Obtaining titanosilicate ion-exchanger, technical properties, sorption of doubly charged cations

Abstract

Интенсивная эксплуатация объектов гражданского и оборонного назначения рождает серьезные экологические проблемы, требующие эффективного решения. Показано, что для очистки жидких стоков от токсичных веществ могут эффективно использоваться новые сорбционные материалы специфической минералоподобной структуры. К таким материалам относятся щелочные титаносиликаты каркасной структуры с широкими каналами, которые обеспечивают высокую степень необратимого поглощения катионов, при этом устойчивы к температурному и химическом увоздействию. Разработан инновационный способ высокотемпературного гидротермального синтеза титаносиликатного прекурсора, приготовленного смешением растворов силиката натрия и сульфата титанила(IV), с получением кристаллического осадка каркасного строения со структурой минерала иванюкита – щелочного титаносиликата. Во внекаркасных каналах находятся вода и катионы натрия, способные к ионнообменным реакциям. По данным РФА исследуемый образец состоит из одной фазы, отвечающей формуле Na3К(TiO)4(SiO4)3·4-6H2O, с кубической структурой. Синтезированный мезопористый материал представляет собой порошок, агломерированный в частицы размером 50-100 нм. Методом экструзии, без дополнительной добавки связующего, сформированы гранулы с показателем прочности – 12,5 МПа и соответственно с высокой гидравлической устойчивостью. Распределение пор по размерам рассчитывали BJH методом по кривой десорбции. Для порошка отмечено достаточно однородное распределение пор по размерам 8-18 нм, для гранул за счет агломерирования частиц характерны широкие мезопоры и макропоры с размером 10-50 нм. Изучены сорбционные свойства иванюкита в статическом и динамическом режимах. По кинетике поглощения двухзарядных катионов предложен ряд активности Co2+>Ni2+>Cu2+. Для гранулированного материала рассчитаны коэффициенты распределения катионов, в мл/г: Co2+ - 9,2∙103; Ni2+ - 9,7∙103; Cu2+ - 1,7∙104. С использованием данных рентгеновского микрозондового анализа определено содержание Me в сорбенте после сорбции. Рассчитана степень замещения в системе Me2+→Me+, которая составляет 84-95%. Использование каркасного титаносиликатного сорбента для очистки растворов, содержащих катионы переходных металлов, может быть перспективным.