Презентация Отрошенко 18 (1)

1.

ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ
МИНЕРАЛОВ НАДГРУППЫ ГИДРОТАЛЬКИТА
Магистерская диссертация
обучающегося по направлению подготовки 04.04.01 Химия
очной формы обучения, группы 11002440
Отрошенко Екатерины Григорьевны

2.

Актуальность исследования
Слоистые
двойные
гидроксиды (СДГ) привлекают
внимание
исследователей благодаря уникальным физико-химическим свойствам,
обусловленным их слоистой кристаллической структурой. Положительно
заряженные слои с межслоевыми анионами делают СДГ редкими
природными анионообменниками, что определяет их применение в катализе,
сорбции тяжёлых металлов, фармацевтике и электрохимии.
Актуальность изучения природных СДГ связана с их слабой
исследованностью:
синтетические
аналоги
представляют
собой
тонкодисперсные порошки, сложные для структурного анализа, а
качественные природные образцы встречаются редко. Это создаёт
потребность в детальном изучении структурного разнообразия природных
СДГ для понимания их свойств и расширения областей применения.
-2-

3.

Цель и задачи
Целью настоящей работы является комплексное исследование физико-химических,
структурных и текстурных характеристик природных слоистых двойных гидроксидов.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Изучение структуры и фазового состава природных минералов методом рентгенофазового
анализа.
2. Исследование морфологии и определение размеров частиц природных образцов методами
сканирующей электронной микроскопии и гранулометрии.
3. Определение элементного состава минералов методом энергодисперсионного анализа.
4. Изучение функциональных групп и анионного состава методом ИК-спектроскопии.
5. Исследование поведения минералов при термической обработке методом синхронного
термического анализа ТГ-ДСК.
6. Изучение способности восстановления структуры после термической обработки и регидратации
(«эффект памяти»).
7. Определение сорбционных характеристик по отношению к анионному красителю конго красный
(кинетика и изотермы сорбции).
-3-

4.

Объекты исследования
-4-

5.

Методы анализа
Рентгенофазовый анализ на дифрактометре Rigaku Ultima IV (CuKα –
излучение)
Термический анализ с помощью прибора дериватографа дифференциальнотермического (ДТА) и термогравиметрического (ТГА) анализа Термоскан 2
ГазоАналит
Просвечивающая электронная микроскопия на микроскопе JEM-2100
фирмы JEOL (Japanese Electron Optics Laboratory)
Элементный анализ с использованием сканирующего электронного
микроскопа высокого разрешения QUANTA 200 3D FEI
Метод низкотемпературной адсорбции азота на анализаторе удельной
поверхности и пористости Microtrac BELSORP- mini II
ИК-спектроскопия на ИК-Фурье спектрометре высокого разрешения марки
ФСМ 2201 с Фурье–преобразованием
-5-

6.

Рентгенофазовый анализ
Рисунок 1 - Порошковые рентгеновские дифрактограммы минералов
-6-

7.

Морфология и гранулометрический анализ образцов
брусит
гидроталькит
манассеит
карчевскит
стихтит
-7-

8.

Элементный состав
Доля атомов металлов в составе природных слоистых двойных гидроксидов (СДГ)
Атомные доли катионов
Изучаемые
образцы
металлов
неметаллов
Mg2+
Ca2+
Cr3+
Al3+
Fe2+
Sr2+
Si4+
гидроталькит
0,646
0,601
-
0,212
0,007
-
0,022
брусит
манассеит
1,545
0,276
0,354
-
0,143
-
-
0,090
карчевскит
0,332
0,432
-
-
-
0,096
0,234
1,422
-
0,217
0,051
0,138
-
0,283
стихтит
-8-

9.

ИК-спектроскопия
-9-

10.

Изучение термической стабильности
Кривая ТГ анализируемых минералов
Кривая ДТА анализируемых минералов
-10-

11.

Изучение эффекта памяти
-11-

12.

Изучение сорбционной способности минералов по отношению к
органическим красителям
Кинетические кривые сорбции водного раствора конго
красный на природном слоистом двойном гидроксиде (LDH):
-12-

13.

Модели
псевдопервого и псевдовторого порядка, Лэнгмюра и Фрейндлиха
-13-

14.

Заключение
В ходе выполнения работы проведено комплексное исследование пяти природных слоистых двойных гидроксидов
российских месторождений: брусита, манассеита, карчевскиита, гидроталькита и стихтита.
1. Методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии и термического
анализа установлены особенности фазового состава, морфологии и термического поведения исследуемых минералов.
Показано, что образцы существенно различаются по степени фазовой чистоты и кристалличности. Брусит представляет
собой высокочистый однокомпонентный образец, гидроталькит и стихтит характеризуются высокой кристалличностью с
минимальным количеством примесей. Манассеит и карчевскиит являются сложными гетерофазными системами с
низким содержанием целевой СДГ-фазы.
2. Методом сканирующей электронной микроскопии установлено пластинчато-слоистое строение кристаллитов для
большинства минералов. Размер частиц образцов варьируется в диапазоне 10–70 мкм.
3. Для гидроталькита и стихтита изучен «эффект памяти» — способность восстановления слоистой структуры после
термической обработки и регидратации. Установлено, что гидроталькит способен к частичному восстановлению
структуры, тогда как для стихтита восстановление невозможно из-за образования устойчивых фаз форстерита и хромита.
4. Определены сорбционные характеристики гидроталькита и стихтита по отношению к анионному красителю конго
красный. Кинетика сорбции описывается моделью псевдовторого порядка, что указывает на значительный вклад
химической стадии. Сорбция на стихтите хорошо описывается моделью Ленгмюра, свидетельствующей о
мономолекулярном характере адсорбции. Установлено, что значения максимальной сорбционной ёмкости природных
гидроталькита и стихтита сопоставимы с литературными данными для соответствующих синтетических СДГ. Это
указывает на перспективы практического применения природных образцов в качестве альтернативы синтетическим
материалам для очистки вод от анионных загрязнителей.
-14-

15.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
-15-