О.В. Пушкарьов. МЕМБРАННІ ВЛАСТИВОСТІ МОНТМОРИЛОНІТУ, САПОНІТУ ТА КЛІНОПТИЛОЛІТУ ПІД ЧАС ЕЛЕКТРООСМОТИЧНОГО ФРАКЦІОНУВАННЯ ІЗОТОПІВ ГІДРОГЕНУ

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.42.04.023

УДК 549.08+544.638.2+544.582.2

МЕМБРАННІ ВЛАСТИВОСТІ МОНТМОРИЛОНІТУ, САПОНІТУ ТА КЛІНОПТИЛОЛІТУ ПІД ЧАС ЕЛЕКТРООСМОТИЧНОГО ФРАКЦІОНУВАННЯ ІЗОТОПІВ ГІДРОГЕНУ

О.В. Пушкарьов, д-р геол. наук, пров. наук. співроб.

ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України"

03142, Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34-a

E-mail: pushkarevigns@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-4382-8620

О.В. Зубко, наук. співроб. ДУ "Інститут геохімії навколишнього

середовища НАН України"

03142, Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34-a

E-mail: zubko2019alex@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-2521-8087

І.М. Севрук, канд. геол. наук, старш. наук. співроб. ДУ "Інститут

геохімії навколишнього середовища НАН України"

03142, Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34-a

E-mail: Irina_mihalovna@ukr.net; ResearcherID AAC-6140-2020

В.Вік. Долін, мол. наук. співроб. ДУ "Інститут геохімії

навколишнього середовища НАН України"

03142, Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34-a

E-mail: dolinvitaliy@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-1962-9277

Мова: українська

Мінералогічний журнал 2020, 42 (4): 23-32

Анотація: На основі виконаних експериментальних досліджень оцінено можливість та ефективність застосування монтморилоніту, сапоніту та кліноптилоліту як розділювальних мембран за електроосмотичного фракціонування ізотопів водню у водному розчині електроліту. Для експериментів були використані: черкаський бентоніт із вмістом монтморилоніту 75 % (далі монтморилоніт), варварівський сапоніт та сокирницький кліноптилоліт. У результаті експериментів показано, що під впливом електричного поля відбувається електроосмотична фільтрація тритійованого електроліту крізь слабопроникні мінеральні мембрани. Залежно від структурних особливостей мінеральної речовини зафіксована різна протонна провідність мембран, яка обумовлює різну інтенсивність перерозподілу іонів дисоційованих молекул дистильованої тритійованої води (НТО) між анодною і катодною камерами. Найбільшу відмінність між питомою активністю тритію в аноліті і католіті отримано в системі, де мінеральну мембрану створено із сапоніту (відповідно, 11,3 і 26,1 % від питомої активності тритію у вихідній НТО). Найменшою виявилася стійкість монтморилонітової мембрани. Її руйнування унаслідок взаємодії із розчином карбонату натрію призвело до просочування електроліту і, відповідно, до зменшення вилучення тритію з фільтрату (католіту). Застосування кліноптилоліту під час створення композиту з монтморилонітом підвищило стійкість мембрани до руйнування та додаткові можливості для фракціонування ізотопів водню в електроліті. Електроосмотична фільтрація електроліту супроводжувалась фракціонуванням ізотопів водню в мінеральних мембранах експериментальних систем. Найбільший ізотопний ефект отримано в монтморилонітовій та композитній монтморилоніт-цеолітовій мембранах, де у фракції, екстрагованій з міжшарового простору, коефіцієнт фракціонування α дорівнював 1,16 і 1,12 відповідно. В композитній мембрані, де кількість кліноптилоліту складала 67,5 %, ізотопно-водневе фракціонування спостерігалось також у поверхнево адсорбованій фракції (α = 1,05) та у структурно зв’язаній формі (α = 1,1). Використання сапоніту як електроосмотичної мембрани призводить до меншого ізотопного ефекту, ніж в монтморилонітовій мембрані і проявляється у поверхнево адсорбованій воді (α = 1,08) та незначною мірою у міжшаровому просторі (α = 1,02). Додавання до монтморилоніту кварцового піску зменшило ефективність фракціонування ізотопів водню, яке було зафіксовано лише у поверхнево адсорбованій фракції (α = 1,02).

Ключові слова: монтморилоніт, сапоніт, кліноптилоліт, розділювальна мембрана, електроосмотичне фракціонування, ізотопи водню.

Література:

  1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. 2 изд. М.: Химия, 1975. 512 с.
  2. Гречановская Е.Е., Мельников В.С. Микрогетерогенность гейландита-клиноптилолита и ее проявление при дегидратации. Минералогические музеи. СПб.: С.-Петербург. гос. ун-т, 2005. С. 243—244.
  3. Гречановская Е.Е. Метрика элементарной ячейки и Si/Al-отношение в цеолитах ряда гейландит — клиноптилолит Сокирницкого месторождения (Закарпатье, Украина). Мінерал. журн. 2010. 32, № 4. С. 12—22.
  4. Де Бур. Динамический характер адсорбции. M.: Иностр. лит., 1962. 291 с.
  5. Ленский Л.А. Физика и химия трития. М.: Энергоиздат, 1981. 110 с.
  6. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. Пер. с англ. 2 изд. М.: Химия, 1980. 600 с.
  7. Поспелов Г.Л. Парадоксы, геолого-физическая сущность и механизмы метасоматоза. Новосибирск: Наука, 1973. 355 с.
  8. Пушкарьов О.В., Руденко І.М., Кошелєв М.В., Скрипкін В.В., Долін В.В. (мол.), Приймаченко В.М Мінеральний адсорбент тритію на основі сапоніту та цеоліту. Зб. наук. пр. ІГНС НАН України. 2016. Вип. 25. C. 38—48.
  9. Пушкарьов О.В., Приймаченко В.М. Взаємодія тритієвої води з глинистими мінералами. Зб. наук. пр. ІГНС НАН України. 2010. Вип. 18. C. 149—158.
  10. Пушкарьов О.В., Приймаченко В.М. Золкін І.О. Властивості бентоніто-цеолітових композитів щодо вилучення тритію з тритієвої води. Зб. наук. пр. ІГНС НАН України. 2012. Вип. 20. С. 98—107.
  11. Рабинович И.Б. Влияние изотопии на физико-химические свойства жидкостей. М.: Наука, 1968. 308 с.
  12. Руденко І.М., Пушкарьов О.В., Долін В.Вік., Зубко О.В., Гречановська О.Є. Тритієвий індикатор ефективності термомодифікації адсорбційних властивостей кліноптилоліту. Мінерал. журн. 2017. 39, № 2. С. 64—74. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.39.02.064
  13. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. Киев: Наук. думка, 1975. 352 с.
  14. Тарасевич Ю.И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов. Киев: Наук. думка, 1988. 248 с.
  15. Шемля М., Перье Ж. Разделение изотопов. Пер. с фр. М.: Атомиздат, 1980. 168 с.
  16. Эрдеи-Груз Т. Явления переноса в водных растворах. М.: Мир, 1976. 597 с.
  17. Bleam W.F. (1990). The nature of cation substitution sites in phyllosilicates. Clays and Clay Minerals. 38, № 5. P. 527—536. https://doi.org/10.1346/CCMN.1990.0380510
  18. Breck D.W. Zeolite, molecular sieves. Structure, chemistry and use. N.Y., London, Sydney, Toronto, 1974. 781 p.
  19. Goldansky V.I., Trahktenberg L.I., Flerov V.N. Tuneling phenomena in Chemical Physics. New York: Gordon and Breach Science Publishers, 1989. 328 p.
  20. Hammes-Shiffer S. Mixed quantum/classical dynamics of single proton, multiple proton and proton-coupled electron transfer reaction in the condensed phase. Advances in Classical Trajectory Methods. 1998. 3. P. 73—119.
  21. Marcelo J. Avena, Marcelo M. Mariscal, Carlos P. De Pauli. Proton binding at clay surfaces in water. Applied Clay Science. 2003. 24. P. 3—9.

PDF

Українська