МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СОКОЛ ГАЛИНА МИКОЛАЇВНА

УДК 539.032.673:539.033

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОДЕРЖАННЯ

ОРГАНОМІНЕРАЛЬНИХ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

НА ОСНОВІ САПОНІТУ

05.02.01 – матеріалознавство

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Луцьк – 2017

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Хмельницькому національному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Ганзюк Алла Ярославівна,

Хмельницький національний університет

Міністерства освіти і науки України,

доцент кафедри хімії, м. Хмельницький.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Грабар Іван Григорович,

Житомирський національний

агроекологічний університет

Міністерства освіти і науки України

завідувач кафедри процесів, машин і обладнання,

м. Житомир;

кандидат технічних наук, доцент

Маткова Ада Василівна,

Луцький національний технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

викладач кафедри матеріалознавства та пластичного

формування конструкцій машинобудування, м. Луцьк.

Захист відбудеться “16” червня 2017 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої

вченої ради К 32.075.02 у Луцькому національному технічному університеті

за адресою: 43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75, ауд. 401.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Луцького національного

технічного університету за адресою: 43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75.

Відгук на автореферат прохання надсилати на адресу: 43018, м. Луцьк,

вул. Львівська, 75, Луцький національний технічний університет, вченому

секретарю спецради К 32.075.02 Гусачуку Д. А.

(http://lutsk-ntu.com.ua/uk/specializovani-vcheni-radi-0)

Автореферат розісланий “12” травня 2017 р.

Учений секретар

Спеціалізованої вченої ради К 32.075.02 Д. А. Гусачук

1

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Виявлення нових родовищ природних адсорбентів

та їх дослідження з метою технологічного застосування є актуальною проблемою народногосподарського значення. Україна займає провідне місце в світі за запасами багатьох корисних копалин, які представляють основну сировинну базу для росту виробничого потенціалу. Раціональне використання цих ресурсів є ключовим чинником сталого економічного розвитку. Неухильне збільшення масштабів застосування природних мінеральних адсорбентів обумовлено широкими можливостями проведення їх хімічного та структурного модифікування з метою створення матеріалів із необхідними заданими параметрами.

Одним із перспективних напрямків є розробка ефективних адсорбентів шляхом модифікації поверхні матеріалів природного походження органічними сполуками з метою розширення спектра вилучення забруднюючих речовин з рідких середовищ і підвищення їх селективності. Явище гідрофобності в природних сорбційних матеріалах зустрічається рідко, тому перспективним та безумовно актуальним є створення на поверхні мінералів тонких шарів гідрофобізаторів кремнійорганічної природи. З точки зору їх багатофункціональності, вони можуть бути одночасно використані у різних галузях промисловості, а саме: у нафтопереробній – для очищення і регенерації мастил, трансформаторних та інших спеціальних масел, для тонкої очистки та підвищення якості рідких палив, а також у харчовій – для освітлення фруктових соків, вин і пива, рафінування рослинних олій, очищення води від органічних забруднень та для різних видів хроматографічного розділення.

Неодмінною умовою ефективності раціонального використання сорбентів у тому чи іншому процесі є їх властивості, які визначаються хімічним і мінеральним складом, природою поверхні, характером пористої структури, міцністю, тощо.

Таким чином, актуальність теми дисертації визначається потребою у розгорнутій інформації про фізико-хімічні властивості органомінеральних сорбентів та характеристики процесів на їх поверхні, як основи для знаходження оптимальних умов використання цих матеріалів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі хімії в Хмельницькому національному університеті в рамках науково-дослідницької теми Міністерства освіти і науки України: “Розробка технології отримання універсальних сорбентів на основі природних мінералів сапонітів”, проект № 1B-2015/0115U000227, в рамках міжнародних проектів Міністерства закордонних справ Республіки Польщі “Eco-innovations for business. Specialized research laboratory of natural minerals in Khmelnitsky National University”, проект № 72/2015 програми “Польська допомога для розвитку 2015” та гранту Міжнародного Вишеградського фонду, проект № 51501546/2015 “Synthesis and characterization of silver/clay

2

nanocomposites on the basis of natural saponite” для проведення дослідницької роботи в університеті ім. Миколая Коперника, Польща.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка фізико-хімічних основ технології отримання нових гідрофобних адсорбційних матеріалів на основі природного мінералу сапоніту методом модифікації та їх тестування.

Для досягнення поставленої мети було сформульовано наступні завдання: – визначити хімічний та мінералогічний склад, дослідити адсорбційні

характеристики сапонітових глин; – з’ясувати особливості пористої структури природних мінералів; – дослідити особливості процесу модифікації та встановити оптимальні

параметри; – оцінити вплив модифікації на структурні характеристики отриманого

матеріалу; – дослідити процеси адсорбції органічних сполук із водних середовищ

модифікованими адсорбентами; – оцінити фізико-хімічні показники вуглеводневих сумішей, очищених

органоглинами, провести детальний вуглеводневий аналіз нафтопродуктів; – оцінити економічну і екологічну ефективність розробленої

технології гідрофобізації мінеральних сорбентів. Об’єктом дослідження є закономірності модифікації глинистих

мінералів для отримання сорбційних матеріалів. Предметом дослідження є органомінеральний сорбційний матеріал

на основі сапоніту, його властивості та способи отримання. Методи дослідження. Дослідження фізико-хімічних властивостей

глинистих мінералів та сорбційних матеріалів на їх основі, структури, ідентифікації їх хімічного і фазового складу проводили з використанням рентгенофазового аналізу (РФА), диференціального термічного (ДТА) і диференціального термогравіметричного (ДТГ) аналізів, інфрачервоної спектроскопії, низькотемпературної адсорбції азоту, ртутної порометрії, потенціометрії, скануючої та трансмісійної електронної мікроскопії, спектральної фотоелектроколориметрії, хроматографічного аналізу.

Результати одержаних експериментальних даних оцінювали з використанням прикладних програм MS Office – 2010 Excel, MathCAD, MathLab, Origin, GNUPlot.

Наукова новизна одержаних результатів: – вперше детально досліджено структурні характеристики

органомодифікованих сорбційних матеріалів на основі сапонітових глин Ташківського родовища та встановлено їх фізико-хімічні властивості залежно від методів та умов модифікації;

– експериментально визначено та обґрунтовано механізми перебігу адсорбції на природних та органомодифікованих сапонітових глинах, розраховано кінетичні параметри процесу;

3

– вперше розроблено технологію отримання високоефективних сорбційних матеріалів на основі сапоніту з можливістю регулювання його структурно-адсорбційних характеристик і надання гідрофобних властивостей;

– набула подальшого розвитку концепція модифікації природних мінералів з метою цільового конструювання матеріалів із заданими специфічними властивостями, які здатні замінити синтетичні аналоги.

Практичне значення одержаних результатів. На основі результатів дисертаційної роботи запропоновано метод отримання органомінеральних гідрофобних сорбційних матеріалів для нафтопереробної галузі та галузі водоочищення.

Встановлено зниження токсичних викидів автомобілями при використанні палива, очищеного модифікованим сапонітом, зокрема вміст СО зменшується при холостому режимі для очищеного бензину марки А-92 від 4,89 до 0,17 %, при цьому октанове число для очищеного палива за дослідницьким методом зростає від 91,47 до 102,42.

У науково-дослідному експертно-криміналістичному центрі м. Хмельницького проведені випробування і встановлено можливість використання модифікованих сапонітових глин для удосконалення аналітичних методів вилучення слідових кількостей бензинів із пожежного сміття з використанням хроматографії, для отримання доказів з місця підпалу у судово-слідчій практиці (акт випробувань від 23.01.2017 р.).

Виготовлено промислово-дослідні партії сорбційних матеріалів, які були успішно використані для очищення гальванічних стоків на підприємстві ТзОВ “Завод Гідроарматури” м. Хмельницький (акт виробничих випробувань від 05.10.2016 р.).

Отримані практичні результати дозволяють рекомендувати використання органомінеральних гідрофобних матеріалів у якості загрузочних фільтрів для очистки вуглеводневих сумішей та води, забрудненої органічними речовинами.

Практичну цінність та новизну отриманих технологічних розробок підтверджено трьома патентами України на корисні моделі.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора полягає у постановці й обґрунтуванні мети і завдань дослідження та вирішенні теоретичних і практичних завдань. Основні положення і наукові результати дисертаційної роботи отримано автором самостійно у Хмельницькому національному університеті та в університеті ім. Миколая Коперника, м. Торунь, Республіка Польща. Автором розроблена технологія отримання сорбційних органомінеральних гідрофобних матеріалів на основі сапонітової глини. У роботах, виконаних у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в критичному аналізі науково-технічної літератури та патентної документації, у проведенні експериментальних досліджень, в узагальненні результатів та у формулюванні висновків.

Автор глибоко вдячна проф. Яскулі М. (Ягелонський університет, Польща) та проф. Бушевському Б. (Університет ім. Миколая Коперника,

4

Польща) за можливість стажування та проведення експерименту у Центрі наукових досліджень методів розділення і біоаналітики “BioSep” в університеті ім. Миколая Коперника; проф. Спринському М. І. (університет ім. Миколая Коперника, Польща) за цінні поради та допомогу в інтерпретації структурних характеристик сапонітів; проф. Василечко В. О. (Львівський національний університет ім. І. Франка) за консультування та участь в обговоренні результатів; к.т.н. Каменських Д. С. (Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії, НАН України) за проведення досліджень на скануючому електронному мікроскопі. Окрема подяка Кшиштофу та Магді Калітам (Товариство Інтеграція Європа – Схід, Польща) за можливість створення сучасної лабораторії досліджень мінералів у Хмельницькому національному університеті.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи представлені, на наукових зібраннях всеукраїнського та міжнародного рівнів: the Humboldt Kolleg “Men And Environment” organized by Societas Humboldtiana Polonorum in cooperation with Jagiellonian University (Cracow, Poland, 2012), International Conference “Advanced technologies in textile industry” (Хмельницький, Україна, 2012), the XLVI Session of the Students Scientific Circles (Cracow, Poland, 2013), V Українсько-Польські Наукові Діалоги (Яремче, Україна, 2013), 9th International Scientific Congress Societas Humboldtiana Polonorum “A secure world understanding-trust-responsibility” (Poznań, Poland, 2013), International Conference “Modern Problems of Surface Chemistry” (Київ, Україна, 2014), 10th International Conference on Physics of Advanced Materials (Lasi, Romania, 2014), Ethics in science and life Humboldt-Kolleg (Toruń, Poland, 2015), Workshop with Nobel Prize Winner Professor Erwin Neher “Progress in biomedicine and neuromedicine” (Cracow, Poland 2015), VI Українсько-Польські Наукові Діалоги (Яремче, Україна, 2015), XI International Conference on Ion Chromatography (Zabrze, Poland, 2016), the 10th International Congress of Societas Humboldtiana Polonarum on Longevity–a blessing or a curse: Medical, technological, cultural, socio-economic and legal aspects (Łodz, Poland, 2016), 15th Polish – Ukrainian Symposium: Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications (Львів, Україна, 2016).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 23 наукові праці, у тому числі статей у фахових виданнях – 6, статей в міжнародних монографіях - 1, тез доповідей на конференціях – 13, патентів – 3.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг дисертації складає 150 сторінок, у тому числі основна частина викладена на 122 сторінках. Робота містить 24 таблиці, 68 рисунків, 133 найменування літературних джерел, обсяг додатків – 20 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми, визначено об’єкт та предмет дослідження, сформульовано мету і основні завдання, визначено

5

наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Розкрито особистий внесок дисертанта, наведено відомості про апробацію та публікації основних результатів досліджень.

У першому розділі дисертаційної роботи “Огляд літератури та

постановка завдань дослідження” проведено аналіз науково-технічної

літератури про сучасний стан і основні аспекти модифікації глинистих

мінералів. Наведено приклади застосування модифікованих форм глинистих

мінералів у промисловості залежно від способу модифікації. Обґрунтовано

доцільність надання гідрофобних властивостей природним сорбентам.

Проведено критичний аналіз способів отримання гідрофобних сорбційних

матеріалів на основі глинистих мінералів.

Вагомий внесок у дослідженні впливу модифікації на структуру та

властивості глинистих мінералів з метою цільового конструювання матеріалів

із заданими специфічними властивостями зробили Murray H. H., Bergaya F.,

Brigatti M. F., Cowking A., Grim E., Wilson R., Rouquerol F. Найпоширенішим

мінералом з групи смектитів, який найбільш широко використовується у

промисловості є монтморилоніт. Сапоніт менш поширений в природі, ніж

монтморилоніт, а тому і мало досліджений. Дослідники Suquet H., Casal B.,

Vicente M. A., April M. R. H., Kohyama N., Shimoda S, Casal B., Prieto O.,

Ogorodova L., Allan H. Treiman, Denis L. Guerra, Kooli F., F. Lоpez Arbeloa,

Thierry Linssen зосереджують свою увагу на вивченні впливу модифікації

на структуру сапоніту та його властивості.

Yi-Zhao Yao, Ming Yao, Prikhod’ko R.V., Yusuke Tanaka, Theo

Kloprogge у своїх працях досліджують синтетичні форми сапоніту з метою

виготовлення матеріалів з заданими параметрами.

Одне з найбільших розвіданих промислових родовищ сапонітів в

Європі розташоване в Україні в північно-західній частині Хмельницької

області, в Славутському районі. Дослідженню їх властивостей та виготовленню

нових функціональних матеріалів на їх основі присвячені роботи Тарасевича Ю. І.,

Дмитренка Ю. А., Мамченка А. В, Співак В. В., Каплуна В. Г., Кулика М. Ф.,

Пшинка Г. Н., Полякова В. Е., Рудя В. Д., Гулієвої Н. М, Грицик В. Е.,

Смолянюк І. В., Астреліна І. М., Пушкарьової О. В.

У другому розділі “Програма, об’єкти та методи дослідження”

наведена характеристика вихідних матеріалів, описано методики проведення

експериментів, методи досліджень структури і властивостей вихідного та

модифікованого матеріалу. Для дослідження у якості вихідного матеріалу

використовувався сапоніт Ташківського родовища фракції ≤ 1 мм. У

якості модифікаторів, із метою надання гідрофобних властивостей поверхні

мінералу використовували водорозчинні емульсії поліорганосилоксанів:

полісилоксан (ПС), полідиметилсилоксан (ПДМС).

Відповідно до поставленої мети та сформульованих завдань

розроблена програма досліджень, яка представлена на рис. 1.

6

Рис. 1. Програма комплексного дослідження сапонітових глин

У третьому розділі дисертаційної роботи “Дослідження впливу

модифікації на фізико-хімічні властивості та структуру сапоніту”

представлено результати дослідження властивостей вихідного матеріалу,

запропоновано технологію отримання органомінеральних сорбційних

матеріалів. Досліджено закономірності зміни структурних характеристик

сапоніту під впливом модифікації, елементного складу та розподілу елементів

у структурі сорбційного матеріалу, зміни у розподілі функціональних

груп на поверхні сапоніту. Проведено оцінку гідрофобності сапонітових

глин за показниками крайових кутів змочування та за плавучістю.

За результатами отриманих досліджень встановлено фракційний та

елементний склад мінеральної сировини.

Рис. 2. Дифрактограма природного сапоніту

(S-сапоніт, Q-кварц, N-нонтроніт,

H-гематит, A-анатаз)

Спектри рентгенівської

дифракції вихідних зразків

глини (рис. 2) відображають

аморфність структури,

низький ступінь

кристалічності і малий

розмір частинок зразків.

Мінеральний склад сировини

представлений в основному

сапонітом зі значним

вмістом кварцу і нонтроніту

та незначних концентрацій

кристалічних домішок

мінералів анатазу і гематиту.

7

Структуру, елементний склад, топологію та морфологію поверхні природного і модифікованого зразків сапоніту досліджено за допомогою скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) та трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ).

Рис. 3. Мікрофотографії СЕМ для зразків сапоніту: а – природний;

б – кислотно активований; в – природний модиф. ПДМС; г – природний модиф. ПС; д – кислотно активований, модиф. ПДМС;

е – кислотно активований, модиф. ПС

На електронно-мікроскопічних знімках (рис. 3, а-е) представлена морфологія структури зразків сапоніту природної та модифікованої форм у вигляді безформенних купчастих агрегатів, складених з тонкодисперсних лускоподібних глинистих частинок з криптокристалічною структурою.

Зразки модифікованих форм сапоніту дещо відрізняються диспергованістю глинистих агрегатів та істотним збільшенням дрібних еластичних агрегатів кристалітів.

На електронно-мікроскопічних знімках чітко простежується орієнтація полісилоксанових плівок на поверхні частинок мінералу, при цьому не відбувається утворення суцільного покриття і, таким чином, закриття міжшарового простору.

Високороздільні TEM мікрофотографії (рис. 4) відображають атомну структуру мінералу, яка представлена октаедричним шаром, розташованим між двома тетраедричними у [001] орієнтації 2:1.

Відфільтроване зображення обраної кристалічної області, відображає структуру кристалічної решітки з визначеними d-відстанями (1,4 нм) між згрупованими шарами.

Параметри пористої структури - питома поверхня (S), загальний об’єм (Vtotal), об’єм мікропор (Vmic) та мезопор (Vmes), діаметр пор (D),

8

розподіл пор за розмірами сапонітових глин досліджено на основі отриманих ізотерм низькотемпературної (77 К) адсорбції/десорбції парів азоту.

Рис. 4. Високороздільні TEM мікрофотографії атомної структури

природного сапоніту

Встановлено, що пориста структура глинистого мінералу представлена

мікро-мезопористою системою. Отримані ізотерми (рис. 5) для сапоніту

відносяться до IV типу, одночасно проявляють гістерезис типу Н3 згідно

класифікації IUPAC, зазвичай, пов’язують з порами, що складаються із

плоскопаралельних шарів. Отже, форми ізотерм вказують на наявність

пор двох типів – мікро- і мезопор у досліджуваному глинистому матеріалі.

Хімічна модифікація кислотою призводить до вимивання катіонів у

міжшаровому просторі, що впливає на збільшення питомої поверхні, зростання

об’єму мікропор та розшарування тонкодисперсної структури мінералу.

Рис. 5. Ізотерми адсорбції/десорбції азоту на зразках сапоніту

9

Показники питомої поверхні для зразків сапоніту за даними методу

ВЕТ знаходяться у межах від 47,7 до 177,9 м2/г, загальний об’єм пор у

кислотно активованому сапоніті зростає від 0,134 до 0,201 cм3/г, що

представляє безперечний інтерес для розробки теоретичних основ зміни

комплексу корисних властивостей природних матеріалів. У таблиці 1

наведено значення деяких параметрів, отриманих з аналізу ізотерм.

Таблиця 1

Структурно-адсорбційні параметри сапонітів

за даними ізотерм адсорбції/десорбції азоту при 77 K

Зразок

Питома поверхня S,

м2/г

Об’єм пор V,

cм3/г

Діаметр

пор D, нм

SBET Sextt Smict SDFT Vtotal VmesBJH Vmict VmicHK DBJH

Природний 47,7 31,1 16,6 47,2 0,134 0,119 0,008 0,028 1,546

Кислотно активований 177,9 38,6 139,3 189,8 0,201 0,130 0,062 0,086 1,539

З аналізу диференційної моделі BJH, що відображає розподіл пор

за розміром, виникає два характерних піки, які відповідають мікропорам

із діаметром 2–2,5 нм та піку з широким розподілом мезопор у діапазоні

5-10 нм. Зазначимо, що для сапоніту, модифікованого кислотою у розподілі

пор відмічається суттєве зростання частки мікропор, більше, ніж у 7 разів

і оцінюється як 0,062 см3/г за t-методом.

Рис. 6. ДТА, ДТГ та ТГ криві (а) природного

З аналізу диференціальних

теплових кривих (рис. 6)

встановлено, що процес

дегідратації для сапоніту

Ташківського родовища

відбувається в інтервалі від

70 до 200 C, це відображено

на ДТА діаграмі у вигляді

інтенсивного ендотермічного

ефекту. Він пов’язаний із

вилученням фізично зв’язаних

молекул води на поверхні

глини, втрата маси на цьому

етапі складає 13,5 %.

Температура, при якій

відбувається процес

дегідроксилації становить

від 800 до 900 C, що вказує на

міцне закріплення структурної

води у мінералі, і є

специфічною характеристикою

а

б

10

та (б) кислотно активованого сапоніту для сапоніту. Як для природних, так і модифікованих зразків сапонітових глин

спектри ІЧ-Фур’є (рис. 7) вказують на існування різних типів структурних зв’язків і функціональних груп. Високочастотна область спектра містить широку смугу поглинання складної форми при 3700 і 3000 см-1, що відповідає валентним коливанням груп ОН.

0

1

2

3

4

5

6

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000

Abs

1/cm

1

2

557,43

802,39

929,68

1161,15

1263

,37

1641,42

2964,58

3379,29

3570,24

3633,89

542

796,53

1149,57

1261,45

1641,42

2968,8

342943

3616,53

0

1

2

3

4

5

6

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000

Abs

1/cm

3

4

553,57

802,39

925,83

1159,92

1263,37

1641,42

2355,08

2964,59

3452,58

3618,46

580,57

796,60

1149

,57

1259,52

1641,42

2355,08

2958

,80

3425,58

3618,48

1, 2 – Сапоніт природний, модифікований ПДМС і ПС

3, 4 – Кислотно активований сапоніт, модифікований ПДМС і ПС

Рис. 7. ІЧ-спектри пропускання природних і кислотно активованих сапонітів, модифікованих поліорганосилоксанами

Смуга поглинання в області 1641 см-1 пов’язана з деформаційними коливаннями молекулярної води H–O–H. Інтенсивна смуга поглинання з максимумом при 1025 см-1 відповідає валентним коливанням O–Si–O, що містяться у тетраедричному шарі. На кривих ІЧ спектрів для гідрофобних сорбційних матеріалів на основі сапонітової глини як природної, так і кислотно активованої форми, поряд із смугою, що відноситься до валентних коливань ОН груп із частотою 3630см-1. Про закріплення поліорганосилоксанів на поверхні глини свідчать поява характерних валентних коливань С–Н при 2964–2968 см-1. Оксигено-кремнієві ланцюги –Sі–O–Sі– у структурі модифікованого поліорганосилоксанами мінералу представлені коливаннями з частотою 1259–1263 см-1 та 1161–1149 см-1. Отже ІЧ-Фур’є

11

спектри підтвердили успішне проведення модифікації і закріплення модифікаторів у структурі сапонітових глини.

Проведено оцінку гідрофобності поверхні сорбційного матеріалу, яка

підтверджує утворення гідрофобного моношару поліорганосилоксанів на

поверхні глинистого мінералу в результаті модифікації водними емульсіями

ПС та ПДМС.

Згідно з результатами досліджень природні сапоніти, модифіковані ПС,

володіють кращими гідрофобними властивостями, ніж зразки, модифіковані

ПДМС, оскільки значення крайових кутів змочування θ (таблиця 2) для

зразків модифікованих ПС дещо вищі. Також встановлено вплив

концентрації модифікатора та температури прожарювання на значення

крайового кута змочування гідрофобізованих зразків сапонітової глини.

Найкращий гідрофобний ефект під час модифікації водорозчинними

органосилоксанами спостерігається при 30 % концентрації.

Таблиця 2

Визначення гідрофобності сапонітової глини

за показниками крайових кутів змочування Фото Опис

Сапоніт природний, модифікований ПС, кут θ = 52,5

Сапоніт природний, модифікований ПДМС, кут θ = 56,5

Кислотно-активований сапоніт, модифікований ПС, кут θ =

32,5

Кислотно-активований сапоніт,

модифікований ПДМС, кут θ = 38

Отримані результати досліджень структурних і фізико-хімічних

властивостей природних мінералів дозволять розробити теоретичні та

практичні основи цільової зміни комплексу специфічних властивостей, що

задовольняють основні вимоги, які висуваються до сорбційних матеріалів.

Хімічна та термічна стабільність сапонітів, а також їх іонообмінні властивості

відкривають можливості для створення пористих матеріалів на основі природних

мінералів із контрольованими властивостями, здатних замінити синтетичні

аналоги, отримання яких пов’язане з високими технологічними витратами.

У четвертому розділі дисертаційної роботи “Адсорбційні характеристики

органомінеральних матеріалів на основі сапоніту” представлено

результати дослідження сорбційних властивостей органо-модифікованих

матеріалів по відношенню до органічних барвників у водних розчинах.

Експериментальні дані ізотерм адсорбції барвників із водних

розчинів на сорбційних матеріалах на основі сапоніту наведені на

12

рис. 8-9. Високий ступінь адсорбції барвника, очевидно, визначається

значним вкладом гідрофобних сил в адсорбційній взаємодії.

Рис. 8. Ізотерми адсорбції барвника

прямого яскраво-оранжевого на природному, модифікованому

ПДМС та ПС сапонітах

Рис. 9. Ізотерми адсорбції барвника метиленового блакитного

на природному, модифікованому ПДМС та ПС сапонітах

На першому етапі адсорбція проходить переважно за рахунок електростатичної взаємодії різнойменно заряджених поверхневих груп сорбенту і іонів барвника, на другому – за рахунок гідрофобних взаємодій між адсорбатом і органофільною частиною поверхні сорбента.

Рис. 10. Кінетика адсорбції

прямого яскраво-оранжевого на зразку природного сапоніту

та модифікованого ПС

Рис. 11. Кінетика адсорбції метиленового блакитного

на зразку природного сапоніту та модифікованого ПС

Дослідження кінетики процесу вилучення прямого яскраво-оранжевого та метиленового блакитного (рис. 10–11) на природному сапоніті показало, що гідрофобізація поверхні мінералу не впливає на кінетичні характеристики процесу, при цьому збільшує адсорбційну активність матеріалу.

Встановлено ефективність фільтраційної очистки бензину органо-мінеральними сорбційними матеріалам, яку визначали шляхом порівняння очищених зразків нафтопродукту з неочищеним бензином А-92 компанії

13

“Укрнафта”. Для дослідження взято зразки бензину, які були попередньо очищені природним мінеральним сорбентом та його модифікованими формами.

Відповідно до ГОСТ 19121–91 “Нефтепродукты. Метод определения

содержания серы сжиганием в лампе” встановлено, що кислотно

активований сапоніт є ефективним сорбентом для видалення сірки із

нафтопродуктів. Згідно з отриманими результатами дослідження вміст

сірки зменшився від 0,0020 % до 0,0015 %.

Згідно з результатами хроматографічих досліджень встановлено

основні показники бензину марки А-92, очищених природним сапонітом

та його модифікованими зразками. Результати дослідження наведені у

таблиці 3, а фрагменти хроматограм зображені на рис. 12.

Таблиця 3

Основні показники вуглеводневих сумішей,

очищених гідрофобними сорбційними матеріалами

Проба

Окта

но

ве

чи

сло

за д

осл

ідн

иц

ьки

м

мет

од

ом

Вм

іст

аро

мат

ич

ни

х

фр

акц

ій %

Пар

афін

и %

Олеф

іни

%

Ізо

пар

афін

и %

Наф

тен

и %

Від

но

сна

густ

ин

а

Контрольна проба А-92 91,47 30,802 10,68 9,55 32,19 12,72 0,74

А-92, очищений

природним, модиф. ПДМС 99,49 36,04 13,30 4,76 33,30 7,82 0,74

А-92, очищений

природним, модиф. ПС 102,42 31,86 12,83 5,56 32,98 13,09 0,73

А-92, очищений кислотно

активованим, модиф. ПДМС 96,48 34,20 13,51 5,03 34.02 8,46 0,74

А-92, очищений

кислотно активованим, модиф. ПС 101,27 33,76 13,24 5.03 30,18 14,19 0,74

Встановлено, що сорбційний матеріал адсорбує олефіни, не

поглинаючи при цьому ароматичних, і, частково, нафтенових та

ізопарафінових вуглеводнів, завдяки чому зростає октанове число бензину.

Мольний вміст парафінів, ізопарафінів та ароматики для бензинів,

очищених природним сапонітом та різними формами його модифікації,

зростає порівняно з контрольною пробою, а вміст нафтенів та олефінів навпаки

зменшується майже вдвічі. Мольний вміст парафінів та ароматики для

бензинів, очищених кислотно активованими сапонітами, обробленими

ПС та ПДМС, зростає порівняно з контрольною пробою, тоді як мольний

вміст олефінових зменшується. Вміст ізопарафінів збільшився для всіх

бензинів, окрім бензину, очищеного кислотно активованим ПС, для якого

14

він зменшився. А мольний вміст нафтенів навпаки зменшився для всіх

бензинів, а для очищеного кислотно активованим ПС він зріс.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

мВ

хв

1

2

1

2

3

4 5

6 7

89

1011

12

13

14 15 16

17

18

1925

20

21

22

24

23

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

мВ

хв

3

4

17

18

1925

20

21

22

24231

2

3

45

6

7

89

101112

13

14 15 16

1, 2 – сапоніт природний, модифікований ПДМС і ПС

3, 4 – кислотно-активований сапоніт, модифікований ПДМС і ПС

Рис. 12. Фрагменти хроматограм бензинів марки А-92, очищених природним сапонітом і його модифікованими формами

З метою вивчення доцільності багаторазового використання органомінеральних сорбційних матеріалів на основі сапоніту, досліджували зміни їх сорбційних властивостей із кожним наступним циклом використання, для проби бензину, очищеного сапонітом, модифікованим ПС, що за результатами хроматографічних досліджень показав найбільше підвищення октанового числа. В таблиці 4 представлений детальний вуглеводневий аналіз проби очищеного бензину.

Згідно з даними результатів дослідження, після очищення бензину А-92 сапонітом, модифікованим ПС, відбулися наступні зміни: ваговий вміст парафінів та ізопарафінів після першого етапу очистки збільшився на 2,5 та 1 %, відповідно, порівняно з контрольною пробою, а після другого

15

етапу – зменшився. Вміст ароматики зріс після очистки, окрім другого етапу, що можна вважати за відхилення в межах похибки виміру, в той час як вміст нафтенів та олефінів після очистки, навпаки, зменшився порівняно з контрольною пробою.

Таблиця 4 Детальний вуглецевий аналіз очищеного бензину марки А-92

Етап очистки

Ваговий вміст (у %) вуглеводнів

Ти

ск

нас

ич

ено

ї п

ари

,

кП

а

Пар

афін

и

Ізо

пар

афін

и

Ар

ом

ати

ка

Наф

тен

и

Олеф

іни

Контрольна проба 10,675 32,185 30,802 12,718 9,547 40,578

1 13,299 33,301 36,038 7,823 4,762 42,447

2 9,875 30,571 27,753 4,954 15,186 35,308

3 8,692 24,994 35,207 10,760 4,391 28,803

4 9,836 28,383 30,745 12,547 6,658 37,537

5 10,996 28,045 33,085 12,882 5,711 40,090

Тиск насиченої пари збільшився при першому етапі очистки, на наступних етапах спостерігалося незначне зменшення. Октанове число для бензину за дослідницьким методом зросло від 2 до 8 одиниць.

Рис. 13. Показники октанових чисел за дослідницьким методом для бензину А-92, очищеного природним сапонітом, модифікованим ПС

Якість моторних палив безпосередньо пов'язана з продуктивністю двигуна, терміном його служби, а також впливає на вихлопи газу, а, відповідно, і на якість повітря. Забезпечення екологічної безпеки при виробництві та застосуванні палива вимагає вилучення з нього сполук важких металів і сірки.

Встановлено, що за допомогою сорбційних властивостей модифікованих сапонітів можна зменшити токсичні вихлопи автомобілів. Очистку палива проводили природним сапонітом, модифікованим ПС, у співвідношенні:

16

20 г органоглини на 1 л палива. Перемішування проводили за допомогою ультразвуку протягом 5 хв та центрифугували. Дослідження вихлопів СО, СО2 та вуглеводнів проводили на газоаналізаторі “Інфракар” у двох режимах - холостому і активному (швидкість розгону - 90 км/год). Результати досліджень наведені у таблиці 5.

Таблиця 5 Показники вихлопів від автомобільного палива

при різних режимах роботи двигуна

Зразок нафтопродукту

Режим холостий Режим активний В

міс

т

СО

(%

)

Вм

іст

СО

2 (

%)

Вм

іст

ву

глев

од

нів

,

рр

m

Вм

іст

СО

(%

)

Вм

іст

СО

2 (

%)

Вм

іст

ву

глев

од

нів

,

рр

m

Бензин неочищений, марки А-92

4,89 11,19 0,584 2,25 12,97 0,333

Бензин очищений органоглиною

0,17 8,67 0,474 1,40 11,44 0,289

Отже, за даними досліджень після очистки палива природним сапонітом, модифікованим ПС, вміст СО (%) зменшується при холостому режимі для очищеного бензину марки А-92 від 4,89 до 0,17, вміст СО2 – від 11,19 до 8,67, а вміст вуглеводнів (ррm) від 0,584 до 0,474. В активному режимі двигуна вміст СО змінюється в межах від 2,25 до 1,40, СО2 від 2.25 до 1,40, а вуглеводнів в межах 0,333-0,289. Отримані результати дають підставу стверджувати, що органомодифіковані сапоніти можуть бути використані при одержані моторних палив високої якості і з пониженою токсичністю, що дозволить покращити екологічну безпеку. На основі результатів досліджень встановлено, що органомінеральний сорбційний матеріал не змінює основних експлуатаційних характеристик палива. Застосування розробленої технології вирішить проблему зниження токсичних вихлопів автотранспорту в атмосферу.

У п’ятому розділі “Порівняльний аналіз розробленої технології з

існуючою та очікуваний економічний ефект” на підставі результатів досліджень сформульована і обґрунтована доцільність отримання гідрофобних сорбентів, які характеризуються високою плавучістю та сорбційною здатністю. Запропонована технологічна схема відноситься до способу отримання гідрофобного сорбційного матеріалу на основі гранульованого сапоніту, який застосовується для очищення води від органічних речовин та для обробки нафтопродуктів.

На рис. 14 представлена апаратно-технологічна схема отримання органомінерального сорбційного матеріалу. Сапонітова порода надходить із кар’єра і піддається попередньому просушуванню 1, подрібнюється до

17

порошкоподібного стану 2, після цього порошок просіюють на ситах 3 і для подальшого використання відбирають фракції розміром менше 1 мм. Далі проводять активацію кислотою або модифікацію 30 % водним розчином гідрофобізатора ПС або ПДМС у реакторі інтенсивного перемішування 4.

1 – сушарка (конвейєр); 2 – млин; 3 – сита; 4 – реактор; 5 – відстійник; 6 – фільтр; 7 – сушарка (конвейєр); 8 – сушарка; 9 – гранулятор;

10 – піч для спікання гранул; 11 – сушарка (конвейєр)

Рис. 14. Апаратно-технологічна схема отримання гідрофобного сорбційного матеріалу на основі сапоніту

За необхідності поєднання деяких із цих операцій, їх виконують послідовно. Після цього тверду фазу відокремлюють від розчину активатора (модифікатора) у відстійнику 5 і промивають теплою водою у фільтрі 6. Далі матеріал сушать у сушарці-конвейєрі при кімнатній температурі 7. Для отримання вторинної пористості у сушарці 8 проводять термообробку при температурі 100 °С протягом двох годин. Надання форми здійснюють у грануляторі 9. Сформований матеріал спікають у печі 10 при температурі

600 ̊С протягом двох годин. Після цього отриманий сорбційний матеріал охолоджують до кімнатної температури на сушарці (конвейєрі) 11.

Досягненню технічного результату сприяє те, що поліорганосилоксани володіють хорошою адгезією до природного мінералу, рівномірно розподіляються і повністю покривають його поверхню, при цьому, не розчиняються у нафтопродукті. Крім цього, виключається додаткове введення активних речовин у сорбент, що забезпечує здешевлення отриманого матеріалу.

Модифіковані поліорганосилоксанами ПДМС та ПС сапонітові гранули поєднують у собі індивідуальні адсорбційно-структурні характеристики. Розроблена технологія показує покращення та економію за рахунок зниження температури при термічній обробці в середньому у 8 разів, зниження температури при обробці у 2,5 рази, зменшення часу обробки в 2 рази, зниження температури при сушінні в 3 рази та часу в 2 рази.

18

ВИСНОВКИ

1. Встановлено фізико-хімічні та технологічні закономірності процесу

одержання гідрофобних органомінеральних сорбційних матералів на основі сапоніту шляхом їх модифікації у водних розчинах полісилоксанів. Гідрофобність поверхні отриманих органомінеральних матеріалів визначено за показниками крайових кутів змочування та за плавучістю. За результатами досліджень виявлено, що найкращий гідрофобний ефект модифікування водорозчинними органосилоксанами спостерігається при концентрації водних розчинів 30 %. Встановлено, що зразки сапоніту, модифіковані ПС, проявляють кращу гідрофобність порівняно із зразками, модифікованими ПДМС.

2. На підставі СEM-EDX досліджень підтверджено утворення гідрофобного моношару поліорганосилоксанів на поверхні глинистого мінералу. На мікрофотографіях відображена орієнтація полісилоксанових плівок на поверхні частинок мінералу, при цьому не відбувається утворення суцільного покриття і закриття міжшарового простору. Зразки модифікованого сапоніту відрізняються диспергованістю глинистих агрегатів та істотним збільшенням дрібних еластичних кристалітів з розмірами 0,5–2 мкм.

3. На підставі результатів адсорбції/десорбції азоту, ртутної порометрії, фотоколориметрії та хроматографії встановлено структурно-адсорбційні характеристики природного сапоніту та вплив на них модифікації. Пориста структура глинистого мінералу представлена мікро-мезопористою системою. Модифікація кислотою спричиняє вимивання катіонів у міжшаровому просторі, що приводить до збільшення питомої поверхні та зростання об’єму мікропор. Показники питомої поверхні для зразків сапоніту за даними методу ВЕТ становлять 47,7 м2/г – для природного, 177,9 м2/г – для кислотно активованого. Загальний об’єм пор у кислотно активованому сапоніті зростає від 0,134 до 0,201 cм3/г. Після модифікації органосилоксанами загальна пористість дещо зростає від 47% – для природних зразків, до 54,2 % – для зразків сапоніту, модифікованих ПС, що пояснюється природою модифікатора. Одночасно загальна площа пор зменшується, оскільки знижується частка об’єму макропор у матеріалі в результаті модифікації.

4. Встановлено, що гідрофобізація поверхні сапоніту не впливає на кінетичні характеристики процесу сорбції та збільшує адсорбційну активність матеріалу. Процес сорбції характеризується значним внеском гідрофобних сил в адсорбційній взаємодії. Сорбційна ємність по барвникам становить від 24,26 до 75,47 мг/г .

5. Доведено, що органомінеральний сорбційний матеріал на основі сапонітової глини не змінює основних експлуатаційних характеристик палива, а використання бензинів, очищених за допомогою органомодифікованих сапонітових глин вирішить проблему зниження токсичних викидів автотранспорту в атмосферу. Згідно результатів досліджень показники вихлопів від автомобільного палива при різних режимах роботи двигуна

19

вміст СО (%) зменшуються при холостому режимі для очищеного бензину марки А-92 від 4,89 до 0,17, вміст СО2 – від 11,19 до 8,67, при цьому октанове число згідно з хроматографічними дослідженнями за дослідницьким методом підвищується від 91,47 до 102,42.

6. Розроблена технологічна схема і обґрунтовані норми технологічного режиму отримання органомінеральних сорбційних матеріалів з гідрофобними властивостями. Запропонована технологія характеризується низькою енерго- і трудомісткістю, є економічно вигідною завдяки зниженню температури термічної обробки в 7–9 разів, зменшенню часу обробки в 2 рази порівняно з існуючими технологіями.

7. Результати дослідження та позитивні виробничі випробування дозволяють обґрунтовано рекомендувати отримані органомінеральні сорбційні матеріали з розвинутою поверхнею та контрольованими специфічними властивостями в якості фільтруючої загрузки для отримання якісних, високооктанових і низькотоксичних палив та для очистки стічних вод від органічних забруднень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Paraska O. Saponites as the New Raw Materials for the Production of Biomaterials / O. Paraska, S. Karvan, G. Sokol, T. Rak // International scientific periodical journal “Mechanics in medicine” – Rzeszow, Poland, 2014. – № 12. – P. 190–197. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів, формулювання висновків). 2. Ганзюк А. Я. Модифікація сапонітових глин поверхнево-активними речовинами / А. Я. Ганзюк, С. А. Карван, Г. М. Дейчук (Сокол), Х. А. Ганзюк // Вісник Львівського університету. Серія хімічна. – Львів, 2015. – № 56. – Ч. 1. – C. 186–191. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, аналіз результатів дослідження, формулювання висновків). 3. Ганзюк А. Я. Застосування мінеральних адсорбентів у процесах очищення, розділення та кондиціювання газових і рідких середовищ / А. Я. Ганзюк, С. А. Карван, Г. М. Дейчук (Сокол) // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – Хмельницький, 2016. – № 2. – С. 266–269. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів, формулювання висновків). 4. Стремецький О. І. Дослідження корозії низьковуглецевих сталей у водних розчинах в присутності сапоніту / О. І. Стремецький, Г. М. Сокол // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – Хмельницький, 2016. – № 5 – С. 38–42. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, формулювання висновків).

20

5. Сокол Г. М. Структурна модифікація сапонітових глин кислотною обробкою / Міжвузівський збірник наукових праць “Наукові нотатки” Луцький національний технічний університет. – Луцьк, 2017. – № 56. – С. 149–153. 6. Сокол Г. М. Очищення нафтопродуктів та вилучення їх слідових кількостей з пожежного сміття за допомогою сорбційних матеріалів для подальшого дослідження хроматографічним методом / Г. М. Сокол, А. Я. Ганзюк, О. П. Шелестюк, О. М. Міщук // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – Хмельницький, 2017. – № 1. – С. 87–94. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів, формулювання висновків).

7. Пат. 79412 Україна, МПК (2006.01), C11D 3/14. Паста для очищення

забруднених поверхонь на основі природних мінеральних сорбентів /

С. А. Карван, А. Я. Ганзюк, О. І. Кулаков, Г. М. Сокол ; заявник і патентовласник

Хмельницький національний університет. – № u201210742 ; заявл.

13.09.2012 ; опубл. 25.04.2013. – 4 с. (Особистий внесок здобувача – здійснено

пошук аналогів та прототипу, підготовлено формулу та опис винаходу).

8. Пат. 95785 Україна, МПК (2006.01), B05C 5/04. Спосіб одержання сорбенту

на основі природних мінералів методом впорскування / С. Л. Горященко,

С. А. Карван, Г. М. Сокол, О. А. Параска ; заявник і патентовласник Хмельницький

національний університет. – № u201407063 ; заявл. 23.06.2014 ; опубл.

12.01.2015. – 5 с. (Особистий внесок здобувача – здійснено пошук

аналогів та прототипу, підготовлено формулу та опис винаходу).

9. Пат. 110845 Україна, МПК (2016.01), B01J 20/30. Спосіб отримання

гідрофобного органо-мінерального адсорбенту на основі сапонітової глини /

Г. М. Дейчук (Сокол), А. Я. Ганзюк, С. А. Карван, Х. А. Ганзюк ; заявник

і патентовласник Хмельницький національний університет. – № u201603500 ;

заявл. 04.04.2016 ; опубл. 25.10.2016. – 4 с. (Особистий внесок здобувача –

здійснено пошук аналогів та прототипу, підготовлено формулу та опис винаходу).

10. Ganziuk A. The current problem of cleaning, conditioning and division

adsorption processes in gas and liquid states / A. Ganziuk, G. Deichuk (Sokol) //

Ecological innovation. Monograph edited by Olga Paraska, Norbert Radek,

Miroslaw Bonek, Pinczow, Poland, 2015. – P. 224–233. (Особистий внесок

здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз

отриманих результатів, формулювання висновків).

Тези доповідей на міжнародних конференціях, симпозіумах та конгресах

11. Sokol G. M. Nanoparticles and environment – control and method of

determination / G. M. Sokol, S. A. Karvan, V. R. Liubchyk, A. Y. Ganzyuk //

Abstracts: the Humboldt Kolleg “Men And Environment” organized by Societas

Humboldtiana Polonorum in cooperation with Jagiellonian University, Cracow,

Poland, 11–14 October, 2012. – P. 70. (Особистий внесок здобувача – постановка

завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів,

формулювання висновків).

21

12. Sokol G. M. Waste water treatment by natural mineral saponite in textile

industry / G. M. Sokol, A. Y. Ganzyuk // Abstracts: International Conference

“Advanced technologies in textile industry”, Khmelnitsky, Ukraine, 15–17 October,

2012. – P. 212–214.

13. Sokol G. M. The new modified sorbent for wastewater treatment /

G. M. Sokol, A. Y. Ganzyuk // Abstracts: The XLVI Session of the Students

Scientific Circles, Cracow, Poland, 9–10 May, 2013. – P. 54–55. (Особистий

внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз

отриманих результатів, формулювання висновків).

14. Sokol G. M. Saponite is an environmentally friendly universal sorbent /

G. M. Sokol, A. Y. Ganzyuk, D. S. Kamenskyh // Abstracts: Ninth International

Scientific Congress “A secure world understanding-trust-responsibility” [CD

supplament], Poznan, Poland, 4–7 July, 2013. (Особистий внесок здобувача –

постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих

результатів, формулювання висновків).

15. Sokol G. M. Universal sorbent on the basis of natural mineral saponite /

G. M. Sokol, A. Y. Ganzyuk // Abstracts: V Ukrainian-Polish scientific dialogues,

Jaremche, Ukraine, 16–19 October, 2013. – P. 118–120. (Особистий внесок

здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих

результатів, формулювання висновків).

16. Sokol G. M. Research of the adsorptivity of sorbents on the basis of natural

mineral saponite / G. M. Sokol, S. A. Karvan, A. Y. Ganzyuk // Abstracts:

International Conference “Modern Problems of Surface Chemistry” Chuiko

Institute of Surface Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine,

Kyiv, 20–21 May, 2014. – P. 179. (Особистий внесок здобувача – постановка

завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів,

формулювання висновків).

17. Pidluzhna A. Lithium electrochemical intercalation in Saponite / A. Pidluzhna,

T. Bishchaniuk, I. Grygorchak, G. Sokol // Abstracts: 10th International

Conference on Physics of Advanced Materials, Lasi, Romania, September

22–28, 2014. – P. 39–40. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань,

формулювання висновків).

18. Deichuk (Sokol) G. Structure-adsorptive characteristics of modified smectite

minerals / G. Deichuk (Sokol), A. Ganzyuk, S. Karvan, Ch. Ganzyuk //

Abstracts: Ethics in science and life Humboldt-Kolleg Poland, Torun, 10–13 May,

2015. – P. 168-169. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення

експерименту, аналіз отриманих результатів, формулювання висновків).

19. Deichuk (Sokol) G. Organic-mineral sorption materials on the basis of

saponite clay / G. Deichuk (Sokol), A. Ganzyuk, Ch. Ganzyuk // Abstracts:

Workshop with Nobel Prize Winner Professor Erwin Neher. Progress in

biomedicine and neuromedicine. Poland, Cracow, 21–23 June, 2015. – P. 115–116.

22

(Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту,

аналіз отриманих результатів, формулювання висновків).

20. Ганзюк А. Cтруктурно-адсорбційні характеристики сапонітових глин,

модифікованих поверхнево-активними речовинами / А. Ганзюк, Г. Дейчук

(Сокол) // VI Українсько-Польські Наукові Діалоги : тези доповідей,

21–24 жовтня 2015, Яремче. – С. 30–31. (Особистий внесок здобувача –

аналіз отриманих результатів, формулювання висновків). 21. Deichuk (Sokol) G. M. Physicochemical properties of saponite clay as efficient ion-exchange chromatography material / G. M. Deichuk (Sokol), M. Sprynskyy, A. Y. Ganzyuk, B. Buszewski // Proceedings of the XI International Conference on Ion Chromatography, Zabrze, Poland, 20–21 april, 2016. – P. 13. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів, формулювання висновків). 22. Deichuk (Sokol) G. M Preparation of silver/saponite nanocomposites / G. M. Deichuk (Sokol), M. Sprynskyy, A. Y. Ganzyuk, B. Buszewski // The 10th International Congress of Societas Humboldtiana Polonarum on Longevity–a blessing or a curse: Medical, technological, cultural, socio-economic and legal aspects, Lodz, Poland 30 Jun–2 July, 2016. – P. 41. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів, формулювання висновків). 23. Deichuk (Sokol) G. M. Characterization and adsorptive properties of saponite clay / G. M. Deichuk (Sokol), M. Sprynskyy, A. Y. Ganziuk, B. Buszewski // Fifteenth Polish – Ukrainian Symposium: Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications, Lviv, Ukraine, 12–15 September. – 2016. – P. 150. (Особистий внесок здобувача – постановка завдань, проведення експерименту, аналіз отриманих результатів, формулювання висновків).

АНОТАЦІЯ

Сокол Г. М. Розробка технології одержання органомінеральних сорбційних матеріалів на основі сапоніту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. Хмельницький національний університет, Хмельницький, 2017.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології одержання ефективних сорбційних матеріалів шляхом модифікації поверхні природних мінералів - сапонітів поліорганосилоксанами з метою розширення спектра вилучення забруднюючих речовин з рідких середовищ та підвищення їх селективності. Детально досліджено фізико-хімічні властивості та структурні характеристики сорбційних матеріалів на основі сапонітових глин Ташківського родовища з використанням рентгенофазового аналізу, диференціального термічного і диференціального термогравіметричного аналізів, інфрачервоної

23

спектроскопії, низькотемпературної адсорбції азоту, ртутної порометрії, потенціометрії, скануючої та трансмісійної електронної мікроскопії, спектральної фотоелектроколориметрії, хроматографічного аналізу.

Результати дослідження і позитивні виробничі випробування дозволяють обґрунтовано рекомендувати отримані сорбційні матеріали з розвинутою поверхнею та контрольованими специфічними властивостями в якості фільтруючої загрузки для очистки стічних вод від органічних забруднень та для отримання якісних, високооктанових і низькотоксичних палив. На основі результатів досліджень встановлено, що органомінеральний сорбційний матеріал на основі сапоніту покращує основні експлуатаційні характеристики палива. Використання розроблених сорбційних матеріалів вирішить проблему зниження токсичних викидів автотранспорту в атмосферу.

Ключові слова: сапоніт, глинисті мінерали, сорбційні матеріали,

модифікація, гідрофобізація, поліорганосилоксани, пориста структура,

іонообмінні комплекси.

АННОТАЦИЯ

Сокол Г. М. Разработка технологии получения органоминеральных

сорбционных материалов на основе сапонита. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических

наук по специальности 05.02.01 - Материаловедение. - Хмельницкий

национальный университет, Хмельницкий, 2017.

Диссертационная работа посвящена разработке технологии получения

эффективных сорбционных материалов путем модификации поверхности

природных минералов сапонитов полиорганосилоксанами с целью расширения

спектра изъятия загрязняющих веществ из жидких сред и повышения их

селективности. Подробно исследованы физико-химические свойства и

структурные характеристики сорбционных материалов на основе сапонитовых

глин Ташковского месторождения с использованием рентгенофазового анализа,

дифференциального термического и дифференциального термогравиметрического

анализов, инфракрасной спектроскопии, низкотемпературной адсорбции

азота, ртутной порометрии, потенциометрии, сканирующей и трансмиссионной

электронной микроскопии, спектральной фотоэлектроколориметрии,

хроматографического анализа.

Результаты исследования и положительные производственные испытания

позволяют обоснованно рекомендовать полученные сорбционные материалы

с развитой поверхностью и контролируемыми специфическими свойствами в

качестве фильтрующей загрузки для очистки сточных вод от органических

загрязнений и для получения качественных, высокооктановых и низкотоксичных

топлив. Установлено, что органоминеральный сорбционный материал на

основе сапонита улучшает основные эксплуатационные характеристики

24

топлива. Использование разработанных сорбционных материалов решит

проблему снижения токсичных выбросов автотранспорта в атмосферу.

Ключевые слова: сапонит, глинистые минералы, сорбционные

материалы, модификация, гидрофобизация, полиорганосилоксаны, пористая

структура, ионообменные комплексы.

ANNOTATION

Sokol H. M. Development of technology for the production of organomineral sorption materials based on saponite. – Manuscript.

PhD thesis for a scientific degree of Candidate of Technical Sciences, the specialty 05.02.01 – materials science. – Khmelnytsky National University, Khmelnytsky, 2017.

This PhD work is devoted to development of technology for obtaining effective sorption materials by modifying the surface of natural minerals. Modification of the saponite clays of the Tashkiv deposit by polyorganosiloxanes were used to expand the spectrum of pollutants’ elimination from liquids solution and increase their selectivity. X-ray phase analysis, differential thermal and thermogravimetric analyzes, infrared spectroscopy, low-temperature nitrogen adsorption isotherms, mercury porosimetry, potentiometry, scanning and transmission electron microscopy, spectral photoelectrocolorimetry as well as chromatographic analysis were used for the characterization of structural features and physicochemical properties of obtained sorption materials.

The results of the research and technology demonstration allow us to recommend the obtained sorbent materials as an efficient filtering charge for cleaning polluted water from organic contaminants and for obtaining high-quality, high-octane and low-toxic fuels. It was established that the obtained sorption material based on saponite clay improves the basic exploitative characteristics of the fuel. Its application allow to solve the problem of reducing toxic emissions of e.g. motor vehicles in atmosphere.

Keywords: saponite, clay minerals, sorbent materials, modification, hydrophobization, polyorganosiloxanes, porous structure, ion exchange systems.

25

Підписано до друку 10.05.2017. Формат 30 42/4.

Ум. друк. арк. – 0,9. Обл.-вид. арк. – 1,0.

Наклад 100 прим. Зам. № 65/17, 2017

Редакційно-видавничий центр ХНУ.

29016, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 7/1.

Свідоцтво про внесення в Державний реєстр,

серія ДК № 4489 від 18.02.2013 р.