Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
Состав и структура шунгитовых пород 8
Физико-химические свойства шунгитов 18
Плотность, пористая структура и свойства поверхности шунгитов 19
Электроповерхностные свойства и устойчивость дисперсий шунгита в водных растворах электролитов 23
Экстракция электролитов из шунгита 27
Сорбционные свойства шунгитов 28
Каталитические свойства шунгитов 37
1.3.Устойчивость и коагуляция дисперсных систем 38
*
1.4. Электроповерхностные свойства и устойчивость дисперсий
графита и кварца в водных растворах электролитов 48
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 57
Характеристика объекта исследования 57
Методы исследования 59
2.2.1. Методы потенциометрии и кондуктометрии 59
2.2.2 Отмывка шунгита от растворимых в воде компонентов 60
Метод потенциометрического титрования 61
Метод микроэлектрофореза 63
Метод седиментационного анализа 66
Метод микроскопического определения гранулометрического состава дисперсии 69
Метод спектрофотометрии 69
Метод ультрамикроскопии 71
Метод рентгеновского фазового анализа 74
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 76
3.1 Экстракция электролитов вводу из шунгита 76
3.2. Адсорбция ОН" и Н+ ионов (ДГ0н'-н+) частицами шунгита из
водных растворов электролитов 81
Электрокинетический потенциал частиц шунгита в водных растворах электролитов 84
Седиментационная и агрегативная устойчивость дисперсий шунгита в водных растворах электролитов 91
ВЫВОДЫ 109
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 112
ПРИЛОЖЕНИЕ 124
Введение к работе
Шунгиты - это докембрийские горные породы, насыщенные углеродным (шунгитовым) веществом, находящимся в некристаллическом состоянии [1]. Их месторождения локализованы в северных и северозападных частях Прионежья. Разведанные и прогнозируемые запасы шунгитов оцениваются соответственно десятками и сотнями миллионов тонн [2].
В последнее время шунгиты получили признание как новый вид перспективного сырья для целого ряда производств [2]. Они нашли разнообразные применения, в том числе: в технологиях водоочистки и водоподготовки [3, 4], в металлургии [5, 6], в составе лечебных и косметических препаратов [7], в химической технологии в качестве многофункциональных наполнителей полимеров [8, 9] и катализаторов [2], а также в нанотехнологии в качестве сырья для производства фуллеренов и фуллероидных материалов [10, 11]. Шунгиты могут использоваться в процессах разделения сложных смесей растворенных органических веществ и извлечения комплексов высокомолекулярных соединений, в том числе веществ лигноуглеводного комплекса [2].
Особый интерес к шунгитам вызывает их структура и необычность известных и предполагаемых свойств фуллеренов и фуллереноподобных образований, которые были недавно открыты в составе шунгитовых пород [10-12]. Существует предположение, что очистка воды шунгитом осуществляется преимущественно по коагуляционному механизму, происходящему в результате взаимодействия загрязняющих воду компонентов с продуктами экстракции из шунгита различных молекулярных и надмолекулярных форм. Такими формами могут быть фуллерены, входящие в состав водорастворимого комплекса, а также углеродные
микроглобулы с адсорбированными на них фуллеренами [13]. Однако сведения, касающиеся этого вопроса, пока весьма ограничены.
Из литературы известны некоторые физико-химические свойства, структура и состав шунгитовых пород. Имеется большое количество данных прикладного характера, касающихся их использования для удаления из воды различных загрязняющих веществ (нефтепродуктов, фенолов, хлорорганических соединений, тяжелых металлов), сделаны попытки объяснения механизмов протекающих процессов. Однако работы, основанные на коллоидно-химическом подходе к изучению электроповерхностных свойств, агрегативной и седиментационной устойчивости шунгитовых дисперсий в растворах электролитов, которые в значительной степени определяют все остальные свойства водных дисперсий шунгита, практически отсутствуют.
Цель и задачи исследования
Целью являлось установление связи между электроповерхностными свойствами, агрегативной и седиментационной устойчивостью дисперсий шунгита III в водных растворах различных электролитов.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
Исследовать экстракцию электролитов в воду из различных по размеру частиц фракций шунгита III.
Исследовать электроповерхностные свойства (адсорбцию ОН* и Н+ ионов, ^-потенциал) водных дисперсий различных фракций шунгита III в широком диапазоне рН и концентраций электролитов.
3. Исследовать седиментационную и агрегативную устойчивость
дисперсий различных по размеру частиц фракций шунгита III в водных
растворах электролитов в широком диапазоне рН.
Научная новизна
В ходе данной работы впервые:
получены данные по кинетике экстракции электролитов в воду из различных по размеру частиц фракций шунгита III;
предложен возможный механизм подкисления воды при её контакте с шунгитом;
проведено сравнительное исследование электроповерхностных свойств, агрегативной и седиментационной устойчивости дисперсий различных фракций шунгита III в водных растворах электролитов в широком диапазоне рН;
показано значительное влияние специфической адсорбции ионов на устойчивость и электроповерхностные свойства шунгитовых дисперсий;
установлена связь между электроповерхностными свойствами, агрегативной и седиментационной устойчивостью дисперсий шунгита III в водных растворах электролитов.
Практическая ценность
Исследованы электроповерхностные свойства (адсорбция потенциалопределяющих ионов Н+ и ОН", ^-потенциал), агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсий шунгита в водных растворах электролитов, а также экстракция электролитов в воду из шунгита III. На основе полученных данных разработаны фундаментальные представления о взаимосвязи коллоидно-химических свойств дисперсий шунгита в водных растворах электролитов с их электрическими свойствами, агрегативной и седиментационной устойчивостью. Установлены возможные механизмы очистки и формирования состава воды при контакте с шунгитом III.
Полученные результаты имеют не только фундаментальное значение, но и могут найти применение при решении широкого круга практических задач, связанных с очисткой и формированием состава природных и сточных вод различных отраслей промышленности, получением из шунгитов
фуллеренов и фуллереноподобных структур, а также при производстве
красок и лечебных препаратов на основе водных шунгитовых дисперсий.
Таким образом, исследование электроповерхностных свойств,
агрегативнои и седиментационнои устойчивости дисперсий шунгита в водных
растворах электролитов позволит расширить области его применения и
оптимизировать процессы, в которых шунгит в настоящее время используется.
На защиту выносятся:
экстракция электролитов из различных по размеру частиц фракций шунгита III;
электроповерхностные свойства водных дисперсий различных фракций шунгита III в широком диапазоне рН и концентраций электролитов;
агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсий различных по размеру частиц фракций шунгита III в растворах электролитов в широком диапазоне рН;
взаимосвязь электроповерхностных свойств дисперсий шунгита III с их агрегативнои и седиментационнои устойчивостью в водных растворах электролитов.
Похожие диссертации на Электроповерхностные свойства, агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсий шунгита III в водных растворах электролитов
