелочно-земельные бентониты палыгорскит), в присутствии добавок полиэлектролита Na-КМЦ.
2. Седиментационным анализом суспензий глин показано, что гидросуспензии щелочноземельного бентонита являются агрегативно устойчивыми из-за высокой дисперсности его частиц. Установлено, что этим обусловливается в незначительное изменение устойчивости дисперсий этой глины 10%ных растворах Na-КМЦ.

Список литературы:
1. Бозоров Г.Р. Технология получения эффективных буровых растворов на основе местных и отработанных жирных глин // Автореф. -Т. -2007. -С. 8.
2. Хамраев А.Л., Ниязов Д.Б., Заиров Б.З. Способ получения КМЦ из хлопкового волокна // Узб. хим. журн. -1995. -№ 5. -С.81-83
3. Ниязов Д.Б., Хамраев А.Л., Закиров И.З. Получение Na-КМЦ из отходов хлопковой целлюлозы. Узб. хим. журнал. -1993. -№ 6. -С.-67.