Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

Введение Уникальные структурные особенности слоистых алюмосиликатов делают их перспективными материалами для использования в качестве наноконтейнеров для хранения лекарств, пористых матриц для стабилизации наночастиц и кластеров, для разработки носителей лекарств пролонгированного действия, а также в качестве энтеросорбентов. Природные минералы отличаются различным химическим и минералогическим составом, зависящим от месторождения, что сказывается на постоянстве таких характеристик, как поверхностный заряд, катионно-обменная емкость (КОЕ), структурные и микроструктурные характеристики. Это ограничивает применение природных силикатов в ряде областей, где требуется точный контроль указанных характеристик, например в катализе и медицине. Проблемы непостоянства состава и свойств природных минералов привели к поиску путей получения слоистых силикатов со структурой монтмориллонита с воспроизводимыми характеристиками. Использование синтетических материалов вместо природного сырья может рассматриваться как один из возможных путей разработки новых инновационных материалов и технологий, позволяющих решить задачи импортозамещения, в частности, при разработке новых лекарственных препаратов или форм их доставки, а также материалов для решения экологических задач, в том числе проблемы захоронения и утилизации жидких радиоактивных отходов. Целью данной работы являлось установление основных закономерностей влияния структурных особенностей и морфологии частиц алюмосиликатов со структурами монтмориллонита и каолинита на их сорбционные характеристики и биологическую активность с целью определения возможностей их использования для решения задач медицины и экологии. Результаты Направленный гидротермальный синтез можно рассматривать как пример природоподобных технологий, позволяющий получать материалы, обладающие всеми достоинствами природных глинистых материалов, таких как высокая сорбционная ёмкость и способность к ионному обмену, и не обладающие их недостатками, к которым можно отнести непостоянство фазового и химического состава и, как следствие, наличие токсичности. В лаборатории химии силикатных сорбентов ИХС РАН в результате многолетних исследований механизмов кристаллизации слоистых силикатов в гидротермальных условиях, изучения их взаимной трансформации и самоорганизации определены условия получения целой линейки алюмосиликатов — аналогов природных минералов, качественно отличающихся от них набором определенных заданных характеристик, контроль над которыми может быть осуществлен правильным подбором соответствующих условий синтеза [1-6]. В качестве основных объектов исследований были выбраны слоистые силикаты со структурой монтмориллонита Na^Ahp-x), M g ^ S u O ^ O H b 'n ^ O (0 < x < 1), каолинита (AhSi2O5(OH)4) и галлуази та (A h S i 2 O 5 (OH ) 4 -nH 2 O). Выбранные представители алюмосиликатов представляют собой слоистые силикаты с различным чередованием алюмосиликатных слоев. Так, кристаллическая структура монтмориллонита состоит из трехслойных пакетов, содержащих два кремнекислородных тетраэдрических слоя и размещенный между ними октаэдрический слой, состоящий из катионов алюминия и магния. Кристаллическая структура каолинита и галлуазита состоит из двухслойных пакетов, содержащих один тетраэдрический кремнекислородный и один алюмокислородно-гидроксильный октаэдрический слои. По химическому составу галлуазит практически идентичен каолиниту, однако слои галлуазита разделены монослоем молекулярной воды. Слоистые силикаты со структурой монтмориллонита Na 2 x(Ah( 1 -x), Mg 2 x)Si 4 O 10 (OH) 2 nH 2 O (0 < x < 1) являются одними из наиболее интересных представителей силикатов со слоистой морфологией (рис. 1), особенности структуры которых обуславливают перспективы их применения в различных областях. Молекулы полярных жидкостей могут входить в межслоевые пространства, вызывая расширение решетки в направлении оси с в широких пределах — от 0,96 нм (при отсутствии полярных молекул между элементарными слоями) до полного разделения слоев (эксфолиации). Сотрудниками лаборатории химии силикатных сорбентов ИХС РАН была показана возможность направленного гидротермального синтеза монтмориллонита с различной морфологией, текстурой и микроструктурными характеристиками [1-3]. Кроме того, струк тура м он тм ориллони та позволяет осущ ествлять изоморфны е зам ещ ения как в тетраэдрических, так и в октаэдрических слоях, что позволяет регулировать физико-химические Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 74-80. Transactions of the Kda Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 74-80. © Голубева О. Ю., Аликина Ю. А., Бразовская Е. Ю., 2023 75