ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ГИДРОКСИДА ХРОМА

В работах [98, 172, 173] показано влияние магнитного поля на формирование пористой структуры гидроксидов металлов и характер ее изменения в зависимости от природы гидроксида и геометрической формы его частиц. Наряду с этим представляло определенной интерес изучить влияние напряженности магнитного поля на механизм стуктурообразова-ния гидроксидов в связи с изменением состава солевого раствора и степени гидратации ионов, т.е. основных параметров, несущих ответственность за процесс формирования структуры гидроксида.

Хром обладает диамагнитными свойствами, которые накладывают свой отпечаток на структуру гидроксидов, получаемых в магнитном поле.

Очевидно, что каждый гидроксид металла обладает своими специфическими особенностями, связанными с формой частиц и их кристаллической структурой, степенью гидратации ионов и т.д., сказывающимися на формировании его пористой структуры и удельной поверхности.

Учитывая данные особенности хрома, а также его активность в ряде каталитических процессов [174-176], представляло интерес изучить характер изменения его структурных параметров в зависимости от дисперсности и формы частиц при синтезе гидроксида в магнитном поле различной напряженности.

С этой целью были проведены исследования процесса синтеза гидроксидов хрома в зависимости от напряженности магнитного поля.

Полученные образцы гидроксидов отмывали от солей и после сушки подвергали адсорбционно-структурным исследованиям по сорбции паров четыреххлористого углерода. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 2.4 и на рис. 2.7.

Изотермы адсорбции

Рис. 2.7. Изотермы адсорбции (а) и кривые распределения объема пор по радиусам (б) образцов Сг(ОН)3, полученных из 10% (а) и 20% (б) солевого раствора. Номера изотерм сорбции и кривых распределения пор соответствуют номерам образцов таблицы

Анализ данных таблицы показывает, что сорбционная емкость и удельная поверхность полученных образцов непрерывно увеличивается с ростом напряженности магнитного поля. Так, например, по сравнению с контрольными образцами емкость поглощения образца, синтезированного из 10% раствора, в магнитном поле при напряженности 115 мТл увеличивалась соответственно на 0,114 см3/г и 16 м2/г, при напряженности магнитного поля 200 мТл указанные структурные параметры возрастают соответственно на 0,170 см3/г и 96 м2/г.

Следует отметить, что структурные изменения гидроксидов с диамагнитными ионами связаны, главным образом, с изменением свойств солевого раствора и степенью гидратации ионов (таблица 2.4).

Так, например, снижение степени гидратации диамагнитных ионов создает условия для формирования крупнопористого гидроксида, обладающего более высокой сорбционной емкостью и удельной поверхностью. Механизм структурообразования таких гидроксидов рассмотрен в работе [173].

Здесь отметим лишь то, что структурные показатели получаемых образцов увеличиваются с ростом напряженности магнитного поля и достигают максимума при 200 мТл. Очевидно, что дальнейшее увеличение напряженности магнитного поля, как следует из представленных результатов, мало влияет на структурные параметры получаемых образцов.

В работе [153] показано, что с ростом напряженности магнитного поля такие свойства раствора, как степень гидратации ионов, вязкость, электропроводность, диэлектрическая проницаемость и т.д., несколько изменяются. Аналогично с некоторыми структурными изменениями раствора ведут себя и структурные параметры получаемых образцов.

Иначе говоря, между структурой раствора и структурой получаемых образцов существует определенная зависимость, лежащая в основе их взаимовлияния и несущая главную ответственность за механизм агрегации коллоидных частиц.

Безусловно, природа катиона и степень его гидратации оказывают значительное влияние на процесс структурообразования получаемых гидроксидов. Дело в том, что диамагнитные ионы, разрушающие структуру воды, как правило, обладают низкой степенью гидратации и характеризуются большей взаимной контактируемостыо, сопровождающейся формированием прочного структурного каркаса получаемого гидроксида [167, 177].

Действие магнитного поля затрагивает многие свойства водного раствора, которые не всегда учитываются при рассмотрении механизма структурообразования гидроксида. Тем не менее, многие из них в совокупности с основными параметрами раствора могут оказывать достаточно большое влияние на формирование пористых тел.

Так, например, изменение гидратации ди- и парамагнитных ионов можно с уверенностью связать с изменением структуры чистой воды. Так, например, если ионы обладают диамагнитными свойствами, то степень их гидратации по мере упрочнения структуры воды уменьшается, в то время как в случае парамагнитных ионов наблюдается тенденция к увеличению их гидратации.

Итак, изменение напряженности магнитного поля при обработке солевого раствора во время синтеза гидроксидов позволяет, как следует из данных таблицы 2.4 и рисунка 2.7, существенно изменять их структурные параметры, такие как емкость поглощения, удельная поверхность и распределение объема пор по радиусам. При этом между напряженностью магнитного поля и сорбционной емкостью полученных образцов наблюдается линейная симбатная зависимость.

Из анализа результатов проведенных исследований вытекает, что в условиях заданного режима магнитной обработки растворов, содержащих диамагнитные ионы ]У^ 2+, Са2-, В а2- и парамагнитные ионы (Бе3+,1Мг+, Со2-), наблюдается прямо противоположная тенденция: структурные параметры синтезированных образцов с диамагнитными ионами заметно отличаются от аналогичных свойств гидроксидов с парамагнитными ионами.

Суть этих различий заключается в гидрофильности образующихся гидроксидных частиц и в особенности механизма их структурообразова-ния [168, 172]. При этом, чем сильнее ионы отличаются по своим диамагнитным или парамагнитным свойствам в ряду себе подобных, тем более заметны отличия и их структурных параметров.

Таблица 2.4

Адсорбционно-структурные параметры изученных образцов Сг(ОН)3

п.п

Конц.

сернокислого

раствора

хрома

Напряженность магнитного поля, мТл

Условия

сушки

Vs,

см3

с

^уд,

см“/г

1

10

0

воздух

0,247

86

2

10

47

—гг

0,273

90

3

10

68

и

0,327

94

4

10

115

ГГ—

0,361

102

5

10

200

ГГ—

0,417

112

6

20

0

—гг

0,259

94

7

20

47

—гг

0,340

104

8

20

68

— ГГ

0,358

ПО

9

20

115

ГГ—

0,392

119

10

20

200

ГГ—

0,463

137

11

10

47

магнитное

поле

0,283

96

12

10

68

гг

0,361

98

13

10

115

— ГГ

0,379

103

14

10

200

— ГГ

0,441

115

15

20

47

ГГ—

0,355

109

16

20

68

ГГ—

0,375

112

17

20

115

—гг

0,423

120

18

20

200

— ГГ

0,480

134

Так, например, в ряду диамагнитных ионов с ростом напряженности магнитного поля сорбционная емкость гидроксида магния [98] изменяется в большей степени, чем гидроксида алюминия [98, 168]. Аналогичный характер изменения структурных параметров наблюдается, по-видимому, и в ряду парамагнитных ионов. Это говорит о том, что с ростом степени поляризуемости ионов изменяется и их гидратная оболочка, т.е. гидро-фильность коллоидных частиц увеличивается или уменьшается, в связи с чем изменяется степень их агрегации, а соответственно и характер пористой структуры.

Конечная структура получаемых образцов - это результат действия комплекса факторов, одни из которых в большей, другие в меньшей степени принимают участие в формировании их структуры как на стадии синтеза гидроксидов, так и в процессе их последующей сушки.

Итак, полученные адсорбционно-структурные результаты показывают, что омагничивание солевых растворов с диамагнитными ионами увеличивает структурные параметры получаемых пористых тел, а в случае парамагнитных ионов, наоборот, уменьшает их емкость поглощения.

При этом магнитное поле оказывает двоякое воздействие на солевые растворы.

Так, например, в случае диамагнитных ионов оно разрушает квазик-ристаллическую структуру воды, способствуя тем самым подвижности ионов в растворе, а с другой стороны - уменьшает степень гидратации ионов, способствуя взаимодействию коллоидных частиц гидроксида друг с другом и их структурообразованию.

Наоборот, в случае парамагнитных ионов действие магнитного поля направлено на укрепление структуры воды и рост гидратации ионов, что отрицательно сказывается на развитии структуры полученных образцов, так как высокая степень гидратации препятствует взаимодействию частиц гидроксида. При сушке такие гидроксиды, вследствие высокой подвижности коллоидных частиц, формируют весьма плотную их упаковку с низкой емкостью поглощения.

Иначе говоря, магнитная обработка солевых растворов в зависимости от природы присутствующих солей накладывает свой отпечаток на структуру получаемых гидроксидных материалов. Характер этих воздействий, с одной стороны, зависит от природы присутствующих солей и их взаимного соотношения, а с другой, определяется напряженностью магнитного поля и последующими условиями сушки полученных гидроксидов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >