Исследование степени набухаемости, плотности и удельной поверхности монтмориллонита и композиционных материалов на его основе
Под набухаемостью понимают способность глинистых пород увеличивать объем в процессе взаимодействия с водой или водными растворами [110]. Процесс набухания сопровождается увеличением влажности, объема породы и возникновением давления набухания. Процесс набухания проходит в две стадии: первая стадия — адсорбционное или внутрикристаллическое набухание, вторая — макроскопическое или «осмотическое» набухание. На первой стадии глинистая порода впитывает влагу за счет адсорбции молекул воды поверхностью глинистых частиц и межслоевыми промежутками кристаллической решетки глинистых минералов. Эта стадия практически не влияет на изменение объема породы. На второй стадии набухания поглощение влаги осуществляется с помощью осмотического давления. Оно возникает вблизи поверхности глинистых частиц за счет избыточной концентрации многочисленных обменных катионов отдиссоциированных (отошедших) с поверхности глинистых частиц в раствор. Основное увеличение объема набухающей глины происходит именно на этой макроскопической стадии. Способность глин к набуханию характеризуется влажностью набухания (Wн) и давлением набухания (Pн). По величине давления набухания глинистые породы подразделяются на ненабухающие (Pн < 0,025 МПа); слабо набухающие (Pн = 0,025 – 0,1 МПа); средненабухающие (Pн = 0,1 – 0,25 МПа) и сильнонабухающие (Pн > 0,25 МПа) [131]. Величина и характер набухания глинистых пород определяются многими факторами, основными из которых являются минеральный состав, дисперсность и структура. Наибольшим набуханием обладают глинистые породы, в составе которых имеются глинистые минералы с подвижной кристаллической структурой (например, монтмориллонит), наименьшим — минералы с более жесткой кристаллической структурой (каолинит). Сильное влияние на набухание глин оказывает и их структура, при этом определяющее значение имеет характер структурных связей и тип контактов между минеральными частицами. Наибольшее набухание характерно для глинистых пород с переходными контактами, наименьшее — для глин с фазовыми контактами. Глинистые породы, обладающие преимущественной ориентацией структурных элементов, характеризуются ярко выраженной анизотропией набухания. Наибольшее набухание отмечается в направлении, перпендикулярном ориентации частиц. В ходе процесса набухания происходит существенная перестройка исходной микроструктуры глинистой породы. Пористость набухших глин в конце процесса набухания может достигать 85-90%. Результаты измерения плотности и степени набухаемости исходного и модифицированного монтмориллонита в воде приведены в таблице 3.6.1., 3.6.2.
Таблица 3.6.1. Определение степени набухания композитов в воде
Таблица 3.6.2. Определение степени набухания композитов в мочевине и фурациллине
Как видно из полученных данных, синтезированные гуанидинсодержащие композиты проявляют достаточно высокую степень набухаемости в воде и в водных растворах органических веществ, причем в органических веществах и монтмориллонит и органомодифицированные глины характеризуются большей степенью набухаемости. Исходя из наличия в молекулах фурациллина и мочевины групп CO и NH можно ожидать их высокую способность к образованию водородных связей. По-видимому, эти органические соединения разрушают водородные связи между кристаллитами бентонита и внедряются между ними за счет образования новых связей. Удельную поверхность и распределение частиц по размерам определяли с использованием лазерного анализатора частиц. Для композита на основе Ca-монтмориллонита и МАГ Sуд.=7,39´102 см2/г (диаметр частиц меньше 0,76), Na- монтмориллонита+МАГ Sуд.=9,62´102 см2/г, Na- монтмориллонита+АГ Sуд.=6,23´102 см2/г. Как видно, композиционные материалы имеют достаточно высокую удельную поверхность частиц, что подтверждает возможность их использования в качестве сорбентов. Тем не менее, наиболее активный образец Na- монтмориллонит+АГ (табл. 3.6.1., 3.6.2.) имеет меньшую площадь удельной поверхности и большую долю крупных частиц, чем другие образцы. Такое отсутствие простой зависимости размера гранул от площади поверхности свидетельствует, видимо, о большей роли микроструктуры кристаллов, их поверхностной неоднородности. В работе [132] отмечается, что однозначная связь между размерами гранул, площадью поверхности и реакционной способностью образцов наблюдается лишь при их незначительной пористости. В случае же большого количества дефектов поверхность приобретает фрактальные свойства [133]. Так, расчет авторов работы [132] для некоторых, особенно дефектных, образцов биогенного карбоната кальция показал, что так называемая «реакционная площадь поверхности» составляет лишь 10—30% от величины, определенной методом БЭТ. Очевидно, композиционные материалы, полученные с использованием в качестве органомодификатора акрилата гуанидина, имеют более дефектную структуру и как следствие, в значительной степени обладает фрактальными свойствами. Таким образом, исследование удельной поверхности и распределения частиц по размерам образцов разного состава, показало отсутствие простой зависимости размера гранул от площади поверхности, определенной лазерным анализатором частиц, что свидетельствует о значительной роли микроструктуры кристаллов и высокой пористости полученных нанокомпозитов
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (256)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |