Поверхностные электрические свойства монтмориллонита в водной среде

O

O Si OH

O Al z OH

O O OH 2

схема

Адсорбция веществ из растворов на границе раздела фаз «твердая поверхность/вода» зависит от граничных электрических характеристик поверхности. Известно, что слоистые структуры типа 2:1, к которым относится монтмориллонит (ММ), несут электрические заряды двух типов: заряд, возникающий при адсорбции или десорбции протона на поверхностных гидроксильных группах (зависит от рН), и структурный отрицательный заряд, образующийся в результате изоморфных замещений в структуре глины. Поверхностные гидроксильные группы AlOH и SiOН (схема), которые возникают на внешних поверхностях в результате разрыва структур Al – O – Al и Si – O – Si, локализованы на боковых гранях и ребрах пластинчатых частиц монтмориллонита [1]. Структурный отрицательный заряд, возникающий в результате изоморфного замещения катионов Al3+ → Mg2+ в октаэдрических и Si4+ → Al3+ тетраэдрических сетках монтмориллонита, компенсируется обменными катионами Na+ или Ca2+, находящимися в межслоевых промежутках частиц ММ [2]. Важной электрохимической характеристикой поверхности мон- тмориллонита в той или иной среде является точка нулевого заряда (ТНЗ), которая определяется как значение рН, при котором общий чистый заряд поверхности частицы равен 0 [3].

Для определения точки нулевого заряда природного монтмориллонита Мухорталинского месторождения нами был использован метод весового титрования [4], который заключается в измерении значений рН водных суспензий глины с различным содержанием глинистого минерала методом титрования. Навеску образца ММ, высушенного при 104оС, прибавляли к раствору NaCl с определенным значением рН (5.1, 5.9 и 7.3). После каждой добавки определенной навески глины к суспензии измеряли величину рН. Измерения рН проводили до тех пор, пока величина рН суспензии не перестала изменяться при добавке навески глины.

На рис. 1 приведены кривые весового титрования монтмориллонита, высушенного при 104оС, при различ- ной загрузке монтмориллонита. Начальные значения рН водных суспензий монтмориллонита и хлорида натрия составляли 5.1; 5.9 и 7.3. При добавлении навески ММ к суспензиям с начальными значениями рН 5.1 и 5.9 наблюдается увеличение рН до значения, равного 6.1, в то время как при добавлении глины к суспензии с исходным значением рН, равным 7.3, наблюдается его уменьшение до 6.3. Это значение рН (6.2±0.1), которое не изменяется при дальнейшем добавлении ММ, соответствует точке нулевого заряда на поверхности монтмориллонита (рис. 1).

Величина рН нулевого заряда является важной характеристикой, которая позволяет управлять процессами адсорбции. При адсорбции в кислой среде со значением рН ниже, чем рН 6.2, поверхность ММ заряжается положительно, следовательно, монтмориллонит способен к сорбции анионов. Напротив же, при адсорбции из растворов с величиной рН, большей, чем рН 6.2, поверхность монтмориллонита заряжается отрицательно и сорбирует преимущественно катионы.

Рис. 1. Кривые весового титрования монтмориллонита, высушенного при 104оС, при различных начальных значениях рН: 1 – 5.1; 2 – 5.9; 3 – 7.3

Ю.И. Сухарев и др. Эволюционные процессы структурирования гелей оксигидратов тяжёлых металлов. Каустики лагранжевых отображений гелевой оксигидратной магнитной жидкости железа

Нами проведены исследования влияния термической обработки на величину точки нулевого заряда. Определение точки нулевого заряда проводили по вышеописанной методике с использованием монтмориллонита, прогретого при 500оС в течение 2 ч. Результаты приведены на рис. 2. Видно, что увеличение температуры прокаливания от 104 до 500оС приводит к смещению положения точки нулевого заряда в более кислую область – от 6.2 до 4.7 (рис. 2).

Рис. 2. Кривые весового титрования монтмориллонита, прогретой при различных температурах: 1 – ММ-104^оС, 2 – 500^оС (рН нач 5.9)

Это может быть обусловлено тем, что при прокаливании монтмориллонита происходят процессы дегидратации и дегидроксилирования, приводящие к изменению структуры монтмориллонита, а также количества и состояния гидроксильных групп на его поверхности.