Определение точки нулевого заряда методом весового титрования каолинитовых глин до и после СВЧ-излучения при различных значениях рН

Существует множество вариантов активации природных глин, однако модифицирование термообработкой является наиболее простым и эффективным способом, не требующим дополнительных реагентов и сложного аппаратурного оформления.

На сегодняшний день одним из способов влияния на структуру и свойства глинистых минералов является СВЧ-излучение. В данном случае СВЧ обработка каолинитов может выступать как способ воздействия на структурном уровне. Иначе говоря, предварительная обработка в СВЧ-поле может вызывать изменения их кинетических и равновесных свойств [2, c. 45]. Представленный выше метод обработки мы применили к нашим образцам глин, чтобы на эксперименте увидеть влияет ли СВЧ-излучение на значение точки нулевого заряда каолинитовой глины.

Точка нулевого заряда (ТНЗ) или рН_ТНЗ – это значение рН, при котором общий чистый заряд поверхности частицы равен 0. ТНЗ - это важный параметр, играющий решающую роль во многих химических явлениях, таких, как адсорбция, взаимодействие частиц в коагуляции, коллоидальных суспензиях, растворение минералов, в электрохимии [1, c. 23]. Для определения этого параметра разработаны различные методы. Чаще используются методы потенциометрического титрования, реже - весового титрования. Мы решили использовать метод весового титрования для определения ТНЗ каолинитовой глины Светлинского месторождения и красной глины (месторождение расположено в предместье Оренбурга).

Проб подготовку мы проводили следующим образом:

1) образцы глин просеивали через сита с размером ячеек 160-40 мкм и менее 40 мкм;

2) из имеющихся образцов приготовили композиты, состоящие из красной и белой глин в различных соотношениях;

3) приготовили 30 навесок из глины массой 0,5 г;

4) часть пробы подвергли СВЧ-излучению (выдерживали в микроволновой печи 10 мин), другую оставили без изменений;

5) для приготовления хлорида натрия с концентрацией 0,1М навеску препарата 1,9995 г растворяли в 1 л дистиллированной воды. Далее раствор подщелачивали до значения рН 5, 7, 9;

6) полученный раствор добавляли к глине по 50 мл и оставляли на сутки.

Суть метода весового титрования — измерение величины предельного значения рН при увеличении весовых фракций красной и белой глин. В стакан вместимостью 50 мл наливали 50 мл раствора хлорида натрия с требуемым значением рН. Измеряли рН исходного раствора. В стакан помещали навеску глины (0,5г) и перемешивали с помощью магнитной мешалки в течение 10 минут до установления равновесного значения рН. После чего добавляли очередную порцию глины. Эксперимент продолжали до неизменного значения рН при добавлении минерала. Начальное значение рН меняли с помощью фиксанальных растворов гидроксида натрия и соляной кислоты.

Данные по исследованию зависимости точки нулевого заряда глины от различных значений рН представлены на рисунках 1 – 10.

Для крупной глины:

Рисунок 1. Зависимость рН суспензии каолиновой глины (крупная фракция) от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

При одном значении ионной силы исходного раствора (0,01) и различных рН все кривые асимптотически приблизились к постоянной предельной величине, равной 8,48. Ее мы считаем точкой нулевого заряда исследуемой фракции.

Рисунок 2. Зависимость рН суспензии каолиновой глины (крупная фракция), прошедшей через СВЧ, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

Точка нулевого заряда (ТНЗ) исследуемой фракции равна 8,57.

Для мелкой глины:

Рисунок 3. Зависимость рН суспензии каолиновой глины (мелкая фракция) от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ исследуемой фракции равен 8,45.

Рисунок 4. Зависимость рН суспензии глины, прошедшей через СВЧ, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ исследуемой фракции равна 8,40.

Для композитов, состоящих из каолиновой и красной глин.

Рисунок 5. Зависимость рН суспензии, в которой глины находятся в отношении 1:1, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ исследуемой фракции равна 8,48.

Рисунок 6. Зависимость рН суспензии, состоящей из 75% каолиновой и 25% красной глин, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ равна 8,45.

Рисунок 7. Зависимость рН суспензии, состоящей из 75% красной и 25% каолиновой глин, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ равна 8,59.

Рисунок 8. Зависимость рН суспензии, прошедшей СВЧ, в которой глины находятся в отношении 1:1, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ равна 8,46.

Рисунок 9. Зависимость рН суспензии, прошедшей СВЧ, состоящей из 75% каолиновой и 25% красной глин, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ равна 8,37

Рисунок 10. Зависимость рН суспензии, прошедшей СВЧ, состоящей из 75% красной и 25% каолиновой глин, от массы глины при различных значениях рН исходного раствора

ТНЗ равна 8,34.

Все полученные значения ТНЗ образцов глин мы занесли в таблицу 1.

Таблица 1.

Значения ТНЗ каолинитовой глины

Примечание: Б1 – белая глина до СВЧ излучения, с размером частиц 160 мкм; Б2 – белая глина после СВЧ, с размером частиц 160 мкм; Б3 –  белая глина до СВЧ (менее 40 мкм); Б4 – белая глина после СВЧ (менее 40 мкм); К1+Б1(1:1) – красная и белая глины с размерами частиц 160-40 мкм в отношении 1:1; К1+Б1 (0,75:0,25) – красная и белая глины в отношении 0,75:0,25(160-40 мкм); К1+Б1 (0,25:0,75) − красная и белая глины в отношении 0,25:0,75 (160-40 мкм); К2+Б2(1:1) – красная и белая глины с размерами частиц 160-40 мкм в отношении 1:1 после СВЧ-излучения; К2+Б2 (0,75:0,25) – красная и белая глины в отношении 0,75:0,25(160-40 мкм) после СВЧ-излучения; К2+Б2 (0,25:0,75) − красная и белая глины в отношении 0,25:0,75 (160-40 мкм) после СВЧ-облучения.

Определение точки нулевого заряда при одной ионной силе (0,01М NaCl) и разных значениях рН позволило установить точное значение рН_ТНЗ (рисунки 1 – 10). Из графиков видно, что при добавлении твердого минерала глины значение рН суспензии меняется и асимптотически приближается к некоторому постоянному пределу. При этом направление изменения рН определяется начальной его величиной.  О влиянии СВЧ-обработки нельзя сказать однозначно. При анализе полученных результатов мы не заметили резких скачков рН растворов глинистых суспензий до и после СВЧ-излучения, все данные оказались примерно одинаковыми (от 8,34 до 8,59). Необходимо провести ряд исследований о влиянии СВЧ-излучения на физические свойства каолинитовых глин.