CC BY
8
УДК 544.723.21:544.726:54.057 БОТ: 10.15587/2312-8372.2018.140355
ОДЕРЖАННЯ ПОРИСТИХ КРЕМНЕЗЕМНИХ НАНОКОМПОЗИТ1В НА ОСНОВ1 МОНТМОРИЛОН1ТУ З ВИКОРИСТАННЯМ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДУ
Дорошенко Д. В., Пилипенко I. В., Коршлович Б. Ю., Суббота I. С.
Об'ектом дослгдження е монтморилонгт, який завдяки сво'Хм властивостям I будовг проявляе висок сорбцгйнг характеристики. Однак суттевою перешкодою його використання в промислових технологгях водоочищення е схилънгстъ монтморилонгту самочинно диспергуватись в водних розчинах на елементарн структурн пакети I утворювати стгйю завиа. Це призводитъ до виникнення складнощгв при роздшеннг твердоХ I ргдкоХ фаз тсля проведення процесу сорбцГХ. Авторами був використаний золъ-гелъ метод синтезу нанокомпозитних матергалгв на основг монтморилонту з використанням тетраетоксисилану в якостг гелеутворюючоХ речовини. Синтез включае в себе реакцгю ггдролгзу тетраетоксисилану I наступною пол1конденсац1ею молекул кремнекислоти з ггдроксилъними групами монтмориломту. Отриманг зразки поеднуютъ в собг хорошг сорбцгйнг властивостг шаруватого мтералу та мгцну каркасну структуру. Така структура синтезованих нанокомпозитгв забезпечуетъся наявнгстю силоксанових зв'язюв, якими елементарш пакети монтмориломту з'еднанг мгж собою. Це, в свою чергу, сприяе збшъшенню водостгйкостг експерименталъних зразюв. Зггдно з резулътатами реологгчних дослгдженъ, основт процеси структуроутворення у вихгдних водно-спиртових суспензгях продуктгв ггдролгзу тетраетоксисилану та монтморилонту вгдбуваютъся при концентрацГХ кремнезему 1 %, що пов'язано з коло'Хдно-хгмгчними властивостями дослгджуваних систем. Обробка монтморилонту продуктами ггдролгзу тетраетоксисилану приводитъ до утворення матергалу з нижчою здатмстю до набухання та кращим роздшенням ргдко'Х та твердоХ фаз. Оптималъний вмгст кремнезему у зразку, який знаходитъся в ¡нтервалг 0,114 %, дае змогу зменшити оптичну густину розчингв у 2,5 рази у поргвняннг з вихгдним монтморилонтом. Синтезоват матергали зберггаютъ достатнъо високу сорбцтну емнгстъ щодо вилучення катгонного барвника метиленового блакитного (до 158 мг/г), яка зростае при збшъшеннг вмгсту глинистого мтералу. А також маютъ вищу селектившстъ (до 3,4 дм /мг).
Ключовi слова: золъ-гелъ синтез, модифжацгя поверхнг, ¡зотерма сорбцГХ, монтморилонт, тетраетоксисилан, метиленовий блакитний.
1. Вступ
Одшею з найважливших проблем сьогодення е вилучення з водного середовища токсиканпв оргашчного та неоргашчного походження (юшв важких метаив, барвниюв та шших сполук), котрi в великш кшькост
знаходяться в промислових слчних водах. При надходженш в пдросферу щ токсиканти негативно впливають на живi оргашзми нашо1 планети, а також на стан земно1 екосистеми в цшому.
При очищеннi промислових стiчних вод, або при одержанш питно! води з забруднених джерел водопостачання, незамшними е сорбцiйнi методи. В останш десятилiття широко провадяться дослiдження сорбцп важких та радiоактивних металiв, а також синтетичних барвниюв органiчного або неоргашчного походження на природних матерiалах, наприклад, глинистих мiнералах (монтморилонiт, каолшгг, слюди та iн.). Останнi е дешевшими 1 легкодоступними у порiвняннi зi значно дорожчими активованим вугшлям або iонообмiнними смолами, що традицшно використовуються в хiмiчнiй технологи.
Шарувал силiкати характеризуються складною хiмiею поверхш, що обумовлена наявнiстю рiзних за природою активних центрiв. Це можуть бути пдроксильш групи на бiчних гранях мiнералу, силанольнi групи в мюцях кристалiчних дефектiв на базальних поверхнях плоских частинок, нестехiометричнi iзоморфнi замiщення в структурi мiнералу та ш. Така сукупнiсть активних цен^в вiдкривае можливiсть застосування багатьох стратегш для функцюнаизацп поверхнi [1].
Тому актуальними слiд вважати дослiдження в данш областi, а саме -пошук нових методiв модифшаци поверхш глинистих мшерамв для отримання сучасних ефективних сорбцшних матерiалiв, але з умовою збереження економiчноl доцiльностi виробництва таких сорбенлв.
2. Об'ект дослщження та його технологiчний аудит
Об'ект дослгдження - монтморилошт. Це природний шаруватий силiкат з1 структурними пакетами типу 2:1, в якому один шар алюмокисневих октаедрiв розмiщений мiж двома шарами кремнекисневих тетраедрiв.
Серед шших природних глинистих мiнералiв монтморилошт характеризуеться великою питомою поверхнею, а також високими значеннями емност катюнного обмiну. Проте, технологiчний аудит свщчить, що перешкодою для його широкого застосування в технолопях водоочищення е здатшсть глинистих мiнералiв диспергуватись у водному середовишд з утворенням стшких зависей. У результатi чого, тсля проведення процесiв сорбцп, виникають труднощi з роздiленням рщко1 та твердо!' фаз.
3. Мета та задачi дослщження
Мета дослгдження - до^дження структурних та сорбцшних характеристик синтезованого нашвсинтетичного нанокомпозитного матерiалу.
Для досягнення поставлено1 мети необхiдно виконати таю задача
1. Синтезувати експериментальнi зразки шляхом модифжаци поверхш монтморилонiту золь-гель методом з використанням тетраетоксисилану (ТЕОС) в якост реагента-структуроутворювача та дослщити реолопчш властивостi вихiдних систем, а також процеси структуроутворення в них у залежност вщ вмiсту кремнезему.
2. Визначити вплив скиду нанокомпозипв на сорбцшш влaстивостi по вiдношенню до катюнного барвника метиленового блакитного.
3. Встановити вплив скиду мaтерiaлy на величин показника роздiлення твердо!' та рщко!' фаз.
4. Дослщження кнуючих р1шень проблеми
Остaннiм часом, значну yвaгy придiляють вивченню методiв структурно1 модифiкaцiï глинистиx мiнерaлiв, як перспективниx об'eктiв для створення кaтaлiзaторiв або адсорбенпв рiзного призначення. Для модифжування поверxнi використовують як шaрyвaто-стрiчковi, так i шарувап мiнерaли (монтморилонiт, сапошт, кaолiнiт), особливостi структури якиx визначають доцшьшсть методу модифiкyвaння.
Зокрема, монтморилошт, завдяки його розвиненш питомiй поверxнi та достатньо високiй кaтiонообмiннiй емност (до 120-140 ммоль/г), за рaxyнок наявност нестеxiометричниx iзоморфниx зaмiщень в структур^ часто обирають у якост об'екта додаткового модифiкyвaння. Серед тaкиx методiв видiляють меxaноxiмiчнy або пдротермальну обробку пiд час якоï частково руйнуеться структура мiнерaлy та з'являються новi aктивнi центри [2, 3].
Кислотна активашя також дае можливють покращити деякi влaстивостi глинистиx мшераив. Наприклад, взaeмодiя монтморилонiтy з концентрованою сiрчaною кислотою приводить до вилуговування алюмшш з октаедричного шару та покращення структури пор отриманого мaтерiaлy, що, в свою чергу, покращуе сорбцшш властивост [4].
Окремим методом стрyктyрноï модифiкaцiï е пiлaрyвaння в основi якого лежить iнтеркaляцiя полiядерниx кaтiонниx гiдроксокомплексiв метaлiв у мiжпaкетний простiр шaрyвaтиx aлюмосилiкaтiв з наступною термообробкою. TaKi мaтерiaли мають шдвищену питому поверxню, не набукають у воднж розчинax та можуть селективно видаляти неоргaнiчнi та оргaнiчнi токсиканти водниx розчинiв [5-7].
Kaтiоннi поверxнево-aктивнi речовини (ПАР) часто застосовують для модифшування поверxнi глинистиx мiнерaлiв. Позитивно заряджеш молекули ПАР зaмiщyють обмшш кaтiони у мiжпaкетномy просторi та на поверxнi мiнерaлy, створюючи пдрофобний шар або позитивно заряджений бьшар, що дае змогу вилучати анюнш барвники з водниx розчинiв [S, 9].
Наявнють гiдроксильниx груп (=Si-OH та =Al-OH) на бiчниx поверxняx частинок мiнерaлiв дае можливiсть проводити ïx додаткову фyнкцiaлiзaцiю за рaxyнок утворення xiмiчно-зв'язaниx молекул на поверxнi мiнерaлy. До тaкиx реaгентiв належить y-aмiнопропiлтриетоксисилaн та його поxiднi, що дають змогу одержувати високоселективнi сорбцшш мaтерiaли для вилучення, зазвичай, aнiонниx токсикaнтiв [10-12].
Kомпозицiйнi сорбцiйнi мaтерiaли, до складу якиx вxодять не тшьки глинистi мiнерaли, а й iншi компоненти, наприклад: гiдроксиди метаив, активоване вyгiлля, iонообмiннi смоли, також досить поширеш [13].
Силiкaгель та iншi поxiднi кремнезему знайшли широке застосування в сорбцiйниx процесax [14]. Одержання композицiйниx мaтерiaлiв на основi
глинистих мшераив разом з кремнеземом вщкривае шлях до отримання нових функщональних матерiалiв, що i складае мету дано!' роботи.
Для модифшування поверхш монтморилонiту ранiше був використаний досить простий i дешевий реагент - силiкат натрiю [15]. Отриманий композитний матерiал характеризуеться достатньо високими сорбцшними характеристиками. Проте при використаннi тетраетоксисилану (ТЕОС) в якост модифiкатора ймовiрно отримання композитних матерiалiв з кращими властивостями, оскiльки процеси гiдролiзу ТЕОС протжають з утворенням кремнiевих та полжремшевих кислот низько! молекулярно! маси. Останш мають пiдвищену реакцiйну здатнють порiвняно iз з т = т0 + ц- В начно
бiльшими за розмiром молекулами кремнекислоти, як утворюються при застосуваннi силжату натрiю [16].
5. Методи досл1дження
Гомогенiзацiю суспензiй натрiй-форми монтморилонiту (№-ММТ) для синтезу здiйснювали на ультразвуковому диспергаторi УЗДН-2Т (Украша). Рентгенiвськi дифрактограми були отриманi за допомогою дифрактометра ДРОН-4-07 (СРСР) з Си Ка випромiнювaнням (Х=0,154 нм, 35 кВ, 30 мА) при 25 °С в дiaпaзонi 20 вiд 3 до 40°.
Реолопчш дaнi були отримаш за допомогою ротaцiйного вюкозиметра «КЬео1ев1-2» (Нiмеччинa) при 25 °С, а обробку експериментальних даних проводили за допомогою рiвняння Бiнгaмa-Шведовa, яка дае змогу характеризувати дисперсп глинистих мшерамв. Рiвняння Бiнгaмa-Шведовa мае вигляд [17]:
т = т0 + п- В,
де В - швидюсть деформацп; т 1 т0 - напруження та граничне напруження зсуву вщповщно; п - пластична в'язюсть.
Сорбцiйнi характеристики зразюв були дослiдженi за сорбщею кaтiонного барвника - метиленового блакитного у статичних умовах, концентращю якого визначали спектрофотометричним методом з використанням спектрофотометра иМСО-ЦУ 2100 (США) при довжиш хвилi 665 нм. Наважка адсорбенту складала 0,1 г на 50 см розчину. Обрана тривалють контакту твердо! та рщко! фаз складала 1 годину, що вщповщае встановленню адсорбцшно! рiвновaги.
Визначення оптично!' густини розчинiв проводили за наступною методикою. У кошчну колбу на 100 см вносили наважку сорбенту 0,1 г та додавали 50 см 0,1 М розчину №С1 та струшували колби на шейкерi протягом 60 хв. Вмют колб переносили в стакани на 100 см3, та тсля вщстоювання протягом 10 хв декантували розчин з наступним вимiрювaнням його оптично! густини при довжинi хвилi 400 нм та довжиш кювети 1 см. У якост розчину порiвняння - 0,1 М №С1.
Для вивчення впливу вмюту ТЕОС на структуры та сорбцшш властивостi, був проведений синтез експериментальних зразкiв з рiзним спiввiдношенням Ка-ММТ/ТЕОС/(Н20+С2Н50Н). Перелiк одержаних зразюв наведений у табл. 1.
Таблиця 1
_Склад одержаних зразюв_
Номер зразка Масовий вмют, %
Суспенз1я Сухий зразок
Ш-ММТ ТЕОС (за SiО2) Н2О С2Н5ОН Ш-ММТ Б102
1 3 0 97 0 100 0
2 3 0,1 38,7 58,1 97 3
3 3 0,5 38,6 57,9 86 14
4 3 1 38,4 57,6 75 25
5 3 2 38 57 60 40
6 3 4 37,2 55,8 43 57
7 3 10 34,8 52,2 23 77
Для приготування зразюв композиту до попередньо оброблено! протягом 5 хв на ультразвуковому диспергаторi водно! суспензп монтморилошту додавали вщповщну юльюсть ТЕОС та етанолу, отриману сумш обробляли на ультразвуковому диспергаторi 1 хв. Пiсля чого рН сум^ доводили до рiвня 2 за допомогою шрчано! кислоти з наступною ультразвуковою обробкою протягом 1 хв. Шсля гiдролiзу ТЕОС сумш переносили на магнiтну мiшалку, доводили рН до 7 розчином пдроксиду натрш i, при енергiйному перемшуванш з пiдiгрiвом (60 °С), сумш витримували протягом 6 годин. Отриману суспензш переносили у випарювальну чашу, витримували 48 годин при 25 °С, для завершення процесiв гелеутворення, промивали вiд солей 60 %-м розчином етанолу на вакуумному фшк^ та висушували при 105 °С до постшно!' маси. На завершальному етапi зразок подрiбнювали, просiювали 1 вщбирали фракцiю 0,063-0,16 мм для подальших дослiджень. Зразки для реолопчних дослiджень вiдбирали на стадп синтезу, тсля додавання розчину гiдроксиду натрш.
6. Результати досл1дження
Процеси структуроутворення в диспершях монтморилонiту з ТЕОС у водних середовищах зi значним вмютом етанолу протiкають за шшим механiзмом, нiж з силiкатом натрш у водi [15]. Реологiчнi дослщження показали, що кривi течи таких дисперсш (рис. 1, а) мають менш виражену тенденцiю до формування петель пстерезису, що вказуе на практично вщсутшсть тiксотропних властивостей у них. Таю змши обумовленi меншою полярнiстю етанолу, що входить в реакцшш сумiшi з ТЕОС, порiвняно з водою (дiелектрична проникнiсть етанолу - 24,6; води - 81,0). Замша частини води на етанол призводить до зниження штенсивност взаемодп молекул дисперсшного середовища з частинками дисперсно! фази. Як свщчать даш [18, 19], у розчинах
етанолу або шших спирав самодиспергацiя глинистих мшераив слабко виражена, що обумовлюе зменшення об'емно!" концентрацii дисперсно! фази.
□
-6
О 250 500 750 1000 1250 1500 Швидюсть зсуву, с"1 а
0 2 4 6 8 10 Вмют 8Ю2„ %
б
Рис. 1. Реологiчнi дослiдження експериментальних зразкiв: а - кривi течii
суспензiй монтморилошту з рiзним вмiстом кремнезему; б - залежнють граничного напруження зсуву та пластично! в'язкост вiд вмюту кремнезему
Крiм того, спостерiгаеться зниження величин граничного напруження зсуву та пластично! в'язкосл. Це пов'язано з тим, що при riдролiзi ТЕОС, у кислому середовишд, на вщмшу вщ силiкату натрiю, переважають процеси полжонденсацп з формуванням кремнiевих та полшремшевих кислот низько! молекулярно!' маси, як мають пiдвишену реакцiйну здатнють.
Цi молекули кремнiевоi кислоти взаемодшть переважно з гiдроксильними групами бiчноi поверхнi монтморилонiту (^^ОН) за рахунок реакцш полiконденсацii [16]. Максимуми на кривих граничного напруження зсуву та пластично! в'язкост при вмют 1 % кремнезему (рис. 1, б) вщповщають формуванню максимально! кiлькостi наночастинок кремнезему на поверхш глинистих частинок. Останш об'еднуються мiж собою за рахунок взаемодп за схемою «б1чна поверхня - глобула кремнезему - бiчна поверхня». У бiльшостi випадюв, найбiльш ймовiрно утворення низьковпорядкованих структур типу «картковий будинок», у яких частинки глинистого мшералу розмiшенi хаотично [20]. При шдвищенш вмiсту ТЕОС в системi глобули кремнезему зростають, що супроводжуеться збiльшенням внутрiшнiх напружень у сформованш коагуляцiйно-конденсацiйнiй структурi ^ вiдповiдно, зменшенням !'!' мiцностi.
Така штерпретащя одержаних результатiв пiдтверджуеться даними електронно!' мiкроскопii та рентгенографiчного анаизу. Дифрактограми зразкiв нанокомпозитiв (рис. 2) вказують на поступове зниження штенсивност базального рефлексу монтморилонiту (1,26 нм) при збшьшенш вмiсту
кремнезему. Для вихщного монтморилошту (крива 100 %) базальний рефлекс найбiльш ч^ко виражений. Для чистого кремнезему (крива 0 %) дифрактограма не мае виражених рефлекшв, окрiм двох при 27 та 31 20. Останш можуть належати залишкам сульфату натрш, який утворюеться при синтезi зразюв та досить важко видаляеться зi зразкiв. Зниження iнтенсивностi базального рефлексу монтморилошту свщчить про поступовий перехщ системи до менш впорядкованого стану з хаотичним розмщенням частинок мшералу. Крiм того, зменшення масово! частки монтморилошту в нанокомпозит також може знижувати iнтенсивнiсть рефлексу, оскiльки зменшуеться частка одше! з кристалiчних фаз.
о4
О
1,26 нм
86 %
Сорбцiйна здатнiсть метиленового блакитного оргашчних барвникiв пiдприемств [21].
Рис. 2. Дифрактограми зразкiв нанокомпозитiв з рiзним вмiстом
монтморилонiту
окомпозитiв дослiджувалась за сорбшею >) (рис. 3) - одного з найбшьш розповсюджених аходяться в стiчних водах промислових
N
СН3 СГ СН3
Рис. 3. Структурна формула метиленового блакитного
В хiмil глинистих мiнералiв МБ також використовуеться як стандартний реагент для визначення характеристик поверхш Питому поверхню зразкiв (м2/г) визначали за формулою [22]:
^пит. = аоо ' ^А ' ^ ш,
де ах - емшсть моношару (гранична адсорбшя) моль/г; ЫА - число Авогадро 6,023 -1023 (моль-1); 8т - площа, яку займае одна молекула МБ на поверхш (75 А2).
1зотерми сорбцii МБ зразками нанокомпозиту наведеш на рис. 4.
С , мг/дм"'
р
Рис. 4. 1зотерми сорбцii метиленового блакитного зразками нанокомпозиту з
рiзним вмютом кремнезему (табл. 1)
Експериментальнi даш достатньо добре описуються рiвнянням Ленгмюра з коефiцiентами кореляцii вiд 0,934 до 0,998 (табл. 2). Така залежнють обумовлена, перш за все, переважною сорбшею юшв МБ поверхнею глинистого мшералу - на катюнообмшних центрах (приблизно однакових за своею енерпею), при цьому фази кремнезему надають незначний вклад у загальну величину сорбцп МБ. Це також тдтверджуеться дещо нижчими величинами коефщенлв кореляцii за моделлю Фрейндлiха (0,817-0,984). Збшьшення вмiсту кремнезему призводить до поступового зменшення сорбцiйноi емностi, що пов'язано з перекриванням глобулами силшагелю катiонообмiнних центрiв на базальнiй поверхш монтморилошту.
Таблиця 2
Коефiцiенти рiвнянь адсорбцii метиленового блакитного зразками _нанокомпозилв при рН 6_
Зразок За Фрейндл1хом За Ленгмюром
кР 1/п Я2 Кр, дм3/мг ааъ мг/г Я2 $пит, м2/г
Ш-ММТ 110,07 3,4 0,937 1,10 238,0 0,981 336,0
0,1 % БЮ2 78,67 3,5 0,908 1,70 158,5 0,934 223,7
0,5 % Б102 70,56 4,0 0,929 1,95 130,3 0,998 183,9
1 % БЮ2 59,97 3,6 0,927 1,95 105,4 0,994 148,7
2 % БЮ2 40,83 5,0 0,969 3,43 57,6 0,987 81,3
4 % БЮ2 19,04 4,9 0,817 1,88 33,3 0,940 46,8
10 % БЮ2 7,26 3,7 0,984 0,46 17,9 0,939 25,3
Встановлено, що величини гранично! адсорбцп, як i розрахована питома поверхня, для МБ зменшуеться в iнтервалi концентрацп 0-3 % за кремнеземом (табл. 2). Подальше збшьшення вмiсту SiO2 мало впливае на величину гранично! адсорбцп. Така залежшсть може вказувати на формування основно! структури нанокомпозиту при концентращях кремнезему до 3 %. Подальше збiльшення вмiсту кремнезему призводить до осадження останнього на вшьних дiлянках композиту, що мало впливае на величину гранично! адсорбцп. Достатньо висою величини гранично! адсорбцп МБ в штервам 0-0,5 % БЮ2 пов'язаш, перш за все, з явищем димеризацi! МБ. Для молекул (юшв) метиленового блакитного, як у розчинах, так i на поверхш, характерне утворення димерiв вже при концентрацiях 2 мг/дм [23], а тдвищення юнно! сили розчину збшьшуе вмiст димерiв [24].
Для визначення ефективност синтезованих нанокомпозипв щодо використання в сорбцiйних технолопях було проведено дослiдження оптично! густини розчишв пiсля !х контакту з адсорбентом. Ця величина пропорцiйна концентрацп дисперсно! фази в розчиш i може слугувати для оцiнки ефективност роздiлення фаз пiсля проведення сорбцшного процесу.
Результати показують, що нанокомпозити мають значно вищий показник роздшення, нижчу здатнiсть до набухання та легше вiддiляються вiд водних розчишв, на вщмшу вiд вихiдного монтморилошту. Змiна оптично! густини розчинiв з 1,64 для вихщного монтморилонiту до 0,069 для зразка з 23 % монтморилошту (рис. 5) вказуе на формування достатньо мщних агрегалв з частинок сорбенту шсля обробки ТЕОС.
1.50- I
1.25- I сз - и | 1.00-
я 0.75-х
0.50- 1Н_ О . ■ ■
0.25- Щ Н Н Н - -
0.00- —|—Ц^—|——|—т—|—т |
1 2 3 4 5 6 7 Номер зразка
Рис. 5. Оптична густина розчинiв пiсля контакту зi зразками нанокомпозилв
Спостерiгаеться рiзке (у 2,5 рази) зменшення оптично! густини навiть при невеликш кiлькостi (3 %) кремнезему в зразку. Таким чином, обробка монтморилошту навпъ незначною кiлькiстю ТЕОС (вщ 3 % за масою) дае змогу значно збiльшити показник роздшення.
Отримаш результати вказують на перспективнiсть розробки для вилучення катюнних барвникiв з водних розчишв сорбцiйних матерiалiв на 0CH0Bi дешево! природно! сировини - монтморилошту та доступно! кремнiйорганiчно! сполуки тетраетоксисилану. При цьому, при використанш навпь незначно! кiлькостi останньо!, можна отримувати економiчно вигiднi напiвсинтетичнi сорбенти. У
7. SWOT-аналiз результатiв досл1дження
Strengths. Головною перевагою таких сорбцшних матерiалiв е низька собiвартiсть та еколопчшсть, оскiльки основним компонентом е природний мшерал, запаси якого в Укра!ш достатньо великi. Аналогiчнi сорбцшш матерiали часто отримують з використанням досить дорогих реагенпв та складним апаратурним оформленням технологiй, що суттево збiльшуе !х собiвартiсть.
Weaknesses. Використання тетраетоксисилану та етанолу у якосл реагенлв для синтезу значно збшьшуе собiвартiсть матерiалу.
Opportunities. Перспективним напрямком подальших дослiджень е розробка технологи гранулювання одержаного нанокомпозиту та досидження можливо! замiни досить коштовного тетраетоксисилану та етанолу на бшьш дешевi аналоги.
Threats. Наявнiсть на свгговому ринку досить ефективних сорбцiйних матерiалiв на основi активованого вугiлля або юнообмшних смол створюе досить сильне конкурентне середовище.
8. Висновки
1. Дослiджено реологiчнi властивостi вихiдних систем на основi продукпв гiдролiзу тетраетоксисилану та монтморилонiту у водно-спиртових середовищах. Встановлено, що максимуми на кривих граничного напруження зсуву та пластично! в'язкосл спостер^аються при вмiстi 1 % кремнезему в зразках.
2. Встановлено, що сорбцшш властивост по вщношенню до катюнного барвника метиленового блакитного суттево залежать вiд складу нанокомпозилв. Показано, що гранична адсорбцiя монотонно збшьшуеться при збiльшеннi вмiсту монтморилонпу. З урахуванням iнших показникiв, оптимальний вмiст кремнезему у сухому нанокомпозил знаходиться в iнтервалi 3-14 %.
3. Встановлено, що мiнiмальний вмют кремнезему, який забезпечуе ефективне роздшення твердо! та рiдко! фаз тсля проведення процесу сорбцй складае 0,5 % SiO2 в системi, або 14 % у перерахунку на сухий зразок.
References
1. Uddin M. K. A review on the adsorption of heavy metals by clay minerals, Т with special focus on the past decade // Chemical Engineering Journal. 2017. Vol. 308. P. 438-462. doi: http://doi.org/10.1016/j.cej.2016.09.029
2. Tian G. et. al. Ammonium sulfide-assisted hydrothermal activation of palygorskite for enhanced adsorption of methyl violet // Journal of Environmental Sciences. 2016. Vol. 41. P. 33-43. doi: http://doi.org/10.1016/jjes.2015.03.036
3. Petra L. et. al. Mechanochemically activated saponite as materials for Cu2+ and Ni2+ removal from aqueous solutions // Applied Clay Science. 2017. Vol. 143. P. 22-28. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2017.03.012
4. Cakmak M. et. al. Removal of astrazon golden yellow 7GL from colored wastewater using chemically modified clay // Journal of Central South University. 2017. Vol. 24, Issue 4. P. 743-753. doi: http://doi.org/10.1007/s11771-017-3476-y
5. Huang W. et. al. Effective phosphate adsorption by Zr/Al-pillared montmorillonite: insight into equilibrium, kinetics and thermodynamics // Applied Clay Science. 2015. Vol. 104. P. 252-260. doi: http://doi.org/10.1016Zj.clay.2014.12.002
6. Pylypenko I. V., Kornilovych B. Y., Kovalchuk I. A. Synthesis and sorption properties of Ti- and Ti/Al-pillared montmorillonite // Himia, Fizika Ta Tehnologia Poverhni. 2015. Vol. 6, Issue 3. P. 336-342. doi: http://doi.org/10.15407/hftp06.03.336
7. Zhang S. et. al. Removal of fluoride ion from groundwater by adsorption on lanthanum and aluminum loaded clay adsorbent // Environmental Earth Sciences. 2016. Vol. 75, Issue 5. P. 401. doi: http://doi.org/10.1007/s12665-015-5205-x
8. Anirudhan T. S., Ramachandran M. Adsorptive removal of basic dyes from aqueous solutions by surfactant modified bentonite clay (organoclay): kinetic and competitive adsorption isotherm // Process Safety and Environmental Protection. 2015. Vol. 95. P. 215-225. doi: http://doi.org/10.1016/j.psep.2015.03.003
9. Omorogie M. O. et. al. The sequestral capture of fluoride, nitrate and phosphate by metal-doped and surfactant-modified hybrid clay materials // Chemical Papers. 2018. Vol. 72, Issue. 2. P. 409-417. doi: http://doi.org/10.1007/s11696-017-0290-9
10. Xue A. et. al. Adsorption of reactive dyes from aqueous solution by silylated palygorskite // Applied Clay Science. 2010. Vol. 48. Issue 4. P. 638-640. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2010.03.011
11. Moreira M. A. et. al. Effect of chemical modification of palygorskite and sepiolite by 3-aminopropyltriethoxisilane on adsorption of cationic and anionic dyes // Applied Clay Science. 2017. Vol. 135. P. 394-404. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2016.10.022
12. Thue P. S. et. al. Synthesis and characterization of a novel organic-inorganic hybrid clay adsorbent for the removal of acid red 1 and acid green 25 from aqueous solutions // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 171. P. 30-44. doi: http://doi.org/10.1016/jjclepro.2017.09.278
13. Pawar R. R. et. al. Efficient removal of hazardous lead, cadmium, and arsenic from aqueous environment by iron oxide modified clay-activated carbon composite beads // Applied Clay Science. 2018. Vol. 162. P. 339-350. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2018.06.014
14. Diagboya P. N. E., Dikio E. D. Silica-based mesoporous materials; emerging designer adsorbents for aqueous pollutants removal and water treatment // Microporous and Mesoporous Materials. 2018. Vol. 266. P. 252-267. doi: http://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.03.008
15. Doroshenko D., Pylypenko I., Kornilovych B. Sorption of cobalt and methylene blue ions by montmorillonite-silica nanocomposites // KPI Science News. 2018. Vol. 3. P. 7-14. doi: http://doi.org/10.20535/1810-0546.2018.3.126410
16. Qian Z. et. al. Preparation and characterization of montmorillonite-silica nanocomposites: A sol-gel approach to modifying clay surfaces // Physica B: Condensed Matter. 2008. Vol. 403, Issue 18. P. 3231-3238. doi: http://doi.org/10.1016Zj.physb.2008.04.008
17. Shramm G. Osnovy prakticheskoy reologii i reometrii. Moscow: KolosS, 2003. 312 p.
18. Kimura Y., Haraguchi K. Clay-alcohol-water dispersions: anomalous viscosity changes due to network formation of clay nanosheets induced by alcohol clustering // Langmuir. 2017. Vol. 33, Issue 19. P. 4758-4768. doi: http://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b00764
19. Chen T., Zhao Y., Song S. Comparison of colloidal stability of montmorillonite dispersion in aqueous NaCl solution with in alcohol-water mixture // Powder Technology. 2017. Vol. 322. P. 378-385. doi: http://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.09.032
20. Bi W. et. al. In situ synthesis of silica gel nanowire/Na+-montmorillonite nanocomposites by the sol-gel route // Nanotechnology. 2007. Vol. 18, Issue 11. P. 115620. doi: http://doi.org/10.1088/0957-4484/18/11/115620
21. Ngulube T. et. al. An update on synthetic dyes adsorption onto clay based minerals: A state-of-art review // Journal of Environmental Management. 2017. Vol. 191. P. 35-57. doi: http://doi.org/10.1016/jjenvman.2016.12.031
22. Hegyesi N., Vad R. T., Pukanszky B. Determination of the specific surface area of layered silicates by methylene blue adsorption: The role of structure, pH and layer charge // Applied Clay Science. 2017. Vol. 146. P. 50-55. doi: http://doi.org/10.1016/j.clay.2017.05.007
23. Florence N., Naorem H. Dimerization of methylene blue in aqueous and mixed aqueous organic solvent: A spectroscopic study // Journal of Molecular Liquids. 2014. Vol. 198. P. 255-258. doi: http://doi.org/10.1016/j.molliq.2014.06.030
24. Mukherjee K. et. al. Adsorption enhancement of methylene blue dye at kaolinite clay-water interface influenced by electrolyte solutions // RSC Advances. 2015. Vol. 5, Issue 39. P. 30654-30659. doi: http://doi.org/10.1039/c5ra03534a
