СОРБЦИЯ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ СМЕСЕЙ НА ОРГАНОМОДИФИЦИРОВАННОМ МОНТМОРИЛЛОНИТЕ *1
Морозов Георгий Сергеевич
Аспирант
Казанский государственный университет, Химический Институт,
Отдел химии окружающей среды, г. Казань, Россия
goshamorozov@gmail.com
Летучие органические соединения, присутствующие в составе легколетучих фракций нефти и используемые в качестве промышленных растворителей, являются распространенными и опасными химическими загрязнителями воздушной среды. Сорбционные методы очистки и разделения их паровых и жидких смесей основаны обычно на использовании дорогих синтетических сорбентов, поэтому актуальной задачей является разработка сорбентов более дешевых и одновременно эффективных.
В данной работе в качестве минерала-основы нового сорбента был выбран монтмориллонит (ММТ) - глинистый минерал алюмосиликатной группы, характеризующийся высокими значениями удельной поверхности, емкости катионного обмена (ЕКО), уникальной набухающей структурой и, как следствие - высокой активностью в отношении как гидрофильных, так и гидрофобных соединений. В связи с тем, что наличие сопутствующих минеральных и органических веществ в ММТ-содержащих материалах в значительной степени маскирует эффекты сорбции на самом минерале, в исследованиях использовали препаративный ММТ (Montmorillonite K-10, фирма Aldrich). Для поддержания сорбционной активности минерала в условиях высокой влажности поверхность минерала модифицировали бензилдодецилдиметиламмоний бромидом (катионным ПАВ, БДДМА) в количествах 5% и 10% масс.% (17 и 34% от ЕКО). Заданную влажность сорбенту придавали путем прокаливания в печи или насыщения парами воды в эксикаторе. На чистом и модифицированных ММТ в условиях разной влажности методом статического хроматографического анализа равновесного пара изучали парофазную сорбцию индивидуальных органических соединений (алифатический н-гексан, ароматический бензол и метанол), а также конкурентную сорбцию пар гидрофобный/гидрофобный (бензол/гексан) и гидрофобный/гидрофильный (бензол/метанол) сорбатов в соотношениях 1:1, 1:2, 2:1.
Модифицирование ММТ обеспечило значительный прирост сорбции бензола и гексана (до 50 мкл/г) в условиях предельной гидратации, но не оказало влияния на величины сорбции в условиях низкой влажности. Сорбенты на основе модифицированного ММТ были в 2 раза эффективнее, чем ранее синтезированные нами сорбенты на основе цеолитсодержащей породы с той же степенью модифицирования. В отличие от сорбции индивидуальных соединений, при конкурентной сорбции на чистом и модифицированных ММТ была отмечена избирательность сорбции алифатического и ароматического углеводорода. В ходе конкурентной сорбции смесей были также выявлены и количественно оценены эффекты взаимного блокирования. Конкурентная сорбция гексана и бензола на ММТ не была аддитивной и реализовалась на одних и тех же сорбционных сайтах. В смеси метанола с бензолом при влажностях менее воздушно-сухого состояния, сорбция метанола протекала как на общих, так и недоступных для бензола сайтах, а при полной гидратации сорбента метанол почти не затрагивал центры, предпочитаемые бензолом. В предельно гидратированных условиях максимум сорбции бензола и гексана наблюдали при содержании 5% БДДМА в сорбенте, а в случае их конкурентной сорбции эффективность сорбента со степенью модифицирования 5 и 10% была одинаковой.