Природные сорбенты, перспективы их использования

Размещено на http://www.allbest.ru/

БелГСХА им. В.Я. Горина

ПРИРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Е.А. Шенцева, Т.С. Шевченко,

А.И. Везенцев, А.А. Шапошников

И.Н. Яковлева

г. Белгород

Наиболее распространенными кремнийсодержащими природными сорбентом является глина, представляющая собой минеральное тонкодисперсное осадочное отложение с малым содержанием органических веществ и обладающее высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтровальными свойствами [2]. Для них характерны различные механизмы сорбции, такие как: молекулярная сорбция, ионная сорбция, катионный обмен, ионный обмен. Различия в минеральном составе и кристаллоструктурных особенностях приводят к изменчивости величины сорбционной емкости и кинетики процессов сорбции у различных сорбентов. Их активные центры представлены гидроксильными группами на поверхности и избыточным отрицательным зарядом, обусловленным изоморфизмом, связанным с различными структурными позициями и ненасыщенными связями на границе структурных слоев, а также с обменными катионами, компенсирующими избыточный заряд кристаллической решетки [3].

Одни виды природных сорбентов относят к минеральным образованиям с поверхностно-активными свойствами, с расширяющейся слоистой структурой, другие - вступают непосредственно в реакцию на основе катионного обмена как ионообменники (цеолиты, глаукониты, бентониты, палыгорскиты). Аморфные природные сорбенты представлены силикатами опалового типа, в основе их сорбционной активности - молекулярный обмен (опал-кристобалитовые породы) [2].

В последние годы появилась информация об использовании монтмориллонит содержащих глин в качестве энтеросорбентов при серьезных интоксикациях организма, как человека, так и животных.

Монтмориллонит - тонкодисперсный минерал белого, иногда розоватого или зеленоватого цвета, обладающий практически всеми свойствами природных наноразмерных частиц. Он является главным составляющим компонентом бентонитовых глин. Кристаллохимическая формула идеальных диоктаэдрических смектитов имеет вид Si8Al4О20(OH)4 nH2О, что отвечает следующему среднему химическому составу (в %): SiО2 - 66,7; А12О3 - 28,3; Н2О - 5. Однако состав природных монтмориллонитов всегда отличается от теоретического состава вследствие изоморфных замещений кремния в тетраэдрической сетке на алюминий и алюминия в октаэдрическом слое на железо, магний, литий [5].

Данные глинистые минералы образуют очень маленькие и несовершенные кристаллы. Их структура весьма близка к структуре пирофиллита и талька и характеризуется беспорядочной упаковкой слоев (рис. 1). Вода в структуре монтмориллонита располагается между талькоподобными силикатными слоями. Кроме воды, в структуре монтмориллонита имеются обменные катионы, располагающиеся между силикатными слоями, которые обладают некоторым отрицательным зарядом.

Слои беспорядочно наложены друг на друга. Содержание магния в монтмориллоните изменяется от 1 до 2/3 атома Mg на слой в элементарной ячейке (содержащей 4 иона шестерной координации). Октаэдрические положения в схеме заселены упорядоченным образом; истинное их распределение может быть менее упорядоченным.

Рис. 1 Структура монтмориллонита вдоль оси а

Силикатный слой обладает некоторым отрицательным зарядом в том случае, если входящий в него октаэдрический алюминий частично замещается на магний или же некоторое количество кремния замещается на алюминий. Отрицательный заряд нейтрализуется положительными катионами, располагающимися между слоями.

Связь между структурными слоями монтмориллонита осуществляется за счет молекулярных сил и катионов, находящихся в межслоевом пространстве. Однако эта связь оказывается недостаточной, чтобы противостоять гидратации межслоевого пространства, поэтому структура монтмориллонита обладает внутрикристаллическим набуханием. Вследствие внутрикристаллического набухания межплоскостное расстояние в структуре монтмориллонита может изменяться в больших пределах в зависимости от влажности и состава межслоевого комплекса.

Наряду с химической природой поверхности, наиболее важными характеристиками сорбционных материалов являются удельная поверхность, которая у монтмориллонита исключительно велика: составляет обычно 700 - 840 м2/г. При этом удельная поверхность внешних граней кристаллов равна 50 - 120 м2/г, а остальная поверхность формируется за счет внутрикристаллических плоскостей, доступных для смачивания водой или другими полярными жидкостями [5].

Главной особенностью монтмориллонита, обусловленной строением его кристаллической решётки, является способность к адсорбции различных ионов (в основном, катионов), а также к ионному обмену. Наличие изоморфных замещений, огромная удельная поверхность и лёгкость проникновения ионов в межпакетное пространство обеспечивают значительную ёмкость катионного обмена монтмориллонита (80--150 ммоль экв/100 г). минеральный сорбент монтмориллонит глина

Известно, что в отличие от лекарственных веществ, глинистые минералы остаются химически инертными, а, следовательно безвредными для организма человека и животных; они подавляют деятельность только патогенных микроорганизмов и связывают их токсины. Их применяют как энтеросорбенты при профилактике и лечении ряда заболеваний для связывания метаболитов, токсинов и других веществ в пищеварительном тракте. Кроме того, дешевизна и практически неограниченные запасы глин делают экономически целесообразным их использование.

Лечебное действие глинистых природных материалов типа монтмориллонитов объясняется их сорбционно-адгезивными и ионоселективными свойствами, а также насыщенностью разнообразными химическими элементами, часть из которых находится в биологически доступной форме.

Создание антибактериальных препаратов на основе монтмориллонитовых глин является перспективным направлением, поскольку привыкание и развитие устойчивости у микроорганизмов к лечебным средствам такого рода станет маловероятным.

В настоящее время разработана технология получения антибактериального комплексного препарата и определена чувствительность к нему микроорганизмов, таких как кишечной палочки (Escherichia coli 987 р), сальмонелл (Salmonella enteritidis) и стафилококков (Staphylococcus aureus). Основой этого препарата является монтмориллонит содержащая глина, а составляющим компонентом является тимол, который является оксипроизводным п-цимола и содержится во многих эфирных маслах, например, в масле тимиана; применяют в качестве антисептика. Установлено, что комплексный препарат, содержащий 10,5 мас.% тимола, при концентрации 3,125 мг/мл мясопентонного агара действует бактериостатически, а при концентрации 25 и 12 мг/мл - бактерицидно.

Разработанный препарат может быть использован при профилактике расстройств функции пищеварения и лечении животных, больных гастроэнтеритами инфекционной этиологии, это позволит снизить всасывание бактериальных токсинов, а также продуктов гнилостного распада содержимого кишечника [1].

Особую перспективу имеет возможность создания модифицированной ионами серебра, меди, цинка монтмориллонит содержащей глины, обогащенной экстрактами календулы, ромашки лекарственной для лечения гнойных ран.

Использованные источники

1. Везенцев А.И., Буханов В.Д., Перистый В.А., Добродомова Е.В., Перистая Л.Ф., Фролов Г.В., Богданов В.П., Шапошников А.А. Технология получения антибактериального препарата на основе монтмориллонитсодержащей глины и его ингибирующая активность по отношению к патогенным микроорганизмам.//Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: материалы IV Междунар. науч. конф. (Белгород, 24-28 сеннт. 2012 г.). Белгород. 2012. С. 279-283.

2. Дистанов У.Г., Конюхов Т.П. Минеральное сырье. Сорбенты природные. М.: ЗАО "Геоинформмарк", 1999. 42 с.

3. Дистанов У.Г., Михайлов А.С., Конюхова Т.П. Природные сорбенты СССР. М.: Недра. 1990. 208 с.

4. Кузнецов А.И. Адсорбенты, их получение, свойства и применение. Л.-: Наука, 1985. 256 с.

5. Осипов В.И. Микроструктура глинистых пород / В.И. Осипов, В.Н. Соколов, Н.А. Румянцева, М.: Недра, 1989, 211 с.

Размещено на Allbest.ru