Дослідження властивостей композитних адсорбційних матеріалів «силікагель – кристалогідрат» для теплоакумулюючих пристроїв

Heat energy storage is one of the most common technical solutions in the conditions of operation of low-potential and renewable energy sources. Adsorption heat energy storage devices based on the composite media “silica gel – salt” are the most effective in these conditions. The technique and technology of sol-gel synthesis of the composite adsorption materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” have been developed. A special feature of this technique is a two-stage process involving the formation of silicon phase nuclei in the interaction of aqueous solutions of silicate glass and sulphuric or acetic acids in the presence of a polymeric quaternary ammonium salt and subsequent coarsening of the particles with the gradual addition of solutions of silicate glass and the corresponding acids. The essence of the technology consists in successive stages of formation and integration of the silicic phase nuclei, hydrolysis of functional OH- groups, filtration and drying of the fine precipitate. A qualitative difference in the adsorption properties of the synthesized composites and the mechanical mixture of salt – silica gel with sorption capacity inferior to them on average by 30% is revealed by differential thermal analysis. The processes of application of the composite adsorption materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” obtained by the sol-gel method have been studied. A qualitative difference in the kinetics of adsorption of water by the composite adsorbents is shown as compared to massive salts. It is established that the amount of heat of adsorption of water vapor by the composite adsorbents of the materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” is approximately 30 % greater than the linear superposition of salt and silica gel.Изучены процессы применения композитных адсорбционных материалов «силикагель – сульфат натрия» и «силикагель – ацетат натрия», полученных золь – гель методом. С помощью дифференциально-термического анализа выявлено качественное отличие адсорбционных свойств синтезированных композитов и механической смеси соль – силикагель, адсорбционная емкость которой уступает им в среднем на 30 %. Установлено, что теплоты адсорбции водяного пара композитными адсорбентами материалов «силикагель – натрий сульфат» и «силикагель – натрий ацетат» примерно на 30% больше, чем линейная суперпозиция соли и силикагеляВивчено процеси застосування композитних адсорбційних матеріалів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат», отриманих золь – гель методом. За допомогою диференційно-термічного аналізу виявлено якісну відмінність адсорбційних властивостей синтезованих композитів та механічної суміші сіль – силікагель, сорбційна ємність якої поступається їм в середньому на 30 %. Встановлено, що теплоти адсорбції водяної пари композитними адсорбентами матеріалів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат» близько на 30 % більше, ніж лінійна суперпозиція солі та силікагел

ТЕХНОЛОГИЯ МОДИФИКАЦИИ МОНТМОРИЛЛОНИТА ПОЛИИОНЕНАМИ

Technology of obtaining montmorillonite modified by polyionenes is developed. Macromolecular polymer intercalation of a quaternary ammonium salt of montmorillonite intercrystalline space is shown to be accompanied with increased interlayer distances from 1.08 nm to 1.67 nm. The technique of synthesis of montmorillonite modified by polyionenes is suggested. Optimal conditions for sorption of polyionenes molecules with montmorillonite are found to be: the concentration of aqueous dispersion of montmorillonite is 1 %, the temperature of the reaction medium is 40 °C, the montmorillonite-polyionene ratio is 3 : 1, the processing time is 24 hours. The mechanism of montmorillonite modification is suggested to involve the next steps: connection of organic cations to montmorillonite surface determined by attachment of organic cations to exchange position during ion-exchange adsorption and adsorption of organic cations with acid sylanol groups, i.e. torn bonds on crystal faces. These processes are shown to result in more perfect structure by organic cations adsorption with acid sylanol groups (torn bonds on crystal faces).Розроблено технологію отримання монтмориллоніту, модифікованого полііоненами. Показано, що інтеркаляція високомолекулярних полімерів четвертинної амонієвої солі монтморіллонітного міжкристалічного простору супроводжується збільшенням міжшарової відстані від 1.08 нм до 1.67 нм. Запропоновано методику синтезу монтмориллоніту, модифікованого полііоніенами. Виявлено оптимальні умови для сорбції молекул полііонінів з монтмориллонітом: концентрація водної дисперсії монтмориллоніту становить 1 %, температура реакційного середовища 40 °С, співвідношення монтмориллоніту-полііонену 3 : 1, час обробки 24 годин Запропонований механізм модифікації монтморіллоніту включає наступні стадії: з'єднання органічних катіонів з поверхнею монтмориллоніту, що визначається приєднанням органічних катіонів до обмінної позиції при адсорбції та адсорбцію органічних катіонів з кислотними синанольними групами, тобто розірваними зв'язками на поверхнях кристалів. Показано, що ці процеси призводять до більш досконалої структури за рахунок адсорбції органічних катіонів кислотними синанольними групами (розірваними зв'язками на поверхнях кристалів).Разработана технология получения монтмориллонита, модифицированного полионенами. Показано, что интеркаляция макромолекулярного полимера четвертичной аммониевой соли межмолекулярного пространства монтмориллонита сопровождается увеличением межслоевых расстояний от 1.08 нм до 1.67 нм. Предложена методика синтеза монтмориллонита, модифицированного полионинами. Найдены оптимальные условия для сорбции молекул полионенов с монтмориллонитом: концентрация водной дисперсии монтмориллонита составляет 1 %, температура реакционной среды – 40 °C, отношение монтмориллонит-полиионен составляет 3 : 1, время обработки 24 ч. Предполагается, что механизм модификации монтмориллонита включает следующие стадии: подключение органических катионов к поверхности монтмориллонита, определяемое присоединением органических катионов к обменному положению при ионообменной адсорбции и адсорбции органических катионов кислотными силановыми группами, тобто розорванными  связями на поверхностях кристаллов. Показано, что эти процессы приводят к более совершенной структуре путем адсорбции органических катионов кислотными группами силанола (разрывы связей на поверхностях кристаллов)

ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ НАНОКОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ПОЛІАМІДА-6 ТА ОРГАНОМОДИФІКОВАНОГО МОНТМОРИЛОНІТА

The obtaining technology of nanocomposites based on polyamide-6 and organomodified montmorillonite is developed. The technological parameters of extrusion and injection molding, and their influence on the formation of nanoscale inorganic phase of the polyamide are investigated. Morphology and thermal behavior of polyamide-6, composites based on polyamide-6 and modified montmorillonite are studied by WAXS, XRD, DTA and DSC data. Morphology and thermal behavior of polyamide-6 and composites based on polyamide-6 and modified montmorillonite are shown to be in a strong juxtaposition. New γ-phase formation is revealed in composite polyamide-6 – 1–2 % of modified montmorillonite in contrast with polyamide-6 and mechanical mixtures of polyamide-6 and montmorillonite. Optimal concentrations of modified montmorillonite in the composites stated as 1 – 2 % are shown to correspond with composites improved properties as compared to initial polyamide-6. It is explained by increasing crystallinity degree, which resulted from acting of modified montmorillonite particles as nucleation heterogenetic agents.Разработана технология получения нанокомпозитов на основе полиамида-6 и органомодификованого монтмориллонита. Исследованы технологические параметры экструзии и литья под давлением и их влияние на формирование нанодисперсных неорганической фазы полиамида. Морфология и термическое поведение полиамида-6, композитов на основе полиамида-6 и модифицированного монтмориллониту, изучены с помощью WAXS, XRD, DTA и DSC. Показано качественное различие морфологии и термической поведения полиамида-6 и композитов на основе полиамида-6 и модифицированного монтмориллониту находятся в сильном сопоставлении. При составе полиамида-6 – 1–2% модифицированного монтмориллонита по сравнению с полиамидом-6 и механическими смесями полиамида-6 и монтмориллонита обнаружено новое образование γ-фазы. Показано, что оптимальные концентрации модифицированного монтмориллонита в композитах, которые составляют 1–2%, соответствуют улучшенным свойствам композицитив по сравнению с исходным полиамида-6. Это объясняется увеличением степени кристаличности, возникающем вследствие действия модифицированных частиц монтмориллонита как зародышевых гетерогенных агентов.Розроблено технологію отримання нанокомпозитів на основі поліаміду-6 та органомодифікованого монтморилоніту. Досліджено технологічні параметри екструзії та лиття під тиском та їх вплив на формування нанодисперсної неорганічної фази поліаміду. Морфологія та термічна поведінка поліаміду-6, композитів на основі поліаміду-6 та модифікованого монтмориллоніту, вивчені за допомогою WAXS, XRD, DTA та DSC. Показана якісна відмінність морфології та термічної поведінки поліаміду-6 та композитів на основі поліаміду-6 і модифікованого монтмориллоніту перебувають у сильному зіставленні. При складі поліаміду-6 – 1–2% модифікованого монтморіллоніту в порівнянні з поліамідом-6 та механічними сумішами поліаміду-6 та монтморилоніту виявлено нове утворення γ-фази. Показано, що оптимальні концентрації модифікованого монтмориллоніту в композитах, які вказані як 1–2%, відповідають поліпшеним властивостям композицитів у порівнянні з вихідним поліамідом-6. Це пояснюється збільшенням ступеня кристалинності, що виникає внаслідок дії модифікованих монтморилонітних частинок як зародкових гетерогенних агентів