Б.Г. Шабалін, СКЛАД СТРУКТУРНИХ ЕЛЕМЕНТІВ І ІОНООБМІННОГО КОМПЛЕКСУ КИСЛОТНО- І ЛУЖНОМОДИФІКОВАНИХ ПРИРОДНИХ ЦЕОЛІТІВ СОКИРНИЦЬКОГО РОДОВИЩА

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.45.02.116

УДК 541.183:546.36

СКЛАД СТРУКТУРНИХ ЕЛЕМЕНТІВ І ІОНООБМІННОГО КОМПЛЕКСУ КИСЛОТНО-

І ЛУЖНОМОДИФІКОВАНИХ ПРИРОДНИХ ЦЕОЛІТІВ СОКИРНИЦЬКОГО РОДОВИЩА

Б.Г. Шабалін, д-р геол. наук, зав. відділу

Державна установа "Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України"

03142, м. Київ, Україна, просп. Акад. Палладіна, 34-а

E-mail: b_shabalin@ukr.net; orcid: 0000-0002-6425-5999 

К.К. Ярошенко, канд. техн. наук, старш. наук. співроб.

Державна установа "Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України"

03142, м. Київ, Україна, просп. Акад. Палладіна, 34-а

Інститут геологічних наук Національної академії наук України

01054, м. Київ, Україна, вул. О. Гончара, 55-б

E-mail: igns.yaroshenko@gmail.com; orcid: 0000-0002-7180-4642 

Н.Б. Міцюк, мол. наук. співроб.

Державна установа "Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України"

03142, м. Київ, Україна, просп. Акад. Палладіна, 34-а

E-mail: nmitsiuk@gmail.com; orcid: 0000-0003-3875-007X 

Мова: українська

Мінералогічний журнал 2023, 45 (2): 116-123

Анотація: Природні цеоліти є багатими та недорогими ресурсами, які є кристалічними гідратованими алюмосилікатами з каркасною структурою, що містять пори і канали, зайняті водою, лужними та лужноземельними катіонами. Завдяки високій катіонообмінній здатності, а також властивостям молекулярного сита, в останні десятиліття природні цеоліти широко використовують як адсорбенти в процесах розділення і очищення. Модифікація природних цеолітів дає змогу досягти вищої адсорбційної здатності щодо забруднювачів довкілля, зокрема для очищення від радіонуклідів із низькоактивних рідких радіоактивних відходів. Наведені результати отримані під час вивчення хімічного складу структурних елементів і іонообмінного комплексу природного і кислотно- та лужномодифікованих цеолітів Сокирницького родовища, основним породоутворювальним мінералом яких є кліноптилоліт. Кислотна модифікація 5,5 М розчином HCl тривала 2 год. у режимі кипіння зі зворотним холодильником, співвідношення фаз твердої до рідкої — 1 : 2, лужна модифікація — з використанням 1,4 М розчину NaOH, час обробки — 2,75 год. за режимом і співвідношенням фаз, аналогічним кислотній модифікації. За складом іонообмінного комплексу природний цеоліт належить до калій-кальцій-натрієвих (К > Ca > Na) кліноптилолітів. Порівняно з природним цеолітом у процесі його кислотної і лужної модифікації відбувається перерозподіл обмінних катіонів і змінюється вміст структурних катіонів у ґратці кліноптилоліту: у лужномодифікованому цеоліті стає більше обмінних катіонів Na і Са, і менше К і структурних катіонів Al, у кислотномодифікованому цеоліті — менше обмінних катіонів Na, Mg, Ca, К, а цеоліт протоіонізується дуже слабко з одночасним зменшенням вмісту Fe та Al і збільшенням відносної кількості Si у ґратці. Відношення Si / Al збільшується в ряду: цеоліт природний → цеоліт лужномодифікований → цеоліт кислотномодифікований. Питома поверхня модифікованих цеолітів, порівняно з природним, збільшується, максимально — у кислотномодифікованого цеоліту. Текстурні особливості разом із мінеральним складом досліджуваних зразків свідчать, що природні і кислотно- та лужномодифіковані цеоліти Сокирницького родовища є потенційно придатною сировиною для очищення низькоактивних рідких радіоактивних відходів від радіонуклідів.

Ключові слова: порошкоподібний природний і модифікований цеоліти, кліноптилоліт, мінеральний склад, обмінні катіони.

Література:

  1. Бар’яхтар В.Г. Чорнобильська катастрофа. Гол. ред. В.Г. Бар’яхтар. Київ: Наук. думка, 1996. 575 с.
  2. Брек Д.В. Цеолитовые молекулярные сита. Москва: Мир, 1976. 781 с.
  3. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. Киев: Наук. думка, 1981. 206 с.
  4. Цицишвили Г.В., Андроникашвили Т.Г., Киров Г.Н., Филизова Л.Д. Природные цеолиты. Москва: Химия, 1985. 222 с.
  5. Шабалін Б.Г., Ярошенко К.К., Колябіна І.Л. Дослідження кінетики сорбції 90Sr і 137Cs природним, кислотно- та лужно-модифікованими кліноптилолітами Сокирницького родовища. Ядерна енергетика та довкілля. 2020. № 1 (16). С. 99—111. https://doi.org/10.31717/2311-8253.20.1.10
  6. Allen E.R., Ming D.W. Recent progress in the use of natural zeolites in agronomy and horticulture. International committee on natural zeolites. Brockport, New York, 1995. USA. Р. 477—490.
  7. Auerbach S.M., Carrado K.A., Dutta P.K. Handbook of Zeolite Science and Technology. Copyright, 2003. Boca Raton, USA. CRC Press. 2003. 1204 р. https://doi.org/10.1201/9780203911167
  8. Borai E.H., Harjula R., Malinen L., Paajanen A. Efficient removal of cesium from low-level radioactive liquid waste using natural and impregnated zeolite minerals. J. Hazard. Mater. 2009. 172. P. 416—422. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.07.033
  9. Deer A., Howie R., Wise W.S., Zussman J. Rock Forming Minerals. Framework Silicates: Silica Minerals, Feldspathoids and the Zeolites. London: Publ. by the Geological Society, 2004. V4B. 982 p.
  10. Gao N., Kume S., Watari K. Zeolite-carbon composites prepared from industrial wastes: (I) Effects of processing parameters. Materials science and engineering: А. 2005. 399, Iss. 1—2. Р. 216—221. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.04.008
  11. Jozefaciuk G. Effect of acid and alkali treatments on surface-charge properties of selected minerals. Clays and Clay Minerals. 2002. 50, № 5. P. 647—656. https://doi.org/10.1346/000986002320679378
  12. Król M. Natural vs. Synthetic zeolites. Crystals. 2020. 10, № 7. P. 622. https://doi.org/10.3390/cryst10070622
  13. Kurama H., Zimmer A., Reschetilowski T. Chemical modification effect on the sorption capacities of natural clinoptilolite. Chem. Eng. Technol. 2002. 25, Iss 3. P. 301—305. https://doi.org/10.1002/1521-4125(200203)25:3<301::AID-CEAT301>3.0.CO;2-#
  14. Moshoeshoe M., Nadiye-Tabbiruka M.S., Obuseng V. A review of the chemistry, structure, properties and applications of zeolites. Amer. J. Mater. Sci. 2017. 7, № 5. P. 196—221. https://doi.org/10.5923/j.materials.20170705.12
  15. Pabiś-Mazgaj E., Gawenda T., Pichniarczyk P., Stempkowska A. Mineral Composition and Structural Characterization of the Clinoptilolite Powders Obtained from Zeolite-Rich Tuffs. Minerals. 2021. 11, № 10. 1030. https://doi.org/10.3390/min11101030
  16. Wang S., Peng Y. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chem. Eng. J. 2010. 156. P. 11—24. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.10.029
  17. Xu R., Pang W., Yu J., Huo Q., Chen J. Chemistry of zeolites and related porous materials: synthesis and structure. John Wiley and Sons, 2009. 616 р.

PDF

Українська