Кислотна та термічна обробка природного гейландиту

Анотація

Кислотна обробка природних цеолітів вважається ефективним методом «поліпшення» їхньої структури та властивостей, серед яких особливе місце припадає термостійкість, особливо для каталітичного застосування цеолітів. Досліджено вплив розчинів соляної кислоти концентрацією до 2 mol/L та прожарювання при температурах до 1100 °C на структуру та властивості гейландитвмісного туфу грузинського родовища Дзегві-Тедзамі, відібраного для створення нових бактерицидних цеолітових фільтрувальних матеріалів для очищення та знезараження води з різних джерел, досліджували рентгенівськими енергетичними дисперсійними спектрами, дифрактограмами та термічним аналізом, а також адсорбційними методами води, бензолу та азоту. Встановлено, що кисле середовище призводить до значного деалюмінування (молярне відношення Si/Al зростає з 3.6 до 9.5) та декатіонізації (сумарний заряд іонів металу на атом Al зменшується з 1 до 0.68) зразка; розчини соляної кислоти не призводять до аморфізації мікропористої кристалічної структури цеоліту, а поступово розчиняють її. В результаті кислотної обробки також різко збільшується об’єм мікропор, доступних для великих молекул (від ≈ 7 до         80–90 мм³/г) і площа поверхні (від ≈ 13 до 120–175 м²/г), а також зміни мезопористої системи, що призводять до переважання пор діаметром до 4 нм. Нагрівання гейландиту призводить до ступінчастої дегідратації, що триває до ≈ 800 °C, аморфізації, починаючи з ≈ 250 °C, і структурних змін: перехід у фазу метастабільного гейландиту В при ≈ 340 °C не фіксується, але при ≈ 500 °C утворюється вайракіт (Ca(Al₂Si₄O₁₂)·2H₂O), при температурах вище ≈ 1000 °C аморфний алюмосилікат містить кристалічні включення кристобаліту (полiморф SiO₂), α-кварцу, альбіту (Na(AlSi₃O₈), гематиту (Fe₂O₃) та магнетиту (FeO·Fe₂O₃); викликані нагріванням зміни мікро- та мезопорових систем незначні. Показано також, що термообробка підвищує кислотостійкість гейландиту, що виражається в зниженні ступеня деалюмінування після кислотної обробки прожарених зразків. Таким чином, кислотна і термічна обробка гейландиту дають змогу отримати матеріали з різними сорбційними та іонообмінними властивостями.