Реферати українською » Геология » Діатоміт як природний наноматериал


Реферат Діатоміт як природний наноматериал

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою РФ

Білгородський державний технологічний університет

їм. В. Г.Шухова

Інститут будівельного матеріалознавства

КафедраСМИиК

Секція «Наносистеми в будівельному матеріалознавстві»

>КУРСОВАЯ РОБОТА

з дисципліни:

Нанотехнології

на задану тему:

>Диатомит – як природнийнаноматериал

2008


>СОДЕРЖАНИЕ

 

Запровадження

1. Загальні інформацію про гірських породах

1.1 Стадії освіти гірських порід

2.Диатомит

3.Диатомитовие водорості

3.1 Розмноженнядиатомових водоростей

3.2 Класидиатомових водоростей

4.Диатомитовие водорості і нанотехнології

5.Призводстводиатомитових виробів

5.1Диатомитовие вироби, одержувані способомпенообразования

5.2Диатомитовие вироби, одержувані способомвигорающих добавок

5.3Получения рідкого скла із застосуваннямдиатомита

5.4Крошкадиатомитовая обпалена

5.5Применения активованогодиатомита в сухих будівельних сумішах

Укладання

Список літератури


ЗАПРОВАДЖЕННЯ

21 століття ознаменувалося розвитком нових напрямів у науці й техніці, однією із стали нанотехнології у різних галузях в промисловості й, зокрема, у виробництві будівельних матеріалів.

На цей час промисловість будівельних матеріалів зіткнулася з потребою створення таких композитів і з цими структурними особливостями, яка б зробити прорив у будівельному матеріалознавстві, отримати матеріали з вищими і довговічними технологічними іексплутационними характеристиками.

Орієнтація сучасних технологій виробництва будівельних матеріалів нананосистемний підхід передбачає перехід використання сировинних матеріалів, основні властивості яких сформовані нананоразмерном рівні.

Наноматеріалиматеріали, містять структурні елементи, геометричні розміри яких хоча в одному вимірі становить 100 нанометрів.Уменьшении розмірів донанометрового масштабу, матеріали спроможні отримувати унікальні якості: високу механічну міцність, жорсткість, електро- і теплопровідність, особливі спектральні, електричні, магнітні, хімічні, біологічні характеристики тощо.

Настільки унікальні властивості наноматеріалів пояснюють: високим ставленням поверхні обсягу; кооперативними явищами серед обмеженої кількості атомів і молекул; наявністю квантових ефектів внаноразмерной структурі.

Завдяки своїм унікальним властивостями наноматеріали займають провідне становище у сучасному матеріалознавстві.

Нині основними областями застосування наночасток у техніці,определяемими їх властивостями, відмінними від властивостей речовин, у звичайній (>макродисперсной) формі, стають створення високоміцних, зокрема композитних, конструкційних матеріалів, мікроелектроніка і оптика (мікросхеми, комп'ютери, оптичні затвори), енергетика (акумулятори, паливні елементи, високотемпературна надпровідність), хімічна технологія (каталіз), охорона довкілля (>наночипи інаносенсори). У медицині наноматеріали знаходять застосування цілей транспорту лікарських засобів, в шовних і перев'язувальних матеріалах, до створеннябиосовместимих імплантантів та інших. У парфюмерно-косметичноїпромишле-нности наночастки використовують як складова частина сонцезахисних кремів; сільському господарстві – ще ефективної доставки пестицидів і добрив, длянанокапсулирования вакцин; передбачається використання наночасток для доставки ДНК в рослини з метою генної інженерії. У харчової промисловості наноматеріали знаходять використання у фільтрах очищення води, і при отриманні легших, міцних, більш термічно стійких і виявляє антимікробну дією пакувальних матеріалів, при збагаченні продуктів харчуваннямикронутриентами. Використаннянаночипов передбачається для ідентифікації умов і термінів зберігання харчова продукція і виявлення патогенних мікроорганізмів.

Наноматеріали мають широкі можливості для практичних застосувань.

У недавні часидиатомовие водорості притягнуто до собі хіміків, які спеціалізуються у сфері нанотехнології. З погляду хімії скелет діатомової водорості є дуже цікава освіту. Він з аморфного, колоїдного кремнезему, який утворився з допомогоюнестабильностей придиффузионном осадженні. Мабуть також, що остаточне відбувається з допомогою поверхневою дифузії.Аморфний характер кремнезему вдиатомите помітно відрізняє його від зазвичайного кремнезему. Так,диатомит значна полегкість повніший розчиняється в лугах.

Дуже важливими у своїй, крім мікроскопічних розмірів, виявилося й побачивши унікальне властивістьдиатомових водоростей розмножуватися надзвичайно на високі темпи, розмаїтість їх форм, та наявність великих родовищдиатомита. Найбільше значення надається штучно одержуваним, «стандартизованим» матеріалам зкремнеземними структурами суворо визначеній форми. Також учених зацікавило створення структур, які повторюють скелетдиатомитових водоростей, але вже мають інший хімічний склад.


 

1. СПІЛЬНІ ДАНІ Про ГІРСЬКИХПОРОДАХ

Гірські породи є геологічні тіла, складені мінеральними агрегатами певного складу і які утворюються що за різних геологічних процесах всередині земної кори чи його поверхні. Гірські породи можуть бути вже з мінералу (>мономинеральние) або з кількох мінералів (>полиминеральние Усі гірські породи за походженням (генезису) діляться втричі основні групи: магматичні, осадові і метаморфічні.

>Магматические породи утворюються у процесі остигання і отвердіння магматичних розплавів у надрах Землі чи поверхні.

>Метаморфические породи утворюються з магматичних і осадових порід, які за надрах земної кори дії високих температур, тисків і хімічно активних речовин.

>Осадочние породи утворюються у результаті руйнації лежить на поверхні Землі раніше сформованих гірських порід і. наступного накопичення та перетворення продуктів цього руйнації. У освіті осадових порід беруть участь атмосферні агенти, гідросфера, органічний світ.

Класифікація осадових гірських порід

>Осадочние породи за способом освіти діляться чотирма групи: 1)обломочние; 2) органічного походження; 3) хімічного походження; 4) змішаного походження.Породи органічного та хімічного походження, ще, поділяються за хімічним складом (табл. 1): на карбонатні,галоидние, крем'янисті та інших. Змішані породи (мергель, опока і ще) утворюються з допомогою накопичення опадів різного походження.

>Кремнистие породи.Кремнистие породи утворені переважно опалом хімічного чи біологічного походження (шляхом осадження опалових скелетівдиатомових водоростей,радиолярий та інших.). Найчастіше трапляються такі породи: опока,трепел,диатомит.

Таблиця 1

1.1 Стадії освіти гірських порід

 

Освіта осадових порід є складний і тривалий процес. У освіті осадових порід можна виділити такі стадії: 1)гипергенез – освіту вихідного осадового матеріалу; 2)седиментогенез – накопичення осаду; 3)диагенез – перетворення осаду восадочную породу; 4)катагенез – зміна осадової породи на початок метаморфізму чи початку вивітрювання.

Перша стадія –гипергенез. Процес формування осадової породи, починаючи з освіти вихідний матеріал і закінчуючи перетворенням осаду в породу, називаєтьсягипергенез, що означає «народження породи».

Вихідним матеріалом на формування осадових порід є продукти руйнації магматичних,метаморфических й раніше які утворилися осадових порід. Руйнування гірських порід ввозяться ході таких процесів, як вивітрювання, ерозія тощо. Переважна більшість продуктів руйнації виникає й унаслідок вивітрювання, фізичного та хімічного.

Друга стадія –седиментогенез. Поруч із руйнацією відбувається перенесення іпереотложение які утворилися продуктів й нагромадження осаду. Переважна більшість продуктів руйнації переноситься плинними водами, вітром, льодовиками, організмами. У процесі перенесенняобломочного матеріалу відбувається його механічна диференціація за величиною частинок, щільності і складу.

Переважна маса опадів накопичується в кінцевих водоймах стоку – озерах головним чином в морях. Такі опади називаютьсубаквальними. Проте накопичення опадів може й у тих ділянках суші поза водного середовища, такі опади називаютьсубаеральними. Значну роль осадженні розчинених речовин грають організми, які за життя витягають мінеральну речовина із води будівництва свого скелета, а по смертіотлагают його за дні басейну, створюючи біогенні опади.Породибиогенного походження зустрічаються лише у товщахсубаквальних відкладень. На стадіїседиментогенеза закладаються такі найважливіші риси осаду, як він хімічний і мінерального складу, величину і форма що становлять його частинок, наявність шаруватості тощо. п., які потім успадковуються породою.

Третя стадія –диагенез.Диагенез – сукупність процесів, перетворюючих осад уосадочную породу. Свіже сформовані опади є пухкі, сильно обводнені тіла. Крім мінеральних речовин, в осаді присутні органічна речовина як залишків загиблих організмів і живе бактеріальне населення. Найважливішим властивістю такого осаду є фізико-хімічного рівноваги міжслагающими його твердими, рідкими і газоподібними компонентами. Це властивість є головним чинникомдиагенеза, т. е. головна причина тих процесів, які у осаді й під час що їх перетворюється на породу.

Перший іде процес знищення осаді вільного кисню внаслідок життєдіяльності бактерій і розкладання органічного речовини. Після починається реакціягидроокисловМg, З повагою та сульфатів. Одночасно деякі мінерали, перебувають у твердої фазі, поступово розчиняються, досягаючи стадії насичених розчинів. У результаті цих процесів склад вод,насищающих опадів, спочатку не відрізняється від складу вод басейнуседиментации, різко змінюється. Вони збагачуютьсяС02, М2Про, СП4, втрачають кисень і сульфати, різко підвищують свій лужної резерв.

Після йде освітідиагенетических мінералів.Сочетания деяких іонів, що у водах осаду, досягають стадії насичення розчину тим чи іншим речовиною, що й виділяється в тверду фазу, створюючи мінерал.Диагенетические мінерали, спочатку розподілені в осаді більш-менш рівномірно, починають перерозподілятися. У процесідиагенетического перерозподілу відбувається вирівнюваннягеохимической обстановки всього обсягу осаду.Осадок стає породою.

Четверта стадія –катагенез.Катагенез – сукупність процесів, змінюютьосадочную породу у її існування на початок метаморфізму чи вивітрювання. І на цій стадії здійснюється подальше ущільнення осадових порід, зміна їх мінералогічного складу і структури під впливом збільшуються з глибиною температурою і тиском.

У разі спадних тектонічних рухів земної кори однаково виявляються все три чинникакатагенеза, під впливом яких відбуваються ущільнення і зневоднення порід, розчинення одних мінералів й освіту інших, перекристалізація мінералів.

Вплив тиску проявляється у ущільнення і зневодненні порід. Ущільнення відбувається під впливом гідростатичного тиску (тискувишележащих товщ), яке зростає збільшенням глибини залягання порід. Через війну скорочується початковий обсяг нового простору породи, що у своє чергу призводить до стиску які у ній вод, які мігрують в вертикальному чи горизонтальному напрямі.

Підземні води, здійснюють принесення винесення речовини не більше пласта. З зануренням на глибину закономірно змінюються сольовий склад парламенту й загальна мінералізація підземних вод.

Спільним впливом тиску, температури і підземних вод обумовлені процеси перекристалізації на стадіїкатагенеза. Через війну перекристалізації розмір що становлять породу кристалічних зерен збільшується, скорочується кількістьмежзернових контактів, що веде до подальшого ущільнення породи.

П'ята стадія –метагенез. Це стадія глибоких перетворень осадових порід у земної корі. Деякі дослідники розглядають цю стадію як початкову щабельметаморфических процесів.

 


 

2.ДИАТОМИТ

>Диатомит (відпозднелат.Diatomeae –диатомовие водорості), інфузорна земля,кизельгур, гірська борошно – осадова гірська порода, що перебуває з скупчення кремнеземних панцирівдиатомових водоростей, колись які жили в древніх морях; зазвичай пухка чи слабко зцементована, світло-сірого чи жовтуватого кольору. У різних кількостях вдиатомите зустрічаються кульки (>глобули) опала, які маютьорганогенной структури, і навітьобломочние і глинисті мінерали.Химическидиатомит на 96% складається з водногокремнезема (опала).Диатомит має великий пористість, здатність до адсорбції, поганий тепло- ізвукопроводностью,тугоплавкостью ікислотостойкостью.

>Диатомит як такого роду продукцію виробляється шляхом усереднення гірської породи, видобутої із різних горизонтів і уступів, її складування і природною просушування.

Середня щільністьдиатомитов в сухому стані коливається не більше від 0,15 до 0,6г/см3. Справжня щільністьдиатомитов – 1,8–2,0г/см3.

>Диатомит використовують якадсорбент і фільтр в текстильної, нафтохімічної, харчової промисловості, у виробництві антибіотиків, папери, різних пластичних матеріалів, фарб; як сировину для рідкого скла, глазурі, теплоізоляційного цегли та інших.; як будівельних тепло- ізвукоизоляционних матеріалів, добавок до деяких типам цементу; полірувального матеріалу (у складі паст) для металів, мармурів тощо.; як інсектицид, викликає загибель шкідників та т. буд.; як носія каталізаторів, як наповнювача вчистящих іабсорбирующих засобах, добривах; іпенодиатомитовая крихітко; для товарного бетону, будівельних розчинів і сухих будівельних сумішей різного призначення.

Невеликі розміри окремих скелетів (до 1 мм діаметром) і поза того що в панцирів тонкої і правильною структури з розміром окремих частин порядку 100 нм тривалий час використовувались у ролі тестів для настройки (перевірки роздільної здатності) оптичних мікроскопів, доки з'явилися спеціальні платівки із поділами.

Відомі родовищадиатомита Далекому Сході, східному схилі Уралу, в Середньому Поволжі, в Ульяновської області з урахуваннямИнзенского родовища діє великийдиатомовий комбінат, продукуєтеплоизоляционний черепицю й потрощенепенодиатомитовую крихти. Родовищадиатомита є уПензенской, Ростовської, Свердловській, Костромської, Калузької і багатьох інших галузях Росії.

>Диатомит утворюється здиатомових водоростей, який накопичився в морях іозерах. Устратиграфическом розрізі зустрічається, починаючи з крейдової системи, широкораспространен вкайнозойских відкладеннях. Освітадиатомита відбувається на стадіяхдиагенеза ікатагенеза.


 

3.ДИАТОМИТОВЫЕВОДОРОСЛИ

>Диатомеи (від грецьк.Ditomos –разделенний навпіл), крем'янисті водорості (>Bacillariophyta), відділ (тип) водоростей (близько 25 тис. видів). >Диатомовие водорості мають мікроскопічні розміри (0,75–1500мкм). Є одноклітинні, одиночні чи колоніальні форми (малюнок 1); серед останніх зустрічаються; види, що у слизових трубках, що утворюють бурі кущі заввишки до 20 див.

Малюнок 1 – Фотографії скелетів водоростей та його колоній

Клітинидиатомових водоростей маютьтвердийкремневий панцир (й утворюється з допомогою поглинання та хімічної переробки («перетравлення») розчинених у воді кремнієвих кислот), що з двох половинок, про стулок, знаходить одна в іншу. Верхню стулку називаютьепитекой, нижню –гипотекой. Стінки панцира мають пори, якими здійснюється обмін речовин із зовнішнього середовищем. Багато Д. в., які мають вздовж кожної половини панцира йдещелевидное отвір (так званий шов), здатні пересуватися по субстрату, певне, рахунок виділення слизу. Клітини містять одне ядро з однією або кількохядришками і тільки чи кількахроматофоровжелто-бурого кольору, через присутність, поруч із хлорофілом а, бурих пігментів (>b-каротина іксантофиллов); продукти асиміляції – олію іволютин.

 

3.1 Розмноженнядиатомових водоростей

 

У умовахдиатомовие водорості розмножуються в геометричній прогресії.Водоросль-клетка ділиться на дві кожні 4–8 годин. Якщо прийняти це, що умови існування водоростей близькі до комфортним і розподіл повторюється кожні 6 годин, то "за добу число клітин зросте до 24, за дві доби – 24•2, протягом тижня – до 24•7, а й за 10 днів – до 24•10.

>Размножаются вони розподілом; кожна дочірня клітина отримує половину материнського панцира, інша виростає наново, у своїй стара половина охоплює своїми краями нову. Завдяки такому способу ділення клітин і з того що просоченікремнеземомтвердие панцири мало або зовсім нездатні до зростання.Диатомовие водорості принаймні розмноження поступово дрібніють. При освітіауксоспор (суперечка зростання) вміст клітини виходить із оболонки, та значно виростає, даючи початок новому, більш великому поколінню.Ауксоспори можуть утворюватися і статевим шляхом, внаслідок злиття (>коньюгации) вмісту двох клітин. В окремих спостерігаються розмноження та статевої процес з участюжгутикових гамет (>изогамия,гетерогамия чиоогамия). В окремих пологів відомі спочиваючі суперечки.Диатомовие водоростідиплоидни.Гаплоидни вони лише гамети.

 

3.2 Класидиатомових водоростей

 

По будовою стулокдиатомовие водорості діляться втричі класу:Centrophyceae,Mediatophyceae,Pennatophyceae.

1.Центрическиедиатомовие (>Centrophyceae), класдиатомових водоростей. Клітини одиночні чи утворюють нитчасті іцепочковидние колонії.Хроматофори зазвичай, у вигляді дрібних численних зерен, рідше одна чи кілька платівок. Розмноження шляхом вегетативного розподілу клітини на дві половинки, відомий статевої процес –оогамия.Панцирь циліндричний, дископодібний,линзовидний, овал, кулястий,бочонковидний, рідше призматичний, зівставочними ободками. Стулки панцира мають радіальне будову та завжди позбавлені шва, до них належить переважно планктонні види. налічують 100 пологів, близько 4000 видів – копалин (відомі з крейдяного періоду) і сучасних, широко поширених у прісноводних і морських водоймах. Розвиваючись

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація