Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІОКОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ІМ. Ф. Д. ОВЧАРЕНКА

УДК 544.77.022 + 551.352

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Структурні властивості дисперсних мінералів у складі пелагічних осадів

Спеціальність: 02.00.11 - колоїдна хімія

Панько Андрій Валентинович

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у відділі фізико-хімічної геомеханіки Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка Національної академії наук України.

Науковий керівник:доктор хімічних наук, професор Ковзун Ігор Григорович Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України, провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, професор, Рульов Микола Миколайович, Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України, завідувач відділу фізико-хімічної гідродинаміки ультрадисперсних систем;

кандидат хімічних наук, доцент, Малишева Марія Львівна, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, хімічний факультетдоцент кафедри фізичної хімії, м. Київ.

Захист відбудеться “21” жовтня 2011 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.209.01 в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України за адресою: 03680, Київ, бульвар Академіка Вернадського, 42, к. 132

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України за адресою: 03680, м. Київ, бульвар Академіка Вернадського, 42, к. 409.

Автореферат розіслано “17” вересня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук В. А. Прокопенко.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми.

Пелагічні осади (ПО), що головним чином знаходяться в Україні в Чорному морі, являють собою полімінеральний гідратований тонкодисперсний донний мул, складений з високодисперсних і нанодисперсних глинистих мінералів, польових шпатів та кварцу. До структури ПО входять також різні типи мікроорганізмів, мікроводоростей, біологічно активних органічних речовин та сірководень і сірчані сполуки. Тому пелагічні осади є типовим біоколоїдним матеріалом, котрий трансформується також у корисні копалини - глини, залізні руди, лікувальні мули тощо. Однак колоїдно-хімічні дослідження ПО, а саме вивчення впливу глинистих мінералів як головної їх складової щодо структурних властивостей ПО відсутні, що заважає створенню наукових засад структурних перетворень ПО під дією зміни зовнішніх факторів (температури, механічної напруги, рН середовища тощо). Тому такі дослідження є актуальними, особливо у зв'язку із практичним значенням ПО та продуктів їх трансформації - глин і залізо-силікатних руд, у різноманітних галузях, зокрема, медичній, харчовій, металургійній тощо.

Зв'язок роботи із науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно з планами науково-дослідних тем, впроваджених в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України: «Вивчення хімізму утворення фазових контактів за рахунок виникнення нанорозмірних граничних новоутворень» (2005 - 2006 рр. № Держреєстрації 0103U006030); «Розробити нові лікувальні аплікаційні матеріали та ентеросорбенти на основі біологічно-активних компонентів осадів Чорного та Азовського морів» (2005 - 2006 рр. № Держреєстрації 0105U008002); «Трансформація ультрадисперсних фаз в силікатних та поліметалічних структурах» (2005 - 2007 рр. № Держреєстрації 0105U001543); «Нанохімічні процеси у структурно-контактній організації силікатно-карбонатно-залізооксидних та рідкіснометалічних дисперсних систем Au, Ag, Pt» (2007 р., № Держреєстрації 0107U007695); «Нанохімічні процеси в силікатних, залізооксидних та поліметалічних структурах» (2008 - 2010 рр. № Держреєстрації 0107U008516); «Механохімічне та гідрохімічне формування нанорозмірних залізооксидних та силікатних фаз і нанокомпозицій в водних дисперсіях полімінеральних структур» (2010 - 2011 рр. № Держреєстрації 0110U005905); «Хімічні перетворення в залізооксидних, силікатних та поліметалічних системах за участю ультрадисперсних структур» (2011 р. № Держреєстрації 0111U002576).

Мета роботи. З'ясування колоїдно-хімічних закономірностей структурних перетворень дисперсних глинистих мінералів у складі пелагічних осадів та впливу глинистих мінералів на структурні властивості пелагічних осадів.

Для досягнення мети було необхідно вирішити наступні завдання:

· дослідити структурні перетворення пелагічних осадів та їх головних глинистих компонентів в умовах змінних напруг;

· з'ясувати вплив кислого середовища на структурні перетворення дисперсних мінералів у складі пелагічних осадів;

· вивчити вплив ультрадисперсних частинок на процеси структуроутворення в пелагічних осадах та композиціях на основі природних дисперсних мінералів;

· створити узагальнюючу модель впливу колоїдно-хімічних та геометричних факторів на структуру пелагічних осадів та їх глинистих компонентів;

· оптимізувати методи регулювання властивостей пелагічних осадів і глинистих мінералів за рахунок їх структурних перетворень.

Об'єкт дослідження - структурні властивості пелагічних осадів та їх зміна під дією фізико-хімічних чинників.

Предмет дослідження - структурні властивості дисперсних глинистих мінералів у складі пелагічних осадів Чорного моря та їх вплив на колоїдно-хімічні властивості пелагічних осадів.

Методи дослідження - Рентгенофазовий, рентгенофлюоресцентний, хімічний методи аналізу для визначення мінерального, елементного і мікроелементного складу пелоїдів, глинистих мінералів. Методи лазерно-кореляційної спектроскопії та електронної мікроскопії для визначення розміру та розподілу частинок. Адсорбційний метод оцінки структурних характеристик пелоїдів і мінералів. Реологічний та структурно-механічний методи, а також метод оцінки фрактальних характеристик глинистих агрегатів для оцінки структурування пелоїдів і їх глинистих компонентів.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше вивчено реологічні та фрактальні характеристики пелагічних осадів Чорного моря та показано суттєвий вплив на їх структурні властивості ультрадисперсних глинистих мінералів у складі таких осадів.

Вперше встановлено, що структурно-адсорбційні характеристики нативних пелагічних осадів значно поступаються структурно-адсорбційним характеристикам тих самих зразків після термічного висушування.

Показано, що структурно-механічні характеристики водних дисперсій глинистих мінералів, як головних компонентів пелагічних осадів, зменшуються при обробці в кислому середовищі за рахунок зменшення контактної зони поверхні мінералів, задіяної в міжчастинкових зв'язках.

Встановлено, що наночастинки мінералів як у нативних пелагічних осадах, так і в модельних системах із глинистих мінералів і органічних домішок є головним чинником формування розвиненої нанопористої структури в термічно оброблених зразках.

Показано, що розроблені на основі отриманих результатів і захищені двома патентами України способи отримання наноматеріалів і наносорбентів, можуть знайти практичне застосування при лікуванні гемофілії, в очищенні від фталатів виноматеріалів, а також у технологіях переробки залізних руд для видалення миш'яку і ванадію.

Практичне значення отриманих результатів. Проведені дослідження дозволили:

· розробити на основі глинистих мінералів із додаванням аеросилу та екстракту лікарської рослини кровоспинний засіб «Коагулокс» (Патент України на винахід № 76662);

· визначити оптимальні консистентні параметри пелоїдів для створення лікувальних пелоїдних композицій;

· розробити спосіб очистки водних розчинів від фталатів та миш'яку за допомогою термооброблених глинистих композицій (Патент України на винахід № 89149).

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора дисертаційної роботи полягав у безпосередній участі в плануванні та проведенні експериментальних досліджень пелоїдів, глинистих мінералів, складних композицій, обговоренні та аналізі отриманих результатів. Пошук та обробка літературних джерел за темою роботи, підготовка та оформлення рукопису дисертації виконані автором безпосередньо. Формування ідеї дослідження, постановка проблеми, формування теми роботи, аналіз, узагальнення та інтерпретація основних результатів, підготовка висновків виконано спільно з науковим керівником, д.х.н., професором Ковзуном І. Г. (за активної участі на початку роботи д.х.н., с.н.с. Паховчишина С. В.)

Реологічні та структурно-механічні дослідження проводились спільно із д.х.н. С. В. Паховчишиним; рентгеноструктурний аналіз - за участю к.х.н. Л. Г. Надєл, к.х.н. П. О. Косорукова; електрономікроскопічний аналіз пелоїдів виконано за участю О. Г. Савкіна, а також з к.г.-м.н С. Б. Шехунової (Інститут геологічних наук НАН України). Структурно-сорбційні дослідження пелагічних осадів та глин виконано в Інституті сорбції та проблем ендоекології НАН України М. М. Цибою. В Інституті хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України виконано лазерно-кореляційну спектроскопію - к.б.н. Н. П. Галаган. Комп'ютерний аналіз фрактальних агрегатів проводився спільно з к.х.н. М. П. Вовкотрубом (Національний аграрний університет).

Апробація результатів дослідження. Матеріали дисертації доповідались на конференціях: Десятій науковій конференції «Львівські хімічні читання - 2005» - Львів, 2005; Міжнародній конференції «Nanomaterials in chemistry, biology and medicine» - Ukraine, Kyiv, 2005; І Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих учених. - Київ, 2006; Конференції «Ресурси природних вод Карпатського регіону» - Львів, 2006; Конференції «Актуальні проблеми біохімії та біотехнології - 2006» - Київ, 2006; Міжнародній конференції «Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications» - Lviv, 2006; Міжнародній конференції «Clusters and nanostructured materials (CNM'2006)». - Uzhgorod, 2006; VI Міжнародна науково-практична конференція «Ресурси карпатського регіону» - Львів, 2007; Восьма Всеукраїнська конференція студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії» - Київ, 2007; ІІ Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених - Київ, 2007; ІІІ Міжнародна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології - Київ, 2010; Х міжнародна науково-практична конференція молодих учених і студентів «Політ» - Київ, 2010; ІІ Международная научная конференция «Наноструктурные материалы - 2010: Беларусь-Россия-Украина» - Київ, 2010.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 27 наукових праць, серед них 8 статей у спеціалізованих фахових журналах, 3 статті у наукових журналах, 14 тез доповідей, 2 патенти України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація містить вступ, 4 розділи, висновки та перелік використаних джерел. Роботу виконано на 128 сторінках друкованого тексту, ілюстровано 18 таблицями та 43 рисунками. Бібліографія включає 181 джерело.

Основний зміст

У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, сформульовано мету та завдання роботи, визначено предмет і об'єкт дослідження, наукову новизну та практичну значимість отриманих результатів, висвітлено особистий внесок здобувача та наведено результати апробації роботи.

Перший розділ присвячений аналітичному огляду літератури, в якому висвітлено сучасний стан проблеми дослідження фізико-хімічних і колоїдних властивостей пелагічних осадів. Наведено дані про їх походження і розподіл на дні водоймищ, їх фізико-хімічні властивості, хімічний і мінералогічний склад. Розглянуто вплив мікробіологічних процесів на властивості пелагічних осадів. На підставі аналізу літературних даних визначено напрямки вирішення завдань, сформульованих у вступі до дисертації.

У другому розділі обґрунтовано вибір основних об'єктів дослідження, а саме: пелагічних осадів Чорного моря, генетично близьких до них мулів озера Чокрак, Куяльницького лиману та Азовського моря, а також гідрослюди, глауконіту та монтморилоніту різних родовищ.

Детально описано експериментальні методи, використані в роботі при дослідженні осадів та глинистих мінералів у їх складі, а саме електрономікроскопічний, рентгенофазовий та хімічний методи аналізу мінерального, елементного і мікроелементного складу пелоїдів та глинистих мінералів; методи лазерної кореляційної спектроскопії та електронної мікроскопії для визначення розміру та розподілу частинок; адсорбційний метод оцінки структурних характеристик пелоїдів і мінералів; метод оцінки фрактальних характеристик глинистих агрегатів; реологічний метод дослідження пелоїдів і їх глинистих компонентів.

Третій розділ присвячено вивченню фізико-хімічних та структурних властивостей пелагічних осадів. Показано актуальність таких досліджень та доцільність використання фрактальних характеристик у комплексному дослідженні дисперсних мінералів. Вивчено реологічні, структурно-адсорбційні та фрактальні характеристики пелагічних осадів Чорного моря, які порівняно зі зразками мулів озера Чокрак, Куяльницького лиману та Азовського моря.

На підставі хімічного аналізу показано, що досліджені пелагічні осади відносяться до природно-чистих матеріалів.

Встановлено, що досліджені пелагічні осади відносяться до типу мікропористих сорбентів з радіусом пор від 4 до 70 нм і питомою поверхнею 14-67 м²/г (табл. 1).

Методом рентгенофазового аналізу встановлено, що пелагічні осади Чорного моря, що складаються головним чином із глинистих мінералів, а саме слюд, монтморилоніту, каоліну та асоційованих домішок польових шпатів, кварцу (рис. 1). Такий самий мінеральний склад характерний і для інших осадів, що підтверджує однакове походження всіх цих осадів. Ультрадисперсна частина таких осадів також представлена глинистими мінералами (рис. 2). Останні мають значний вплив на структурні властивості пелагічних осадів.

Рис. 1. Рентгенограма пелагічного осаду Чорного моря: КВ - кварц; СЛ - слюда; ГЛ - глауконіт; М - монтморилоніт; КА - каолініт; ПШ - польовий шпат; ХЛ - хлорит.

Рис. 2. Рентгенограма ультрадисперсної частини пелагічного осаду Чорного моря. КВ - кварц; СЛ - слюда; ГЛ - глауконіт; М - монтморилоніт; КА - каолініт; ПШ - польовий шпат; ХЛ - хлорит.

Вказується, що структурно-адсорбційні показники нативних пелагічних осадів значно змінюються (табл. 1) після їх термічного висушування (при 110 °С). Так, питома поверхня зростає в 2-3 рази. За результатами лазерно-кореляційної спектроскопії (рис. 3) це пояснюється збільшенням вмісту ультрадисперсних частинок. При цьому також, внаслідок трансформаційних процесів в наноструктурі

Таблиця 1 Структурно-сорбційні характеристики мінералів та фрактальна розмірність

Зразок	Питома поверхня Sпит., м2/г	Ефективний радіус пор, нм	Об'єм мікропор, см3/г?102	Поверхнева фрактальна розмірність DS	Фрактальна розмірність на площині DBW
№	Походження осаду
1	Чорне море	37	1,9; 5,0	6,0	2,52	1,46
2		14	2,0; 6,0	4,0	2,47	1,54
3	Азовське море	43	1,5; 4,0	8,0	2,58	1,51
4		23	2,5	4,0	2,63	1,60
5	Куяльницький лиман	37	2,0; 4,0	5,0	2,56	1,57
6		18	2,0	4,0	2,55	1,54
7	озеро Чокрак	55	2,0; 6,0	6,0	2,61	1,46
8	Чорне море, термічно висушені	67	1,4; 5,4	1,1	2,65	1,52
9		47	1,4; 6,8	1,3	2,50	1,60

Рис. 3. Розподіл частинок пелагічних осадів Чорного моря:и1 і 2 - нативні; 3 і 4 - після термічного висушування при 110 °С глинистих мінералів, частина мезопор переходить у пори меншого розміру (в даному випадку з 1,9 та 2 нм до 1,4 нм), а розмір інших мезопор збільшується (з 5,0 і 6,0 до 5,6 і 6,8 нм) (див. табл. 1), що впливає на зростання структурних напруг при висушуванні.

Відзначається кореляція в межах зразків одного походження між вказаними фрактальними характеристиками (D_S і D_BW) та питомою поверхнею S_пит. У зразках Чорного моря встановлено (рис. 4), що поверхнева фрактальна характеристика (D_S) пелагічних осадів, що характеризує шорсткість поверхні частинок, збільшується із збільшенням їх питомої поверхні, а площинна фрактальна характеристика (D_BW), котра характеризує процеси структуроутворення на макрорівні, зменшується. При цьому зменшується міжчастинкова взаємодія, що послаблює структурування пелоїдів. Це підтверджується також величинами структурно-механічних та реологічних показників відповідних зразків (табл. 2). Тобто показано зв'язок фрактальної розмірності з питомою поверхнею та структурно-механічними і реологічними характеристиками, що вказує на суттєвий вплив структурних змін на мікрорівні на процеси макрорівня.

Рис. 4. Порівняльна гістограма структурно-адсорбційних та фрактальних характеристик пелагічних осадів Чорного моря.

Поряд з адсорбційними, вперше визначено структурно-механічні та реологічні характеристики пелагічних осадів, які порівнюються з аналогічними характеристиками озер та лиманів (див. табл. 2). Аналіз цих даних дозволив визначити, що існує прямо пропорційна залежність між граничною межею зсуву Шведова та питомою поверхнею (рис. 5). Тобто як видно з гістограми, при більших значеннях питомої поверхні осади мають більші значення структурно-механічних показників, що пояснюється збільшенням кількості міжчастинкових контактів, що у свою чергу пов'язано (див. табл. 1 та рис. 4) із зростанням величини поверхневої фрактальної розмірності.

Таблиця 2. Структурно-механічні та реологічні характеристики донних осадів

Зразок	Вологість, %	Гранична межа текучості PК1, Па	Пластична в'язкість з1·10-5, Па·с	Динамічна межа текучості PК2, Па	Мінімальна ефективна в'язкість з2, Па·с
№	Походження осаду
1	Чорне море	45,7	25,0	58,8	193,2	2,66
2		60,6	12,0	20,4	202,8	2,24
3	Азовське море	59,5	49,1	38,1	219,6	2,19
4		44,7	42,0	26,0	184,8	1,26
5	Куяльницький лиман	48,8	36,0	5,3	67,0	1,37
6		51,0	6,9	6,1	73,0	1,20
7	озеро Чокрак	46,0	25,0	18,9	245,5	1,38

Рис. 5. Порівняльна гістограма структурно-адсорбційних та структурно-механічних характеристик пелагічних осадів Чорного моря.

Для визначення сорбційної ємності пелагічних осадів було досліджено поглинання метиленового блакитного з водного середовища (рис. 6). Виявилось, що зразки пелагічних осадів добре поглинають барвник в області низьких концентрацій, що вказує на їх ефективність як поглиначів органічних речовин із водного середовища, а також на велику частину контактних взаємодій на зовнішній поверхні. Тобто для нативних зразків пелагічних осадів при сорбції органічних речовин більшу роль відіграє саме зовнішня поверхня.

Рис. 6. Ізотерми адсорбції метиленового блакитного з водних розчинів на зразках: 1 - осад Чорного моря; 2 - осад Куяльницького лиману.

У четвертому розділі з метою більш поглибленого вивчення пелагічних осадів (ПО) і трансформаційних процесів у композиціях на їх основі було досліджено пелагічні глинисті мінерали та їх вплив на властивості ПО. Вивчення глинистих мінералів було проведено в модельних умовах, котрі екстраполюють трансформаційні геологічні процеси, що зазвичай розтягнуто у часі, за узагальненою схемою трансформаційних процесів у пелагічних осадах. При цьому головним чинником, що впливає на метаморфічні й трансформаційні процеси в ПО, є у першу чергу біоколоїдний, тобто вплив життєдіяльності мікроорганізмів, а потім хімічний, тобто зміна середовища на кисле, і термічний фактори. Аналіз літературних даних дає достатню інформацію про вплив життєдіяльності мікроорганізмів у такій системі на створення кислого середовища.

Під впливом кислого середовища в пелагічних осадах відбувається руйнування мінералів, про що свідчать одержані кінетичні дані щодо вилужування калію гідрослюди і глауконіту, як найпоширеніших глинистих мінералів у пелагічних осадах, у кислому середовищі (рис. 7).

Рис. 7. Динаміка вилужування калію в 20%-му розчині HNO₃ при 90єС (тверде/рідина=1/2,5).

Кислотний вплив на мінерали у складі пелоїдів призводить (рис. 8) до збільшення питомої поверхні по азоту та аргону (майже в 2 рази), але зменшується по метиленовому блакитному (в 2-3 рази), що говорить про розвинення внутрішньої поверхні при одночасному зменшенні зовнішньої поверхні мінералів.

Рис. 8. Гістограма зміни питомої поверхні (м²/г) мінералів при кислотній обробці.

Це узгоджується зі структурно-механічними даними, де зменшення зовнішньої поверхні мінералів, що входять до складу пелагічних осадів, призводить до зменшення міжчастинкової взаємодії в таких системах, завдяки чому відбувається зменшення статичної межі зсуву та пластичної в'язкості. (табл.3). Для глауконіту структурно-механічні показники зменшуються на порядок, для гідрослюди - удвічі, що пояснюється специфікою кристалічної будови відповідних мінералів. Це також викликає і зменшення відповідних параметрів цих глинистих мінералів, а також і пелагічних осадів.

Таблиця 3 Структурно-механічні властивості водних дисперсій глинистих мінералів

Мінерал	Гранична межа текучості PК1, Па	Пластична в'язкість зЧ10-5, Па·с	Еластичність, л	Пластичність, ПЧ106, c-1
Глауконіт	618,0	112,1	0,340	55,1
Глауконіт оброблений кислотою	2,0	19,8	0,215	1,0
Гідрослюда	311,0	52,6	0,476	59,1
Гідрослюда оброблена кислотою	128,0	27,6	0,414	46,4

Термічна обробка глинистих компонентів пелагічних осадів також дає можливість регулювати їх адсорбційну здатність і відповідно впливати на структурні властивості композицій і пелагічних осадів за їх участю.

Показано (рис. 9), що завдяки утворюваній специфічній структурі вуглецевмісних глин, навіть деревне вугілля не може бути порівняна із термообробленою вуглецевмісною глиною щодо здатності поглинати дібутилфталат (ДБФ). Більші значення, в нашому випадку, мають тільки природні бентоніти, але, як ми бачимо з табл. 4, бентоніти мають меншу утримуючу здатність.

Рис. 9. Максимальне поглинання ДБФ з повітряного середовища різними сорбентами при 20°С.

Таблиця 4 Вихідний і рівноважний вміст ДБФ у воді при її контакті з різними сорбційними матеріалами

Сорбційний матеріал	Вихідний вміст у воді ДБФ, мкг/ дм3	Рівноважний вміст у воді ДБФ, мкг/дм3
Бентоніт Черкаський	0	32
Вуглецевмісний черкаський бентоніт	100	12
-//-	10	0,5

Також показано, що термічно оброблені пелагічні глинисті мінерали є ефективними складовими кровоспинних композицій, оскільки вони підвищують прокоагулянтні властивості крові та мають особливий ефект у лікуванні гемофілії. Дослідження згортання крові (табл. 5.) показало, що саме наявність у композиції глинистого мінералу суттєво впливає на її лікувальні властивості в цілому. З цією метою, для медичних досліджень було обрано каолініт із причини його більшої доступності і здатності давати велику кількість наночастинок із розмірами 100 - 300 нм при його термічній обробці.

Таблиця 5 Швидкість згортання крові при використанні різних засобів

№ п.п.	Композиція	Час згортання крові, с
1	Контроль (без додавання засобу)	180 - 240
2	12 % аеросилу + 88 % екстракту рослини	150
3	10 % аеросилу + 90 % екстракту рослини	155
4	10 % аеросилу + 2% каоліну + 88 % екстракту рослини	90
5	10 % аеросилу + 5% каоліну + 85 % екстракту рослини	90

Дані з термообробки, зокрема, дозволили розробити ефективні сорбенти, які можуть виготовлятись із пелагічних осадів і використовуватись для видалення органічних сполук із рідин та при виготовленні лікувальних композицій для застосування у пелоїдотерапії та медицині.

Висновки

1. Визначено головні колоїдно-хімічні чинники, що впливають на структуроутворення морських пелагічних осадів та їх глинистих компонентів в умовах зміни зовнішніх факторів - механічної напруги, кислотної та термічної обробки. Показано, що реологічні, структурно-адсорбційні та фрактальні характеристики пелагічних осадів є взаємозалежними. Показано, що зміна структурних властивостей глинистих мінералів у складі пелагічних осадів є головною причиною зміни структурних властивостей пелагічних осадів.

2. З'ясовано особливості взаємодії головних глинистих мінералів пелагічних осадів - гідрослюди та глауконіту - з кислотою. Показано, що при цьому зростає питома поверхня і зменшується об'єм мікропор при практично незмінному ефективному розмірі пор.

3. Встановлено, що структурно-механічні та реологічні характеристики водних дисперсій глинистих мінералів як головних компонентів пелагічних осадів зменшуються під впливом кислотної обробки; запропоновано механізм такого впливу, що полягає у зменшенні кількості контактів між агрегатами, водночас як взаємодія наночастинок в агрегатах зростає.

4. Показано, що термічна обробка пелагічних осадів з органічними речовинами в інертному середовищі призводить до формування у них вуглецевмісних глин. Ефективність процесу карбонізування глин корелює з наявністю і кількістю наночастинок; вуглецевмісні глини мають специфічну пористу структуру у порівнянні з активованим вугіллям.

5. Сформульовано захищені патентами принципи регулювання структури мінеральних дисперсій при їх термічній обробці та розроблено композиції лікувальних кровоспинних препаратів та ефективних сорбентів для видалення органічних і неорганічних забруднювачів із рідин.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Паховчишин С. В. Вплив кислотної активації на реологічні властивості водних дисперсій глауконіту та гідрослюди / С. В. Паховчишин, В. Н. Пахомова, О. М. Нікіпелова, А. В. Панько // Наукові Вісті НТУУ «КПІ». - 2006. - № 3.- С. 129-134. (Проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

2. Паховчишин С. В. Фрактальні характеристики глауконіту, гідрослюди та донних морських осадів / С. В. Паховчишин, А. В. Панько, Н. С. Пивоварова, О. М. Нікіпелова, О. К. Матковський, О. О. Ващенко // Наностуктурное материаловедение. - 2006.- № 1. - С. 59-66. (Участь у постановці експерименту проведення реологічних і структурно-механічних досліджень, участь у аналізі площинної фрактальної величини, участь у аналізі результатів досліджень та написанні статті)

3. Паховчишин С. В. Структурно-механічні та лікувальні властивості ранозагоювальної та кровоспинної композиції «Коагулокс» / С. В. Паховчишин, А. В. Панько, М. В. Суховій, Є. В. Авер'янов, В. І. Семеняка, О. О. Петренко // Фарм. журн. - 2006. - № 6, C. 73-77. (Участь у постановці експерименту проведення реологічних і структурно-механічних досліджень, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

4. Паховчишин С. В. Влияние кислотной активации на структурно-сорбционные характеристики глауконита и гидрослюды / С. В. Паховчишин, Е. В. Корякина, А. К. Матковский, Е. М. Никипелова, А. В. Панько, В. Ф. Гриценко // Укр. хим. журн. - 2007. - Т. 73, № 4, C. 92-95. (Підготовка зразків, реологічний та структурно-механічний аналізи, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

5. Суховій М. В. Нанорозмірні системи глинистих мінералів та кремнезему в комплексному лікуванні хворих на гемофілію «А» / М. В. Суховій, С. В. Паховчишин, Є. В. Авер'янов, С. В. Бурнаєва, В. І. Семеняка, А. В. Панько // Медична хімія - 2007. - Т. 9, № 1, C. 11-15. (Підготовка зразків лікувальних композицій, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

6. Панько А. В. Структурно-механічні властивості та морфологія поверхні дисперсій природних мінеральних осадів / А. В. Панько, Н. С. Пивоварова, О. М. Нікіпєлова, С. Ю. Смик, В. М. Пахомова // Наукові Вісті НТУУ «КПІ». - 2007. - № 4 .- С. 121-128. (Участь у постановці експерименту, проведення реологічного та структурно-механічного аналізу, аналіз поверхневої фрактальної розмірності, підготовка зразків фракталів і їх цифрового зображення, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

7. Ковзун І. Г. Застосування нанорозмірних систем глинистих мінералів у комплексному лікуванні хворих на гемофілію "А" / І. Г. Ковзун, А. В. Панько, Є. В. Яцків, О. М. Нікіпелова, В. Ф. Гриценко, Є. В. Авер'янов, С. В. Бурнаєва, В. І. Семеняка // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. - 2008. - Т. 6, Вип. 2. - С. 613-623. (Участь у постановці експерименту, проведення реологічного аналізу, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

8. Панько А. В. Использование нанопористых глин в качестве сорбентов для удаления фталатов из водных сред / А. В. Панько, И. Г. Ковзун, З. Р. Ульберг, И. Т. Проценко, В. А. Зубкова // Наноструктурное материаловедение. - 2009. - № 2. - С. 93-102. (Участь у постановці експерименту, проведення реологічного аналізу, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

9. Ставицкая С. С. Изучение фрактальных характеристик и реологических свойств комбинированного сорбента карбодон и его составляющих / С. С. Ставицкая, В. В. Стрелко, Н. Н. Цыба, Т. П. Петренко, А. В. Панько, Е. М. Никипелова // Журн. прикладной химии. - 2009. - Т. 2, Вып. 4. - С. 581-587. (Участь у постановці, проведення реологічних досліджень, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

10. Ставицкая С. С. Структурно-механические свойства композитов разного состава на основе донных осадков и модифицированного угля КАУ / С. С. Ставицкая, В. В. Стрелко, В. А. Емельянов, А. В. Панько, Т. П. Петренко, Е. М. Никипелова // Энерготехнологии и ресурсосбережение. - 2009. - № 5. - С. 65-71. (Участь у постановці, проведення реологічних досліджень, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

11. Ковзун И. Г. Структурные особенности сорбентов на основе алюмосиликатов, модифицированных наноуглеродными продуктами термораспада органических прекурсоров / И. Г. Ковзун, З. Р. Ульберг, И. Т. Проценко, А. В. Панько, В. А. Зубкова // Наноструктурное материаловедение. - 2009. - № 4. - С. 83-93. (Участь у постановці експерименту, участь у проведені електрономікроскопічного аналізу з аналізом розподілу елементів на поверхні, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті)

12. Патент 76662 України. МПК А61К 36/52, А61К 35/02, А61Р 7/04, А61Р 17/02. Ранозагоювальний засіб для лікування хворих на гемофілію / Паховчишин С. В., Суховій М. В., Петренко О. О., Панько А. В., Авер'янов Є. В., Семеняка В. І., Петренко О. Ф., Тарнавський Д. В., Смурна О. В., Чухно В. С., Прокопенко В. А. ; заявник та патентовласник Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України. - № а 2005 03249 ; заявл. 08.04.2005 ; опубл. 15.08.2006. - Бюл. № 8. (Участь у постановці експерименту, підготовка зразків та проведення реологічного, структурно-механічного, частини адсорбційного аналізів, проведення патентного пошуку, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні патенту)

13. Патент 89149 України. МПК B01J 20/12, B01J 20/22, B01J 20/30, C12H 1/048, C12H 1/052. Спосіб одержання вуглецевомінерального сорбенту для очищення рідини від фталатів та миш`яку / Ковзун І. Г., Ільяшов М. О., Нікіпелова О. М., Панько А. В., Проценко І. Т., Вітер В. Г., Ульберг З. Р., Воловик В. П., Гуков Ю. О., Юшков Є. О. ; заявник та патентовласник ЗАТ «Донецьксталь» - металургійний завод». - № а 2009 03249 ; заявл. 22.06.2009 ; опубл. 25.12.2009. - Бюл. № 24. (Участь у постановці та проведенні експерименту, проведення патентного пошуку, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні патенту)

14. Pakhovchyshyn S. V. Nanosystems of clay minerals in a systematic therapy of hemophilic patients / S. V. Pakhovchyshyn, V. A. Prokopenko, V. F. Grytsenko, M. V. Sukhoviy, Ye. V. Averyanov, V. I. Semenyaka, A. V. Pan'ko, O. V. Myronyuk // Nanomaterials in chemistry, biology and medicine : International conference, September 14-17 : book of abstracts. - Kyiv, 2005. - P. 112. (Участь у постановці експерименту, підготовка зразків та проведення реологічного і структурно-механічного аналізів, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез, представлення матеріалу на конференції)

15. Корякіна Є. В. Визначення граничної напруги зсуву дисперсій з тиксотропними та дилатантними властивостями. / Є. В. Корякіна, А. В. Панько, С. В. Паховчишин // Десята наук. конф. «Львівські хімічні читання - 2005» : наук. конф., 25-27 травня : зб. наук. праць. - Львів, 2005. - С. 39. (Участь у аналізі і трактуванні результатів досліджень та написанні тез)

16. Паховчишин С. В. Дослідження впливу електричного поля на реологічні властивості системи цемент-бентоніт-вода. / С. В. Паховчишин, М. І. Лєбовка, А. Б. Скочеляс, Ю. П. Бойко, В. М. Пахомова, А. В. Панько // Коллоидные системы. Свойства, материалы, применение : межд. конф.-школа, 28 августа - 1 сентября : сборник тезисов. - Одесса, 2006.- С. 52. (Постановка експерименту, проведення всього експерименту, участь в аналізі результатів досліджень та написання тез, виступ на конференції)

17. Pakhovchyshyn S. V. The studies of acid treatment influence on glauconite and hydromica / S. V. Pakhovchyshyn, A. V. Panko, E. M. Pakhlov, V. F. Grytsenko, M. P. Vovkotrub, O. M. Nikipelova // Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications : X Ukrainian-Polish symposium, September 26-30 : proceedings. - Lviv, 2006. - P. 262-265. (Участь у постановці експерименту, проведення частини адсорбційних досліджень, участь у проведені ІЧ-спектроскопії, участь в аналізі результатів досліджень та написання тез)

18. Паховчишин С. В. Вплив кислотної активації на реологічні властивості водних дисперсій глауконіту та гідрослюди / С. В. Паховчишин, В. Н. Пахомова, О. М. Нікіпелова, А. В. Панько // І Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених : наук.-практ. конф., 27-29 квітня : зб. тез доповідей. - Київ, 2006. - С. 92. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез, виступ на конференції)

19. Паховчишин С. В. Зв'язана вода і структурно-сорбційні характеристики глинистих матеріалів, що мають лікувальні властивості. / С. В. Паховчишин, А. В. Панько, О. М. Нікіпелова, О. К. Матковський, В. Ф. Грищенко, М. П. Вовкотруб // V Міжнародна н.-пр. конф. «Ресурси природних вод Карпатського регіону» (Проблеми охорони та раціонального використання) : міжнар. наук.-практ. конф., 25-26 травня : зб. наук. статей. - Львів, 2006. - С. 86-92. (Участь у постановці експерименту, проведення частини адсорбційних досліджень, участь у проведені ІЧ-спектроскопії, участь в аналізі результатів досліджень, написання тез, виступ на конференції)

20. Паховчишин С. В. Структурно-механічні та лікувальні властивості ранозагоювальної та кровоспинної композиції «Коагулокс» / С. В. Паховчишин, М. В. Суховій, Є. В. Авер'янов, В. І. Семеняка, А. В. Панько // Актуальні проблеми біохімії та біотехнології : конф.-конкурс робіт мол. вчених, 6-7 червня : тези доповідей. - Додаток до журналу «Укр. біохім. журн.» - 2006.- Т. 78, № 6, С. 148. (Постановка та проведення реологічного та структурно-механічного дослідження, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез)

21. Pakhovchyshyn S. V. Mossbauer analysis and colloid chemical properties of nano-dimensional saponite and clays dispersions / S. V. Pakhovchyshyn, V. A. Prokopenko, A. V. Panko, E. M. Pakhlov, V. M. Nadutov, Ye. O. Svystunov, V. F. Grytsenko, M. P. Vovkotrub, O. M. Nikipelova // Clusters and nanostructured materials (CNM'2006) : international meeting, October 9-12 : materials of the meeting. - Uzhgorod, 2006. - P. 233-235. (Участь у виконанні ІЧ-спектрометрії, участь у аналізі і трактуванні результатів досліджень та написанні тез)

22. Паховчишин С. В. Зв'язана вода і колоїдно-хімічні властивості глинистих мінералів, що мають лікувальну дію / С. В. Паховчишин, А. В. Панько, М. П. Вовкотруб, С. Ю. Смик, Н. В. Годинчук, В. Ф. Гриценко // VI Міжнародна науково-практична конференція «Ресурси карпатського регіону» (Проблеми охорони та раціонального використання) : міжнар. наук.-практ. конф., 24-25 травня : зб. наук. статей. - Львів, 2007. - С. 197-202. (Проведення рН-метрії та встановлення гідрофільних характеристик зразків, участь в аналізі результатів досліджень, написання тез, виступ на конференції)

23. Панько А. В. Колоїдно-хімічні та лікувальні властивості композицій глинистих мінералів та аеросилу з екстрактами рослин / А. В. Панько, О. І. Коротич // Восьма Всеукраїнська конференція студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії» : наук. конф., 21-23 травня : зб. тез доповідей. - Київ, 2007. - С. 114. (Постановка експерименту, спільне проведення реологічних та структурно-механічних досліджень, аналіз результатів досліджень, спільне написання тез та представлення матеріалів на конференції)

24. Паховчишин С. В. Структурно-механічні властивості та морфологія поверхні дисперсій природних мінеральних осадів / С. В. Паховчишин, А. В. Панько, Н. С. Пивоварова, О. М. Нікіпєлова, В. А. Прокопенко, Р. Я. Михайлів, С. Ю. Смик, В. М. Пахомова // ІІ Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених : наук.-практ. конф., 26-28 квітня : зб. тез доповідей. - Київ, 2007 - С. 152. (Участь у постановці експерименту, проведення реологічного та структурно-механічного аналізу, аналіз поверхневої фрактальної розмірності, підготовка зразків фракталів і їх цифрового зображення, участь у трактуванні результатів досліджень та написання тез, виступ на конференції)

25. Панько А. В. Нанокомпозиционные сорбенты на основе активированных углесиликатов для очистки газообразных и жидких сред / А. В. Панько, Д. П. Шолудько, В. А. Зубкова, И. Г. Ковзун, И. Т. Проценко // ІІІ Міжнародна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології : міжнар. наук.-практ. конф., 21-23 квітня : зб. тез доповідей. - Київ, 2010. - С. 213. (Участь у постановці експерименту, участь у проведені електрономікроскопічного аналізу з аналізом розподілу елементів на поверхні, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез, виступ на конференції)

26. Зубкова В.А. Структурні особливості сорбентів на основі алюмосилікатів, модифікованих нановуглецевими продуктами термодеструкції органічних прекурсорів / В. А. Зубкова, А. В. Панько // Х міжнародна науково-практична конференція молодих учених і студентів «Політ» : наук.-практ. конф., 7-9 квітня : тези доповідей. - Київ, 2010 - С. 195. (Участь у постановці експерименту, участь у проведені електрономікроскопічного аналізу, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез)

27. Панько А.В. Углесиликатные наноматериалы в технологиях очистки пищевых жидкостей и обогащения железных руд / А. В. Панько, Д. П. Шолудько, И. Г. Ковзун, И. Т. Проценко, В. А. Зубкова // ІІ Международная научная конференция «Наноструктурные материалы - 2010: Беларусь-Россия-Украина» : междунар. науч. конф., 19-22 октября : тезисы докл. - Киев, 2010. - С. 817. (Участь у постановці експерименту, участь у проведені електрономікроскопічного аналізу з аналізом розподілу елементів на поверхні, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез, представлення матеріалу на конференції).

Анотація

Панько А. В. Структурні властивості дисперсних мінералів у складі пелагічних осадів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.11 - колоїдна хімія. - Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України, Київ, 2011.

Дисертація присвячена вивченню колоїдно-хімічних властивостей пелагічних осадів, дисперсних глинистих мінералів, що входять до їх складу та впливу останніх на властивості пелагічних осадів.

Встановлено закономірності структуроутворення в пелагічних осадах залежно від різноманітних зовнішніх факторів. Вперше досліджено реологічні, структурно-адсорбційні та фрактальні властивості пелагічних осадів Чорного моря та у порівняні зі структурними властивостями мулів поверхневого походження та глинистих мінералів, що входять до їх складу.

Показано, що кислотна обробка глин призводить до зменшення їх структурно-механічних характеристик, а термічна обробка пелагічних осадів в інертному середовищі призводить до формування вуглецевмісних глин. Останні можуть бути використані в якості більш ефективних сорбентів для видалення органічних і неорганічних речовин з рідин, ніж активоване вугілля.

Розроблено ефективні сорбенти для видалення органічних і неорганічних сполук з рідин та композиції лікувальних кровоспинних препаратів, до складу яких рекомендовано вводити термічно оброблені пелагічні глини; композиції захищено патентами України.

Ключові слова: пелагічні осади, донні морські осади, глини, структурні властивості, фрактальна розмірність, сорбенти, кислотна та термічна обробка, лікувальні композиції.

Аннотация

Панько А. В. Структурные свойства дисперсных минералов в составе пелагических осадков. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата химических наук по специальности 02.00.11 - коллоидная химия. - Институт биоколлоидной химии им. Ф. Д. Овчаренко НАН Украины, Киев, 2011.

Диссертация посвящена изучению коллоидно-химических свойств пелагических осадков, дисперсных глинистых минералов входящих в их состав и влияния последних на свойства пелагических осадков.

Установлены закономерности структурообразования в пелагических осадках в зависимости от различных внешних факторов - механического воздействия, кислотной и термической обработки. Впервые исследованы реологические, структурно-адсорбционные и фрактальные свойства пелагических осадков и проведено сравнение со свойствами илов поверхностного залегания и свойствами глинистых минералов, входящих в их состав. Причем показано, что именно глинистые минералы определяют свойства пелагических осадков и особенное значение имеют ультрадисперсные частицы, наличие которых кардинально меняет свойства.

Исследования кислотного воздействия на глинистые минералы показало, что при кислотной обработке гидрослюды и глауконита, как основных глинистых минералов пелагических осадков, развивается внутренняя поверхность частиц, а внешняя, наоборот, уменьшается. Это приводит к уменьшению структурно-механических свойств водных дисперсий, что объясняется уменьшением удельного количества контактов при межчастичном взаимодействии.

Показано, что термическая обработка пелагических осадков в инертной среде приводит к формированию углеродсодержащих глин. Причем, эффективность процесса науглероживания коррелирует с наличием ультрадисперсных частиц. Показано, что углесодержащие глины могут быть использованы в качестве более эффективных сорбентов для удаления органических и неорганических веществ из жидкостей, чем активированные угли. колоїдний хімічний пелагічний

Разработаны эффективные сорбенты для удаления органических и неорганических веществ из жидкостей, а также лечебные кровоостанавливающие композиции, в состав которых рекомендовано вводить термически обработанные глины пелагического происхождения; композиции защищены патентами Украины.

Ключевые слова: пелагические осадки, донные морские осадки, глины, структурные свойства, фрактальная размерность, сорбенты, кислотная и термическая обработка, лечебные композиции.

Summary

Panko A. V. Structural properties of dispersed minerals in a structure of pelagic sediments. - Manuscript

Dissertation for competition of scientific degree of candidate of chemical science in speciality 02.00.11 - colloid chemistry. - F. D. Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of the National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2007.

Dissertation is devoted to studying of colloid-chemical properties of pelagic sediments, dispersed clay minerals in them and influence of the latter to properties of pelagic sediments.

Mechanisms of structurization in pelagic sediments subjected to different external factors have been defined. Rheological, sorption and fractal properties of pelagic sediments of the Black Sea have been investigated for the first time and compared to properties of shallow mud and pelagic clay minerals.

It was shown that acid treatment of clays leads to decreasing of their structure-mechanical characteristics and thermal treatment of pelagic sediments leads to formation of carbonized clays. The latter mentioned could be used as more effective sorbents than activated carbon for removal of organic and inorganic substances from liquids.

Effective sorbents for removal of organic and inorganic substances from liquids and compositions of tourniquet drugs (with a recommendation to add thermal treated pelagic clays) were developed. Compositions are protected by patents of Ukraine.

Key words: pelagic sediments, marine bottom sediments, clays, structural properties, fractal dimension, sorbent, acid and thermal treatment, medical compositions.

Размещено на Allbest.ru

...