РАЗДЕЛ 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы исследований.
Основными объектами исследований были фенол (С6Н5ОН) и двухатомные фенолы: пирокатехин (о-С6Н4(ОН)2), резорцин (м-С6Н4(ОН)2), гидрохинон (п-С6Н4(ОН)2), которые являются промежуточными продуктами окислительной конверсии фенола. Концентрации фенолов в системах варьировались от 1 до 50 мг/л.
В качестве окислителя во всех изучаемых системах был использован пероксид водорода Н2О2.
Гетерогенной составляющей исследованных систем служил щелочноземельный бентонит, залегающий в приповерхностной части и на поверхности Кудринского туфогенно-осадочного месторождения (Бахчисарайский район, А.Р. Крым).
Этот бентонит входит в группу монтмориллонита, химический состав которого приблизительно отвечает формуле:
(Na, Ca)0,33 (Al, Mg)2SiO4(OH)2?nH2O
Минеральный состав бентонита данного месторождения следующий: монтмориллонит 80-85%, каолинит 10-15%, примеси (слюды, карбонаты, кварц, гидроксиды) 5-10%. Усредненные данные о компонентном составе бентонитов представлены в таблице 2.1. [87,100].
В исследованиях были использованы различные фракции природного бентонита, его натриевой и водородной форм, полученных предварительной обработкой минерала (п. 2.2.).
При изучении структурных особенностей и сорбционной способности минерала использовали воздушносухие, насыщенные водой и исследуемыми фенолами образцы бентонита (п.2.3.).
Различные виды исследований проводились в системах, представленных в таблице 2.2.
Таблица 2.1-
Химический состав бентонита
Компонент Содержание, % SiO2 49,5 - 51,0 Al2O3 15,2 - 16,3 MgO 3,8 - 4,0 Fe2O3 1,5- 2,8 CaO 2,0 - 3,2 Na2O + K2O 0,3 - 0,5 H2O 21,3 - 24,0 CO2 0,3 - 0,6
Таблица 2.2-
Состав исследуемых систем
№СистемаИзучаемые параметры123IБентонит- H2O
?(Бентонита)=5%; d=[1?3; 3?5]ммКислотно-основные свойства бентонита
Емкость обмена по ионам ОН- и Н+
IIБентонит- NaCl
?(Бентонита)=5%; d=[1?3; 3?5]мм
C(NaCl)=1 моль/лIIIH2O2-Бентонит-H2O
С(Н2О2)= 3?10-2 моль/л
Vсистемы=0,05 л
m(бентонита)=5 г
d=[(1-5); (1-0,5); (<0,5)]
t=[18?С; 20?С; 22?С; 33?С; 37?С]
Формы минерала:
Н-бентонит; природный бентонитКинетические параметры процесса разложения пероксида водорода в гетерогенных системах с бентонитом
Продолжение таблицы 2.2-
123IVFe3+-H2O2-H2O
С(Fe3+)=4·10-4 моль/л
С(H2O2)=3?10-2 моль/л
Vсистемы=0,05 л
t=22?СОкислительная способность систем, характеризующаяся потенциалом Eh.
VH2O2-бентонит-H2O
С(H2O2)= 3?10-2 моль/л
Vсистемы=0,05 л
m(бентонита)=5 г; (d<0.5)
t=22?СКинетика изменения рН, Eh
системы
Кинетика выхода ионов Fe3+, из структуры бентонита в раствор VIГомогенно-каталитическая
(C6H5OH-FeCI3-H2O)
C(С6Н5ОН)=50мг/л (0,53?10-3 моль/л)
C(Н2О2) = 3?10-2 моль/л
С(Fe3+)= 4·10-4 моль/л
Кинетические параметры процесса окислительной конверсии фенола и промежуточных продуктов его окисления: пирокатехина, резорцина, гидрохинона.
Степень конверсии фенола.VII
Гетерогенно-каталитическая
(C6H5OH-H2O2-бентонит-H2O)
C(С6Н5ОН)=50мг/л (0,53?10-3 моль/л)
C(Н2О2) = 3?10-2 моль/л
С(бентонита)=100 г/л, (d=1-3 мм)VIIIБез катализатора
(C6H5OH-H2O2-H2O)
C(С6Н5ОН)=50мг/л (0,53?10-3 моль/л)
C(Н2О2) = 3?10-2 моль/л
2.2. Методы подготовки бентонита к исследованиям.
Образцы ионитов, не прошедшие специальной обработки, могут содержать различные примеси. Это обстоятельство может быть причиной плохой воспроизводимости результатов различных измерений в системах с ионитом.
Для проведения рентгенофазового анализа и изучения полной обменной емкости минерал предварительно отмучивали в дистиллированной воде для удаления крупных песчаных и ненабухающих фракций. Затем пятикратно обрабатывали раствором HCl (0,5 N) до прекращения вскипания для удаления карбонатных и гидроксидных примесей [29,73].
Для изучения полной обменной емкости минерал переводили в натриевую форму. Для этого водную суспензию минерала обрабатывали раствором NaCl (1N, марка х.ч.) в объемном соотношении 1:20. После 30 минут отстаивания суспензию центрифугировали, осадок отделяли от интермицеллярной среды декантацией. Процесс повторяли 7-8 раз [70,77]. На последней стадии обработки избыток хлоридов удаляли промыванием дистиллированной водой.
Для изучения каталитического действия бентонита в водных растворах Н2О2 часть его очищали от ионов железа путем двукратного кондиционирования с 2N соляной кислотой и последовательного промывания 0,2 М раствором ЭДТА до отрицательной реакции на ионы Fe3+ в фильтрате [29]. Наличие железа контролировали K(SCN) [3].
Для проведения анализа минерала методом ИК-спектроскопии [15], дифференциального термогравиметрического анализа [3] и создания некоторых модельных систем использовали измельченный природный минерал без предварительной химической обработки.
Фракционный состав бентонита определяли методом просеивания. В результате были выделены фракции с размером частиц (d мм): d=1-5 мм; d=3-5 мм; d=1-3 мм; d=0,5-1 мм; d<0,5 мм [106].
2.3. Методика постановки эксперимента.
Для уточнения минерального состава исследуемого бентонита был проведен рентгенофазный анализ (РФА) подготовленного образца (п. 2.1.) методом порошка (Дебая) [7]. Изучения фазового состава минерала приводили на порошковом дифрактометре ДРОН 3.0 (Cu K?-излучение) с последующим сравнением рентгенограмм со стандартами [7,73,92].
Для доказательства наличия в составе минерала монтмориллонита проводили этиленгликолевый тест. Подготовленный воздушно-сухой образец обильно смачивали этиленгликолем (насыщение проводилось в течении 1 сут.), излишня жидкость удалялась фильтровальной бумагой и проводилась съемка образца на дифрактометре [73].
Также был проведен термогравиметрический (ТГА) и дифференциально-термический анализ (ДТА) минерала. Термограммы природного воздушно сухого и насыщенного водой монтмориллонита снимали