Написати автору Природа активних центрів поверхні сапонітів ташківського родовища України
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.02.183
Анотація
В роботі обговорюються результати дослідження сапоніту з Ташківського родовища України. Методом рентгеноструктурного аналізу доведена необхідність попереднього очищення сапонітів від мінеральних домішок. Вивчення морфології, нанопрофілю та топографії поверхні сапоніту методами SEM-мікроскопії та атомно-силової мікроскопії виявило, що мінерал представлений агрегатами нано- та мікрочастинок пірамідальної форми. Характерною його особливістю є неоднорідність ізоморфних заміщень іонів у тетраедричній та октаедричній сітках структурного елементарного пакета. За даними рентгенофлюоресцентного аналізу, сапоніт містить значну кількість Fe(ІІІ), який ізоморфно заміщує магній Mg(ІІ) і відповідно розміщений переважно в октаедричній сітці структурного пакета з зарядом від +0.35 до +0.37. Кількість і механізм ізоморфних заміщень визначають наявність сумарного негативного заряду кристалічної ґратки (від –0.38 до –0.3), величина якого забезпечує інтенсивну взаємодію з молекулами води міжпакетного простору з утворенням поверхневих ОН-груп. Відповідно на поверхні присутні як кислотні, так і основні центри Льюїса та Бренстеда з превагою кислотних, тому функція кислотності становить 5.82, а точка нульового протонного заряду – рН = 5.5. Під час диспергування у воді відбувається трансформація частини оснóвних центрів бічної поверхні у кислотні центри Бренстеда внаслідок їхнього протонування, що зумовлює підвищення рН дисперсійного середовища до рН = 8.0–8.6. Відповідно ізоіонний стан досягається за рН = 7.5. Відмінність значень рН, що характеризують ізоіонний стан поверхні та точку нульового протонного заряду (ТНПЗ), свідчить про присутність слабких кислотно-основних центрів поверхні. Дослідження адсорбції кислотно-основних барвників показало адсорбцію на сапонітах оснóвних (рK = 1¸3) і кислотних (рK = 7¸14) барвників. Остання суттєво знижується внаслідок попередньої гідратації твердої поверхні – переважно бічних граней частинок. Із дисперсійного середовища з рН < 5.5 (ТНПЗ) не адсорбуються кислотні барвники, а при рН > ТНПЗ – оснóвні.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
1. Bohatyrenko V.A., Nesterovskiy V.A. The history of scientific research of saponites of Ukraine, their application in industry and technologies of the 21st century. In: Mineral and raw material wealth of Ukraine: ways of optimal use: Proc. conf. (Khoroshiv, 2021). P. 48-55. [in Ukrainian].
2. Pogribnyi V.T., Lipchuk L.V., Odnorozhenko L.F. Analtsime-saponite horizons in the magnesium bentonite deposits of the Slavut-Izyaslavska area as promising objects of reusable mineral sorbents [Electronic resource]. In: First All-Ukrainian Congress of Ecologists: Proc. Int. Conf. (October 4-7, 2006, Vinnytsia). P. 225. [in Ukrainian].
3. Pushkarev O.V., Rudenko I.M., Koshelev M.V., Skrypkin V.V., Dolin V.V. (junior), Priymachenko V.M. Tritium mineral adsorbent based on saponite and zeolite. Collection scientific works of the Institute of Environmental Geochemistry. 2016. 25: 38. [in Ukrainian].
4. Pozo M., Calvo J.P. An Overview of Authigenic Magnesian Clays. Minerals. 2018. 8: 520. https://doi.org/10.3390/min8110520
5. Sokol H., Sprynskyy M., Ganzyuk A., Raks V., Buszewski B. Structural, Mineral and Elemental Composition Features of Iron-Rich Saponite Clay from Tashkiv Deposit (Ukraine). Colloids Interfaces. 2019. 3: 10. https://doi.org/10.3390/colloids3010010
6. Ganzyuk A.Ya., Kulakov O.I. Study of the physical properties of saponites. Bulletin of KhNU: Technical sciences. 2009. 1: 273. [in Ukrainian].
7. Kosorukov P.A. Investigation of the mineral composition and main characteristics of the saponite of the Varvarovsky deposit. Energotehnologii i resursosberezhenie. 2011. 3: 38. [in Ukrainian].
8. Dmytrenko Yu.A., Mamchenko A.V. Justification of modification of saponite with hydrochloric acid to reduce desorption into the liquid phase of cations. Ukr. Chem. J. 2014. 80(2): 83. [in Ukrainian].
9. Yanushevska O.I., Dontsova T.A., Aleksyk A.I., Vlasenko N.V. Surface and structural properties of clay materials based on natural saponite. Clays Clay Miner. 2020. 68: 465. https://doi.org/10.1007/s42860-020-00088-4
10. Spivak V.V., Astrelin I.M., Tolstopalova N.M., Atamanyuk I.V. Regulation of physico-chemical and adsorption properties of Ukrainian saponites. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2012. 10: 142. [in Ukrainian].
11. Trach Y., Melnychuk V., Michel M.M., Reczek L., Siwiec T., Roman T. The Characterization of Ukrainian Volcanic Tuffs from the Khmelnytsky Region with the Theoretical Analysis of Their Application in Construction and Environmental Technologies. Materials (Basel). 2021. 14(24): 7723. https://doi.org/10.3390/ma14247723
12. Rud V.D., Samchuk L.M., Savyuk I.V., Povstyana Yu.S. Research analysis of saponite clay properties. Technology Audit and Production Reserves. 2015. 1(4(21)): 54. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2015.38185
13. Kalinin I.V., Bogatyrenko V.A., Nesterovsky V.A. Use of acid-activated saponites as natural sorbents. Ukr. J. Ecology. 2018. 8(2): 134. [in Ukrainian].
14. Kobasa I.M., Tsymbalyuk V.V. Natural mineral basalt tuff: composition, properties and use: monograph. (Chernivtsi: Chernivtsi national University, 2015). [in Ukrainian].
15. Ponce C., Kloprogge T. Urea-Assisted Synthesis and Characterization of Saponite with Different Octahedral (Mg, Zn, Ni, Co) and Tetrahedral Metals (Al, Ga, B), a Review. Life. 2020. 10(9): 168. https://doi.org/10.3390/life10090168
16. Lan Y., Liu Y., Li J., Chen D., He G., Parkin I.P. Natural Clay-Based Materials for Energy Storage and Conversion Applications. Adv. Sci. 2021. 8: 2004036. https://doi.org/10.1002/advs.202004036
17. Zhou C.H., Qian Z., Wu Q.Q., Petit S., Jiang X.C., Xia S.T., Li C.S., Yu W.H. Modification, hybridization and applications of saponite: An overview. Appl. Clay Sci. 2019. 168: 136. https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.11.002
18. Finck N., Schlegel M.L., Dardenne K., Adam C., Kraft S., Bauer A., Robert J.-L. Structural iron in smectites with different charge locations. Phys. Chem. Miner. 2019. 46: 639. https://doi.org/10.1007/s00269-019-01028-y
19. Steudel A., Friedrich F., Schuhmann R., Ruf F., Sohling U. Emmerich K. Characterization of a Fine-Grained Interstratification of Turbostratic Talc and Saponite. Minerals. 2017. 7: 5. https://doi.org/10.3390/min7010005
20. Rantanen A. Clay Minerals. Solid State Chemistry. (Aalto University Wiki, 2023).
21. Sychev M.M., Mynakova T.S., Slyzhov Y.G., Shilova O.A. Acid-base characteristics of the surface of solid bodies and management of properties of materials and composites. (St. Petersburg: Khimizdat, 2016). [in Russian].
22. Saponite from the Tashkiv deposit. Certificate of quality / Protocol No. 1 of the meeting of the Scientific Council of the Institute of F.D. Ovcharenko Biocolloid Chemistry, January 19, 1995. [in Ukrainian].
23. Trach Y.P., Melnychuk G.V., Mikhel M., Rechek L. The use of saponite tuffs in technologies for improving the quality of underground water for drinking purposes. Bulletin of NUVHP. Series "Technical Sciences". 2018. 2(82): 210. [in Ukrainian].
24. Schulman E., Wu W., Liu D. Two-dimensional zeolite materials: structural and acidity properties. Review. Materials. 2020. 13: 1822. https://doi.org/10.3390/ma13081822
25. Du J., Cai J., Chao Q., Song M., Wang X. Variations and geological significance of solid acidity during smectite illitization. Appl. Clay Sci. 2021. 204: 106035. https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106035
26. Pakhnutova E.A., Slyzhov Yu.G. Acid-base properties of the surface of gas chromatographic sorbents with grafted layers of metal chelates. Zhurn. Fiz. Khimii. 2014. 88(7-8): 1228. [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S0036024414080214
27. Ekymova I.A., Mynakova T.S. Acid-base and adsorption properties of the surface of oxides and fluorides of alkaline earth metals and magnesium. Polzunovsky vestnik. 2013. 1: 67. [in Russian].
28. Kriaa A., Hamdy N., Srasra E. Chemistry of acid-base interactions for montmorillonite and beidelite-montmorillonite smectite. Elektrokhimiya. 2007. 43(2): 175. [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S102319350702005X
29. Pengyuan G., Xiandong L., Zhijun G., Christophe T. Acid-Base Properties of Cis-Vacant Montmorillonite Edge Surfaces: A Combined First-Principles Molecular Dynamics and Surface Complexation Modeling Approach. Environ. Sci. Technol. 2023. 57(3): 1342. https://doi.org/10.1021/acs.est.2c07171
30. Wang J. Thermodynamic equilibrium and kinetic fundamentals of oxide dissolution in aqueous solution. J. Mater. Res. 2020. 35: 898. https://doi.org/10.1557/jmr.2020.81
31. Razzouki B., Hajjaji S., Azzaoui K., Errich A., Lamhamdi A., Berrabah M., Elansari L.L. Physicochemical study of arsenic removal using iron hydroxide. J. Mater. Environ. Sci. 2015. 6(5): 144.
32. Jörgen R., Per P., Staffan S. Protonation and charging of nanosized gibbsite (α-Al(OH)3) particles in aqueous suspension. Langmuir. 2002. 18(12): 4598. https://doi.org/10.1021/la015753t
33. Zakharova N.V., Sychev M.M., Korsakov V.G., Myakin S.V. Evolution of donor-acceptor centers of the surface of ferroelectrics during dispersion. Condensed media and interphase boundaries. 2011. 13(1): 56. [in Ukrainian].
34. Dutta S., Gupta Br., Srivastava S.K., Gupta A.K. Recent advances on the removal of dyes from wastewater using various adsorbents: a critical review. Mater. Adv. 2021. 2: 4497. https://doi.org/10.1039/D1MA00354B
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.02.183
Copyright (©) 2024 V. A. Bohatyrenko, V. A. Nesterovskyi, D. S. Kamenskyh, V. O. Yevdokymenko, T. V. Tkachenko, O. V. Andreieva
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.