Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

DEVELOPMENT AND INVESTIGATION OF NANOSTRUCTURAL MATERIALS BASED ON CLINOPTILOLITE-CONTAINING ROCKS MODIFIED BY IONIC SALTS O. N. Dabizha12, T. P. Pateyuk1 1Transbaikal Institute of Railway Transport, Chita, Russia 2Transbaikal State University, Chita, Russia Abstract The preparation of nanostructured materials by mechanochemical activation of air-dry mixtures of clinoptilolite-containing rocks of the Kholinsk and Shivirtuy deposits of the Transbaikalian Territory and acid salts (sodium hydrogenphosphate, potassium hydrogenphosphate and potassium hydrogen sulfate), has been considered. The ratio of components, the duration of mechanosynthesis and the nature of the ionic salt varied in the samples. Infrared spectroscopy was used to study the adsorption of ionic salts on clinoptilolite by analyzing the shifts and relative intensities of individual absorption bands. Keywords: clinoptilolite, ionic salt, mechanochemical activation, structure, infrared spectroscopy, relative intensity of absorption bands, degree of disorder. Актуальность темы исследования определяется необходимостью разработки новых проводящих материалов для их использования в качестве твердых электролитов. Как известно [1], кислые соли щелочных металлов обладают высокой протонной проводимостью в области средних температур (130-250 °С), вместе с тем хрупкостью, узким температурным диапазоном существования суперионной фазы, химической нестабильностью, растворимостью в воде и низкой механической устойчивостью. Указанные недостатки можно компенсировать с помощью гомогенного или гетерогенного допирования. Перспективной гетерогенной добавкой является природный цеолит — клиноптилолит, обладающий кристаллической структурой и уникальными свойствами, которые можно регулировать механохимической активацией (МХА) [2]. Клиноптилолит состоит из тетраэдров [SiO4]4- [AIO 4 ]5-, которые соединяются друг с другом общим атомом кислорода, образуя поры размером 0,45-0,60 нм. Ранее опубликованы работы по применению метода ИК-спектроскопии к оценке силы активных центров цеолитов [3-5], что в будущем позволит подобрать состав композиционного материала «ионная соль — клиноптилолит» с оптимальными электрофизическими свойствами. Цель настоящей работы заключалась в получении наноструктурных материалов на основе клиноптилолитсодержащих пород и гидрофосфатов и гидросульфатов щелочных металлов, а также оценке их адсорбционного взаимодействия методом инфракрасной спектроскопии. Образцы синтезировали МХА воздушно-сухой смеси кислой соли: Na2HPO4 («ЧДА»); K 2 HPO 4 («ЧДА»); KHSO4 («Ч») и тонкодисперсной фракции (r < 50 мкм) клиноптилолитсодержащих пород Холинского и Шивыртуйского месторождений (Забайкальский край) при массовом соотношении (1 : 1), (1 : 2) и (1 : 3) в течение 3, 5 и 7 мин в истирателе вибрационном чашевом «ИВЧ-3». Фазовый состав исследуемых природных цеолитов приведен в ранее опубликованной работе [6]. Наименование образцов, принятое в настоящем исследовании, включает тип месторождения клиноптилолитсодержащей породы, соотношение в массовых частях соли и цеолита, длительность МХА в минутах. Например, NaP-Х (1 : 1)-3 — механокомпозит на основе природного цеолита Холинского месторождения, в котором соотношение Na2HPO4 : цеолит составляет 1 : 1, длительность механосинтеза — 3 мин; KS-Ш (1 : 3)-7 — механокомпозит на основе природного цеолита Шивыртуйского месторождения, в котором соотношение KHSO4 : цеолит составляет 1 : 3, длительность механосинтеза — 7 мин; КР-Ш (1 : 2)-5 - механокомпозит на основе природного цеолита Шивыртуйского месторождения, в котором соотношение К 2 НРО 4 : цеолит составляет 1 : 2, длительность механосинтеза — 5 мин. ИК-спектры регистрировали инфракрасным Фурье-спектрометром “SHIMADZU FTIR-8400S” в области 4000-400 см-1 на таблетках с KBr. Относительную интенсивность полос поглощения (п. п.) рассчитывали, измеряя длину п. п. по отношению к длине п. п. самой высокой интенсивности. Степень разупорядочения структуры клиноптилолита х (в процентах, с погрешностью + 1) рассчитывали по формуле [3]: x = 1 - k = I 1 _ 1 600 V 1 450 X 1 0 0 %, ( 1 ) где k - - - степень кристалличности, определяемая как отношение интенсивностей полос поглощения при 600 и 450 см-1 ( I 600 и I 450соответственно). Результаты расчетов относительной интенсивности и сдвигов частот отдельных п. п. (выделены наибольшие значения) в ИК-спектрах образцов, в том числе VaS[OsPO']3- и v(Si-OH) при 1160 и 3620 см-1 соответственно, представлены в табл. 1. Следует отметить, что при соотношении гидрофосфат натрия : цеолит, равном 1 : 3, в ИК-спектрах образцов отсутствует п. п. с максимумом в области 1160 см-1, но регистрируется п. п. при 862 см-1, относительную интенсивность которой определяли в этом случае. 594