Взаємодія шаруватих силікатів з поліакриламідами і неполярними вуглеводнями

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ, МІНЕРАЛОГІЇ ТА РУДОУТВОРЕННЯ М.П. СЕМЕНЕНКА НАН УКРАЇНИ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук

04.00.20 - мінералогія, кристалографія

ВЗАЄМОДІЯ ШАРУВАТИХ СИЛІКАТІВ З ПОЛІАКРИЛАМІДАМИ І НЕПОЛЯРНИМИ ВУГЛЕВОДНЯМИ

Виконала Задвернюк Галина Петрівна

Київ - 2009

АНОТАЦІЯ

Задвернюк Г.П. Взаємодія шаруватих силікатів з поліакриламідами і неполярними вуглеводнями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.20 - мінералогія, кристалографія. - Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України. - Київ, 2009.

У дисертації наведено теоретичне обґрунтування природи взаємодії шаруватих силікатів з поліакриламідами і неполярними вуглеводнями і нове вирішення проблеми підвищення гідросорбційних властивостей бентонітових глин Черкаського родовища. Воно полягає в їх модифікації за допомогою ПАА або неполярних вуглеводнів, що дає змогу використовувати модифіковані ПАА бентоніти для створення гідроізоляційних бар'єрів, а природні шаруваті силікати - для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води.

Встановлено, що кількість вуглеводнів, поглинених шаруватими силікатами у присутності води, зростає зі збільшенням розміру кристалітів. У системі якість-ціна для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води доцільно використовувати глини Черкаського родовища.

Вперше виявлено, що поглинання вуглеводнів шаруватими силікатами приводить до підвищення їх водопоглинання і набухання.

Ключові слова: глинисті мінерали, бентоніт, монтморилоніт, палигорськіт, каолініт, поліакриламід, неполярні вуглеводні, поглинання, водопоглинання, водоутримання.

глина монтморилоніт силікат реологічний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Використання природних глин у промисловості і у заходах по охороні навколишнього середовища обумовлене їх мінеральним складом і фізико-хімічними властивостями, які в свою чергу, визначаються будовою глинистої частинки та її розмірами.

Постійні розливи нафтопродуктів на поверхні води вимагають використання великої кількості дешевих нетоксичних матеріалів для руйнації нафтових плівок. Проте, робіт, в яких розглядаються питання поглинання неполярних вуглеводнів глинами у присутності води, мало. Вивчення механізму їх поглинання має як теоретичне, так і прикладне значення. Все вище сказане спонукало нас провести дослідження у цьому напрямку.

Фізико-хімічні властивості глин можна змінити шляхом їх модифікації органічними речовинами, зокрема поліакриламідами (ПАА). Глини, модифіковані ПАА можуть використовуватися для створення гідроізоляційних бар'єрів, які зменшують міграцію токсичних речовин із зони забруднення в навколишнє середовище. Відомості про методи модифікації глин ПАА, їх властивості і способи їх використання обмежені і є конфіденційними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у зв'язку з бюджетною темою Інституту геохімії навколишнього середовища НАН та МНС України “Зберігання та захоронення РАВ і ВЯП (концепція, методологія, експериментальні дослідження)” (№ ДР 0106U000689).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є виявити закономірності взаємодії поліакриламідів і неполярних вуглеводнів з глинистими мінералами для підвищення їх гідросорбційних властивостей і можливості використання шаруватих силікатів для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води.

Для досягнення мети поставлені такі завдання:

З'ясувати закономірності поглинання типовими глинами (бентонітом, каолінітами, гідрослюдистою та палигорськітовою глинами) неполярних вуглеводнів у присутності води.

Встановити природу впливу неполярних вуглеводнів на водопоглинання та набухання шаруватих силікатів.

З'ясувати природу взаємодії монтморилоніту з поліакриламідами.

Визначити гідросорбційні (водопоглинання, водоутримання) і реологічні властивості бентонітових глин, модифікованих поліакриламідами.

Уточнити мінеральний склад глин Дашуківської ділянки Черкаського родовища. Оцінити можливість використання природних і модифікованих глин для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води.

Об'єктом дослідження є взаємодія шаруватих силікатів з поліакриламідами і неполярними вуглеводнями.

Предметом дослідження є властивості природних і модифікованих шаруватих силікатів.

Методи дослідження. У роботі використовувались такі методи: рентгенівський фазовий аналіз (рентгенівський дифрактометр ДРОН УМ-1), оптична та електронна мікроскопія (поляризаційний мікроскоп МИН-4, растровий електронний мікроскоп JEOL JSM-6700F), ІЧ-спектроскопія (спектрофотометр UR-20), метод Тюріна.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше показано, що поглинання вуглеводнів шаруватими силікатами у присутності води приводить до збільшення їх водопоглинання і набухання, що пов'язано зі збільшенням об'єму мікроагрегатів і, відповідно, об'єму мікро- і макропор, заповнених водою.

Встановлено, що кількість вуглеводнів, поглинених глинами у присутності води визначається розміром кристалітів у мікроагрегатах і природою шаруватих силікатів. З'ясовано, що кількість поглинених вуглеводнів, на відміну від води, зростає зі збільшенням розміру кристалітів.

Методами ІЧ-спектроскопії підтверджено, що взаємодія монтморилоніту з катіонними ПАА здійснюється електростатичними силами, а з аніонними і неіоногенними ПАА - водневими зв'язками та силами міжмолекулярної взаємодії.

Обґрунтованість і достовірність отриманих результатів. Обґрунтованість отриманих результатів визначається значною кількістю лабораторних досліджень, застосуванням сучасних фізико-хімічних методів і сертифікованих методик, використанням глинистих мінералів, фізико-хімічні властивості яких визначені за стандартними методиками.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень дозволяють пояснити механізм поглинання вуглеводнів шаруватими силікатами у присутності води. Він полягає в тому, що вуглеводні поглинаються порами мікроагрегатів, утворених внаслідок накладання кристалітів один на одного, а вода - мікро- і макропорами агрегатів і їх асоціатів. Обґрунтовано доцільність використання глин Черкаського родовища для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води з наступним їх затопленням.

Показано, що для покращення водопоглинання, водоутримання і реологічних властивостей бентонітових глин Черкаського родовища доцільна їх модифікація неіоногенними або аніонними ПАА у кількості 0,5 % від маси вихідної глини. Модифіковані ПАА бентоніти є перспективними для створення гідроізоляційних екранів і як тампонажні матеріали при будівництві гідротехнічних споруд.

Особистий внесок здобувача. Дисертант відбирала зразки глин з Черкаського родовища, визначала їх мінеральний склад і фізико-хімічні властивості. Здобувачем проведено модифікацію глин продуктивної товщі Черкаського родовища ПАА, вивчено їх гідросорбційні і реологічні властивості. Запропоновано методику і проведено експерименти по визначенню поглинання глинами вуглеводнів з водомасляної суміші. Запропоновано механізм поглинання вуглеводнів шаруватими силікатами у присутності води.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, які викладені у дисертації, оприлюднено на: Міжнародній конференції “20 років Чорнобильської катастрофи. Погляд у майбутнє”, м. Київ, 2006 р.; Международной конференции “Глины и глинистые минералы”, г. Пущино, Россия, 2006 г.; III міжнародній конференції “Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення”, Алушта, 2007 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми екологічної та ядерної безпеки об'єктів паливно-енергетичного комплексу”, м. Київ, 2007 р.; III Всеукраїнській науково-практичній конференції “Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України”, м. Запоріжжя, 2007 р.; 3^rd International meeting “Clays in natural and engineered barriers for radioactive waste confinement”, Lille, 2007; Всеукраїнській науково-практичній конференції “Екологія міст і рекреаційних зон”, Одеса, 2008 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Екологічні проблеми техногенно-навантажених регіонів”, Дніпропетровськ, 2008 р.; IV міжнародній конференції “Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення” Алушта, 2008 р., міжвідомчій науковій сесії “Сучасні проблеми теорії і практики наук про Землю і перспективи їх розвитку”, м. Київ, 2009 р.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У розділі 1 “Вивченість проблеми” розглянуто питання взаємодії глинистих мінералів з органічними речовинами. Особлива увага приділена дослідженню взаємодії поліакриламідів та інших водорозчинних полімерів з глинистими мінералами.

Адсорбція полімерів на твердій поверхні залежить від багатьох факторів: хімічної природи адсорбенту і адсорбату, якості розчинника, молекулярної маси полімеру, температури та ін.

Адсорбція поліелектролітів - явище складніше, ніж адсорбція незаряджених полімерів внаслідок появи у цьому випадку додаткових (електричних) взаємодій адсорбенту і адсорбату. Величина адсорбції поліелектролітів на зарядженій поверхні глинистої частинки залежить не тільки від енергії адсорбції елементарної ланки, концентрації адсорбату, молекулярної маси зразку, термодинамічної якості розчинника (як у випадку неіоногенних полімерів), а й від густини зарядів поверхні макроіону, ступеню екранування зарядів поліелектролітів тощо.

Властивості модифікованих глин залежать від природи і кількості введеного полімеру. На основі бентонітів і поліакриламідів у Нідерландах і Росії розроблено композиційні матеріали, які знаходять застосування при будівництві гідротехнічних споруд. В Україні їх аналогів немає, а відомості про технологію їх отримання є конфіденційними.

Адсорбція вуглеводнів глинистими мінералами з парової фази, переважно, відбувається на зовнішній поверхні кристалітів. Обмінні катіони у міжшаровому просторі і внутрішня киснева поверхня алюмосилікатних шарів не беруть участь у взаємодії шаруваті силікати-неполярні вуглеводні. Активними центрами на зовнішній поверхні кристалітів глинистих мінералів можуть бути обмінні катіони, поверхневі гідроксили, поверхні зколів, кремнійкиснева поверхня, фізично адсорбована вода.

Дослідження природи сорбції неполярних вуглеводнів глинами, головним чином, проводилось із парової фази, тоді як потреби промисловості і екології вимагають обґрунтування процесів сорбції вуглеводнів у присутності води. Кількість таких робіт обмежена і вони мають, переважно, прикладний характер.

У розділі 2 “Об'єкти і методи досліджень” обґрунтовано вибір об'єкту і методів досліджень. Об'єктом досліджень є взаємодія шаруватих силікатів з поліакриламідами і неполярними вуглеводнями.

Для дослідження властивостей і мінерального складу природних і модифікованих глин застосовували традиційні сучасні методи досліджень: рентгенівський фазовий аналіз, оптичну і електронну мікроскопію, ІЧ-спектроскопію. Для визначення водопоглинання глин використовували метод “Enslin”. Вміст органічного вуглецю у зразках визначали за стандартним методом Тюріна. Для дослідження взаємодії неполярних вуглеводнів у присутності води розроблено спеціальну методику. На поверхню води поміщали розраховану кількість трансформаторного масла для створення шару певної товщини, на який наносили певну кількість сорбенту. Після повного осадження сорбенту дисперсну фазу відділяли від дисперсного середовища. У висушеному осаді визначали вміст органічного вуглецю.

Для досліджень з Черкаського родовища (Дашуківська ділянка) відібрано і вивчено зразки глин продуктивної товщі 1-5 горизонтів. Крім глин Черкаського родовища, досліджувалися також каолініти Глухівецького, Просянівського, Володимирівського, Глухівського родовищ України, а також - спучені вермикуліт, перліт і ктилоптиноліт.

У розділі 3 “Геолого-мінералогічні особливості глин України” наводиться короткий огляд мінерального складу основних родовищ глин України. Інтенсивні процеси вивітрювання у значному часовому інтервалі привели до широкого розвитку різних мінеральних типів глин, серед яких слід виділити каолінові, бентонітові, палигорськітові, і глини змішаного складу. Ряд глинистих мінералів із числа шаруватих силікатів не утворюють глинисті товщі значної потужності, проте їх роль доволі значна як мінеральної сировини. До них слід віднести вермикуліт.

Бентонітові, палигорськітові і каолінові глини за генезисом відносять до первинних або вторинних. Первинні (елювіальні, залишкові) залягають на місці їх утворення і є кінцевим продуктом вивітрювання вихідних материнських порід. Вторинні глини є перевідкладеними. До них відносять перевідкладені каоліни, бентонітові і палигорськітові глини Черкаського родовища. Як правило, вторинні, перевідкладені каоліни характеризуються меншим розміром кристалів каолінітів і більш низькою досконалістю структури, що відображається на їх фізико-хімічних властивостях.

Монтморилонітові і палигорськітові глини Черкаського родовища утворилися внаслідок вивітрювання палеозойських гірських порід, представлених піроксенітами і метаморфічними породами. Про генетичний зв'язок монтморилоніту і палигорськіту з цими породами свідчить наявність у глинах реліктів змінених амфіболів, серпентинітів та інших порід. Потужність продуктивного горизонту бентонітових і палигорськітових глин досягає 25 м. Основною відмінністю черкаського монтморилоніту від монтморилонітів інших родовищ є підвищений вміст Fe³⁺ в октаедрах. Сумарна обмінна ємність монтморилоніту складає 90-100 мг/екв./100 г сухої глини. Основним катіоном в обмінному комплексі є Са²⁺ .

Наявність палигорськіту у Черкаському родовищі робить його унікальним, аналогів в Україні немає. Генезис палигорськіту пов'язаний з вивітрюванням амфіболітів і піроксенітів у морських умовах, тобто формувався в процесі вивітрювання гірських порід, багатих на магній. Хімічний склад мінералу аналогічний з палигорськітами інших родовищ.

Характерною мінералогічною особливістю Дашуківської ділянки є наявність полімінеральних глин, в яких присутні монтморилоніт і палигорськіт у співвідношенню 1:1 (4-ий горизонт), а також глин змішаного складу з переважанням гідрослюди (5-ий горизонт).

У роботі також використовувались мономінеральні зразки каолінітів, виділених із відповідних каолінів (Глухівецького, Глухівського, Просянівського, Володимирівського родовищ), які відрізнялись розміром кристалітів і їх структурною досконалістю.

Вермикуліт немає широкого розвитку у геологічних формаціях України. Його генезис пов'язаний з вивітрюванням материнських порід - гнейсо-мігматитів і метаморфізованих ультрабазитів докембрію. Хімічний склад вермикуліту характеризується підвищеним вмістом Mg, Al, Fe, H₂O. Здатність вермикуліту до спучування є однією із найважливіших його властивостей, яка дозволяє збільшити його об'єм у багато разів.

У розділі 4 “Взаємодія глинистих мінералів з поліакриламідами і неполярними вуглеводнями” показано, що обробка (модифікація) бентонітових глин водним розчином ПАА приводить до адсорбції останнього на глинистих частинках з їх подальшою флокуляцією.

Вивчення ІЧ-спектрів природного і модифікованого монтморилонітів показало, що внаслідок адсорбції катіонного полімеру монтморилонітом відбувається зміщення смуг поглинання азотовмісних груп у молекулі ПАА. Зміщення цих смуг можна пояснити утворенням поверхневих органо-мінеральних сполук внаслідок взаємодії негативно заряджених центрів поверхні монтморилоніту з позитивно зарядженими ділянками ланцюга ПАА. Взаємодія катіонного полімеру з монтморилонітом може здійснюватися також водневими зв'язками між карбонільною групою полімеру і відповідними центрами на поверхні монтморилоніту. Адсорбція аніонних і неіоногенних полімерів поверхнею монтморилоніту здійснюється, головним чином, водневими зв'язками між карбонільними і гідроксильними групами полімеру і відповідними центрами зовнішньої поверхні кристалітів монтморилоніту. Ймовірна також взаємодія між аміногрупами полімеру і О--центрами монтморилоніту. Проте, для аніонного і неіоногенного ПАА така взаємодія має другорядне значення. Оскільки, заряди ланцюга полімеру і глинистої частинки (дзета потенціал) є негативними, сорбція аніонного ПАА бентонітом значно менша, ніж катіонного.

Однією із важливих властивостей шаруватих силікатів є їх здатність поглинати як полярні, так і неполярні вуглеводні. Це пов'язано з тим, що на поверхні кристалітів глинистих мінералів знаходяться як гідрофільні, так і гідрофобні центри.

Вивчення поглинання трансформаторного масла шаруватими силікатами у присутності води показало, що кількість поглинених вуглеводнів визначається природою сорбенту і товщиною шару масла на поверхні води. Незалежно від природи сорбенту кількість поглинених вуглеводнів зростає зі збільшенням товщини шару.

Поглинання масла сорбентами, які не мають шаруватої структури (перліт, цеоліт) значно менше у порівнянні з шаруватими силікатами. Глини, які мають великий розмір частинок сорбують більше масла, ніж високодисперсні (табл. 1).

Таблиця 1. Поглинання масла сорбентами із водомасляної суміші за товщини шару 250 мкм

Вплив розміру частинок глини (r) на її здатність поглинати масло вивчали на прикладі каолінітів Глухівецького (r = 1-5 мкм), Просянівського (r = 1,0-2,0 мкм), Володимирівського (r = 0,8-1,5 мкм) і Глухівського (r = 0,05-0,1 мкм) родовищ.

Використовуючи схему утворення пор, запропоновану F. Bergaya і G. Lagaly та отримані експериментальні дані вважаємо, що поглинання неполярних вуглеводнів здійснюється, головним чином, порами і капілярами, розташованими між базальними гранями суміжних кристалітів в мікроагрегатах. Це пов'язано з тим, що основна кількість гідрофобних центрів знаходиться на базальних гранях кристалітів глинистих мінералів.

У розділ 5 “Гідросорбційні і реологічні властивості модифікованих глин” наведено дані по водопоглинанню, водоутриманню бентонітів: природних та модифікованих ПАА і неполярними вуглеводнями. Також розглянуто вплив ПАА на статичну напругу зсуву водних суспензій бентоніту. Додавання ПАА до бентоніту значно збільшує його водопоглинання, яке залежить від кількості і природи введеного полімеру.

Важливою властивістю бентонітів є здатність не тільки поглинати, але і утримувати воду. Вивчення динаміки втрати води природним і модифікованими бентонітами із водної суспензії (співвідношення тверда фаза-рідини 1:5), показало, що введення у бентоніт полімеру у кількості 0,5 % сповільнює видалення води із глини, а за вмісту ПАА 5 % водовіддача посилюється. Це обумовлено збільшенням об'єму макропор у бентоніті внаслідок його модифікаціі ПАА у кількості понад 0,5-1 %.

Вода в макропорах видаляється значно швидше, ніж із мікропор, оскільки частка адсорбційно зв'язаної води у мікропорах більша, ніж у макропорах. Стає зрозумілим, що гідросорбційні властивості глин можна регулювати шляхом введення модифікаторів з певними фізико-хімічними властивостями, які змінюють як кількісний, так і якісний склад пор у коагуляційній системі глина-вода.

Для оцінки взаємодії між частинками у коагуляційній системі глина-вода, зазвичай, використовують поняття статичної напруги зсуву. Збільшення кількості ПАА у бентоніті, незалежно від природи полімеру, приводить до зростання статичної напруги зсуву, оскільки на зовнішній поверхні кристалітів монтморилоніту утворюється адсорбційний шар із ПАА, товщина якого визначається природою полімеру і його концентрацією у глині. У випадку підвищення вмісту ПАА у глині, товщина адсорбційного шару зростає внаслідок утворення на поверхні кристалітів петель із ланцюгів полімеру. Утворення петель перешкоджає переміщенню частинок глини (однієї стосовно іншої), що відповідно, приводить до збільшення статичної напруги зсуву.

Дослідження показали, що вплив основних чинників на статичну напругу зсуву можна описати таким рівнянням:

Р = 113,2 + 13223,7 C - 3,7 W - 0,009 M,

де коефіцієнт кореляції R = 0,81, Р - статична напруга зсуву, г/(см·с²); С - концентрація ПАА у суспензії, %; W - ступінь гідролізу ПАА, %; М - молекулярна маса ПАА Ч 10.

Незалежно від природи полімеру збільшення його вмісту у бентоніті до 1 % приводить до зростання статичної напруги зсуву. Аніонні ПАА виявляють сильніший вплив на реологічні властивості бентоніту, ніж катіонні. Отримане рівняння дає змогу розрахувати склад модифікованого бентоніту із необхідними властивостями.

Адсорбція неполярних вуглеводнів глинами приводить до збільшення водопоглинання і набухання, величина яких визначається вмістом поглинених вуглеводнів. Незначне зменшення водопоглинання після насичення їх вуглеводнями, ймовірно, пов'язане з частковою гідрофобізацією макропор. Зовсім інший характер залежності вододопоглинання від кількості поглиненого масла проявляють сорбенти, які не мають шаруватої структури (перліт). Так, навіть незначне заповнення пор перліту вуглеводнями різко зменшує його водопоглинання.

Отримані дані можна пояснити тим, що поглинання води глинистими коагуляційними системами здебільшого забезпечується наявністю наскрізних і не наскрізних мікро- і макропор, які утворюються в результаті з'єднання мікроагрегатів. Об'єм мікропор незначний, у процесі водопоглинання відіграє другорядну роль.

Поглинання глинами неполярних вуглеводнів у присутності води здійснюється мікроагрегатами, утвореними внаслідок накладання кристалітів один на одного. Мікропори, які розташовані вздовж базальних площин глинистих мікроагрегатів, мають значно більше гідрофобних центрів, ніж бокові поверхні. Наявність гідрофобних центрів на базальних площинах обумовлена силанольними групами (Si-O-Si), в яких заряди між кремнієм і киснем повністю скомпенсовані, внаслідок чого ця група має, в цілому, гідрофобний характер. Додаткові гідрофобні центри можуть утворюватись у гідратних оболонках обмінних катіонів, в яких молекули води розташовуються таким чином, що компенсують протилежні заряди, утворюючи незаряджений гідрофобний центр (біфільні молекули води). Проникнення молекул вуглеводнів у мікропори призводить до виникнення розклинювального тиску внаслідок багатошарової адсорбції.

Все вище сказане дозволило запропонувати схему підвищення водопоглинання глин внаслідок поглинання ними неполярних вуглеводнів . Поглинання масла із водомасляної суміші приводить до збільшення об'єму мікроагрегатів, яке у свою чергу, спричинює збільшення загального об'єму пор, заповнених водою.

У розділі 6 “Використання природних і модифікованих глин у природоохоронних заходах” висвітлена можливість використання природних і модифікованих глин для створення гідроізоляційних бар'єрів при будівництві гідротехнічних споруд. За нашими даними, бентоніти Черкаського родовища мають найкращі водопоглинальні і водоутримувальні властивості у випадку модифікації їх неіоногенними або аніонними ПАА у кількості 0,5 % від маси глини.

Для руйнації плівок нафтопродуктів товщиною менше 1,0 мм доцільно використовувати шаруваті силікати з подальшим їх затопленням. Незважаючи на те, що каоліни мають вищу сорбційну ємність щодо неполярних вуглеводнів, ніж бентоніти, у системі ціна-якість доцільно використовувати глини Черкаського родовища. Модифікація глин Черкаського родовища ПАА приводить до незначного підвищення поглинання ними неполярних вуглеводнів (2-9 %).

Оскільки модифікація глин ПАА є складним технологічним процесом, а підвищення сорбційної здатності незначне, тому ми вважаємо, що для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води доцільно використовувати природні глини. Залежно від товщини шару для руйнації плівок нафтопродуктів доцільно використовувати глини різних сортів. За товщини плівки до 200 мкм рекомендується використовувати бентонітові глини, основною складовою яких є монтморилоніт, а за більшої товщини - палигорськітову або монтморилоніт-палигорськітову глини.

Поглинені вуглеводні доволі міцно утримуються в об'ємі глини, а їх десорбція не перевищує 3 %.

Використання природних глин доцільне з точки зору екології, оскільки вони практично не містять речовин, які забруднюють акваторії і є природним компонентом донних відкладів.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне обґрунтування природи взаємодії шаруватих силікатів з поліакриламідами і неполярними вуглеводнями і нове вирішення проблеми підвищення гідросорбційних властивостей бентонітових глин Черкаського родовища. Воно полягає в модифікації глин за допомогою ПАА або неполярних вуглеводнів, що відкриває можливість використовувати модифіковані ПАА бентоніти для створення гідроізоляційних бар'єрів, а природні шаруваті силікати - для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води.

2. Фіксація ПАА частинками монтморилоніту здійснюється, переважно, зовнішніми гранями кристалітів за рахунок утворення електровалентних зв'язків для катіонних ПАА і водневих зв'язків та сил міжмолекулярної взаємодії для аніонних і неіоногенних ПАА.

3. Для покращення гідросорбційних властивостей черкаського бентоніту доцільно проводити його модифікацію неіоногенним або аніонним ПАА у кількості до 0,5 % . Введення у глину більше 1 % ПАА приводить до значного збільшення водопоглинання глини, але одночасно спричинює зменшення його водоутримувальної здатності.

4. Взаємодія глин з неполярними вуглеводнями у присутності води супроводжується одночасним поглинанням води і вуглеводнів. Вода поглинається мікро- і макропорами глини, утвореними внаслідок з'єднання мікроагрегатів і агрегатів. Неполярні вуглеводні поглинаютьcя мікроагрегатами, утвореними внаслідок накладання кристалітів один на одного.

5. Поглинання вуглеводнів шаруватими силікатами приводить до підвищення їх водопоглинання і набухання, що пов'язано зі збільшенням об'єму мікроагрегатів унаслідок поглинання ними вуглеводнів між базальними гранями суміжних кристалітів. Збільшення об'єму мікроагрегатів, у свою чергу, викликає збільшення об'єму мікро- і макропор, заповнених водою.

6. Десорбція вуглеводнів з глиномасляних сумішей річковою водою незначна і складає для глин Черкаського родовища не більше 3 %.

7. У системі ціна-якість глини Черкаського родовища є перспективними для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води у технологіях із затопленням сорбентів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сорбция ¹³⁷Cs глинополимерными композитами, созданными на основе бентонита и анионных полиакриламидов / Ю. Г. Федоренко, Г. П. Задвернюк, Б. П. Злобенко, Т. И. Коромысличенко // Зб. наук. праць ІГНС. - К., 2007. - № 14. - С. 108-114. (Здобувачем отримано глинополімерні композити, визначено їх реологічні і сорбційні властивості, проведено інтерпретацію отриманих результатів).

2. Сорбція радіонуклідів глинополімерними композитами / Г. П. Задвернюк, Ю. Г. Федоренко, Б. П. Злобенко, Т. І. Коромисліченко // Зб. наук. праць ІГНС. - К., 2007. - № 15. - С. 94-98. (Здобувачем отримано глинополімерні композити, визначено їх статичну напругу зсуву, проведено інтерпретацію отриманих результатів).

3. Гідросорбційні властивості бентонітових глин, модифікованих поліакриламідами / Г. П. Задвернюк, В. М. Кадошніков, Ю. Г. Федоренко, Б. П. Злобенко, Л. В. Спасова // Мінерал. журн. - 2008. - Т. 30, № 2. - С. 80-85. (Здобувачем проведено модифікацію бентонітових глин поліакриламідами, визначено їх водопоглинання і водоутримання, проведено інтерпретацію отриманих результатів).

4. Природа взаємодії бентоніту з полярними і неполярними органічними речовинами / Е. В. Соботович, Г. П. Задвернюк, В. М. Кадошніков, Б. П. Злобенко, І. Р. Писанська, Ю. Г. Федоренко // Мінерал. журн. - 2008. - Т. 30, № 4. - С. 32-40. (За допомогою ІЧ-спектроскопії здобувачем підтверджено природу взаємодії монтморилоніту з поліакриламідами різної природи і неполярними вуглеводнями. Запропоновано схему поглинання неполярних вуглеводнів шаруватими силікатами).

Тези та матеріали конференцій:

5. Задвернюк Г. П. Сорбция ¹³⁷ Cs геополимерными композитами на основе бентонита Черкасского месторождения Украины / Г. П. Задвернюк, Ю. Г. Федоренко, Б. П. Злобенко // Глины и глинистые минералы : междунар. конф., 26-30 июня 2006 г. : тезисы докл. - Пущино, 2006. - С. 98. (Здобувачем отримано глинополімерні композити, проведено експериментальні дослідження і інтерпретацію отриманих результатів).

6. Федоренко Ю. Г. Створення композитних екранних матеріалів для пунктів тимчасової локалізації РАВ у зоні відчуження / Ю. Г. Федоренко, Г. П. Задвернюк, Б. П. Злобенко // 20 років Чорнобильської катастрофи. Погляд у майбутнє : міжнар. конф., 24-26 квіт. 2006 р.: тези доп. - К., 2006. - С. 354-355. (Здобувачем проведено експериментальні дослідження і інтерпретацію отриманих результатів).

7. Глинополімерні композити як нові компоненти бар'єрних матеріалів / Г. П. Задвернюк, В. М. Кадошніков, Б. П. Злобенко, Т. І. Коромисліченко // Екологічна безпека : проблеми і шляхи вирішення : міжнар. наук.-практ. конф., 10-14 верес. 2007 р. : зб. наук. ст. - Х. : Райдер, 2007. - Т. 1. - С. 212-216. (Здобувачем розроблено методи отримання модифікованих бентонітів, оцінено вплив поліакриламідів на їх сорбційні властивості).

8. Глини Черкаського родовища як сорбенти нафтопродуктів / Г. П. Задвернюк, В. М. Кадошніков, Б. П. Злобенко, І. Р. Писанська, Ю. Г. Федоренко // Екологічна безпека : проблеми і шляхи вирішення : міжнар. наук.-практ. конф., 8-12 верес. 2008 р. : зб. наук. ст. - Х. : Райдер, 2008. - Т. 1. - С. 319-323. (Здобувачем оцінено можливість використання глин Черкаського родовища для руйнації плівок нафтопродуктів на поверхні води).

9. Природні та модифіковані глинисті мінерали як компоненти геохімічних бар'єрів / Г. П. Задвернюк, В. М. Кадошніков, Ю. Г. Федоренко, Б. П. Злобенко, С. В. Кузенко // Екологія міст і рекреаційних зон : всеукр. наук.-практ. конф., 17-18 квіт. 2008 р. : зб. наук. ст. - Одеса, 2008. - С. 330-334. (Здобувачем проаналізовано взаємозв'язок між сорбційними властивостями природних і модифікованих глин Черкаського родовища і їх мінеральним складом).

10. Сорбція важких металів бентонітами, модифікованими поліакриламідами / Г. П. Задвернюк, В. М. Кадошніков, Ю. Г. Федоренко, Б. П. Злобенко, С. В. Кузенко // Екологічні проблеми техногенно-навантажених регіонів : міжнар. наук.-практ. конф., 12-14 трав. 2008 р. : зб. наук. ст. - Дніпропетровськ, 2008. - С. 105-107. (Здобувачем оцінено вплив поліакриламідів на сорбційні властивості глин Черкаського родовища).

Размещено на Allbest.ru