Исследование физико-химических характеристик цеолитов Холинского месторождения

Введение. Минеральная сырьевая база России располагает эффективными сорбционными веществами, которые соответствуют фармацевтическим требованиям. Перспективным минеральным сырьем являются цеолиты, сочетающие в себе свойства адсорбента и «молекулярного сита» за счет пористой структуры. Помимо энтеросорбционного направления, природные цеолиты являются источником макро- и микроэлементов, что обуславливает их применение в качестве биологически активных пищевых добавок.

Цель. Исследование физико-химических характеристик цеолитов Холинского месторождения.

Материалы и методы. В качестве объектов исследования использовали цеолитное минеральное сырье Холинского месторождения. Оптическую микроскопию осуществляли на прямом микроскопе Leica DM (Microsystems, Германия). Энергодисперсионный анализ проводили при помощи электронного сканирующего микроскопа JSM-5300 (JEOL, Ltd., Япония). Исследование сорбционных характеристик проводили на приборе ASAP 2400 (Micromeritics, США). Построение виртуальной трехмерной молекулярной модели цеолита проводили при помощи программы Java Applet Jmol.

Результаты и обсуждение. Исследованы физико-химические свойства цеолитов. Установлено, что морфологически частицы цеолитовой фазы имеют размер 5-30 мкм, они равномерно распределены по всей площади участка и представляют первый структурный уровень. Частицы цеолитовой фазы размером 5-6 мкм формируют второй структурный уровень за счет кристаллов клиноптилолита, микротрещин и микрожеод. На основании энергодисперсионного спектрального анализа выявлено повышенное содержание элементов K и Na, что указывает на щелочной состав катионного обменного комплекса. Исследуемые образцы цеолита имеют микропоры (объем 0,0031 см³/г), мезопоры (объем 0,0675 см³/г), удельная поверхность составила 29,1840 м²/г. Разработана виртуальная трехмерная молекулярная модель цеолита Холинского месторождения. Согласно молекулярной модели сорбционные характеристики цеолита Холинского месторождения составили: удельная поверхность - 1096,31 м²/г (1916,34 м²/см³), средний диаметр сферической молекулы для адсорбции в порах равен 5,97 Å.

Заключение. Анализ сорбционных характеристик цеолита позволил выявить следующие его особенности: поры занимают половину объема всего цеолита, которые доступны для сорбции воды и низкомолекулярных веществ. Каждая пора по трем взаимно перпендикулярным направлениям сообщается с соседними через «окна». Образуется система внутрикристаллических пор и полостей, в которых может происходить адсорбция молекул соответствующего размера.

1. Бондарев А. В., Жилякова Е. Т., Демина Н. Б., Тимошенко Е. Ю. Перспективы использования медицинских глин. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019;8(4):27-31. DOI: 10.33380/2305-2066-2019-8-4-27-31.

2. Жилякова Е. Т., Бондарев А. В. Обзор российских энтеросорбционных лекарственных средств. Remedium. 2014;10:40-47. DOI: 10.21518/1561-5936-2014-10-40-47.

3. Bondarev A., Zhilyakova E., Bondareva N., Fadeeva D. Classification and Systematics of Medical Clay. Advances in Biological Sciences Research. 2019;7:44-46. DOI: 10.2991/isils-19.2019.10.

4. Шапиев Б. И., Алиев А. А., Шапиева К. Б., Канбулатова З. Ш., Халиков А. С. Использование природных цеолитов Дагестана в медицине и ветеринарии. Экологическая медицина. 2018;1(1):87-92.

5. Голохваст К. С., Паничев А. М., Гульков А. Н. Использование цеолитов в медицине и ветеринарии. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2008;3:71-75.

6. Белкин Б. Л., Кубасов В. А. Использование хотынецких природных цеолитов в ветеринарии и птицеводстве. Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2011;6(33):35-38.

7. Rimoli M. G., Rabaioli M. R., Melisi D., Curcio A., Mondello S., Mirabelli R., Abignente E. Synthetic zeolites as a new tool for drug delivery. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2008;87A(1):156-164. DOI: 10.1002/jbm.a.31763.

8. McCusker L. B., Liebau F., Engelhardt G. Nomenclature of structural and compositional characteristics of ordered microporous and mesoporous materials with inorganic hosts. Pure and Applied Chemistry. 2001;73(2):381-394.

9. Sing K. The use of nitrogen adsorption for the characterisation of porous materials. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2001;187-188:3-9. DOI: 10.1016/S0927-7757(01)00612-4.

10. Bacakova L., Vandrovcova M., Kopova I., Jirka I. Applications of zeolites in biotechnology and medicine - a review. Biomater Sci. 2018;6(5):974-989. DOI: 10.1039/c8bm00028j.

11. Паничев A. M., Кулаков Ю. В., Гульков А. Н. Применение цеолитов в медицине. Тихоокеанский медицинский журнал. 2003;4(14):21-24.

12. Rhodes C. J. Properties and applications of Zeolites. Science Progress. 2010;93(3):223-284. DOI: 10.3184/003685010X12800828155007.

13. Millini R. Application of modeling in zeolite science. Catalysis Today. 1998;41(1-3):41-51. DOI: 10.1016/S0920-5861(98)00037-6.

14. Вячеславов А. С., Померанцева Е. А., Гудилин Е. А. Измерение площади поверхности и пористости методом капиллярной конденсации азота. М.: МГУ; 2006. 60 с.

15. Бушуев Ю. Г. Цеолиты. Компьютерное моделирование цеолитных материалов. Иваново: Ивановский государственный химико-технологический университет; 2011. 104 с.

16. Database of Zeolite Structures. Available at: http://www.iza-structure.org/databases. Accessed: 05.03.2021.

17. Milina M., Mitchell S., Cooke D., Crivelli P., Perez-Ramirez J. Impact of pore connectivity on the design of long-lived zeolite catalysts. Angewandte Chemie International Edition. 2015;54(5):1591-1594. DOI: 10.1002/anie.201410016.

18. Эпова Е. С., Еремин О. В., Русаль О. С., Филенко Р. А. Процессы активации сорбционных свойств цеолитовых пород Шивыртуйского месторождения (Восточное Забайкалье). Минералогия техногинеза. 2015;16:148-154.

19. Perez-Ramirez J., Christensen C. H, Egeblad K., Christensen C. H., Groen J. C. Hierarchical zeolites: enhanced utilisation of microporous crystals in catalysis by advances in materials design. Chem. Soc. Rev. 2008;37(11):2530-2542.

20. Cutovic M., Lazovic M., Vukovic-Dejanovic V., Nikolic D., Petronic-Markovic I., Cirovic D. Clinoptilolite for treatment of dyslipidemia: preliminary efficacy study. The Journal of Alternative and Complementary Medicine. 2017;23(9):738-744. DOI: 10.1089/acm.2016.0414.

21. Размахнин К. К. Характеристика вещественного состава и технолого-минералогические характеристики цеолитсодержащих туфов Восточного Забайкалья. Горный информационноаналитический бюллетень. 2007;12:315-328.

22. Шерматов Б. Э., Мансурова М. С., Ялгашев Э. Я., Курбанов Э. Н., Исматов Д. Н. Исследование физико-химических свойств и регенерации отработанных цеолитов. Инновации в науке: научный журнал. 2017;15(76):43-45.