LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Хімічні науки → Роль природи поверхні дисперсних частинок у процесах змочування та структуроутворення

що величина K2 для клиноптилоліту визначається природою обмінних катіонів. Найменша швидкість капілярного поглинання характерна для натрієвої форми клиноптилоліту і, на відміну від кальцієвої та натрієвої форм, рівноважний стан системи встановлюється через 10 хв. У цих формах рівновага досягається через 2 год. Таку різницю у часі при капілярному поглинанні води ми пов'язуємо з гідролізом поверхні й утворенням гелеподібного шару на поверхні частинок Na-клиноптилоліту. Величини коефіцієнтів швидкості поглинання декану для всіх досліджуваних форм відрізняються незначною мірою. Слід зазначити, що з Ca-клиноптилоліту декан витісняється з більшою швидкістю, ніж із інших форм.

Таблиця 2

Фізико-хімічні властивості дисперсій гомоіонних форм клиноптилоліту

Форма клиноптилоліту

K 104, с-1

n

Концентрація, мг/л

рН

Рк1, Па




SiO2

Al2O3



Природний

Na-форма

Ca-форма

К-форма

1,29

1,09

1,68

1,74

1,12

1,20

1,06

1,04

4,77

9,33

4,43

5,93

0,110

0,189

0,687

0,130

9,3

10,0

9,1

9,2

100

150

25

2

Найменша швидкість витіснення декану водою спостерігається для дисперсій натрієвої форми клиноптилоліту, що може бути пов'язане з набуханням поверхневого шару частинок алюмосилікату.

Обмежене набухання клиноптилоліту не дозволяє одержувати стійкі тиксотропні дисперсії з низьким вмістом твердої фази. На відміну від натрієвого монтморилоніту, де вода проникає у міжпакетний простір при набуханні та сприяє збільшенню кількості частинок в одиниці об'єму дисперсної системи, кристали клиноптилоліту у водних дисперсіях гідролізують лише у поверхневому шарі. Утворені поверхневі шари визначають характер взаємодії між структурними елементами дисперсій гомоіонних форм клиноптилоліту. Характер взаємодії між частинками у концентрованих системах оцінювали за структурно-механічними властивостями 50%-них водних дисперсій.

З даних набухання природної та гомогенної форм клиноптилоліту (табл. 2) видно, що збільшення об'єму відбувається для всіх форм і найбільше – для Na-форми клиноптилоліту. Оскільки кристалічна структура мінералу при набуханні практично не змінюється, що підтверджується результатами рентгено-фазового аналізу, то для пояснення цього явища ми виконували вимірювання рН і електропровідності насичених водою водних дисперсій клиноптилоліту, та визначали концентрацію кремнезему й оксиду алюмінію, що перейшли у воду. Електропровідність насичених водою дисперсій Na-клиноптилоліту майже удвічі більша порівняно з іншими формами мінералу. Коли така частинка знаходиться у воді, то відбувається гідроліз її поверхні з одночасним заміщенням іонів натрію у поверхневому шарі на іони водню з переходом іонів натрію у розчин. Це призводить до підвищення вмісту розчинних форм кремнезему, алюмінію та натрію і зростання рН центрифугату.

Вище ми розглянули методи визначення набухання глинистих мінералів у порошкоподібному початковому стані. Проте ці методи не завжди можуть використовуватись при аналізі речовин, які сильно набухають і містять домішки біологічно-активних речовин. Рівноважний стан у процесі набухання без перемішування у звичайних приладах наступає через великий проміжок часу. Для зменшення часу вимірювання та підвищення надійності вимірювань запропоновано новий метод визначення величини набухання глинистих мінералів, ґрунтів, порошкоподібних речовин і складових компонентів бурових розчинів. Для цього попередньо готують суспензії досліджуваного зразку у рідині за різного вмісту твердої фази і ретельно перемішують за допомогою механічної мішалки або ультразвукового пристрою. Після цього 1 см3 приготовленої суспензії переносять у кювету приладу з меніском у вимірювальній трубці, встановленим на поділку 1 см3, для визначення набухання. Якщо кількість рідини у досліджуваній суспензії перевищує необхідну для рівноважної системи, вона буде відфільтровуватись із зразка, а для меншої кількості спостерігатимемо набухання мінералу та поглинання рідини з вимірювальної трубки приладу. Методом розбавлення концентрованих суспензій визначають ту концентрацію суспензії, для якої швидкість поглинання рівна нулю. На основі одержаних даних будують графік залежності швидкість поглинання (фільтрування) – концентрація твердої фази, та на перетині прямої швидкості поглинання з прямою, котра відповідає нульовій швидкості поглинання, знаходять точку рівноважного стану насичення зразку рідиною.

Запропонований спосіб дає змогу прискорити визначення величини набухання й уникнути помилок, пов'язаних із впливом товщини змоченого зразку, що набухає, на швидкість поглинання рідини та впливу висоти стовпчика рідини у зразку на процеси у капілярній системі.

Таблиця 3

Коефіцієнт набухання зразків у воді, , см3/г

Зразок

За запропонованим методом

За відомими методами

Na-монтморилоніт

Тверда фаза бурового розчину

Чорнозем південний

Солонець луковий легкосуглинистий

21,2

29,3

2,0

0,9

8,5; 14,8

0,3; 0,35

0,19

0,1


Як видно з табл. 3, запропонований метод дозволяє визначити коефіцієнт набухання глинистих мінералів відповідних дисперсій без попереднього висушування. Слід зазначити, що величина набухання Na-монтморилоніту, розрахована по Лоу, досягає 24 см3/г. У порівняні з іншими методами визначення набухання розглянений метод дає можливість одержати величину коефіцієнту набухання 21,2 см3/г, що найкраще відповідає розрахованому й експериментально встановленому значенням його величини. Для ґрунтів суттєва різниця у величинах коефіцієнту набухання спостерігається у зразках з великим вмістом високодисперсних фракцій та іонів натрію в іонообмінному комплексі глинистих мінералів. Окрім цього, новий спосіб дає можливість досліджувати набухання природних дисперсій, наприклад, донні осади озер, каналів, компонентів бурових розчинів та інших дисперсій без попереднього висушування, котре дуже суттєво впливає на властивості органічних компонентів досліджуваних систем.

Дослідження капілярного поглинання органоалюмосилікатами ароматичних вуглеводнів з полярними органічними добавками також дає змогу вивчати механізм процесів набухання та підбирати загущувач для пластичних мастил на основі органозаміщених алюмосилікатів. Чим вищий показник набухання органофільного загущувача у цій суміші при малій концентрації полярної органічної речовини, тим придатніша вона як диспергатор для приготування пластичних мастил на основі органозаміщених алюмосилікатів.

Результати досліджень ілюструють, що ліофільні властивості органозаміщених монтморилонітів суттєво залежать від будови