Формально-кинетический подход к описанию кинетики гидратации алюмосиликатов
Аннотация
Учет особенностей транспорта воды как основного компонента системы важен при исследовании кинетических характеристик сорбционного процесса с участием природных алюмосиликатов, которые находят широкое применение в качестве сорбентов активных и вспомогательных веществ фармацевтической продукции. При изучении кинетических закономерностей адсорбции воды алюмосиликатами представляет интерес решение задачи количественного моделирования процесса.
В качестве объектов исследовании выбраны алюмосиликаты: клиноптилолит Словацкого месторождения и глауконит месторождения юго-запада Воронежской антеклизы, отличающиеся кристаллическим типом структуры и обладающие способностью к ионному обмену. Кинетику адсорбции воды алюмосиликатами изучали методом изопиестирования при активности воды в паре, равной 0.980, и температуре 295±2К. Количество адсорбированной воды определяли методом гравиметрии. Кинетическое исследование процесса гидратации алюмосиликатов включало в себя экспериментальное определение зависимости количества адсорбированной воды от времени и математическую обработку данных с использованием кинетических уравнений, основанных на конкретных моделях твердофазного взаимодействия.
Выявлено, что более высокая гидратационная способность (примерно в 1.4 раза) и увеличение скорости установления равновесия в системе алюмосиликат – молекулы воды для клиноптилолита обусловлены большей концентрацией обменных катионов и более развитой пористостью и поверхностью по сравнению со слабо набухающим глауконитом. Выбор функции g(α), соответствующей механизму на каждом этапе процесса гидратации, осуществляли способом проверки линейности зависимости lg g(α)=τ для рассматриваемых уравнений, описывающих механизм адсорбции воды (α - степень достижения равновесия). Из уравнений выбирали такое, которое в заданной области α отвечало минимальному значению дисперсии. Для каждой стадии, лимитирующей процесс в определенном интервале α, оценивали кинетические характеристики, используя зависимость lg g(α) от τ.
Установлено, что на начальном этапе гидратацию алюмосиликатов контролирует химическая стадия. Скорость процесса определяется формированием центров гидратации. На данном этапе клиноптилолит адсорбирует 57%, а глауконит – 51% от общего количества поглощенной воды. Адсорбцию воды на втором этапе процесса описывает уравнение реакции на межфазной границе. Для глауконита характерно заметное снижение скорости гидратации на данном этапе, что проявляется в значительном уменьшении его гидратационной способности. На конечном этапе гидратации проявляются диффузионные ограничения, процесс описывается уравнением трехмерной диффузии, что отмечается снижением общей скорости адсорбции. Для клиноптилолита характерно более позднее проявление диффузионных ограничений, что обусловлено его структурными характеристиками.
Скачивания
Литература
Boudissa F., Mirilà D., Arus A-V., Thizizi Terkmani et al., J. Hazard Mater., 2019, Vol. 364, pp. 356-366. DOI :10.1016/j.jhazmat.2018.09.070
Cerri Guido, Farina M., Brundu A., Daković A. et al., Microporous and Mesoporous Materials, 2016, Vol. 223, pp. 58-67. DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.10.034
Novikova L., Belchinskaya L., Clays, Clay Minerals and Ceramic Materials Based on Clay Minerals, 2016, pp. 89-128. DOI: 10.5772/61678
Kotova D.L., Vasilyeva S.Y., Krysanova T.A., Khromova A.S. et al., Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2015, Vol. 51, No 4, pp. 499-504. DOI: 10.1134/S207020511504019X
Kotova D.L., Artamonova M.N., Krysanova T.A. Vasilenko M.S. et al., Pro-tection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2018, Vol. 54, No 4, pp. 598-602. DOI: 10.1134/S2070205118030073
Korkuna О., Leboda R., Skubiszewska-Zieba J., Microporous Mesoporous Mater., 2006, Vol. 87, pp. 243-254. DOI: 10.1016/j.micromeso.2005.08.002
Breck D. Zeolitjvye molekulyarnye sita, M., Mir. 1976. 760 p.
White D.A., Bussey R.L., Separ. Purif. Technol., 1997, Vol. 11, pp. 137-141.
Alver В.Е., Sakizci М., Yorukogullari Е., J. Therm. Anal. Calorim., 2010, Vol. 100, Iss.1, pp. 19-26. DOI: 10.1007/s10973-009-0118-0
Arcoya A., Gonzalez J., Llabre G., Seoane X.L. et al., Microporous Mesoporous Mater., 1996, Vol. 7, pp. 1-13. DOI: 10.1016/0927-6513(96)00022-3
Belchinskaya L.I., Khodosova N.A., Bityutskaya L.A., Physicochemistry of Sur-face and Protection of Materials, 2009, Vol. 45, No 2, pp. 218-221.
Belchinskaya L.I., Khodosova N.A., Strelnikova O.Yu., Petuhova G.A. et al., Physicochemistry of surfaces and protection of materials, 2015, Vol. 51, No 5, pp. 1-8. DOI: 10.7868/S0044185615050046
Novikova L, Belchinskaya L, Krupskaya V., Roessner F. et al., Sorptsionnye I khromatograficheskie protsessy, 2015, Vol. 15, No 5, pp. 730-740. DOI: 10.17308/sorpchrom.2015.15/327
Kirgintsev A.N. Essays on the thermo-dynamics of water-salt solutions. Novosi-birsk, Nauka, 1976, 201 p.
Cherenkova Yu.A., Kotova D.L., Sel-emenev V.F. et al., Journal of physical chemistry, 2005, Vol. 79, No 4, pp. 716-720.
Kowalczyk P., Myroslav S., Artur P.T., Journal of Colloid and Interface Science, 2006, Vol. 297, No 1, pp. 77-85. DOI: 10.1016 / j. jcis.2005.10.045
Sprynskyy M., Golembiewski R., Try-kowski G., Buszewski B., Journal of Phys-icsand Chemistry of Solids, 2010, Vol. 71, No 9, pp. 1269-1277. DOI:10.1016/j.jpcs.2010.05.006
Tretyakov Yu.D., Solid phase reac-tions, M., Chemistry, 1978, 172 p.
Channon Y.M., Catlow C.R.A., Jack-son R.A., Studies in Surface Science and Catalysis, 1995, Vol. 97, pp. 117-124. DOI: 10.1016/S0167-2991(06)81880-X
Borowski M., Wolf I., Gies H., Chem. Mater., 2002, No 14(1), pp. 38-43.
Delmont B., Kinetics of Heterogeneous Reactions, M ., Mir, 1972, 544 p.
