Введение к работе
Актуальность темы. Дегидратация цеолитов представляет как чисто научный, так и практический интерес. В научном плане цеолит - удобная модель для исследования взаимодействия алюмосиликатвой матрицы с молекуламн-гостями. Матрица активна, о чем свидетельствуют фазовые превращения при дегидратации. Разнообразие цеолитов позволяет выбирать матрицу с оптимальными для исследования параметрами. Кроме того, параметры взаимодействия матрица - молекулы-гости можно менять хатионным замещением. Молекулы-гости - это не только молекулы воды. Вода - обязательный компонент природных цеолитов. Дегидратированные цеолиты способны сорбировать большое число других молекул, включая инертные газы, размеры которых позволяют проходить в полости цеолита.
Природные цеолиты - важное сырье, применяемое в сельском хозяйстве, промышленности, при решении экологических проблем. В практическом плане исследование дегидратации цеолитов необходимо для выбора оптимальных условий активации (дегидратации) их для последующего использования в качестве сорбентов. Другой прикладной аспект исследования дегидратации - разработка методов количественного определения содержания цеолита в горных породах. Сюда же можно отнести оценку качества природного цеолитиого сырья.
Методы термического анализа, а термогравиметрия и дифференциальный термический анализ наиболее распространенные из них, широко используются для получения качественной (не количественной) информации о дегидратации цеолитов. Возможности же этих методов как методов количественного анализа в применении к исследованиям цеолитов реализованы в явно недостаточной степени.
Цель работы. Данная работа была проделана с целью получения количественной информации о дегидратации природных цеолитов, необходимой для установления закономерностей их дегидратации, а в более общем случае - для выяснения механизма равновесия воды в цеолите и воды в газовой фазе.
В задали работы входило: 1. Изучить изобарическую дегидратацию цеолитов
термовесозым методом. 2. Измерить теплоемкости безводных каркасов
цеолитов в температурной области дегидратации. 3. Установить
количественные отношения между результатами исследования дегидратации
цеолитов различными термоаналитическими методами.
Защищаемые положення: Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные защищаемые положения: 1. Теплоемкость безводных каркасов цеолитов в интервале от комнатной температуры до температуры разрушения хорошо аппроксимируется суммой теплоємкостей составляющих окислов. 2. Результаты термогравиметрических измерений в динамическом режиме соответствуют изобарическим зависимостям массы цеолита от температуры, при этом параметрами, характеризующими дегидратацию цеолита, являются содержание воды при температуре пика, дегидратации и нормированная амплитуда пика дегидратации (максимум l/m0'dm/dT). Температура пика зависит от условии эксперимента и
характеристическим параметром процесса не является. Очень важный параметр -количество молекул воды в элементарной ячейке. От него зависит фазовое состояние цеолита. 3. Изобарические зависимости ш(Т) для цеолитов и минералов глин существенно различаются, что позволяет разделять их вклады в общее содержание воды и определять количество цеолитного н глинистого компонентов в горнов породе.
Научная новизна. Б работе впервые рассмотрено изменение содержания воды в цеолите как результат протекания прямой (дегидратация) и обратной (регидратация) реакций. На этом основании получено уравнение изобарической зависимости содержания воды в цеолите. Показано, что все многообразие термических кривых дегидратации, цеолитов может быть представлено как чередование вариантных и инвариантных участков зависимостей содержания воды от температуры. Инвариантные участки соответствуют фазовым переходам при дегидратации, вариантные регулярной дегидратации из слабо меняющегося при изменении количества воды каркаса. В случае вариантной зависимости содержания воды в цеолите от температуры возможно определить энергетические параметры взаимодействия цеолит-вода.
Измерены теплоты дегидратации шабазита, мордеиита и гейландита, причем впервые получены значения теплот при содержании воды, соответствующем фазе гейландит Б.
Практическая значимость работы. Полученные термодинамические данные для четырех дегидратированных цеолитов и способ оценки теплоемкости для любых дегидратированных цеолитов могут быть рекомендованы для справочных изданий и использованы при расчете энергетических условий технологического использования цеолитов (сушка цеолитов при активации их
как сорбентов, спекание, вспенивание цеолитной породы при производстве пеностекла).
Метод комплексного количественного анализа на монтмориллонит-цеолитсодержащие породы позволяет определять содержание цеолита и монтмориллонита в туфах в полевых условиях. Он отличается простотой проведения анализа (отсюда низкие требования к квалификации персонала) и экспрессностью. Других таких методик в настоящее время не существует.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ. Ее результаты докладывались на II Всесоюзном симпозиуме по применению калориметрии в адсорбции и катализе (Новосибирск, 19S3), на I Всесоюзном симпозиуме "Термодинамика в геологин" (Суздаль, 1985), на Всесоюзном семинаре "Методы диагностики и количественного определения содержания цеолитов в горных породах" (Новосибирск, 1985), на XI Всесоюзной конференции по калориметрии и химической термодинамике" (Новосибирск, 1986), на региональном совещании по нетрадиционным видам агросырья (Новокузнецк, 1988), на X Всесоюзном совещании по термическому анализу (Ленинград, 1989), на Республиканском совещании по РНТП "Цеолиты России" (Новосибирск, 1991).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав в заключения. Содержит 145 страниц машинописного текста, включая 23 рисунка, 29 таблиц и список литературы (106 наименований).
