3 НАНОМОДИФИКАТОР ЖӘНЕ ЦЕМЕНТ ТАСЫ

3 НАНОМОДИФИКАТОР ЖӘ НЕ ЦЕМЕНТ ТАСЫ

3. 1 Нанодисперсті ұ нтақ тың қ ұ рамы мен қ асиеттері

Кремнеземның коллоидты бө лшектері бірнеше физико-химиялық ү рдістердің нә тижесінде гидротермальды ерітіндіде пайда болады. Кремнеземның бастапқ ы концентрациясы – су мен жоғ арытемпературалы гидротермальды жү йе жыныстарының алюмосиликатты минералдарының химиялық тепе-тең дігі орын алатын температурағ а тә уелді [68]. 250... 350 °С температура кезінде судағ ы C_tкремний диоксидының SiC> 2 жалпы қ ұ рамы кварцтың еруіне сә йкес- 500-700 мг/кг [68], кремнезем ерітіндіде H4Si0₄ортокремнийлі қ ышқ ылдың молекулалары кү йінде болады.

Жыныстардағ ы сү згілеуден кейін немесе ГеоТЭС ө ндіруші ұ ң ғ ымаларынан жоғ ары бетке шығ ару нә тижесінде қ ысым, температура тө мендегендіктен жә не ерітінді бө лігінің бу фазасына ө туіне байланысты ол аморфты кремноземның ерігіштігіне қ атысты С_еасқ ынғ ан болады [68].

C_tерітіндісіндегі кремноземның жалпы ү лесі 700-1500 мг/кг қ ұ райды.

Байланыстардағ ы реакция бойынша тү зілетін кремнийдың координациондық саны 4-ке тең, ал олардың қ ұ рылымысиланольныхтоптардың конденсациясын, силоксанды байланыстарды жә не жартылай гидратсыздандыруды есепке ала отырып [70] ә дебиетте сипатталғ ан.

Поликонденсация реакциясының нә тижесінде ерітіндіде гидратирленген кремнеземның nSi0₂-mH₂0коллоидты бө лшектері қ алыптасады. Беттік SiOH топтарының диссоциациясы мен Н^тпротонының босауының нә тижесінде бө лшектердің беті теріс электрлік зарядқ а ие болады.

Электростатикалық итерілу кү штеріні бө лшектердің коагуляциясын болдырмайды жә не гидротермиялық ерітіндідегі коллоидтық кремнийдің тұ рақ тылығ ын тудырады. Коллоидтық жү йенің физика-химиялық сипаттамаларын зерттеу мә селесін: дисперстік, оптикалық, молекулалық -кинетикалық, электрлік қ асиеттері, беттің сорбция қ абілеті, тұ рақ тылығ ы жә не т. б. қ ұ райды.

Мұ ндай зерттеу гидротермалды минералдардың, соның ішінде руда минералдарының қ алыптасуына, сондай-ақ геотермалды ГеоТЭСжылуэлектрстанцияларының тиімділігін арттыру мақ сатында коллоидтық кремнеземді ө ндіру жә не пайдалану технологиясын ә зірлеу ү шін толық физика-химиялық модель қ ұ ру ү шін қ ажет [71].

ФКС ә дісімен есептеу жұ мыстарын гидротермальді ерітінді сынамаларында, коллоидты бө лшектердің қ ұ рылуы жү ретін сулы ортаның ә ртү рлі рН кө рсеткіші жағ дайындажү ргізілді. Ерітінді сынамаларын коллоидты кремноземды еріту ү шін термостатта 96 °С температурада 4 сағ ат қ ыздырып, одан кейін бірден 20 °С дейін суытып, тө мендетілген рН алу ү шін тұ зды қ ышқ ылмен қ ышқ ылдандырғ ан. Бұ л жағ дайда ортокремнийлі қ ышқ ылдың нуклеациясы мен поликонденсациясы рН тө мен кө рсеткіштері жағ дайында орын алады. рН жоғ ары кө рсеткіштеріне ие орта жасау ү шін гидротермальді ерітінді сынамасын қ ыздыру мен суытудан кейін натрий сілтісімен сілтілейді.

Бастапқ ы рН мә ндерімен салыстырғ анда тө мендетілген жә не кө бейтілген рН кө рсеткіштерінде ерітіндінің ү лгілерін ФКС ә дістері 3. 3 кестеде кө рсетілген. рН тө мендеуі бө лшектердің соң ғ ы ө лшемдерінің кішіреюіне алып келеді: R_h мен R_pрадиустары бастапқ ы ерітіндіге қ арағ анда тө мен кө рсеткіштер кө рсетті (3. 1 кесте).

БЕ–бастапқ ы гидротермальді ерітінді; БС – алдымен 96 °С температурада 4 сағ ат қ ыздыру, содан кейін бө лме температурасында баяу суыту; ЖС-алдымен 96°С температурада 4сағ ат қ ыздырып, жылу-алмастырғ ышта 4 минут ішінде жылдам суыту; Қ – қ ышқ ылдауғ а ұ шырағ ан сынама; С – сілтілеу ү рдісі жү ргізілген сынама;

Бө лшектердің ө лшемдерін ө лшеу 1, 2 жә не 0, 45 мкм диаметрлі сү згілермен бө лінбеген механикалық қ оспалардың болуын кө рсетеді. 0, 2 мкм ө лшемді фильтр тесігі жағ дайында сү зуден кейін ү лгілерде тек коллоидты кремнезем бө лшектері қ алды.

Аморфты, ә ртү рлі дә режеде гидроксилденген кремнеземды ғ ылым мен техникада қ олданудың ү лкен мү мкіндіктері бар[72]. Жалпы жағ дайда Si-OHсиланольныетоптары беткі дең гейде екі негізгі, термодинамикалық тұ рғ ыдан қ олайлы ү рдістер барысында қ алыптасады [72]. Біріншіден, мұ ндай топтар синтез барысында қ алыптасады, мысалы Si(OH)₄конденсатты полимеризация кезінде, монокремнийлі қ ышқ ылдың асқ ынғ ан ерітіндісі поликремнийлі қ ышқ ылғ а айналып, беткейінде ОН-топтарына ие кірне мен SiО2 қ алыптасады.

Кептіруден кейінгі соң ғ ы ө нім - ксероген бетіндегі силанолды ішінара немесе толық сақ тайды. Екіншіден, силанолдар термиялық қ айта гидроксильденген кремнеземды су немесе су ерітінділерімен ө ң деу нә тижесінде пайда болады.

Аморфты дисперсті кремнийдің адсорбентті қ асиеттері кеуекті қ ұ рылымнан басқ а, негізінен беттің химиялық белсенділігімен анық талады. Мұ ндай қ ызмет тек ОН топтарының концентрациясына ғ ана емес, барлық силанолдар мен олардың жеке тү рлерінің жалпы санымен жә не силанолдардың температуралық жә не энергетикалық таралуына, сондай-ақ, Si-O-Si кө піршіктерінің болуына тә уелді. Силанолды топтар = Si-OH беткі бө лікте де (беткі силанолдар) жә не аморфты кремнеземның бө лшектер кө лемінде жә не / немесе ө те жұ қ а тесіктерде (диаметрі 1 нм-нен) –ультрамикропоралар, тек қ ана ең кіші ө лшемді молекулалар ү шін (мысалы су) қ ол жетімді тесіктерде болуы мү мкін (ішкі силанолдар).

Кремний бетінің физикалық жә не химиялық қ асиеттерін зерттеу ГеоЭС геотермалды электростанцияларының гидротермалды салқ ындатқ ыш сұ йық фазасынан оны алу ү шін жә не ө неркә сіпте ө ндірілген материалды пайдалану, салқ ындатқ ышты пайдаланудың тиімділігін арттыру мақ сатындағ ы технологияны ә зірлеу ү шін қ ажет[73, 74].

Ә р тү рлі рН жағ дайында гидротермальді ерітіндіде қ алыптасқ ан коллоидты бө лшектер радиусын ө лшеу нә тижелері

рН	Фильтр	I_sxl0 ³, Гц	Rh, нм	R_p, нм (жақ шада шың ның қ атысты ауданы кө рсетілген)
9, 05 БЕ	0, 45	4, 38
9, 05 БЕ	0, 22	4, 47
9, 14 БС	0, 45	4, 31
9, 14 БС	0, 22	4, 65
8, 32 ЖС	0, 45	2, 84		7(0, 9)+фон(0, 1)
8, 32 ЖС	0, 22	2, 27
7, 94 Қ	0, 45	2, 60		5(0, 6)+118(0, 04)+фон(0, 36)
7, 94 Қ	0, 22	2, 15
7, 20 Қ	0, 45	2, 64		7(0, 9)+ фон(0, 1)
7, 20 Қ	0, 22	2, 27
6, 54 К	0, 45	3, 29		9(0, 9)+118(0, 06)+фон(0, 04)
6, 54 К	0, 22	2, 94		6(0, 9)+ фон(0, 1)
5, 57 Қ	0, 45	2, 77		7(0, 9)+176(0, 03)+фон(0, 08)
5, 57 Қ	0, 22	2, 64		9(0, 97)+ фон(0, 03)
4, 96 Қ	0, 45	2, 36		9(0, 8)+144(0, 15)+фон(0, 05)
4, 96 Қ	0, 22	1, 65
9, 63С	0, 45	4, 34		8(0, 7)+157(0, 1 )+фон(0, 2)
9, 63С	0, 22	4, 03		8(0, 9)+ фон(0, 1)
10, 65С	0, 45	2, 15		7(0, 6)+205(0, 1)+фон(0, 3)
10, 65С	0, 22	2, 06		8(0, 7)+ фон(0, 3)

3. 1Кесте

Алынғ ан аморфты кремнеземның қ асиеттері оны ө ндірістің силикат, химия жә не басқ а да салаларында қ олдануғ а жарамдылығ ын анық тайды. Ә детте, ол қ ағ аз, резина, сұ йық шыны, цемент, адгезивті заттар, сорбенттер меен катализаторлар ө ндірісінде қ олданылады. материалдың қ асиеттеріне оның тығ ыздығ ы, қ оспалар концентрациясы, диаметр, поралардың диаметры мен ауданы, силанолды топтардың беткі қ абаттағ ы концентрациясы, беткі қ абаттың жарық ты шағ ылдару коэффициенті, органикалық сұ йық тық тарды сің іру қ абілеті жатады. Материаллы бө ліп алу бағ асы мен оны ө ндірісте қ олдану мү мкіндігі – геотермальды жылутасымалдағ ышты қ олдану тиімділігінің ө суіне ә сер етеді.

Бұ л зерттеу жұ мысында Мутнов кен орнының гидротермальды жылутасымалдағ ышының сұ йық фазасынан алынғ ан кремнезем ү лгілерінің беткі қ абатының бірқ атар қ асиеттері анық талды жә не зерттеліп отырғ ан кремнезем тү ріндегі қ ондырмасы бар колонкаларда органикалық байланыстардың хроматографилық бө лінуіне тә жірибелер жү ргізілді.

Кремнеземды алу Мутновский кен орнының ұ ң ғ ымасының дисперстіерітіндісін қ атыру арқ ылы жү зеге асырылды.

Ерітіндідегі егізгі байланыстардың концентрациялары келесі (мг/кг):
Na⁺ - 239, 4; К⁺ - 42, 0; NH₄⁺ - 1, 1; Са²⁺ - 1, 6; Mg²⁺- 0, 72; Li⁺- 0, 71; Fe²⁺- 0, 1; Al³⁺- 0, 27; СГ- 198, 5; S0₄²" - 192, 1; HS" - 5, 0; НСОз" - 81, 0; СО_э²- 19, 9; Н₃В0₃- 106, 9; Si0₂- 680, 0; рН=8, 7-9, 2.

Гидротермальды ерітіндіден тұ ндырылғ ан кремнезем ү лгісінің химиялық қ ұ рамы (салм. %)

Обр.

Si0₂

Ti0₂

А1₂0₃

Fe₂0₃

FeO

MnO

MgO

CaO

Na₂0

K₂0

H₂0"

ппп

Р₂О₅

AKlb

81, 13

0, 02

0, 41

0, 07

0, 09

н. об.

н. об

0, 60

0, 29

10, 93

6, 03

0, 06

99, 63

Қ ардың бетінде ерітінді тамшылары қ атып қ алды, кремнеземның коллоидты бө ліктері мұ з кристаллдарының арасындағ ы кең істікте шоғ ырланды, бұ л бө лшектердің бір біріне жақ ындауына жә не олардың коагуляциясының тездетілуіне алып келді. Нә тижесінде, беткі қ абатта тұ нғ ан кремнезем мен қ ұ рамындағ ы Si02 массалық ү лесі шамамен 10% болатын қ ардың қ осындысынан гель тү ріндегі масса пайда болды, ол 12-16 сағ ат ішінде, 120 °С температурада кепкеннен кейін тығ ыздығ ы 0, 22-0, 24 г/см тең, жұ қ адисперсті ұ нтақ қ а айналды.

3. 2Кесте

3. 2 кестеде кременеземның химиялық қ ұ рамы жайлы мә ліметтер келтірілген. Ү лгілердегі кремний диоксидының 120 °С кептіргеннен жә не 1000 °С қ ыздырғ аннан кейінгі массалық ү лесі 95, 0-97, 69 пен 99, 02% арасында, кальций, алюминий мен темірдің қ оса алғ андағ ы массалық ү лесі 0, 6 % асқ ан жоқ.

Қ атыру арқ ылы алынғ ан кремнезем ү лгілері аморфты қ ұ рылымғ а ие. Рентгенограммаларда бұ л максимумы 0, 387... 0, 40 нм шамасындағ ы гало аморфты фазаның болуымен дә лелденеді. 1000 °С температурада қ ыздырылғ аннан кейін аморфты кремнезем кристобалитке ауысты, оның бұ л кристаллғ а тә н шың дары рентгенограммада кө рінді. Аморфты жағ дайдан кристобалитке ө ту 750-800 °С температурада, 2 сағ ат уақ ытта қ ыздыру барысында орын алады.

Кремнезем қ уыстарының кө лемі мен ауданын есептеу жұ мысы Micrometrics, USA фирмасының ASAP-2010N поромер-қ уысесептегіш аспабында азотты тө менгі температурада адсорбациялау ә дісімен жү ргізілді. Ә діс азоттың сұ йық азот температурасындағ ы адсорбациясы мен десорбациясының изотермаларын есептеуге негізделген. Алынғ ан тә жірибелік қ исық тар адсорбацияның IV-типті изотермаларына жатады [145]. Меншікті беттің ө лшемдерін БЭТ-ә дісімен (Брунауэра-Деминга-Хелси ә дісі) анық тадық. Адсорбациялы ә діспен алынғ ан дисперсті геотермальды кремнезем ү лгілері қ уыстарының қ асиеттері 3. 3 кестеде келтірілген.

AKlb кремнезем ү лгілері қ уыстарының ө лшемі, ауданы мен кө лемі

S_s, м²/г	263, 53
S_bet, м²/г	274, 64
S_mp, м²/г	26, 33
S_ac, м²/г	260, 25
S_DС, м²/г	333, 52
V_S, см³/г	0, 871
V_mp, cm³/г	0, 00827
V_ac, см³/г	1, 078
V_dc, см³/г	1, 088
d_BET, нм	12, 692
d_A, нм	16, 575
d_D, нм	13, 058

3. 3Кесте

3. 3 кестедегі белгілер келесі мағ ынаны береді: S_s– аудан, қ ысымның
Р/Р₀ = 0, 200 тұ рақ ты мә ніндн анық талады; Snn– БЭТ-ә діспен анық талатын, қ уыстардың сомалық жалпы ауданы; S_Mp– диаметрі шамамен 1, 7 нм болатын микроқ уыстардың ауданы; S_AC– диаметрі 1, 7 - 300, 0 нм болатын қ уыстардың жалпы сомалық ауданы, БДХ-ә діс бойынша адсорбация қ исығ ымен анық талады; S_DC– диаметрі 1, 7 - 300, 0 нм болатын қ уыстардың ауданы, БДХ-ә діс бойынша адсорбация қ исығ ымен анық талады; V_s– азоттың Р/Ро = 0, 950 тұ рақ ты қ ысымы кезінде, диаметры 40, 0 нм кем емес қ уыстардың жалпы сомалық кө лемі; V_MР - даиметры 1, 7 нм болатын қ уыстар кө лемі; V_Ac жә не V_DC– диаметрі 1, 7 - 300, 0 нм болатын қ уыстардың жалпы сомалық кө лемі, БДХ-ә дісі арқ ылы, сә йкесінше адсорбация мен десорбация қ исығ ымен анық талады; d_BET -4-V_s/S_betтең болатын қ уыстардың орташа диаметрі; d_A жә не d_D– БДХ-ә діспен алынғ ан сә йкесінше адсорбация қ иысығ ы (4-Vac/Sac)мен десорбация қ исығ ына (4-V_DC/S_Dc) сә йкес кө лем мен ауданның мә ндері арқ ылы табылатын, қ уыстардың орташа диаметрі; d_BET -4-V_s/S_betтең болатын, қ уыстың орташа диаметрі; d_A жә не d_D- (4-V_ac/S_ac) жә не (4-V_DC/S_Dc) сә йкесінше адсорбация жә не десорбация қ исығ ындағ ы кө лем мен аудан мә ндері арқ ылы табылатын, қ уыстардың орташа диаметрі;

Адсорбация мен десорбацияның классикалық теориясының негізінде V(P/P₀) тә уелділігіне байланысты белгілі бір диапазонда d_pдиаметрмен V_pкө лемі мен S_p ауданының дифференциалды таралуы, сонымен қ атар 1, 7 нм бастап d_p берілген мә ніне дейінгі диаметрлі қ уыстардың кө лемі мен ауданының интегралды мә ні табылды.

Меншікті беттің ө лшемдері – БЭТ-ә дісімен Р/Р₀ = 0, 0-2, 0 қ ысымдар интервалында жү ргізілген ө лшеулер нә тижелерінің негізінде табылды. Будың полимолекулалы адсорбациясы кезінде қ олданылатын БЭТ тең деуі пайдаланылды [76].

3. 4 кестеде келтірілген деректер бойынша, Мутнов кен орны ұ ң ғ ыларынын ерітіндісінен алынғ ан кремнезем ү лігілерінің ө лшемдері: 300 м /г, кеуектілігі 1, 1 см /г, қ уыстардың орташа диаметрі 12, 716, 6 нм. Геотермиялық кремнезем ү лгілеріндегі микроқ уыстардың кө лемі мен ауданы салыстырмалы тү рде аз болды. Микроқ уыстар ауданының қ уыстардың жалпы ауданына қ атынасы 0, 09-0, 107 шамасында, ал миуроқ уыстардың кө лемінің қ уыстардың жалпы кө леміне қ атынасы 0, 005-0, 0085 болды (3. 3 кесте). Қ уыс диаметрлары бойынша кө лемнің дифференциалды таралуының максимумы d_p = 33 нм шамасында, ал ауданның диаметрлар бойынша таралуы бір біріне жақ ын жә не шамамен бә рдей екі максимуммен анық талады - 13 жә не 9 нм (3. 6 кесте). Диаметрі d_p 5, 18 бастап 20, 61 нм дейінгі қ уыстарғ а барлық кө лемнің 71, 1 %, ал диаметрі d_p = 5, 18-26, 47 нм - кө лемнің 79, 8 %, диаметрі d_p = 5, 18-40, 00 нм қ уыстар - кө лемнің 88, 3 % алады. Ал барлық ауданның 60, 9 % - диаметрі d_p = 5, 2-26, 5 нм болатын қ уыстарғ а, ал диаметрі d_p = 5, 2-40, 00 нм қ уыстарғ а - барлық ауданның 76, 4 % тиесілі.

Кө птеген зерттеушілердің жұ мыстарында аморфты кремнезем бетінің дегидроксилдеу процесі мен ре-гидроксилдену процесінің ә ртү рлі аспектілері қ арастырылды. Себебі беттік силанол = Si-OH концентрациясы, таралуы жә не реактивтілігімен анық талатын мұ ндай беттің химиясы ү лкен теориялық жә не практикалық маң ызы бар.

Жоғ ары сапалы сипаттамалары бар жаң а материалдарды алу ү шін ә р тү рлі мақ саттағ ы наноматериалдар мен ультрадисперсті ұ нтақ тардың (УДҰ ) технологиялары ү лкен қ ызығ ушылық тудырады.

Қ азіргі уақ ытта, ультрадисперсті ұ нтақ тар алу ү шін химиялық ә дістер (сұ йық жә не газ ортада тұ ндыру, гетерогенді синтез, криохимиялық ә дісі), плазмалық жә не лазерлік сә улені қ олдана отырып электрохимиялық ә дістер, электроэрозионды, соқ қ ы-толқ ынды жә не электрожарылысты ә дістер, ө здігінен таралатын жоғ ары температуралы синтез ә дісі, механохимиялық ә діс қ олданылады.

Қ атты макробө лшектерді ультрадисперсті жағ дайғ а кө шірудің қ азіргі заманғ ы технологиялық жә не экологиялық қ ауіпсіз, жоғ ары ө німділік пен тө мен ө ң деу шығ ындарымен ерекшеленетін ә діс – криохимиялық. Бұ л ә діс химиялық реагенттер, катализаторлар, пигменттер, композиттар, фармацевтикалық препараттар жә не т. б. материалдарды алу технологиясында кең інен қ олданылады.

Криотү йіршіктеудің ерекшелігі – су кірнесінің кристаллдау ү рдісі жү ргізілетін температура – судың қ ату температурасынан едә уір тө мен [77]. Температураның мұ ндай тө мендетілуі қ ату жылдамдығ ын жоғ арлату ү шін қ ажет, бұ л агрегацияның алдын алады жә не кірнеде қ атты кү йде болатын кремнеземның нанобө лшектерінің біркелкі таралуын қ амтамасыз етеді. Кейін, судан сублимация арқ ылы арылтқ ан кезде, кремнеземның азагрегатты ұ нтағ ы қ алады, оның дисперстілігі кірнедегі кремнеземның дисперстілігіне сә йкес болады.

Тө мен температуралы азот адсорбциясының деректерінен геотермальды кремнезем ү лгісі ү шін кеуек диаметріне байланысты кө лемі мен ауданы

Кеуек диаметріd_p, нм	орташа диаметр, нм	Кеуек кө лемі, см³/г	Кеуектердің жалпы кө лемі, см³/г	Кеуек ауданы, м²/г	Кеуектердің жалпы ауданы. м²/г
333, 0-125, 1	150, 03	0, 0238	0, 0238	0, 635	0, 635
125, 1-88, 9	100, 89	0, 0333	0, 0571	1, 321	1, 956
88, 9-72, 7	79, 1	0, 0284	0, 0856	1, 438	3, 394
72, 7-40, 0	47, 2	0, 1539	0, 2395	13, 03	16, 42
40, 0-26, 5	30, 4	0, 1669	0, 4065	21, 94	38, 37
26, 5-20, 6	22, 7	0, 1303	0, 5368	22, 90	61, 27
20, 6-16, 7	18, 2	0, 1182	0, 6550	25, 93	87, 20
16, 7-14, 0	15, 1	0, 0960	0, 7510	25, 35	112, 55
14, 0-11, 6	12, 6	0, 1005	0, 8516	31, 89	144, 45
11, 6-10, 3	10, 89	0, 0550	0, 9066	20, 23	164, 68
10, 3-8, 36	9, 11	0, 0764	0, 9831	33, 57	198, 25
8, 36-7, 00	7, 55	0, 0425	1, 0257	22, 55	220, 80
7, 00-5, 97	6, 40	0, 0243	1, 0501	15, 25	236, 06
5, 97-5, 18	5, 52	0, 0141	1, 0642	10, 24	246, 310
5, 18-4, 54	4, 81	0, 0079	1, 0722	6, 624	252, 93
4, 54-4, 02	4, 24	0, 0039	1, 0761	3, 760	256, 69
4, 02-3, 58	3, 77	0, 0011	1, 0773	1, 226	257, 92
3, 58-3, 20	3, 36	0, 000061	1, 0774	0, 072	257, 99
3, 20-1, 96	2, 01	0, 000059	1, 0774	0, 118	258, 11
1, 96-1, 86	1, 91	0, 00046	1, 0779	0, 963	259, 07
1, 86-1, 76	1, 81	0, 00053	1, 0784	1, 178	260, 25

3. 4Кесте

Ө лшеулер кө рсеткендей гидротермальды ерітіндіден алынғ ан кремнеземның органикалық сұ йық тық тарды сің іру қ асиеті басқ а ә дістермен реагенттерді қ олдана алынғ ан кремнеземның қ асиетінен кейбір жағ дайда
1, 5 - 2, 0 есе артық.

Қ орытынды 3. 5 кестеде тұ нғ ан кремнеземның физика-химиялық қ асиеттері кө рсетілген.

Кремнеземның бензинды сің іру қ асиеті 160-200 г/100 г, ал дизельді жанармайды сің іру қ асиеті 190-200 г/100 г тең.

Бұ л қ асиеттер беткі қ абаттың гидрофобизациясынан кейін гидротермальды ерітіндіден алынғ ан кремнеземның табиғ и жә не ағ ынды суларды мұ най қ алдық тарнан тазартуғ а қ олдану мү мкіндігін қ амтамасыз етеді.

Гидротермальді ерітіндіден алынғ ан кремнеземның физико-химиялық қ асиеттері

Кремнезем қ асиеті	Анық тау ә дісі	Қ асиетінің мә ні
Ү йінділік тығ ыздық	Салмақ тау ә дісі	0, 22-0, 25 г/см³
Қ оспалар концентрациясы	гидрохимиялық титрлеу	сомасы Са, Al, Fe - 0, 6 вес. % артық емес
Беттің жарық ты шағ ылдару коэффициенті	спектрофотометрия: жарық толқ ынының ұ зындығ ы- 400-760 нм	95-98 %
Қ уыстың орташа диаметрі	азоттың тө ментемпературалы адсорбациясы	12-16 нм
БЭТ-аудан	БЭТ ә дісі	300 м²/г дейін
Кеуектілік	азоттың тө ментемпературалы адсорбациясы	0, 8-1, 1 см" 7г
Беттік гидроксилды топтардың концентрациясы, 200 °С	термогравиметрия	4, 9 ОН/нм²
Ішкі силанольныхтпотардың концентрациясы,, 200 °С	термогравиметрия мен Журавлевтың физико-химиялық константаларының жиынтығ ымен салыстыру	3, 39 ОН/нм²
Органкалық сұ йық тық тарды сің іру қ асиеті	тамшылау ә дісі	150-210 г/ 100 г Si0₂

3. 5Кесте

Салыстыру ү шін 3. 6-кестеде тү рлі ә дістермен алынғ ан кремний ұ нтақ тарының сипаттамалары келтірілген: табиғ и жағ дайларда (қ арда) алынғ ан, булау жә не кірнені криохимиялық кептіру арқ ылы алынғ ан.

Гидротермиялық ерітінділердің пайдалы компоненттерін олардың баромембран шоғ ырлануының негізінде бө лудің технологиялық тә сілі бар. Баромембранды концентрацияның нә тижесінде тұ рақ ты кремнеземді су кірнесі алынады.

Біздің эксперименттерімізде, кремнеземның су кірнесі Мутновский геотермиялық электр станцияларының (ГеоЭС) ұ ң ғ ымаларының гидротермалды жылу тасымалдағ ыштарындағ ы (бө лу) сұ йық фазасынан алынғ ан. Екі фазалық ағ ынның бу фазасынан сұ йық фазаны бө лу (бө ліну) ГеоЭС сепараторларында жү ргізілді. Бастапқ ы сепараттың рН кө рсеткішінің диапазоны 4, 5-9, 4, кремнезем концентрациясы C_t=400-800 мг/кг, ерітінді температурасы 20-дан 90 °С дейін.

Жоғ арыда кө рсетілген криохимиялық технология схемасына сә йкес тө менгі агрегенді нанодисперслі ұ нтақ тарды алуғ а арналғ ан концентрацияланғ ан су кірнелері пайдаланылды. Су кірнелерінен қ атты фазаны бө ліп алу ү шін коагуляция (флокуляция), кірне-гель ауысым қ олданылады. Ө ң делуші материалдарғ а тө мен- жә не жоғ арытемпературалы ә сер етуге негізделген криохимиялық технология нанодисперсті материалдарды, соның ішінде кірне мен суспензиядан алуғ а мү мкіндік береді.

параллельге жақ ын.

Фотон корреляциялық спектроскопия ә дісін пайдалану (динамикалық жарық шашырауы) арқ ылы золь бө лшектерінің радиустары анық талды: 29. 5 нм, 29. 55 нм, 55. 5 нм, 135 нм. Нанобө лшектердің зета-потенциалы электрофорез ә дісімен анық талады: (-39. 5 - -56. 0) мВ.

Кейінгі криохимиялық вакуумды-сублимациялық кептіру жолымен кремний ұ нтақ тарының УФ 17, УФ 18, УФ 19 жә не УФ20 ү лгілері алынды. Ү лкейту коэффициенті 100-7000 кезіндегі электронды микроскоптың кө рсетуі бойынша: кірне тамшыларын вакуум-сублимациялық кептіру кезінде ө лшмдері 60-100 мкм болатын сфералық криотү йіршіктер пайда болғ ан, олардың қ ұ рылымы кеуекті-торлы, ал орта бө лігі – қ уысты. Кішкене кү ш ә серінен криотү йіршіктер сынып, қ алың дығ ы шамамен 0, 1-0, 2 мкм болатын ү лпек қ ауыздарды қ ұ райды. Ү лкейту коэффициенті 10000-100000 болатын электронды микроскоп кө мегімен ұ нтақ бө лшектерінің ө лшемдері 10-100 нм аралығ ында екені анық талды.

Алынғ ан ұ нтақ тар сорбенттер, катализаторлар, полимерлер, резең ке, бояулар ө ндірісінде ө неркә сіптік пайдалану перспективаларына ие [78].

3. 6-кестеде бірқ атар эксперименттердің бірінде алынғ ан кірне жә не ұ нтақ тардың сипаттамалары кө рсетілген. Баромембранды шоғ ырландыруғ а дейінгі сепаратты тоздыру тү рлі тепература (72-30 °С) жә не тү рлі рН (9, 24, 5) жағ дайында жү ргізілді. Тоздырудың тү рлі температурасы мен рН жағ дайында су кірнесінің 4 ү лгісі алынды. УФ 17 ү лгісіне сә йкес келетін кірне - 72 °С температурада тозу ү рдісінен ө ткен сепаратты конецентрациялау нә тижесінде алынды. УФ 18 жә не УФ 19 кірнелері ү шін қ олданылғ ан сепарат екі кезең ді тоздырудан ө тті: бастапқ ыда 72-70 °С, ал одан кейін 50 жә не 30 °Сдейін суыту. Сепаратты суыту – бө лшектердің ө лшемдеріне аз ә сер етті, бө лшектер, негізінде, 72-70 °С жоғ ары температурада қ алыптасты. Дегенмен, нә тижесінде УФ 19 кірнесіндегі бө лшектер – УФ 17 жә не УФ 18 кірнесіндегі бө лшектермен салыстырғ анда ірілеу (3. 7 кесте). Бұ л келесі жолмен тү сіндіріледі: УФ19 кірнесі концентраттың шығ уына жол жабық болғ ан кезде сү згілеудің тұ йық схемасы бойынша алынып, ал концентратталушы орта сү згі-патрон арқ ылы бірнеше рет қ айта айналдырылды, бұ л кремнезем бө лшектерінің агрегациясына алып келді. УФ 20 кірнесіндегі бө лшектер басқ а кірнелерге қ арағ анда ірі болуы сепаратты тоздыру дең гейінде рН кө рсеткішінің тө мен болуымен шартталады.

Беткі қ абат қ асиеттері мен тү рлі ә дістермен гидротермальды ерітінділерден алынғ ан АТК ү лгілері ү шін қ уыстардың ө лшемі

№	Алу ә дісі	РН; Т°С	Гистерезис тұ йығ ының адсобрция-десорбция изотермасын-ың типі	(S_BET) бетінің нақ ты ауданы, м²/г	Кеуектің орташа диаметрі (dp), нм	d^Sнм	d^V, нм	Кеуектің жалпы кө лемі (Vp). см³/г
АК1b	Қ арда қ атыру	8. 5-9. 0; -20-0°С	IV-Н2*	274, 6	12, 7	9, 11	34, 00	1, 07
АК2 0		8. 5-9. 0; -20-0°С	IV-H2*	178, 7	14, 0	18, 1 5	20, 00	0, 86
УФЗ	Зольдан буландыру	2. 0; 70°С	IV-H2	316, 0	3, 1	3, 03	3, 39	0, 22
УФ4		6. 1; 70°С	IV-H2	300, 6	5, 9	9, 25	9, 25	0, 44
УФ5		2. 0; 160° С	IV-H2	304, 5	3, 7	4, 27	4, 86	0, 27
УФ8		8. 5-9. 0; 160° С	IV-Н2*	62, 0	12, 6	28, 50	29, 00	0, 25
УФ9	Криохимия-лық кептіру	8. 5-9. 0; 196° С	IV-H2*	45, 4	9, 4	41, 00	42, 00	0, 24

Н2- корпускулярлық жү йе ү шін қ алыпты адсорбция-десорбция изотермасының типі

3. 6 Кесте

* Адсорбция мен десорбция тармақ тары гистерезис тұ йығ ындағ ы

3. 7 Кесте

Кірнелерді криохимиялық кептіру нә тижесінде алынғ ан кремнезем ұ нтақ тарының қ асиеттері

Ү лгі	Баромембранды шоғ ырландыруғ а дейінгі сепаратты тоздыру шарттары		Кремнезем кірнесіндегі бө лшектердің криохимиялық кептіруге дейінгі диаметрі, нм	Бө лшек-тер бетінің дзета-потенциалы, мВ	Ұ нтақ тығ ыздығ ы, г/см³	адсорб- ция- десорб- ция изотермасының тү рі (гистере зис тұ зағ ының тү рі)	Меншікті бет ауданы(Sbet), м²/г	Қ уыстардың орташа диаметрі(dp), нм	қ уыстардың жалпы кө лемі(V_f), см7г
Ү лгі	Темпера тура, °С	рН		Бө лшек-тер бетінің дзета-потенциалы, мВ	Ұ нтақ тығ ыздығ ы, г/см³		Меншікті бет ауданы(Sbet), м²/г	Қ уыстардың орташа диаметрі(dp), нм	қ уыстардың жалпы кө лемі(V_f), см7г
УФ17		9, 2	29, 5	-39, 5	0, 035	II	166, 53	6, 22	0, 259
УФ18	70-50	9, 2	29, 55	-43, 8	0, 010	II	115, 04	7, 11	0, 204
УФ19	70-30	9, 2	55, 5	-56, 0	0, 010	II	118, 30	7, 78	0, 230
УФ20		4, 55, 0	135, 0	-45, 2	0, 016	IV	360, 43	3, 34	0, 301

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒