ТВЕРДОФАЗНОЕ АДСОРБЦИОННОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ КЛИНОПТИЛОЛИТА ПОЛИДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ СЕБАЦИНАТОМ

SOLID-PHASE ADSORPTION MODIFICATION OF CLINOPTILOLITE BY POLYDIYTHELENE GLYCOL SEABAZINATE

Olga Dabizha

аssociate Professor, Cand. chem. Sci., Associate Professor of the Department of Chemistry, Transbaikal State University

Russia, Chita

Tatyana Derbeneva

graduate student, Transbaikal State University

Russia, Chita

Alisa Khat’kova

professor, doctor of technical sciences. Sciences, Professor of the Department of Chemistry, Transbaikal State University,

Russia, Chita

Roman Filenko

junior researcher Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology SB RAS,

Russia, Chita

АННОТАЦИЯ

Совместной механоактивацией в виброистирателе получены композиты на основе клиноптилолитсодержащих пород и полидиэтиленгликоль себацината с содержанием полимера 5 массовых процентов. Изучено влияние длительности механосинтеза на адсорбцию полимера методами инфракрасной спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии.

ABSTRACT

The composites based on clinoptilolite-containing rocks and polydiethylene glycol sebacate with a polymer content of 5 weight percent were obtained by joint mechanoactivation in a vibration shaker. The effect of the duration of mechanosynthesis on the adsorption of a polymer by infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry was studied.

Ключевые слова: клиноптилолит, полидиэтиленгликоль себацинат, механосинтез, композиты, взаимодействие; относительная интенсивность полос поглощения.

Keywords: clinoptilolite, polydiethylene glycol sebacate, mechanosynthesis, composites, interaction; relative intensity of absorption bands.

Модифицирование природных цеолитов реагентами разной природы позволяет получать сорбенты со специфическими свойствами [1, с. 3]. Для синтеза материалов с заданными свойствами представляет интерес исследования, направленные на получение реакционноспособных органо-неорганических механокомпозитов. Ранее нами получены полимерные композиционные материалы на базе цеолитсодержащих пород и полидиэтиленгликоль себацината в агатовой ступке [2, с. 278]. Цель настоящей работы заключалась в разработке механохимического способа получения модифицированных полидиэтиленгликоль себаци­натом клиноптилолитов в лабораторном виброистирателе.

Объектами исследования выбраны клиноптилолитсодержащие породы Холинского и Шивыртуйского месторождений, модифициро­ванные полидиэтиленгликоль себацинатом, а предметом исследования – особенности их структуры.

Воздушно-сухую цеолитсодержащую породу Холинского и Шивыртуйского месторождений (ХЦ и ШЦ) подвергали механо­активации совместно с полидиэтиленгликоль себацинатом (П) в лабораторном вибрационном истирателе ИВЧ-3 при 25 ^оС в течение 3, 5, 7 минут. Массовая доля полимера составила 5 % от общей массы. Маркировка образцов, принятая в настоящей работе, состоит из типа месторождения клиноптилолитсодержащей породы, концентрации полимера и длительности механоактивации, например, ХЦ-П₅-3.

ИК-спектры образцов регистрировали на приборе SHIMADZU FTIR-8400S на таблетках с KBr в области частот от 400 до 4000 см^-1 при 25 ^оС. Термическую устойчивость образцов изучали синхронным термоанализатором STA 449F1 (фирма NETZSCH, Германия) методами ДСК и ТГА. Образцы нагревали от 30 до 1100 ^о С со скоростью 10 ^оС/мин в платиновых тиглях в атмосфере аргона.

Анализ частот и относительных интенсивностей полос поглощения (п.п.) в ИК-спектрах полимерных композитов показал (табл. 1), что увеличение длительности механосинтеза приводит к уменьшению относительной интенсивности полос поглощения (п.п.) в области 3620 см^-1.

Таблица 1.

Частоты полос поглощения и их относительные интенсивности

Это связано с участием в процессе адсорбции полимера активных центров клиноптилолита - ºSi-OH групп. Наблюдается симбатное изменение относительной интенсивности п.п. при 1736 см^-1, отвечающей валентным колебаниям карбонильной группы полимера.

Выявлено, что в ИК-спектрах полимерных композитов имеет место сдвиг п.п. ассоциатов молекул воды в области 3470-3420 см^-1. П.п. с максимумами при 1433 см^-1 свидетельствуют о наличии кальцита в образцах на основе клиноптилолитсодержащей породы Шивыртуйского месторождения. Адсорбционное взаимодействие между полимером и клиноптилолитом уменьшается в ряду:

ШЦ-П₅-7 » ХЦ-П₅-5 > ШЦ-П5-3 » ХЦ-П5-7 > ХЦ-П5-3 » ШЦ-П5-5.

На рисунке 1 показаны величины силикатного модуля клинопти­лолита, рассчитанные по данным ИК-спектроскопии.

Рисунок 1. Степень кристалличности композитов

Снижение силикатного модуля может указывать на уменьшение числа кислотных центров в связи с их блокировкой полимером. Анализ полученных данных (рисунок 1) показал, что наименьшее значение силикатного модуля имеют композиты ХЦ-П₅-5 и ШЦ-П₅-7, а наибольшее – ХЦ-П₅-3 и ШЦ-П₅-5.

Результаты исследования полимерных композитов методом дифференциальной сканирующей калориметрии приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Данные дифференциальной сканирующей калориметрии

Найдено, что увеличение длительности механоактивации способствует незначительному повышению термической устойчивости модифицированных ПДЭГС клиноптилолитов, в большей степени Шивыртуйского месторождения.

На термограммах композитов выявлен ряд эндоэффектов с потерей массы образцов, в их числе, выделение гигроскопической и адсорбционной воды (123-133 ^оС); разложение ПДЭГС, связанного в органо-минеральные комплексы (328-361 ^оС); декарбонизация кальцита (700-710 ^оС); структурная трансформация неорганического каркаса клиноптилолита (840-865 ^оС). Кроме того, регистрируются следующие экзоэффекты: выгорание органического вещества и терми­ческое разрушение алифатических цепочек (320-360 и 417-445 ^оС); кристаллизация аморфного кремнезема (879-952 ^оС). Результаты ДСК согласуются с данными ИКС, поскольку в образцах с наибольшим блокированием полимером активных центров клиноптилолита ШЦ-П₅-7 и ХЦ-П₅-5 наблюдается уменьшение количества эффектов на ДСК‑кривых.

Таким образом, для сохранения активных центров на поверхности клиноптилолита при модифицировании 5 мас. % ПДЭГС, длительность механосинтеза должна составлять 3 и 5 минут для Холинского и Шивыртуйского месторождений соответственно.

Cписок литературы:

1. Шапкин Н.П., Хальченко И.Г., Каткова С.А. и [др.] Сорбционные свойства и биотехнологические аспекты модифицированных природных алюмосиликатов // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2014. № 4 (5). URL: http://7universum.com/ru /nature/archive/item /1195 (Дата обращения: 11.12.2017).
2. Хатькова А.Н., Дабижа О.Н., Дербенева Т.В., Бурнашова Н.Н. Разработка прогрессивных технологий получения гибридных органосиликатных композиционных материалов на базе использования природного цеолитсодержащего сырья Восточного Забайкальского края // ГИАБ. – 2011. – № 10. – С. 278 – 283.