Изучение влияния катионных ПАВ на гидрофильно-гидрофобные свойства бентонита Таганского месторождения
Аннотация
Обоснование. Применение глинистых минералов для удаления органических загрязнителей из окружающей среды ограничено высокой гидрофильностью их поверхности. Эффективные сорбенты органических токсикантов с регулируемыми гидрофильно-гидрофобными свойствами могут быть получены путем модификации поверхности глин сурфактантами.
Цель – изучить зависимость между количеством использованного для модификации природного бентонита Таганского месторождения катионного поверхностно-активного вещества - цетилтриметиламмоний бромида - и гидрофильно-гидрофобными характеристиками поверхности органоглины.
Материалы и методы. Исследуемые образцы органоглины были получены реакцией ионного обмена природного бентонита Таганского месторождения, отличающегося высоким содержанием монтмориллонита (98,5%), с цетилтриметиламмоний бромидом в воде. Для оценки гидрофильно-гидрофобных свойств были определены краевые углы смачивания водой (DSA 30, Krüss GmbH, Германия) и измерены дзета-потенциалы частиц органобентонита (Stabino II, Германия). Методом ИК-Фурье спектроскопии (ФСМ-2202, Инфраспек, Россия) изучена межслоевая конфигурация интеркалированного поверхностно-активного вещества в смектитовый глине.
Результаты. Рост содержания модификатора в органоглине вызывает уменьшение модуля отрицательных значений ζ-потенциала, а затем перезарядку частиц с тенденцией выхода кривой на плато. При этом краевой угол смачивания достигает максимальной величины (>90o) при полном замещении катионов в бентоните гидрофобными катионами сурфактанта, после чего снижается. Изменения в ИК спектрах модифицированных образцов в области валентных (высокочастотное смещение полос) и деформационных (давыдовское расщепление) колебаний метиленовых групп алкиламмонийных цепей модификатора подтверждают возможность существования различных микрокристаллических фаз сурфактанта на внешней поверхности и в межслоевом пространстве бентонита. Кроме того, в ИК-спектрах органоглин снижается интенсивность всех полос ОН-групп, что свидетельствует об уменьшении гидратации поверхности.
Заключение. Жидкофазная интеркаляция катионов цетилтриметиламмония в бентонит Таганского месторождения является эффективным и простым методом приготовления модифицированных глин с регулируемыми гидрофильно-гидрофобными свойствами для применения в охране окружающей среды от органических загрязнителей.
Скачивания
Литература
Безродная, Т. В., Несправа, В. В., Пучковская, Г. А., Чашечникова, И. Т., Бойко, Ю. П., & Баран, Я. (2011). Структура и спектроскопические свойства органоглин, модифицированных многостенными углеродными нанотрубками. Журнал прикладной спектроскопии, 78(1), 56–65. https://doi.org/10.1007/s10812-011-9424-y. EDN: https://elibrary.ru/NCEZZP
Водородная связь. (1981). [Под ред. Н. Д. Соколова] (стр. 112–155). Москва: Наука.
ГОСТ 21283-2024. (2024). Глина бентонитовая для тонкой и строительной керамики. Методы определения показателя адсорбции и емкости катионного обмена. Москва: Российский институт стандартизации, 1–5.
Карпова, Т. В., Булучевский, Е. А., & Лавренов, А. В. (2019). Композитные мезопористые материалы на основе кислотно-активированных монтмориллонитов. Вестник Томского государственного университета. Химия(16), 15–28. https://doi.org/10.17223/24135542/16/2. EDN: https://elibrary.ru/HCTPFG
Крупин, С. В., & Трофимова, Ф. А. (2010). Коллоидно-химические основы создания глинистых суспензий для промышленного дела. Казань: КНИТУ, 411. ISBN: 978-5-7882-0894-7. EDN: https://elibrary.ru/ZGJWYN
Переломов, Л. В., Атрощенко, Ю. М., Минкина, Т. М., Переломова, И. В., Бауэр, Т. В., & Пинский, Д. Л. (2021). Органоглины — новый класс перспективных сорбентов для ремедиации химически загрязненных объектов окружающей среды. Агрохимия, 8, 82–96. https://doi.org/10.31857/S0002188121080111. EDN: https://elibrary.ru/XSDTAQ
Чечетко, Е. С., Толпешта, И. И., & Завгородняя, Ю. А. (2017). О возможности использования модифицированного додецилтриметиламмоний бромидом бентонита для очистки вод от нефти и ее водорастворимых компонентов. Вестн. Моск. ун-та. Почвоведение, 17(3), 33–3.
Bergaya, F., Jaber, M., & Lambert, J. (2011). Organophilic Clay Minerals. In M. Galimberti (Ed.), Rubber‐Clay Nanocomposites — Sciense, Tecnology and Applications (pp. 45–86). New York: J. Wiley and Sons. https://doi.org/10.1002/9781118092866.ch2.
Bergaya, F., Theng, B. K. G., & Lagaly, G. (2006). Handbook of Clay Science. Amsterdam: Elsevier, 1246.
Chukanov, N. V. (2014). Infrared spectra of mineral species: Extended library. Mineralogy. Dordrecht: Springer, 1, 1733.
Cubuk, O., Caglar, B., Topcu, C., Coldur, F., Sarp, G., Tabak, A., & Sahin, E. (2015). Structural characterization of hexadecyltrimethylammonium-smectite composites and their potentiometric electrode applications. Applied Surface Science, 338, 99–112. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.02.110.
Gureva, S. A., Marikhin, V. A., & Vlasova, E. N. (2023). Specifics of n-Alkanes Polymorphism during Temperature Phase Transitions. Physics of the Solid State, 65(12), 2197–2204. https://doi.org/10.61011/PSS.2023.12.57695.246.
Jai Prakash, B. S. (2004). Surface Thermodynamics of Clays (pp. 90–117). https://doi.org/10.1016/S1573-4285(04)80038-3.
Li, Z., Jiang, W.-T., & Hong, H. (2008). An FTIR investigation of hexadecyltrimethylammonium intercalation into rectorite. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 71(4), 1525–1534. https://doi.org/10.1016/j.saa.2008.05.015. EDN: https://elibrary.ru/KUPFWR
Liang, H., Long, Z., Yang, S., & Dai, L. (2015). Organic modification of bentonite and its effect on rheological properties of paper coating. Applied Clay Science, 104, 106–109. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.11.015.
Madejová, J. (2003). FTIR techniques in clay mineral studies. Vibrational Spectroscopy, 31(1), 1–10. https://doi.org/10.1016/S0924-2031(02)00065-6. EDN: https://elibrary.ru/BACCBB
Moslemizadeh, A., Khezerloo-ye Aghdam, S., Shahbazi, K., Khezerloo-ye Aghdam, H., & Alboghobeish, F. (2016). Assessment of swelling inhibitive effect of CTAB adsorption on montmorillonite in aqueous phase. Applied Clay Science, 127–128, 111–122. https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.04.014.
Perelomov, L., Gertsen, M., Mandzhieva, S., Sychev, V., Dudnikova, T., Khaidanov, I., Perelomova, I., Minkina, T., & Atroshchenko, Y. (2025). Adsorption of Antibiotics by Natural Clay Minerals. Minerals, 15(7), 733. https://doi.org/10.3390/min15070733. EDN: https://elibrary.ru/RKDBTC
Schampera, B., Šolc, R., Tunega, D., & Dultz, S. (2016). Experimental and molecular dynamics study on anion diffusion in organically modified bentonite. Applied Clay Science, 120, 91–100. https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.11.026.
Vicente-Rodríguez, M. A., Suarez, M., Bañares-Muñoz, M. A., & de Dios Lopez-Gonzalez, J. (1996). Comparative FT-IR study of the removal of octahedral cations and structural modifications during acid treatment of several silicates. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 52(13), 1685–1694. https://doi.org/10.1016/S0584-8539(96)01771-0. EDN: https://elibrary.ru/ANTZXJ
Wu, W. (2001). Baseline Studies of the Clay Minerals Society Source Clays: Colloid and Surface Phenomena. Clays and Clay Minerals, 49(5), 446–452. https://doi.org/10.1346/CCMN.2001.0490511. EDN: https://elibrary.ru/TOSUOL
Zhang, J., Li, L., Xu, J., & Sun, D. (2014). Effect of cetyltrimethylammonium bromide addition on the emulsions stabilized by montmorillonite. Colloid and Polymer Science, 292(2), 441–447. https://doi.org/10.1007/s00396-013-3089-4. EDN: https://elibrary.ru/UAIYVS
Zhu, L., Zhu, R., Xu, L., & Ruan, X. (2007). Influence of clay charge densities and surfactant loading amount on the microstructure of CTMA-montmorillonite hybrids. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 304(1–3), 41–48. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2007.04.019. EDN: https://elibrary.ru/LPHAZL
References
Bezrodnaya, T. V., Nesprava, V. V., Puchkovskaya, G. A., Chashechnikova, I. T., Boyko, Yu. P., & Baran, Ya. (2011). Structure and spectroscopic properties of organoclays modified with multi-walled carbon nanotubes. Journal of Applied Spectroscopy, 78(1), 56–65. https://doi.org/10.1007/s10812-011-9424-y. EDN: https://elibrary.ru/NCEZZP
Hydrogen bond. (1981). [Ed. by N. D. Sokolov] (pp. 112–155). Moscow: Nauka.
GOST 21283-2024. (2024). Bentonite clay for fine and construction ceramics. Methods for determining the adsorption index and cation exchange capacity. Moscow: Russian Institute of Standardization, 1–5.
Karpova, T. V., Buluchevsky, E. A., & Lavrenov, A. V. (2019). Composite mesoporous materials based on acid-activated montmorillonites. Bulletin of Tomsk State University. Chemistry(16), 15–28. https://doi.org/10.17223/24135542/16/2. EDN: https://elibrary.ru/HCTPFG
Krupin, S. V., & Trofimova, F. A. (2010). Colloidal-chemical foundations for creating clay suspensions for industrial applications. Kazan: KNRTU, 411. ISBN: 978-5-7882-0894-7. EDN: https://elibrary.ru/ZGJWYN
Perelomov, L. V., Atroshchenko, Yu. M., Minkina, T. M., Perelomova, I. V., Bauer, T. V., & Pinsky, D. L. (2021). Organoclays — a new class of promising sorbents for remediation of chemically contaminated environmental objects. Agrochemistry, 8, 82–96. https://doi.org/10.31857/S0002188121080111. EDN: https://elibrary.ru/XSDTAQ
Chechetko, E. S., Tolpeshta, I. I., & Zavgorodnyaya, Yu. A. (2017). On the possibility of using dodecyltrimethylammonium bromide-modified bentonite for water purification from oil and its water-soluble components. Bulletin of Moscow University. Soil Science, 17(3), 33–3.
Bergaya, F., Jaber, M., & Lambert, J. (2011). Organophilic Clay Minerals. In M. Galimberti (Ed.), Rubber‐Clay Nanocomposites — Science, Technology and Applications (pp. 45–86). New York: J. Wiley and Sons. https://doi.org/10.1002/9781118092866.ch2.
Bergaya, F., Theng, B. K. G., & Lagaly, G. (2006). Handbook of Clay Science. Amsterdam: Elsevier, 1246.
Chukanov, N. V. (2014). Infrared spectra of mineral species: Extended library. Mineralogy. Dordrecht: Springer, 1, 1733.
Cubuk, O., Caglar, B., Topcu, C., Coldur, F., Sarp, G., Tabak, A., & Sahin, E. (2015). Structural characterization of hexadecyltrimethylammonium-smectite composites and their potentiometric electrode applications. Applied Surface Science, 338, 99–112. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.02.110.
Gureva, S. A., Marikhin, V. A., & Vlasova, E. N. (2023). Specifics of n-Alkanes Polymorphism during Temperature Phase Transitions. Physics of the Solid State, 65(12), 2197–2204. https://doi.org/10.61011/PSS.2023.12.57695.246.
Jai Prakash, B. S. (2004). Surface Thermodynamics of Clays (pp. 90–117). https://doi.org/10.1016/S1573-4285(04)80038-3.
Li, Z., Jiang, W.-T., & Hong, H. (2008). An FTIR investigation of hexadecyltrimethylammonium intercalation into rectorite. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 71(4), 1525–1534. https://doi.org/10.1016/j.saa.2008.05.015. EDN: https://elibrary.ru/KUPFWR
Liang, H., Long, Z., Yang, S., & Dai, L. (2015). Organic modification of bentonite and its effect on rheological properties of paper coating. Applied Clay Science, 104, 106–109. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.11.015.
Madejová, J. (2003). FTIR techniques in clay mineral studies. Vibrational Spectroscopy, 31(1), 1–10. https://doi.org/10.1016/S0924-2031(02)00065-6. EDN: https://elibrary.ru/BACCBB
Moslemizadeh, A., Khezerloo-ye Aghdam, S., Shahbazi, K., Khezerloo-ye Aghdam, H., & Alboghobeish, F. (2016). Assessment of swelling inhibitive effect of CTAB adsorption on montmorillonite in aqueous phase. Applied Clay Science, 127–128, 111–122. https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.04.014.
Perelomov, L., Gertsen, M., Mandzhieva, S., Sychev, V., Dudnikova, T., Khaidanov, I., Perelomova, I., Minkina, T., & Atroshchenko, Y. (2025). Adsorption of Antibiotics by Natural Clay Minerals. Minerals, 15(7), 733. https://doi.org/10.3390/min15070733. EDN: https://elibrary.ru/RKDBTC
Schampera, B., Šolc, R., Tunega, D., & Dultz, S. (2016). Experimental and molecular dynamics study on anion diffusion in organically modified bentonite. Applied Clay Science, 120, 91–100. https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.11.026.
Vicente-Rodríguez, M. A., Suarez, M., Bañares-Muñoz, M. A., & de Dios Lopez-Gonzalez, J. (1996). Comparative FT-IR study of the removal of octahedral cations and structural modifications during acid treatment of several silicates. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 52(13), 1685–1694. https://doi.org/10.1016/S0584-8539(96)01771-0. EDN: https://elibrary.ru/ANTZXJ
Wu, W. (2001). Baseline Studies of the Clay Minerals Society Source Clays: Colloid and Surface Phenomena. Clays and Clay Minerals, 49(5), 446–452. https://doi.org/10.1346/CCMN.2001.0490511. EDN: https://elibrary.ru/TOSUOL
Zhang, J., Li, L., Xu, J., & Sun, D. (2014). Effect of cetyltrimethylammonium bromide addition on the emulsions stabilized by montmorillonite. Colloid and Polymer Science, 292(2), 441–447. https://doi.org/10.1007/s00396-013-3089-4. EDN: https://elibrary.ru/UAIYVS
Zhu, L., Zhu, R., Xu, L., & Ruan, X. (2007). Influence of clay charge densities and surfactant loading amount on the microstructure of CTMA-montmorillonite hybrids. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 304(1–3), 41–48. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2007.04.019. EDN: https://elibrary.ru/LPHAZL
Copyright (c) 2026 Artiom A. Sokolov, Roman V. Simonov, Sergei A. Sidyakov, Leonid V. Perelomov, Irina V. Shakhkeldyan, Yuri M. Atroshchenko
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
