Введение к работе
Актуальность темы. Природные минеральные сорбенты (цеолитовые, кремнистые и цеолитсодержащие кремнистые породы), благодаря своим ярко выраженным адсорбционным и ионообменным свойствам, имеют большие перспективы для использования в самых различных отраслях промьппленности, в деле охраны окружающей среды и здоровья человека.
Поскольку месторождения цеолитовых и цеолитсодержащих кремнистых пород выявлены в России относительно недавно (соответственно в 70-х и 90-х годах XX века) к настоящему времени эти природные сорбенты нашли применение, главным образом, в сельском хозяйстве (минеральные кормовые добавки для животных и птицы). В промышленных же технологиях они почти не используются, хотя благодаря своей дешевизне и эффективности могут дать весьма значительный эффект.
В связи с разнообразием вещественных и химических составов, текстурных и структурных показателей, физико-механических и адсорбционных свойств природные адсорбенты можно отнести к сырью многоцелевого назначения.
Для успешного внедрения минеральных сорбентов в различных отраслях промышленности необходимо детальное изучение их текстурно-структурных характеристик, а также поиск новых путей повьппения полезных свойств современными технологическими методами и приемами.
Проведенные исследования были увязаны с технологическими решениями двух важных задач: актуальной проблемой снабжения населения качественной питьевой водой и осушкой воздуха, требуемой в различных отраслях промышленности.
Цель работы. Разработать рациональные технологии активации и модифицирования природных минеральных сорбентов.
Научная новизна.
- Разработаны новые способы получения сорбционных и фильтрующих матери
алов на основе цеолитов, кремнистого и цеолитсодержащего кремнистого сырья.
Комплексом химических, физических и физико-химических методов научно обо
снован и экспериментально доказан выбор оптимальных методов и режимов акти
вации природных сорбентов.
-Впервые проведено исследование и сопоставление свойств минеральных сорбентов, различающихся по вещественному составу, структурным характеристикам, слагающих их минералов и проявлению адсорбционных свойств.
Показано влияние активации на химический и фазовый составы, поверхность, микроструктуру, текстурные характеристики и адсорбционные свойства природных минеральных сорбентов. Установлено, что кислотная активация цеолита и цеолитсодержащего кремнистого образования сопровождается повышением удельной поверхности, объемов и диаметров пор, пористости и снижением истинной плотности. При щелочной и кислотной активации кремнистых природных образований (опок) происходит уменьшение удельной поверхности с одновременным повышением суммарного объема и диаметра пор, что объясняется перераспределением пор по размерам. Установлено, что при кислотной активации протекают реакции, как ионного обмена между Н+и обменными катионами металлов в сорбентах, так и выход АР+ и Fe3+ из первичной структуры минералов, что подтверждается снижением оксидов металлов в природных сорбентах при росте содержания SiOr
Выявлена взаимосвязь между параметрами состава и свойств, текстурными характеристиками и технологическими параметрами. Научная новизна подтверждается 14 патентами на изобретения.
Практическая значимость.
На основе изучения химических составов и фазовых особенностей природных
минеральных сорбентов и их изменений в процессе химической активации получены новые эффективные адсорбенты на основе природного минерального сырья для процессов очистки воды и осушки воздуха. Показано, что цеолиты, кремнистые и цеолитсодержащие кремнистые образования могут с успехом заменить применяемые в настоящее время дорогостоящие искусственные сорбенты. Показана возможность комплексного использования кремнистого, цеолитсодержащего сырья для производства жидкого стекла, удобрений, теплоизоляционных материалов. Апробация и внедрение новых технологий проведены в НПО «Поиск». На защиту выносятся:
методологический подход к комплексному исследованию особенностей составов, структуры и текстурных показателей различных видов минеральных сорбентов;
система факторов и критериев, регулирующих полезные свойства природных сорбентов и служащих основой выбора режимов химической активации;
оптимальные технологии кислотной, щелочной активации цеолитовых, кремнистых и цеолитсодержащих кремнистых пород, позволяющие целенаправленно изменять химическую природу поверхности, улучшать физико-механические показатели и адсорбционно-текстурные свойства. Технологии защищены патентами.
технологические схемы активации природных сорбентов с целью получения сорбционных и фильтрующих материалов для очистки воды и осушки воздуха.
Благодарности
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.г-м. наук, Лыгиной Т.З. за руководство и постановку задачи, к.т.н. Конюховой Т.П. за неоценимую поддержку и сотрудничество в проведении исследовательских и экспериментальных работ, К.Г-М.Н. Власову В.В., к.ф-м.наукГревцевуВ.А., к.т.н. Губайдул-линой A.M. за творческое сотрудничество, поддержку при обсуждении работы. Спасибо всем сотрудникам Аналитико-технологического центра за помощь в проведении экспериментальных исследований и подготовке работы.
Результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах, докладывались на IX Всероссийском симпозиуме с участием иностранных специалистов: «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной активности» (Москва-Клязьма, 2005 г.), на экологическом форуме «Человек. Природа. Наука. Техника (Казань, 2005 г.), на VI Международном симпозиуме «Ресурсоэффектив-ность и энергосбережение» (Казань, 2005 г.), на XI Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва-Клязьма, 2007 г.).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, 148 стр., 48 рис., 26 табл. Список литературы состоит из 115 наименований.
