Состав, структура и термическая устойчивость гидратов обменных катионов сапонита

Abstract

Изучены изотермы адсорбции паров воды и теплоты смачивания водой ряда образцов сапонита с щелочными, щелочно-земельными и переходными 3d-катионами в обменном комплексе. Показано, что в однослойных гидратах минерала толщиной Δd = 2,8 – 3,2 Å имеет место образование плоских ди-, три- и тетрааквакатионов металлов. В двухслойных гидратах двухзарядные обменные катионы, как правило, окружены октаэдром молекул воды. Термическая устойчивость межслоевых гидратов невелика: они разрушаются в результа те термовакуумной обработки при 140°С. Снижение теплоты смачивания водой образцов с ионами переходных металлов в обменном комплексе после термовакуумирования при 300°С связано с необратимым смыканием части структурных слоев сапонита с образованием нерасширяющихся слюдоподобных структур в результате образования в межслоевых промежутках безводных оксидов переходных металлов. В работе намечены пути использования сапонита в качестве активной добавки к коагулянту для повышения качества очистки природной воды.

Вивчено ізотерми адсорбції парів води та теплоти змочування водою ряду зразків сапоніту з лужними, лужноземельними та перехідними 3d-катіонами в обмінному комплексі. Показано, що в одношарових гідратах мінералу товщиною Δd = 2,8 – 3,2 Å має місце утворення пласких ди-, три- і тетрааквакатіонів металів. У двошарових гідратах двозарядні обмінні катіони, як правило, оточені октаедром молекул води. Термічна стійкість міжшарових гідратів невелика: вони руйнуються в результаті термовакуумної обробки при 140° С. Падіння теплоти змочування водою зразків з іонами перехідних металів в обмінному комплексі після термовакуумування при 300° С пов’язується з незворотним змиканням частини структурних шарів сапоніту з утворенням слюдоподібних структур, що не розширюються, в результаті утворення в міжшарових проміжках безводних оксидів перехідних металів. Намічені шляхи використання сапоніту як активної добавки до коагулянту для підвищення якості очищення природної води.

The adsorption isotherms of water vapour and heat of wetting with water for a number of saponite samples with alkali, alkaline-earth and transitional 3d-cations in the exchange complex are studied. It is shown that in singlelayer hydrates of mineral with thickness Δd = 2,8 – 3,2 Å the formation of planar di-, tri-and tetraaquacations of metals takes place. In the two-layer hydrates double-charged exchangeable cations usually are surrounded by an octahedron of water molecules. Thermal stability of the interlayer hydrate is small: they are destroyed by thermal vacuum treatment at 140°C. The decrease in heat of wetting of water samples with transitional metal ions in the exchange complex after thermal vacuum degassing at 300°C in the work is associated with irreversible closing of a part of the structural layers of saponite to form inextensible mica-like structures as a result of formation of anhydrous transition metal oxides in the interlayer spacing. The paper outlines the ways of using the saponite as a supplement to the coagulant to improve the quality of purification of natural water.