Университет XXI века: научное измерение

Естественные науки 219 Способность глин к поглощению вирусов также продемонстрирована в лабора- торных исследованиях [18] и может быть активно использована в дальнейшем. Важнейшей областью экологических исследований в индустриальных условиях является поиск и создании материалов высокой сорбционной эффектив- ности, доступных и недорогих, придании им универсального характера: воз- можности связывания и обезвреживания неорганических и органических за- грязнителей. Глинистые минералы обладают уникальными свойствами, позво- ляющими выделить их в отдельную группу и отнести к разряду наиболее пер- спективных материалов для производства таких сорбентов. Для повышения эффективности минеральных сорбентов проводят их модификацию неоргани- ческими [5] и органическими [19, 20] веществами. Как известно, минералы глин имеют двумерную слоистую структуру. При контакте с водой некоторые глины набухают и в набухшем виде способны за- хватывать различные ионы, в том числе – полимолекулярные. Идея модифика- ции неорганическими веществами заключается в ведении в структуру набух- шей глины гидроксидных ионов различных металлов, которые после прокали- вания образуют прочные столбы (колонны, пиллары), разделяющие плоскости силикатов. В результате возникают трехмерные галереи, способные предотвра- тить коллапс межслойного пространства при дегидратации. Их преимущество состоит в том, что поры, формирующиеся между катионами, можно системати- чески модифицировать путем варьирования размера катиона, его формы и рас- положения в пространстве [21]. Таким образом получают полусинтетические микропористые сорбенты на основе слоистых силикатов с расширяющейся структурной ячейкой и основных солей алюминия, титана, хрома и др. – так называемые пиллар-глины. Способность глинистых минералов к модификации органическими вещест- вами обусловлена тем, что их внешняя и внутренняя поверхность гидрофильная и полярная. Это облегчает смачивание и проникновение в межплоскостное про- странство как низко-, так и высокомолекулярных соединений органических ве- ществ, содержащих полярные группы, таких как ацетон и его производные, ме- тилметакрилат, белки и аминокислоты, другие соединения с гидроксильными и нитрильными группами. Так же эффективно осуществляется интеркаляция минералов группы монтмориллонита веществами, в состав которых входят сложноэфирные группы, за счет их специфического взаимодействия с катиона- ми и гидроксильными группами на поверхности силикатных пластин. Геометрию взаимодействия органических веществ с глинистыми минера- лами можно проследить на примере структур, формирующихся при модифика- ции набухающих глин поверхностно-активными веществами (ПАВ). Известно, что ПАВ, включающие одну алифатическую цепь, поглощаются глиной, обра- зуя один или два адсорбционных слоя с параллельной ориентацией и увеличи- вая межслоевое расстояние. При большой ёмкости катионного обмена глини- стого материала молекулы первичных аминов с алифатической цепью больше определённой длины образуют «псевдотройные» слои. Молекулы четвертич- ных аммониевых солей, содержащие две длинные алифатические цепи, могут образовывать «парафиновые» моно- и бислои [21]. Показано [22], что при ма-