Montmorillonite and nontronite are layered aluminosilicates of smectite group minerals widely demanded in many industries owing to their unique physical-chemical and other properties. By thermal activation of raw clays there are variations in their porosity, surface area and physical-chemical properties, including formation and redistribution of surface active site of acid-base or redox character. The aim of present studies included investigation of the effect of thermal activation on the character of distribution and a number of basic sites on the surface of natural layered aluminosilicates by means of the new method of inverse thermoprogrammed desorption of СО2. Samples of natural aluminosilicates rich in montmorillonite (Montmorillonite 67%, illite 5%, quartz 5%, feldspars 21%) and nontronite (nontronite 70%, illite 10%, kaolinite 5%, quartz 10%, feldspars 8%) were characterized by XRD, XRF, BET N2 adsorption techniques. To probe surface basicity and determine the number of basic sites a new iTPD-CO2 was used. Prior the iTPD-CO2 measurement 100 mg of a sample was activated at 200, 300, 400oC, then cooled down and loaded with CO2 (3ml/min flow rate of CO2 for 30 min). Next, the reactor was flushed by 5 ml/min N2-flow to desorb weakly sorbed CO2. The iTPD-CO2 profiles were recorded within 20-800oC at a 20oC/min heating rate and treated using ChemStation software. The experimental profiles of CO2 desorption for Mt and Nt samples observed two temperature regions. Low temperature peaks evolved around 80-90oC for Mt and between 110-127oC for Nt were most likely related to the weak basic sites, whereas high temperature peaks around 510 and 620oC for Mt and above 320oC for Nt testified to stronger ones. The reasoning of the obtained iTPD-profiles was done considering thermal behavior of layered aluminosilicates. The total basicity of Nt and Mt samples was 359.2 and 209.9 pmol/g respectively. The 1.6 times higher basicity of Nt was, obviously, caused by its phase and chemical composition and developed surface area and porosity. At higher activation temperatures the number of weak basic sites related to hydroxyl groups of adsorbed water molecules gradually decreased, namely, by 21 times for Mt and by 2.8 times for Nt. Dehydroxylation of structural Al-OH, Fe-OH, Mg-OH above 200oC, which becomes irreversible above 300oC, provided formation of residual oxygen atoms and their contribution to population of stronger basic sites. In accordance with thermal behavior of dioctahedral smectites, is assumed that strong basic sites of Mt are trans- and cis-vacant Al-OH groups dehydroxylating correspondingly at ~550 and 650oC. Fe-rich sample of Nt rapidly lost hydroxyls at rather lower temperatures that resulted in more heterogeneous distribution of strong basic sites of varying strength. At higher activation temperatures the ratio of stronger sites number to weak sites increased from 23 to 200 for Mt, whereas for Nt this ratio varied between 54-67 times. In general, total basicity of Mt and Nt decreased by 2.2-2.3 times as a result of their dehydration and dehydroxylation by thermal activation. The normalized values of basicity per unit surface area (Be/S, pmol/m2) were 1,5 times higher for Mt surface, testifying to higher occupancy and density of active sites for Mt than that of Nt.
Сорбционные и хроматографические процессы
2021. — Выпуск 1
Содержание:
Объектом данного исследования являются слоистые двойные гидроксиды (СДГ) с катионным составом М2+3Al1-хCeх, где двухзарядный катион представлен никелем или кобальтом. Для сравнения использованы образцы близкого катионного состава, не содержащие церий. Проведение синтеза методом соосаждения с последующей гидротермальной обработкой позволило получить однофазные хорошо окристаллизованные СДГ со структурой гидроталькита, о чем свидетельствуют данные рентгенофазового анализа. Основной целью данного исследования являлось изучение влияние введения крупного катиона церия в структуру бруситоподобных слоев СДГ на сорбционные характеристики указанных материалов. Методом низкотемпературной адсорбции-термодесорбции азота по БЭТ установлено, что на площадь удельной поверхности синтезированных материалов существенное влияние оказывает катионный состав СДГ. Никельсодержащие СДГ обладают более развитой поверхностью по сравнению с кобальтсодержащими. Изотермы адсорбции-термодесорбции азота относятся к II типу по классификации БДДТ и характерны для непористых или макропористых тел. Сорбционная способность СДГ по отношению к анионному красителю конго красному определялась статическим методом. Концентрацию красителей в растворах определяли спектрофотометрическим методом. Экспериментальные данные кинетических исследований сорбции красителя на СДГ были проанализированы с использованием моделей псевдо-первого (модель Лагергрена) и псевдо-второго (модель Хо и Маккея) порядков. Установлено, что сорбция красителя на всех синтезированных образцах СДГ адекватно описывается моделью псевдо-второго порядка. Экспериментальные данные по равновесной адсорбции красителя на СДГ проанализировали с помощью широко используемых моделей изотерм Фрейндлиха и Ленгмюра. Показано, что изотермы сорбции для всех образцов можно отнести к типу L и в исследуемом концентрационном интервале они удовлетворительно описываются моделью Ленгмюра. На изотермах сорбции наблюдается перегиб, наличие которого может быть обусловлено переориентацией адсорбированных частиц относительно поверхности сорбента или сменой механизма сорбции с поверхностного на интеркаляционный. Установлено, что ведение крупного катиона церия в структуру бруситоподобных слоев СДГ приводит к существенному повышению сорбционной емкости указанных материалов по отношению к анионному красителю, величина максимальной адсорбции, рассчитанная по уравнению Ленгмюра в 1,4 - 2,3 раза выше для церийсодержащих СДГ. Полученные результаты могут быть применены в сорбционных и каталитических исследованиях СДГ.
Ключевые слова
Работа относится к области радиоэкологии и посвящена защите окружающей среды от радиоактивных изотопов иода. В радиоактивных отходах (РАО) иод находится в анионных формах I- и IO3-, в этих формах возможна миграция радиоиода в окружающую среду. Системы инженерных барьеров безопасности в хранилищах РАО должны предотвращать попадание радионуклидов за пределы хранилища. Их предполагается сооружать из компактированных бентонитовых глин, обладающих высокими водоизоляционными и катионообменными свойствами, но не сорбирующими анионы. Следовательно, требуется модификация бентонитов для придания им способности сорбировать иод, перспективным вариантом которой является нанесение серебра с последующим переводом его в соединения, подходящие для фиксации любых подвижных форм радиоиода. Существует ряд методик нанесения серебра на различные материалы, однако, они отличаются трудоёмкостью или не позволяют равномерно наносить серебро на пористые материалы. В данной работе навеску нитрата серебра растворяли в дистиллированной воде и вносили двукратный мольный избыток гидроксида натрия. Выпавший осадок оксида серебра растворяли, добавляя по каплям концентрированный раствор аммиака. Затем в раствор добавляли гексаметилентетрамин (ГМТА). Объём готового раствора был равен водоёмкости навески бентонита с небольшим избытком. Раствор вносили в бюкс с известной навеской бентонита и оставляли на 25 часов для полного набухания материала. Затем бюкс выдерживали в течение 24 часов в сушильном шкафу при 90°C. При повышенной температуре происходил термический гидролиз ГМТА с выделением формальдегида, который восстанавливал серебро до металла. Для определения количества нанесённого серебра бентонит обрабатывали 2 см3 3М азотной кислоты и титровали полученный раствор стандартизированным раствором роданида аммония в присутствии ионов Fe3+. Согласно результатам титрования, выход восстановленного серебра, осаждённого на поверхность бентонита составил 95% от внесённого количества. Электронную микроскопию и энергодифракционную спектроскопию (ЭДС) проводили на сканирующем электронном микроскопе TESCAN VEGA 3. На ЭДС-спектре присутствует отчётливый пик на энергии 2.984 кЭв, свидетельствующий о присутствии серебра на поверхности частиц исследованного образца, которое как показало рентгеновское картирование, распределено по поверхности бентонита равномерно. Разработана эффективная методика равномерного нанесения металлического серебра на бентонит с высоким выходом (95%) для последующего перевода его в соединения, подходящие для фиксации любых подвижных форм радиоиода, например, растворимой анионной формы радиоиода в хранилищах РАО.
Ключевые слова
В работе представлены полиорганосилоксановые адсорбенты, имеющие в своем составе один из органических радикалов с функциональными группами или без них, а также изучение их адсорбционных свойств по макрокомпонентам воздуха. В качестве базовой методики была выбрана схема «золь-гель» процесса, направленной сополиконденсации смеси реагентов. На основе отработанной методики синтеза были получены образцы полиорганосилоксанов с различными функциональными группами, имеющих в своем составе как четырехфункциональные фрагменты (Q-звенья), так и трехфункциональные (T-звенья). В свою очередь T-звенья имели один из органических радикалов с функциональными группами или без них. Равновесные емкости по азоту, кислороду и аргону были определены по кинетическим кривым адсорбции этих газов при 25 оС и атмосферном давлении. В качестве меры адсорбционной селективности образцов по отношению к аргону использовали коэффициент разделения смеси аргон-кислород, который рассчитывали, как соотношение коэффициентов Генри. Для описания кинетики сорбции азота, кислорода и аргона были применены модель внутридиффузионной кинетики физической адсорбции, модели псевдопервого и псевдовторого порядка. В результате обработки кинетических данных показано, что механизм адсорбции макрокомпонентов воздуха на синтезированных полиорганосилоксанах имеет сложный характер, при этом влияние оказывают как свойства исследуемых газов, так и тип функциональной группы. Адсорбция аргона на полученных образцах лимитируется внутренней диффузией и с высоким уровнем достоверности описывается моделью квазигомогенного пористого тела. Адсорбция азота на полиорганосиланах определяется взаимодействием с локальными активными центрами поверхности, которыми являются силанольные группы кремнезема. Механизм адсорбции с высокой степенью достоверности описывается моделью химической кинетики псевдо-второго порядка. В скорость сорбции кислорода вносят вклад как внутридиффузионное лимитирование, так и скорость локализованной физической адсорбции, при этом влияние оказывает тип функциональной группы. Из представленных данных видно, что введением функциональных групп в полиорганосилоксаны можно влиять на адсорбционные свойства полученных материалов по макрокомпонентам воздуха. Наибольшую селективность к аргону проявил образец, содержащий диэтиламинометильную функциональную группу; значение коэффициента разделения составило 2.4.
Ключевые слова
В последнее годы значительно возросло потребление диклофенака - нестероидного противовоспалительного средства с сильным обезболивающим и жаропонижающим действиями. Однако он является антропогенным загрязнителем из-за своей высокой стойкости к воздействию биологических систем очистки. В последнее время в области очистки сточных вод от различных органических загрязнителей, в том числе диклофенака, активно развиваются адсорбционные методы, поскольку они позволяют снизить остаточные концентрации вещества в растворе до уровня чувствительности физических методов В работе изучена адсорбция диклофенака из нейтральных водных растворов с использованием в качестве адсорбентов металлорганических координационных полимеров, MTL-96 и MTL-100, образованных ионами алюминия (TTT) и 1,3,5-бензолтрикарбоновой кислотой. Адсорбция была изучена при 20оС из растворов с рН=6.0-6.2, начальной концентрацией ДКФ 40-800 мг/дм3 и концентрацией адсорбента 1 мг/4 см3. Показана высокая адсорбционная ёмкость 473-541 мг/г изученных МОКП, позволяющая снизить остаточную концентрацию диклофенака натрия в растворе до уровня чувствительности УФ-спектроскопии. Максимальная величина адсорбции диклофенака на MTL-96 и MTL-100 равна 475 и 480 мг/г, соответственно. Все адсорбционные изотермы были L-типа. Экспериментальные изотермы адсорбции были проанализированы с помощью моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и Темкина для описания распределения молекул диклофенака между адсорбентом и жидкостью. Были определены константы и параметры адсорбционных моделей. Полученные данные указывали на то, что адсорбция диклофенака протекает по механизму физической сорбции. Согласно модели Фрейндлиха поверхность MTL-96 имеет энергетически неэквивалентные адсорбционные центры по сравнению с MTL-100. Высокая микропористость MTL-96 по сравнению с MTL-100 способствовала протеканию на поверхности MTL-96 полислойной адсорбции диклофенака. Путем сопоставления среднеквадратичных отклонений (R2), сделан вывод о том, что модель Фрейндлиха лучше других описывает адсорбцию диклофенака на MTL-96, а модель Ленгмюра - адсорбцию диклофенака на MTL-100. Этот вывод так же согласовывался с различием их структурных и текстурных свойств.
Ключевые слова
Модифицирование минералов позволяет получить новые сорбционные материалы, обладающие улучшенными свойствами, что расширяет области успешного их применения. Целью исследования являлась разработка способов получения новых модифицированных сорбентов на основе глауконита, определение их количественного состава и сорбционных свойств. Химическая активность сорбента зависит от количества и природы активных центров, участвующих в сорбционном процессе. Число активных центров глауконита было, изменено путём термической активации при температуре 600 и 1000°С. Анализ полученных данных индикаторного метода показал, что на поверхности выявлены различные по силе центры адсорбции образцов глауконита при рКа +2.1, +5.2, находящиеся в области кислот Бренстеда. Для исходных образцов глауконита преобладают основные центры Бренстеда при рКа=+9.4. Термическая активация глауконита уменьшает величину удельной адсорбции. Также показано, что модифицирование и термическая обработка глауконита приводят к уменьшению удельной поверхности, истинной плотности и росту среднего диаметра частиц. Образец глауконита модифицированного оксидом марганца (IV) показал более высокие значения сорбции ионов железа (III) по сравнению с немодифицированным и термически активированным образцами. Предложена технологическая схема получения глауконита модифицированного оксидом марганца (IV) в гранулированном виде для очистки подземных артезианских вод с повышенным содержанием железа (III). Исходные и термические активированные образцы глауконита подвергали модифицированию натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы. Гранулированные формы полученных модифицированных сорбентов применяли для изучения поглощения нефти и нефтепродуктов. Установлено, что лучшие сорбционные свойства показал образец, подвергающийся, термической активации при 1000°С. При данной температуре происходят значительные структурные изменения глауконита, сопровождающиеся образованием большого количества дефектов. При модифицировании натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы заполняет эти дефекты, что способствует поглощению нефти и нефтепродуктов. Полученные результаты показали, что модифицирование и термическая активация природного минерала по-разному влияют на сорбцию иона железа (III) и нефтепродуктов.
Ключевые слова
В последнее время внимание многих исследователей привлекают методы химии высоких энергий, в частности диэлектрический барьерный разряд (ДБР). Плазменно-адсорбционная очистка воды с последующей (или одновременной) регенерацией сорбентов с помощью ДБР является новой и малоизученной областью, поэтому исследование процессов обработки сорбентов в барьерном разряде является актуальной и важной задачей. Целью работы являлось выявление закономерностей процессов регенерации диатомита в плазме диэлектрического барьерного разряда, и особенностей воздействия плазмы на поверхностные свойства сорбента (диатомита марки СМД-Сорб) в реакторах ДБР планарного и коаксиального типов. В работе использовались два реактора ДБР с коаксиальным и планарным расположением электродов. В качестве плазмообразующего газа использовался кислород. Концентрацию нефтепродуктов (НП) и альдегидов определяли флуориметрическим методом. Контроль одноосновных карбоновых кислот проводился фотометрическим методом с использованием спектрофотометра. Определение содержания СО и CO2 в газовой фазе на выходе из реактора, проводилось методом газовой хроматографии с помощью пламенно-ионизационного детектора. Концентрация озона, образующегося в разрядной зоне реактора, определялась методом абсорбционной спектроскопии по поглощению света на λ=254 нм. Для оценки количества циклов «сорбция-десорбция» исследуемого адсорбента были проведены эксперименты при многократных обработках в реакторах ДБР с различным расположением электродов. Установлено, что при многократной регенерации загрязненного адсорбента его сорбционные свойства снижаются. Однако даже при максимальном числе циклов регенерации, при использовании каждого из реакторов, сорбционная емкость лишь после 5 циклов достигает величины сорбционной емкости, характерной для исходного диатомита (2.63 мг/г). Таким образом, оптимальное число циклов сорбции/десорбции составляет 5, и ДБР можно использовать для многократной регенерации одного и того же сорбента. Коаксиальная система является более эффективной, чем планарная, как по эффективности деструкции, так и по величине сорбционной емкости сорбента после первоначальной обработки диатомита ДБР ( в 1.4 раза), что, вероятно, связано с тем, что в коаксиальной системе распределение сорбента в зоне горения разряда позволяет более эффективно взаимодействовать активным частицам плазмы с сорбентом. Сравнение результатов обработки сорбента в различных реакторах ДБР показало, что коаксиальная система является более энергоэффективной - удельные затраты энергии на регенерацию сорбента в 3 раза ниже, чем в планарной системе. Единственным достоинством планарной системы является меньшее время обработки адсорбента. Существенным достоинством обработки загрязнённых НП сорбентов является не только возможность их регенерации, но и высокая степень минерализации исходных токсикантов (96-98 %). Установлено, что в невысоких временах обработки (до 300 с) продукты деструкции НП (такие как карбоновые кислоты и альдегиды) не полностью разлагаются и постепенно накапливаются в объеме сорбента, что приводит к снижению сорбционной емкости при повторном использовании. Однако увеличение времени воздействия разряда на загрязнённый сорбент приводило к тому, что сорбированные на нем альдегиды и кислоты, окисляются до диоксида углерода. Для полной регенерации сорбента необходимо ~ 40 минут обработки в разряде, а вклад СО2 в баланс по « углероду» составляет 94 % от углерода, содержащего в НП до обработки в ДБР. Эксперименты показали, что концентрации озона в системе недостаточно для полного окисления НП. Таким образом, в процессе окисления должны участвовать другие активные частицы, образующиеся в зоне разряда, например, O, OH' и Н'.
Ключевые слова
Работа посвящена изучению места современных масс-спектрометрических методов в области исследования полимеров. Исследованы вопросы развития методов и показано, что практически до конца ХХ века масс-спектрометрия применялась для изучения полимеров крайне ограниченно из-за нелетучести полимеров. Рассмотрен метод пиролитической масс-спектрометрии как наиболее распространённый для определения молекулярно-массового распределения, определения концевых групп и других общих задач. Также описаны более современные методы “мягкой” ионизации, позволяющие ионизировать полимеры из конденсированного состояния с одновременной десорбцией в газовую фазу. Обзор литературы показал, что подобные методы практически полностью вытеснили или значительно дополнили инструментарий исследователя полимерных материалов. В работе со ссылками на литературу описаны матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI), полевая десорбция (FD), бомбардировка быстрыми атомами (SIMS), ионизация электораспылением (ESI). Также в качестве более классического метода описана пиролитическая масс-спектрометрия с прямым вводом и в сочетании с газохроматографическим разделением. Показано, что масс-спектрометрия наиболее универсальный и чувствительный метод при любых задачах в области анализа и исследования полимерных материалов.
Ключевые слова
В работе приведен краткий обзор за последние 10-15 лет по имеющимся методам модификации пектиновых полисахаридов (алкилирование, амидирование, тиолирование, сульфатирование). Дана краткая характеристика структурных особенностей различных пектиновых полисахаридов ( гомогалактуронана, рамногалактуронана, ксилогалактуронана). Каждый метод содержит информацию по соответствующим химическим реакциям взаимодействия пектиновых полисахаридов с модифицирующими реагентами, а также сведения о применении модифицированных пектинов в медицине, пищевой и фармацевтической промышленности. Например, ацетилированные пектины могут быть использованы как стабилизаторы и эмульгаторы пищевых систем, а также влиять на механизм высвобождения ибупрофена (слабокислого препарата) по всему желудочно-кишечному тракту. Высокожелирующие свойства амидированных пектинов позволяют изготавливать гидрогелевые шарики, которые могут быть использованы при доставке лекарственных препаратов, специфических для толстой кишки (таких как индометацин и сульфаметоксазол) и предназначаться для перорального приема инсулина. Тиолированные пектины перспективны в применении их в качестве мукоадгезивных полимеров. Данное свойство позволяет обеспечить значительно более глубокое проникновение лекарственного препарата (малеата тимолола) через роговицу глаза, что открывает возможность использования модифицированного таким образом пектинов в офтальмологии. Сульфатированные пектины интересны в силу своего значительного влияния на физиологические функции полисахаридов, таких как антиоксидантная, противовоспалительная, противоопухолевая, противомикробная и противовирусная (анти-ВИЧ-инфекционная активность). Одним из характеристик сульфата пектина является его антикоагулянтная активность и антитромботическое действие. Исследования показали, что замена карбоксильной группы на сульфатную в цитрусовом пектине увеличивает оба вышеупомянутых эффекта, не влияя на геморрагический. Кроме того, данное производное пектина также проявляет улучшенное антимикробное действие против Bacillus cereus и Vibrio fischeri. Имеющиеся методы модификации пектиновых полисахаридов раскрывают возможность более эффективного практического использования природных биополимеров углеводной природы не только в пищевой и косметической промышленности, но и для медицинских целей. Поиск новых путей изменения химической структуры гликанов способствует получению веществ с заданными свойствами, которые еще только предстоит исследовать в более широком масштабе.
Ключевые слова
В работе рассматривается проблема разделения полос поглощения в ИК-спектрограммах такого полимерного композита, как природная древесина при анализе изменения его влажности. Использование известных программных пакетов при анализе такого композита как природная древесина не приносит необходимого эффекта, поскольку размытость пиков вызвана не высоким уровнем шумов, а многокомпонентностью и нерегулярностью составляющих. Целью данной работы является демонстрация возможностей формализованного моделирования при разделении полос в ИК-спектрограмме природной древесины после увлажнения образцов. В качестве данных эксперимента использовались ИК-спектры микротомных срезов натуральной древесины сосны толщиной 140-150 мкм. Образцом сравнения был атмосферный воздух в измерительной камере при комнатных условиях, спектр которого определялся непосредственно перед каждым экспериментом. Исследования проводили с помощью инфракрасного Фурье-спектрометра ФСМ 2201 производства ООО «Инфраспек» (Россия, Санкт-Петербург). Разделение полос поглощения осуществлялось методом моделирования их формы функцией нормального распределения с двумя параметрами: максимальной величиной относительной интенсивности и дисперсией. Для определения параметров использовался метод минимизации среднеквадратичного отклонения. Возможности метода в статье демонстрируются при анализе изменения относительной интенсивности двугорбой полосы в области 2360-2330 обратных сантиметров в ИК-спектрограмме древесины до и после увлажнения. Результаты моделирования показали, что понижение интенсивности на исследуемом участке спектрограммы после увлажнения сопровождается выравниванием и снижением интенсивности этих полос. Это выравнивание и снижение косвенно указывает уменьшение количество молекул СО2 в порах древесины, а, следовательно, на увеличение в них концентрации молекул воды после выдерживания в бюксе. Этот вывод подтверждается наблюдаемым увеличением интенсивности полосы поглощения, соответствующей концентрации связной воды в порах. Таким образом моделирование полос поглощения позволяет определить количественно по изменению интенсивности полос относительное изменение концентрации молекул воды, а, следовательно, однозначно определить уровень изменения влажности древесины. Подобный метод позволяет конкретизировать механизмы влагопереноса в микропорах древесины и приводит к возможности прогнозирования получения материала с заданными гидрофобными и диэлектрическими свойствами.
Ключевые слова
Общая цель работы заключалась в разработке метода получения фотокаталитичеких активных композитов, обеспечивающих процесс пассивного разложения органических поллютантов для последующего использования в качестве компонентов отделочных строительных материалов. Проведенные ранее исследования позволили предложить композитный материал, полученный химическим осаждением диоксида титана на каолинит. Целью настоящего этапа явилось расширение фотоактивности материала в область видимого света. Выполненный обор информации показал, что исходя из технологических приёмов, наиболее перспективным методом сужения запрещённой зоны материалов является допирование неметаллами. Так как в процессе синтеза использовалась серная кислота, и анализ химического состава подтверждает содержание серы образцах, то в качестве содопирующих агентов использованы азот, хлор и фосфор. Источником содопантов явились азотная, соляная и ортофосфорная кислоты, которые добавлялись в реакционный раствор в количестве 0.025:1 М:М к серной кислоте. Исследование химического состава материала подтвердило присутствие содопантов в количестве десятых долей процентов масс. Для сравнения активности материалов при освещении ультафиолетом и видимым излучением сконструирован емкостный реактор со сменными крышками. В крышках реактора вмонтированы 9 светодиодных источников DFL-5013UVC-380, длина волны 380 нм для УФ-облучения и L54 PWC, длина волны 450 нм для видимого излучения. Светодиоды проверяли на специальной установке таким образом, чтобы э.д.с., которая возникает в германиевом фотодиоде при освещении ультрафиолетовым источником и источником видимого света были близки по величине. Проведенное тестирование в трех условиях - светоизоляции, УФ и видимого облучения - показало, что все материалы повышают активность при освещении, но наиболее перспективным является материал, содопированный серой и хлором.
Ключевые слова
При производстве современных конструкционных материалов на основе древесины используют синтетические клеи, токсичность которых определяется наличием свободного формальдегида. Выделение свободного формальдегида из изделий может продолжаться в течение продолжительного неопределенного периода. Разработка способов снижения эмиссии формальдегида в технологии получения и при эксплуатации композиционных древесных материалов, несомненно, актуальная задача. Цель исследования: оптимизация способа повышения адсорбционно-структурных характеристик наполнителя на основе природного шунгита, исследование влияния пористой структуры углеродсодержащих адсорбентов, используемых в качестве наполнителей, на эмиссию формальдегида в древесных клееных композиционных материалах. Как наполнители исследованы шунгит, активированный уголь БАУ-7, нанодиспергированный углеродный материал Сибунит и сажа ПМ-75. Для развития пористой структуры и повышения дисперсности шунгита применялись следующие методы модифицирования шунгита: механоактивация сухим способом, активация электромагнитными полями в диапазоне 150^800W СВЧ (ЭМП СВЧ), парогазовое активирование в различных температурных и временных режимах и химическое активирование серной кислотой. Химическое активирование проводили в растворе 2 М H2SO4 при постоянном перемешивании при температуре 97оС в течение 7.5 часов с помощью ротационного испарителя Heidolph LABOROTA 4000. Анализ текстуры и состояния поверхности материалов проводили методами равновесной адсорбции, колебательной спектроскопии, рентгеновского микроанализа (метод EDAX). Эмиссия свободного формальдегида изучалась камерным методом. Показано, что механоактивация и термоактивирование позволяют увеличить поверхность шунгита в 10-35 раз и получить образцы с высокой дисперсностью (в интервале от 90 до 40 мкм). Наиболее эффективным в качестве адсорбционного наполнителя клеевой композиции оказалось применение нанодиспергированного механоактивированного шунгита и Сибунита. Применение нанодиспергированного механоактивированного шунгита позволяет снизить эмиссию формальдегида из древесных композитных материалов до 0.040 мг/м3, что в два раза ниже нормы 0.124 мг/м3 формальдегида в воздухе.
Ключевые слова
При получении и применении высоконаполненных композитов на основе поливинилового спирта (ПВС) возникает вопрос оценки влияния особенностей структурообразования при формовании на свойства материала. Целью данной работы является исследование влияния природы наполнителя и наличия пластификатора при получении высоконаполненных композитов «ПВС-1799 : полисахарид (ПС)» на основные эксплуатационные показатели (прочность, водопоглощение, биодеструкция). В качестве наполнителей использовали микроцеллюлозу древесную (МЦД), крахмал кукурузный (КК), клетчатку кофейного зерна (ККЗ), часть образцов была модифицирована пластификатором (II) - глицерином (в количестве 5 об.%). Содержание наполнителя составляло от 50 до 80 об.%. Композиты в виде пластин получали жидкофазным совмещением 5%-го раствора ПВС и порошка ПС с последующим обезвоживанием в вакуум-сушильном шкафу. Установлено, что максимальную прочность после вымачивания имеет образец ПВС:КК:П, его напряжение при разрыве снизилось лишь в 5 раз, а удлинение при этом возросло в 17 раз (для сравнения - у образцов ПВС:МЦД:П и ПВС:ККЗ:П напряжение при разрыве снизилось в 43 и 14 раз, а удлинение возросло в 5и 4 раза соответственно). Показано, что водопоглощение ПВС выбранной марки достигает 800% по массе в первые 5 минут вымачивания, при содержании в ПВС 80 об.% наполнителей различной природы водопоглощение снижается в 3-15 раз. Установлено, что наибольший коэффициент диффузии - у образца, наполненного ККЗ, наименьший -у крахмалонаполненного ПВС, что можно объяснить различной плотностью упаковки молекулярных и надмолекулярных структур. Предварительные испытания компостируемости исследуемых композитов показали, что для их полной биодеградации потребуется не менее 6 месяцев воздействия деструкторов. Для композита ПВС:МЦД при содержании наполнителя 50, 65 и 80 об.% потеря прочности через 6 месяцев компостирования составила 89, 87 и 95%, а индекс деструкции - 9, 8, 19 соответственно. Предварительно установлено, что скорость биодеградации при компостировании композитов ПВС:ПС увеличивается в ряду ПВС:КК < ПВС:ККЗ < ПВС:МЦД.
Ключевые слова
Активированные угли относятся к наиболее распространенным неорганическим сорбентам, активно используемым во многих областях промышленности с целью извлечения органических токсикантов. В настоящей работе проведено исследование особенностей сорбции представителя ряда замещенных бензальдегидов - пара-гидроксибензальдегида (ПГБА) - из водных растворов активированным углем Norit GAC1240W в статических условиях. Проведено сравнение равновесных характеристик сорбционного процесса с использованием товарного образца сорбента и предварительно растертого образца до порошкообразного состояния. Отмечен различный вид полученных зависимостей. Вследствие увеличения площади поверхности раздела на границе водный раствор ПГБА - сорбент и ее однородности наблюдается повышение сродства активированного угля к ароматическому альдегиду. В работе проведена оценка изотерм сорбции с использованием формального подхода, основанного на подборе уравнений сорбции ( Ленгмюра, Темкина, Фрейндлиха), максимально близко описывающих полученные зависимости. Отмечено, что наибольшие коэффициенты корреляции линейной зависимости для гранулированного сорбента отмечаются в результате представления кривой в координатах линеаризованного уравнения Фрейндлиха, для предварительно растертого - в координатах линеаризованного уравнения Ленгмюра. Представление зависимости емкости угля от равновесной концентрации гидроксибензальдегида в растворе в координатах уравнения мономолекулярной сорбции Ленгмюра позволило рассчитать некоторые равновесные характеристики исследуемого процесса (энергию сорбционного процесса, его энтальпию и энтропию). Отмечено, что поглощение пара-гидроксибензальдегида из раствора сопровождается экзотермическим эффектом. Кроме того, исследованы некоторые кинетические параметры сорбции - время достижения равновесия и константа скорости исследуемого процесса. Проведен анализ кинетической кривой сорбции ПГБА с позиции уравнений псевдо-первого, псевдо-второго порядков и Вебера-Мориса. Отмечено, что уравнение псевдо-второго порядка оптимально для описания полученной зависимости. Таким образом, исследование сорбционного извлечения пара-гидроксибензальдегида из водных растворов с использованием активированного угля Norit GAC1240W позволило определить особенности равновесия и кинетики изучаемого процесса и оценить роль площади поверхности в случае молекулярной адсорбции данного соединения.
Ключевые слова
На предприятиях пищевой индустрии в больших количествах образуются отработанные растительные масла, которые остаются после приготовления различных пищевых продуктов. Эти отходы масел плохо утилизируются и загрязняют окружающую среду. В тоже время в промышленности и быту не уменьшается интерес к натуральной древесине, как природному возобновляемому материалу. Однако присущие природной древесине недостатки требуют её модификации различными составами. В работе исследованы свойства древесины берёзы, пропитанной составами на основе отработанного растительного масла. Для пропитки древесины применяли использованное после приготовления пищи рафинированное подсолнечное масло. В качестве наполнителя применяли древесную муку хвойных пород древесины и сиккатив на основе солей металлов. Пропиточный состав с сиккативом и наполнителем нагревали до заданной температуры, в который помещали образцы и выдерживали в течение определенного времени, затем переносили в пропиточный состав, имеющий температуру окружающей среды, где пропитка проходила в течение такого же времени. Пропитку осуществляли способом «горяче-холодных ванн». Свойства древесины контролировали по изменению таких показателей как водопоглощение, разбухание в радиальном и тангенциальном направлениях, а также краевого угла смачивания поверхности древесины. Пропиточные составы на основе отработанного растительного масла не имеет запаха и обладает экологической безопасностью для человека и животных. Отмечено, что использование растительного масла как чистого, так и отработанного, существенно улучшает показатели водостойкости натуральной древесины. Водопоглощение обработанной древесины после 1 суток нахождения в воде снижается в три раза, а после 30 суток испытаний - более чем в два раза по сравнению с необработанной древесиной. Показано, что наиболее оптимальным пропиточным составом на основе отработанного растительного масла для древесины березы является состав, содержащий 1 % древесной муки и 3 % сиккатива. Таким образом, обработка древесины березы составами на основе отработанного растительного масла, позволяет не только утилизировать отходы производства, но и улучшить свойства древесины, такие как водопоглощение, разбухание в тангенциальном и радиальном направлениях.