Активтелген және табиғи бентонит саз үлгілерінің физика-химиялық қасеттерін зерттеу

Минералдың аз көлемі мен активтелген саз үлгілерінің катионалмастырғыштық қасиеттері саздың беткейінде көрінеді.

Активтелген және табиғи бентонит саз үлгілернің құрылымдық сипаттамасын 10- кестесінен көруге болады.

10-кесте. Қаратау бассейнінің активтелген және табиғи бентонит саз үлгілерінің құрылымдық сипаттамасы

Активтелген бентонит үлгілерінің беткейі бастапқы бентонит беткейінен 1,5 – 2 есе көп. Бентониттерден дайындалған кейбір адсорбенттер беткейі S_БЭТ = 142,0-147,0 м²/г S_КК = 93-104 м²/г құрайды. Кейбір силикагель саны ажырайтындықтан, монтмориллонит құрылымы бұзылады.

Қышқылдық активация бастапқы бентонит кеуек көлемін (15 ^оА) өзгертпейді.
4.3.2 Активтелген және табиғи бентонит саз үлгілерінің ИҚ-спектры

ИҚ әдісін табиғи минералдарды зерттегенде, құрылымды түрлі өндіріп жатқанда кеңінен қолданады.

Активтелген және табиғи Қаратау бассейні бентонит саз үлгілерінің ИҚ спектры 4 –9-суреттерінде көрсетілген.

Элементарлы монтмориллонит 2 тетраэдрлік, бірорталық октаэдрлік қабаттан, кремнийдің 8, алюминийдің 4, оттегінің 20 иондарынан және ОН^- 4 ионынан тұрады.

Әдебиет мәліметтеріне сүйенсек, төрткоординациялық алюминий 720-780см^-1 жұтылу сызықшасы бойынша, ал алтыкоординациялық алюминий 909 см^-1 және 540 см^-1 жұтылу сызықшасы бойынша байқалады. 700-800 см^-1 жұтылу сызықшасында табиғи бентониті активтелген бентонитке қарағанда интенсивтірек болып келеді.

Барлық активтелген бентонит үлгілерінің октаэдрлік қабатында алюминий саны көп болады. Шардара 3 активтелген және табиғи бентонит үлгілерінде алюминий саны көп болады, себебі бентонит үлгілерінің тетраэдрлік қабатында Al³⁺ көп. Және бентониттің қышқылдық активация кезінде бұл қабат октаэдрлікке қарағанда қатты бұзылады.

Қышқылдық активация кезінде октаэдрлік қабаттан бірінші темір сосын магний бөлініп шығады. Бір жағдайда бос темір және магний ионының орнына тетраэдрлік қабатқа жақын орналасқан Al³⁺ ионы отыра алады.

ИҚ-спектроскопия мәліметтеріне сүйенсек, бентониттің қышқылдық активтендіру кезінде үлгідегі монтмориллониттің көлемі азаяды. Табиғи саздың деалюминациясы, бос силикагельдің түзілуі бентонит құрылымның жақсаруына әкеп соғады.

Активтелген саздарды жанар жағар май тазалауға, мұнайөнімдерін тазалауға қолдануға болады.

Табиғи сазбен қалдық майды тазалау үшін 25-30% саз шығындалады. Сондықтан көп шығын болмас үшін, өндірісте табиғи саздың орнына автивтелген сазды қолданады.

Дизель отынын Қаратау бассейнінің активтелген және табиғи саз үлгілерімен тазалау мәндері 11-кестеде көрсетілген.

1. 
   ИҚ-спектрометриялық, химиялық және термогравиметриялық әдістерді қолдану арқылы Қаратау бассейні бентониттерінің химия-минералогиялық құрамы алғаш рет анықталған.
   
2. 
   Шұқырой 1, Шардара 2 және 3 кен орнының саздары монтмориллонит негізіндегі бентонит сазына жатады. Олардың құрамындағы негізгі минерал монтмориллонит 57, 58 және 74% құрайды.
   
3. 
   Бентониттің табиғи үлгілерінің адсорбциялық және каталитикалық қасиеттер көрсетпейтіндігі анықталды. Оптимальді жағдайда 20% күкірт қышқылы ерітіндісімен қышқылдық белсендіру жүргізілді.
   
4. 
   Тәжірибелік зерттеулер нәтижесінде Қаратау бассейні бентониттерінің құрамындағы монтмориллониттің адсорбциялық белсенділігінің және тазалау қабілетінің жоғарылығы оның қышқылдық қасиеттерімен байланысты екендігі анықталған, яғни монтмориллониттің беткі қабатындағы теріс зарядтардың орнын Н⁺ және Al³⁺ иондарының басуымен түсіндірілген.
   
5. 
   Монтмориллонитті қышқылдық белсендірудің әсері оның беттік қабатының химиялық табиғаты, шамасы мен кеуектілігінің өзгеруіне алып келетін бос силикагельдің бөлінуімен қатар жүретін кристалдық құрылысының бұзылуында екендігі табылды. Сондықтан ион алмасу қабілеті жоғарылап, катион алмасу сыйымдылығы және беттік қабатының шамасы 2,5 және 2 есеге артады.
   
6. 
   Алғаш рет Қаратау бентониттерінен дизельді отынды тазалайтын белсенді адсорбенттер алынды.
   

1. Нарманова Р.А., Бектасова А.Ш. Влияние кислотной активации на состав и структуру образцов бентонитовых глин Шукуройского месторождения // «Органикалық химия мен биологиялық белсенді қосылыстар технологиясы, мұнай көмірсутектерін, көмір және өсімдік заттарын өңдеудің жетістіктері мен даму перспективалары» Халықаралық ғылыми конференциясы. – Алматы, 2012 ж.

2. Бектасова А.Ш. Исследование адсорбционных свойств сорбентов на основе бентонитовых глин Шукуройского месторождения // «Ғылым. Технология. Өндіріс» студенттер, аспиранттар және жас ғалымдар ЖОО аралық ғылыми-техникалық конференциясы. – Салават, 2012 ж.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. 
   Адрышев А.К., Струнникова Н.А., Петрова О.А., Даумова Г.К., Идришева Ж.К. Природные сорбенты Восточного Казахстана и их роль в решении экологических проблем. – Экологическая безопасность урбанизированных территорий в условиях устойчивого развития: материалы международной научно-практической конференции. Астана, 2006. – С. 28 -32.
   
2. 
   Адрышев А.К., Струнникова Н.А., Петрова О.А. Использование природных сорбентов для улучшения свойств осадков хозяйственно-бытовых стоков, применяемых в качестве удобрений. – Вестник ВКГТУ, 2005., №3., С.80-84.
   
3. 
   Кирсанов Н.В. Генетические типы и закономерности распространения месторождений бентонитов в СССР / Н.В. Кирсанов, М.А. Ратеев, А.А. Сабитов и др. – М.: Недра, 1981, – 214 с.
   
4. 
   Бакенов М.М. Неметаллические ископаемые Казахстана.- Алматы: КазПТИ, 1990. – 109 с.
   
5. 
   Астахов В.А.Основы инженерного расчета адсорбционных равновесей для микропористых сорбентов/В.А. Астахов, М.М. Дубинин, П.Г. Романов.//Адсорбенты, их получение, свойства и применение.-Л.:Наука,1971.-С.94
   
6. 
   Бок И.И. Рудные глины, перспективы их нахождения и использования в Казахстане /И.И. Бок//Исследование и использование глин и глинистых минералов. / Алма-Ата: Наука Каз ССР, 1970.-С.153
   
7. 
   Дистанов У.Г. Природные сорбенты ССР/У.Г. Дистанов, А.С. Михайлов, П.П. Конюхов.-М.:Наука, 1990.-208с
   

реферата диссертации на соискание академической степени

магистра технических наук по специальности

6М072000-Химическая технология неорганических веществ

Исследование физико-химических свойств бентонитовых глин Каратауского бассейна для определения возможности создания из них эффективных адсорбентов для очистки смазочных масел и нефтепродуктов и дешевых катализаторов крекинга нефтяных дистиллятов.

В соответствии с целью исследований были определены следующие задачи:

• 
  определение минерального основания (типа) образцов глин;
  
• 
  определение катионно-обменной способности образцов глин;
  
• 
  сборка установки, освоение методики и проведение кислотной активации образцов глин;
  
• 
  исследование влияния кислотной активации глин на их химический состав;
  
• 
  исследование влияния кислотной активации глин на их фазовые свойства;
  
• 
  определение структурных характеристик (удельная поверхность, общий объем пор и средний радиус пор) естественных и активированных глин;
  
• 
  очистка дизельного топлива естественными и активированными образцами глин;
  
• 
  применение активированных образцов глин в качестве адсорбентов при очистке дизельного топлива;
  
• 
  применение активированных образцов глин в качестве катализаторов при крекинге нефтяного дистиллята и анализ продуктов реакции.
  

- впервые установлены химико-минералогические составы бентонитов бассейна Каратау с применением химического, термогравиметрического, ИК-спектроскопического методов;

- экспериментально установлено, что монтмориллонит в бентонитах Каратауского бассейна проявляет адсорбционную активность и высокую способность при очистке только тогда, когда он обладает кислотными свойствами, т.е. когда отрицательный заряд на поверхности монтмориллонита компенсируется ионами Н⁺ и Al³⁺;

- установлено, что влияние кислотной активации монтмориллонита заключается в разрушении его кристаллической структуры, сопровождающемся выделением свободного силикагеля, что вызывает изменение химической природы поверхности, ее величины и отчасти пористости. При этом происходит повышение ионообменной способности, увеличение катионнообменной емкости и величины поверхности более 2,5 и 2 раза соответственно;

- впервые из бентонитов Каратау получены активные адсорбенты для очистки дизельного топлива.

Практическая значимость работы.

Применение активированных глин, при малом их расходе – 10 вес.%, обеспечивает высокую степень очистки дизельного топлива, которая практически недостижима при кислотно-щелочном методе очистки. При очистке дизельного топлива предлагаемым адсорбентом улучается их цвет, стабильность против окисления, уменьшаются коксовые числа, эмульгирующая способность и др.

- результаты исследований химико-минералогических составов бентонитов бассейна Каратау Южного Казахстана;

- результаты экспериментальных исследований адсорбционной активности глин;

- результаты исследований структурных характеристик (удельная поверхность, общий объем пор и средний радиус пор) естественных и активированных глин;

- результаты испытания образцов глин в качестве адсорбентов при очистке дизельного топлива и в качестве катализаторов при крекинге нефтяных дистиллятов.

Апробация работы.

Результаты работы представлены и обсуждены на Международной научной конференции «Успехи и перспективы развития органической химии и технологии биологически активных соединений, переработки нефтяных углеводородов, угля и растительных веществ» (Алматы, 2012 г.), Межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технология. Производство» (Салават, 2012 г.).

The summary of dissertation report for obtaining the Master's degree in Engineering with the specialization in 6M072000- Chemical Technology of Inorganic Matter.

Investigation of physico-chemical properties of bentonite clay from Karatau field for determination of opportunity to create effective absorbent for cleaning lubricating oil and petroleum products and cheap catalyser for cracking oil distillation.

According to the object research there were found:

• 
  determination of clay type;
  
• 
  determination of cation exchange value of clay type;
  
• 
  learning method and making acid activation of clay samples;
  
• 
  investigation of acid activation value of clay to its chemical content;
  
• 
  investigation of acid activation value of clay to its phase properties;
  
• 
  determination of structural characteristic of natural and activated clay (specific surface, total value of pore and midradius of pore);
  
• 
  cleaning diesel fuel by natural method and by activated clay samples;
  
• 
  using activated clay samples as absorbent while cleaning diesel fuel;
  
• 
  using activated clay samples as catalyze while cracking oil distillation and analysis of product reaction.
  

- first time there found out chemico-mineral content of bentonite in Karatau field that use chemical, thermogravimetrical and IL-spectroscopic method;

- there were deduced from experiments that montmorillonite in bentonite from Karatu field show adsorption activity and high capacity in cleaning only when it keeps acidic properties, it means that when negative charge on the surface of montmorillonite compensate with ions Н⁺ and Al³⁺;

- there were deduced that the acid activation value of montmorillonite is confined in destroying its crystal structure which is attended by separation of free silica-gel that can change chemical nature of surface and its size, also porosity. There can be increased ion-changing properties and increasing cation-changing capacity and increasing size of surface for more then 2.5 and 2;

- first time there found active absorbents made of bentonite from Karatau field for cleaning diesel fuel.

Practical value of work.

Using activated clay minimum – 10%, can make a very good effect for cleaning of diesel fuel which actually unobtainable in acid-base cleaning method. Cleaning of diesel fuel by this method can make the colour better, stability against acidizing, decrease coke numbers, emulsifying capacity and etc.

- result of chemico-mineral content of bentonite investigation from Karatau, South Kazakhstan;

- result of experimental research of adsorption clay activity;

- result of investigation of natural and active clay structural characteristics (specific surface, total volume of pore and average radius of pore);

- results of clay sample testing as adsorption while cleaning of diesel fuel and as catalyze while cracking oil distillation.

Job evaluation.

Result of the job had been represented and had been discussed at International Scientific Conference «Success and development prospects of organic chemistry and bioactive compound technology, refining of hydrocarbon, coal and plant substance» (Almaty, 2012 y.), Interacademic scientific and technical conference for students, PG students and young scientific men «Science. Technology. Manufacture» (Salavat, 2012 y.).