СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОКСИДА МАГНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Пористые гидроксиды (гидратированные оксиды) магния являются дегидратирующими веществами, которые часто используются в составе сложных катализаторов [156-159]. Их адсорбционные и каталитические свойства во многом зависят от условий получения. Известно влияние pH среды, температуры, природы соли и осадителя на величину удельной поверхности и сорбционную емкость гидроксида магния. Установлено, что удельная поверхность увеличивается с повышением pH осадителя. Повышение температуры осаждения от 20 до 70°С приводит к уменьшению площади удельной поверхности. При старении осадка гидроксида магния как в дистиллированной воде, так и в маточном растворе происходит уменьшение величины удельной поверхности [69, 160, 161]. Одним из возможных методов регулирования пористой структуры гидроксидов металлов является их получение в магнитном поле.

В связи с этим представляло интерес изучить процесс структурообра-зования гидроксида магния при его синтезе в магнитном поле различной напряженности в зависимости от условий осаждения (табл. 2.2, рисунки 2.3; 2.4).

Исследования такого рода, насколько нам известно, не проводились, между тем, эффект структурообразования гидроксида магния, как показано в работах [75], может быть весьма заметным, тем более, что ионы магния, как и ионы алюминия, обладают диамагнитными свойствами, степень гидратации которых под действием магнитного поля, как правило, уменьшается [68]. Это уже само по себе создает благоприятные условия для формирования пористой структуры образцов гидроксида магния, синтезированного в магнитном поле.

Синтез гидроксида магния проводили из 5, 10 и 20 % растворов сернокислых солей в отсутствии магнитного поля (контрольные образцы) и в магнитном поле различной напряженности. Помимо этого, синтез (ОН)2 в магнитном поле был осуществлен в зависимости от времени пребывания солевого раствора в магнитном поле (10, 20 и 30 минут) перед осаждением гидроксида. Для исследования образцы гидроксида магния получали как традиционным, так и быстрым методом осаждения, что позволило синтезировать их с более однородной пористостью.

Влияние магнитного поля на структурные параметры получаемых образцов, как показывают исследования, не столь существенное.

Наблюдаемые изменения Уб и 8 уд образцов с ростом напряженности магнитного поля показывают, что при медленном осаждении гидроксидов заметно увеличивается их удельная поверхность и уменьшается сорбционная емкость, что, по-видимому, связано с образованием более мелкопористой структуры в результате разбавления солевого раствора осадите-лем.

Изотермы адсорбции образцов ]У^(ОН) в зависимости от напряженности магнитного поля. Номера изотерм сорбции и кривых распределения пор соответствуют номерам образцов таблицы

Рис. 2.3. Изотермы адсорбции образцов ]У^(ОН)2 в зависимости от напряженности магнитного поля. Номера изотерм сорбции и кривых распределения пор соответствуют номерам образцов таблицы.

Не исключено, что низкая чувствительность гидроксида магния к действию магнитного поля обусловлена тем, что его структура формируется из частиц пластинчатой формы, которые, в отличие от шарообразных, характеризуются неравномерным распределением гидратной оболочки по поверхности.

Результаты адсорбционно-структурного исследования показывают, что с ростом концентрации солевого раствора сорбционная емкость образцов увеличивается. Причина данных изменений нами достаточно подробно рассмотрена в работах [73, 74]. Синтез же магниевых образцов в магнитном поле сопровождается незначительным изменением структурных параметров получаемых образцов.

Этому процессу способствует как уменьшение гидратации ионов магния под действием магнитного поля, так и пластинчатая форма его частиц, позволяющая им легко вступать во взаимодействия друг с другом, формируя рыхлый механически прочный каркас, обеспечивающий более высокую емкость поглощения и, соответственно, меньшую удельную поверхность получаемого образца.

  • 140 18С
  • ?'—I—'—I—'—I—1—Г
  • 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Рис. 2.4. Изотермы адсорбции (а) и кривые распределения объема пор по радиусам (б) образцов М^(ОН)2, полученных различными методами. Номера изотерм сорбции и кривых распределения пор соответствуют номерам образцов таблицы.

Сопоставление сорбционных параметров гидроксида магния, полученного в магнитном поле, с аналогичными параметрами контрольных образцов показывает, что в зависимости от напряженности магнитного поля различия в величинах У§ и 8 уд незначительно увеличиваются. При этом с ростом концентрации солевого раствора увеличивается разность между сорбционной емкостью и удельной поверхностью контрольного образца и образца, полученного в магнитном поле. Величина расхождений для образцов, синтезированных из 5% солевого раствора, составляет соответственно 0,03 см3/г и 21 м2/г, а для 10% раствора - 0,02 см3/г и 31 м2/г. Причин здесь несколько, и главная из них связана с формой частиц гидроксида магния, которая в данном случае несет основную ответственность за формирование его пористой структуры.

Возникает вопрос о вкладе величины магнитного поля и его напряженности в процесс структурообразования образцов.

С этой целью были проведены исследования по синтезу гидроксидов в магнитном поле после предварительной выдержки солевого раствора в магнитном поле заданной напряженности на протяжении 10, 20, 30 минут.

Адсорбционные и структурные исследования гидроксида магния после такой обработки показывают некоторый рост сорбционной емкости образцов после выдержки раствора в магнитном поле на протяжении 10 минут. По-видимому, этого времени достаточно для установления равновесной гидратации ионов при заданной напряженности магнитного поля. Не исключено, что с изменением напряженности магнитного поля и кон-

центрации солевого раствора продолжительность установления равновесного состояния гидратации ионов будет также изменяться. Структурные параметры гидроксида магния в зависимости от напряженности магнитного поля, как следует из табл. 2.2 и рисунков 2.3 и 2.4, при всех изученных концентрациях солевого раствора увеличиваются.

Данная тенденция соблюдается как при увеличении концентрации солевого раствора, так и в случае увеличения напряженности магнитного поля, т.е. как в первом, так и во втором случае наблюдается линейная зависимость роста Уз от указанных факторов.

При этом характерно, что влияние магнитного поля на структурообра-зование образцов гидроксида магния менее заметно по сравнению с влиянием на структуру концентрации раствора, из которого производилось осаждение образца. Так, например, кривая сорбции гидроксида магния, полученного в магнитном поле, проходит выше аналогичной кривой контрольного образца, а удельная поверхность, наоборот, ниже Буд контрольных образцов.

Наряду с изучением гидроксидов магния, были проведены исследования и оксидов магния, полученных путем прокаливания гидроксида при температуре 350° С. Это позволило получать активный оксид магния с заданной пористой структурой [68, 81, 82]. При этом следует отметить высокую термостойкость структуры оксида магния, удельная поверхность которого заметно возрастает, в то время как его пористая структура изменяется незначительно.

Рост удельной поверхности гидроксида магния, прокаленного при 350 С (рисунок 2.5), по-видимому, связан как с образованием микротрещин в пластинках гидроксида магния, так и с формированием микропор, соизмеримых с размером молекул адсорбата.

Эти изменения в структуре гидроксида не затрагивают его сорбционную емкость вплоть до завершения перестройки кристаллической структуры (ОН)2 в кристаллическую структуру 1У^О [68].

Результат термообработки образцов гидроксида магния, синтезированного в магнитном поле, несколько отличается от структурных изменений контрольного образца. Характерно, что образец (ОН)2, полученный в магнитном поле различной напряженности, менее чувствителен к термическому воздействию. Причин здесь несколько, но основная из них связана со структурой, образовавшейся под воздействием магнитного поля, и более низкой степенью гидратации частиц гидроксида магния. Обезвоживание такого гидроксида магния в меньшей степени связано с растрескиванием его частиц и развитием удельной поверхности.

Так, например, если у контрольного образца гидроксида магния, синтезированного из 20 % солевого раствора, прокаленного при 350° С, удельная поверхность увеличилась на 70 м2/г, то при аналогичной обработке образца М§ (ОН)2, синтезированного в магнитном поле, удельная поверхность возрастает лишь на 30 м2/г. Такой характер структурных изменений образцов, полученных в магнитном поле, связан с образованием механически прочной структуры из менее гидратированных частиц гидроксида магния. Иными словами, перестройка кристаллической структуры гидроксида магния в оксид происходит с меньшей деструкцией элементов его структуры.

Проведенные исследования и полученные результаты показывают, что с ростом напряженности магнитного поля увеличивается степень его воздействия на состояние солевого раствора, гидратацию ионов и структуро-образование гидроксида.

Изотермы адсорбции паров СС1 на образцах оксида магния

Рис. 2.5. Изотермы адсорбции паров СС14 на образцах оксида магния : 1 -прокаленных при 150° С, 2 - прокаленных при 350° С

Проявление данных структурных изменений присуще всем гидроксидам с диамагнитными ионами: повышается их сорбционная емкость и уменьшается удельная поверхность.

Отличия связаны лишь с индивидуальными особенностями самих гидроксидов, с их кристаллической структурой, геометрической формой частиц, их объемной упаковкой, температурой осаждения гидроксидов и др.

Таблица 2.2

Адсорбционно-структурные параметры образцов гидроксида магния

п.п

1*,

МИН

Конц.

солевого

раствора,

%

Метод

осаждения

Напр.

магн.

ПОЛЯ,

мТл

> СМ' /г

мГ/

г

1

-

20

быстро

68

0,43

162

2

-

20

быстро

115

0,44

140

3

-

20

быстро

200

0,45

130

4

-

20

быстро

-

0,43

160

5

-

20

медленно

-

0,41

171

6

-

10

быстро

-

0,34

107

7

-

10

медленно

-

0,32

138

8

-

5

быстро

68

0,27

84

9

-

5

быстро

115

0,28

79

10

-

5

быстро

200

0,31

70

11

-

5

быстро

-

0,29

139

12

-

5

медленно

-

0,29

119

13

5

20

быстро

200

0,46

120

14

10

20

быстро

200

0,52

115

15

20

20

быстро

200

0,53

116

16

30

20

быстро

200

0,51

115

* - Время выдержки солевого р-ра в магнитном поле

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >