Иерархическая структура нанопористости мексиканских природных цеолитов типа клиноптилолит

Abstract

Актуальность исследования обусловлена большим количеством вновь открытых цеолитовых месторождений в Мексике. Для практического использования этих материалов требуются соответствующие экспериментальные модели, обеспечивающие достоверные и пригодные к использованию данные по каждому из заявленных месторождений. Основной целью работы является оценка адсорбционной способности природных клиноптилолитных цеолитов из различных месторождений Мексики для оценки их нанопористости и наличия в них мезопористых пустот. Объектами исследования являются цеолитовые туфы семи различных месторождений, расположенных в Мексике. Эти отложения слабо изучены и характеризуются сложным минеральным составом пород. Методы исследования: цеолиты изучены методами рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии, термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии. Все образцы были также изучены методом адсорбции N 2 для оценки площади поверхности всех исследованных цеолитов методом БЭТ, Ленгмюра и t-графиков. Общий объем пор оценивали в соответствии с правилом Гурсвича. Микропористость этих природных цеолитов измерялась методом адсорбции высокого разрешения с применением теории объемного заполнения микропор Дубинина-Астахова (D-A). Информация о распределении размеров микропор получена по данным изотермической адсорбции-десорбции. Результаты. Нанопористость природных клиноптилолитных цеолитов из новых месторождений изучена традиционными экспериментальными методами, такими как DRX, SEM, EDS и HRADS N 2 при температуре кипения жидкого азота. Последним методом определены параметры текстуры, в которых микропоры оцениваются по t-графикам. Распределение нанопор определено с использованием недавно предложенного приближения, называемого дифференциальными кривыми адсорбции. Исследования методами термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии показывают наличие трех типов адсорбированной воды: адсорбированной воды в макропорах, воды, адсорбированной во внешней области цеолита (мезопоры), и воды, адсорбированной в микропорах. Такое поведение подтверждается адсорбцией N 2 : микропористым заполнением, многослойным заполнением на внешней поверхности цеолитового туфа и проявлением капиллярной конденсации, возникающей в макропорах.

The relevance of the research is caused by the large number of newly discovered zeolite fields in Mexico. For practical use of these materials, the appropriate characteristics are required, in which experimental models are proposed that provide reliable and usable data for each of the declared deposits. The main aim of this research work is to evaluate the adsorption capacity of natural clinoptilolite zeolites from different deposits in Mexico to assess their nanoporosity and to evaluate whether they have some mesoporous voids. Objects of the researchare zeolite tuffs from seven different deposits located in Mexico. These deposits are poorly studied and characterized by a complex mineral composition of rocks. Methods. Zeolites were studied by XRD, Scanning Electron Microscopy, energy dispersive spectroscopy, thermogravimetric methods and Differential scanning calorimetry. All samples were also studied by N 2 adsorption method. The surface areas of BET, Langmuir, and t-plots of all the investigated zeolites were estimated. The total pore volume was estimated in accordance with the Gurvitsch rule. The microporosity of these natural zeolites was measured using the DA high-resolution adsorption method. Information on the distribution of micropore sizes was obtained from the data of the isothermal adsorption-desorption. Research results. The nanoporosity of natural clinoptilolite zeolites from new deposits is estimated using traditional experimental methods such as DRX, SEM, EDS and HRADS of N 2 at the boiling point of liquid nitrogen. The latter method evaluates texture parameters, in which micropores are estimated by t-graphs. The nanopore distribution is determined using the recently proposed approximation, called differential adsorption curves. Studies of TGA and DSC show the presence of three types of adsorbed water: adsorbed water in macropores, water adsorbed in the outer region of zeolite (mesopores) and water adsorbed in micropores. This behavior was confirmed by N 2 adsorption: microporous filling, multilayered formation on the outer surface of zeolite tuff, and the phenomenon of capillary condensation arising in macropores.