РОЗДІЛ 2
ОБ'ЄКТИ ТА МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Характеристика об'єктів досліджень
2.1.1. Адсорбент
Для досліджень був використаний природний цеоліт - клиноптилоліт, видобутий з родовища Сокирниця [88] (південно-західна частина Закарпатського внутрішнього прогину). Мінеральний склад породи є представлений:
клиноптилоліт - 60-90 %, кварц і польовий шпат - 6-7 %, глинисті мінерали - 2-6%, плагіоклаз - до 2%, смектіт - 7%, решта - рентогеноаморфна фаза.
Хімічний склад цеоліту (масова частка, %) наступний:
SiO2 -70,21; Al2O3 -12,27; Fe2O3 -1,2;FeO-0,55;TiO2-0,14; MnO-0,073;
P2O5-0,033; K2O-3,05; Na2O-1,77; SO3-0,10; CaO+MgO-10,604.
Склад клиноптилоліту відповідає формулі:
0,2Na2O•0,26K2O•0,43CaО•0,2MgО•9,57SiO2•Al2O3•0,09Fe2O3
Мікроелементний склад наступний:
Fe-0,03%; Cd-0,0099%; Zn-0.0016%; Pb-0,00115%; As-0,00025%
Обмінними іонами є іони магнію, калію, натрію і кальцію.
Даний матеріал є високо кремнієвий, натрій-, калійовий клиноптилоліт, термостійкий, дрібнодисперсний, капілярно пористий, який під час зволоження не набухає та не міняє своєї форми. Однак під дією перепаду тисків ущільнюється (зменшується пористість) як у вологому так і в сухому стані [88].
Для фракції 0,5-1мм істинна густина дорівнює 2,38•103кг/м3; об'ємна маса 0,93•103кг/м3; насипний об'єм - 1,04см3; насипна густина або об'ємна маса 0,93•103кг/м3.
об'єм пор за бензолом 0,181•103м3/кг, за водою 0,33•103м3/кг;
діаметр пор за бензолом - 11нм, за водою - 20нм.
Клиноптилоліт має подрібненість - 2,4%, здатність до стирання - 0,32%, пористість гранули - 25%, пористість шару - 53-60%. Він є хімічно стійким - приріст перманганатного окислення не перевищує 16•10-3кг/м3.
Для досліджень використовувались взірці клиноптилоліту (А, В, І - ХІІІ) позначення яких використовувались в подальших розділах та у додатку при посиланнях на відповідні об'єкти дослідження.
Зразки клиноптилоліту різної дисперсності:
1. d = 0,25 мм (зразок А);
2. d = 0,14 мм (зразок В).
Термічно активовані зразки природного клиноптилоліту:
1. клиноптилоліт термічно неактивований (зразок І);
2. клиноптилоліт активований при 200 0С (зразок ІІ);
3. клиноптилоліт активований при 300 0С (зразок ІІІ);
4. клиноптилоліт активований при 400 0С (зразок ІV).
Хімічно активовані зразки природного клиноптилоліту (двогодинна обробка):
5. клиноптилоліт оброблений 5%-ним розчином сірчаної кислоти при T:R=1:10 (зразок V);
6. клиноптилоліт оброблений 25%-ним розчином сірчаної кислоти при T:R=1:10 (зразок VІ);
7. клиноптилоліт оброблений 5%-ним розчином соляної кислоти при T:R=1:10 (зразок VІІ);
8. клиноптилоліт оброблений 5%-ним розчином соляної кислоти T:R=1:5 (зразок VІІІ).
9. клиноптилоліт оброблений концентрованим розчином соляної кислоти T:R=1:10 (зразок ІХ).
Комплексно (добова хімічна обробка та термічна при 300 0С ) активовані зразки природного клиноптилоліту:
10. клиноптилоліт оброблений 5%-ним розчином сірчаної кислоти при T:R=1:10 (зразок Х);
11. клиноптилоліт оброблений 25%-ним розчином сірчаної кислоти при T:R=1:10 (зразок ХІ);
12. клиноптилоліт оброблений 5%-ним розчином соляної кислоти при T:R=1:10 (зразок ХІІ);
13. клиноптилоліт оброблений 5%-ним розчином соляної кислоти T:R=1:5 (зразок ХІІІ).
2.1.2. Адсорбтив
У дисертаційній роботі для проведення досліджень адсорбційної здатності зразків клиноптилоліту використовували наступні прямі барвники:
> Прямий синій (ПС);
> Прямий зелений (ПЗ);
> Прямий червоний;
> Прямий чорний;
> Прямий фіолетовий (ПФ);
> Прямий пурпуровий.
По класифікації приведеній в літературному огляді [4,25,89] всі вони належать до першої групи діазо підгрупи прямих барвників. Характеризуються високою стійкістю забарвлення до дії світла.
Методика проведення аналізів та експериментів
2.2. Методика проведення аналізу хімічного складу цеолітових порід
Деякі силікатні матеріали [90] розкладаються дією мінеральних кислот, зокрема хлористоводневої чи азотної, але більшість силікатних порід соляною кислотою не розкладаються. Їх стійкість по відношенню до мінеральних кислот залежить головним чином від елементного складу породи, зокрема, кількості кремнієвої кислоти і основ. При проведенні елементного аналізу силікатних порід розклад [91,92] проводять сумішшю мінеральної кислоти (сірчаної, азотної чи хлористоводневої) та фтористоводневої. Досліджувані зразки клиноптилоліту характеризуються вмістом деяких побічних продуктів - плагіоклаз, кварц і польовий шпат та інші, які не до кінця розкладаються сумішшю вище згаданих кислот. Тому для проведення хімічного аналізу цеолітових порід розклад сплавленням і спіканням є більш ефективним [92,93], так як при високих температурах гетерогенні реакції протікають набагато швидше. Як плавень використовували безводний карбонат натрію (температура плавлення 850 0С ).
У дисертаційний роботі використовувався метод сплавлення [93,94] 1 г речовини з безводним карбонатом натрію при температурі 9500С впродовж 4 годин в муфельній печі. Сплавлену речовину заливали соляною кислотою у співвідношенні 1:1 до моменту повного розчинення. Суміш висушували до утворення вологих солей, додавали 1%-ний розчин желатину для осадження SiO2, який нафільтровували на фільтрі (синя стрічка) в мірну колбу. З отриманого фільтрату (основний розчин) відбирали проби об'ємом 25 мл для проведення аналізу на визначення алюмінію, кальцію, натрію та калію в розчині.
2.2.1. Метод аналізу для визначення кремнію у цеоліті
Кремнезем у цеоліті визначають [93-95,98] ваговим методом після розкладу наважки сплавленням з карбонатами лужних металів. Утворені при сплавленні наважки породи з карбонатом натрію силікати лужних металів розкладаються кислотами з виділенням колоїдної кремнієвої кислоти. Для повного виділення кремнієва кислота повинна бути обезводнена, що досягається випарюванням з соляною ки