Диатомит как природный наноматериал (стр. 1 из 5)

Федеральное агентство по образованию РФ

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

Институт строительного материаловедения

Кафедра СМИиК

Секция «Наносистемы в строительном материаловедении»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

Нанотехнологии

на тему:

Диатомит – как природный наноматериал

2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Общие сведения о горных породах

1.1 Стадии образования горных пород

2. Диатомит

3. Диатомитовые водоросли

3.1 Размножение диатомовых водорослей

3.2 Классы диатомовых водорослей

4. Диатомитовые водоросли и нанотехнологии

5. Призводство диатомитовых изделий

5.1 Диатомитовые изделия, получаемые способом пенообразования

5.2 Диатомитовые изделия, получаемые способом выгорающих добавок

5.3 Получения жидкого стекла с применением диатомита

5.4 Крошка диатомитовая обожженная

5.5 Применения активированного диатомита в сухих строительных смесях

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

21 век ознаменовался развитием новых направлений в науке и технике, одним из которых стали нанотехнологии в различных отраслях промышленности и, в частности, в производстве строительных материалов.

К настоящему времени промышленность строительных материалов столкнулась с необходимостью создания таких композитов и с такими структурными особенностями, которые позволили бы совершить прорыв в строительном материаловедении, получить материалы с более высокими и долговечными технологическими и эксплутационными характеристиками.

Ориентация современных технологий производства строительных материалов на наносистемный подход предусматривает переход на использование сырьевых материалов, основные свойства которых сформированы на наноразмерном уровне.

Наноматериалы – материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нанометров. Уменьшении размеров до нанометрового масштаба, материалы способны приобретать уникальные качества: высокую механическую прочность, жесткость, электро- и теплопроводность, особые спектральные, электрические, магнитные, химические, биологические характеристики и т.д.

Столь уникальные свойства наноматериалов объясняют: высоким отношением поверхности к объему; кооперативными явлениями среди ограниченного числа атомов и молекул; наличием квантовых эффектов в наноразмерной структуре.

Благодаря своим уникальным свойствам наноматериалы занимают ведущее положение в современном материаловедении.

В настоящее время основными областями применения наночастиц в технике, определяемыми их свойствами, отличными от свойств веществ в обычной (макродисперсной) форме, становятся создание высокопрочных, в том числе композитных, конструкционных материалов, микроэлектроника и оптика (микросхемы, компьютеры, оптические затворы), энергетика (аккумуляторы, топливные элементы, высокотемпературная сверхпроводимость), химическая технология (катализ), охрана окружающей среды (наночипы и наносенсоры). В медицине наноматериалы находят применение для целей транспорта лекарственных средств, в шовных и перевязочных материалах, для создания биосовместимых имплантантов и др. В парфюмерно-косметической промышле-нности наночастицы используются как составная часть солнцезащитных кремов; в сельском хозяйстве – для более эффективной доставки пестицидов и удобрений, для нанокапсулирования вакцин; предполагается использование наночастиц для доставки ДНК в растения для целей генной инженерии. В пищевой промышленности наноматериалы находят применение в фильтрах для очистки воды, при получении более легких, прочных, более термически устойчивых и обладающих антимикробным действием упаковочных материалов, при обогащении пищевых продуктов микронутриентами. Использование наночипов предполагается для идентификации условий и сроков хранения пищевой продукции и обнаружения патогенных микроорганизмов.

Наноматериалы обладают широкими возможностями для практических применений.

В недавнее время диатомовые водоросли привлекли к себе химиков, специализирующихся в области нанотехнологии. С точки зрения химии скелет диатомовой водоросли представляет собой весьма интересное образование. Он состоит из аморфного, коллоидного кремнезема, который образовался за счет нестабильностей при диффузионном осаждении. Вероятно также, что окончательное формирование происходит за счет поверхностной диффузии. Аморфный характер кремнезема в диатомите заметно отличает его от обычного кремнезема. Так, диатомит значительно легче и полнее растворяется в щелочах.

Весьма важными при этом, помимо микроскопических размеров, оказалось и уникальное свойство диатомовых водорослей размножаться необычайно высокими темпами, разнообразие их форм, и наличие крупных месторождений диатомита. Наибольшее значение придается искусственно получаемым, «стандартизованным» материалам с кремнеземными структурами строго определенной формы. Так же ученых заинтересовало создание структур, повторяющих скелет диатомитовых водорослей, но имеющих другой химический состав.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Горные породы представляют собой геологические тела, сложенные минеральными агрегатами определенного состава и образующиеся при различных геологических процессах внутри земной коры или на ее поверхности. Горные породы могут состоять из одного минерала (мономинеральные) или из нескольких минералов (полиминеральные Все горные породы по своему происхождению (генезису) делятся на три основные группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы образуются в процессе остывания и отвердения магматических расплавов в недрах Земли или на поверхности.

Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород, подвергшихся в недрах земной коры действию высоких температур, давлений и химически активных веществ.

Осадочные породы образуются в результате разрушения на поверхности Земли ранее сформировавшихся горных пород и. последующего накопления и преобразования продуктов этого разрушения. В образовании осадочных пород участвуют атмосферные агенты, гидросфера, органический мир.

Классификация осадочных горных пород

Осадочные породы по способу образования делятся на четыре группы: 1) обломочные; 2) органического происхождения; 3) химического происхождения; 4) смешанного происхождения. Породы органического и химического происхождения, кроме того, подразделяются по химическому составу (табл. 1): на карбонатные, галоидные, кремнистые и др. Смешанные породы (мергель, опока и многие другие) образуются за счет накопления осадков различного происхождения.

Кремнистые породы. Кремнистые породы образованы главным образом опалом химического или биологического происхождения (путем осаждения опаловых скелетов диатомовых водорослей, радиолярий и др.). Наиболее часто встречаются следующие породы: опока, трепел, диатомит.

Таблица 1

1.1 Стадии образования горных пород

Образование осадочных пород представляет собой сложный и длительный процесс. В образовании осадочных пород можно выделить следующие стадии: 1) гипергенез – образование исходного осадочного материала; 2) седиментогенез – накопление осадка; 3) диагенез – преобразование осадка в осадочную породу; 4) катагенез – изменение осадочной породы до начала метаморфизма или начала выветривания.

Первая стадия – гипергенез. Процесс формирования осадочной породы, начиная от образования исходного материала и кончая превращением осадка в породу, называется гипергенез, что означает «рождение породы».

Исходным материалом для формирования осадочных пород являются продукты разрушения магматических, метаморфических и ранее образовавшихся осадочных пород. Разрушение горных пород осуществляется в ходе таких процессов, как выветривание, эрозия и т.д. Основная масса продуктов разрушения возникает в результате выветривания, физического и химического.

Вторая стадия – седиментогенез. Одновременно с разрушением совершается перенос и переотложение образовавшихся продуктов или накопление осадка. Основная масса продуктов разрушения переносится текучими водами, ветром, ледниками, организмами. В процессе переноса обломочного материала происходит его механическая дифференциация по размерам частиц, плотности и составу.

Подавляющая масса осадков накапливается в конечных водоемах стока – озерах и главным образом в морях. Такие осадки называют субаквальными. Однако накопление осадков может происходить и на участках суши вне водной среды, такие осадки называют субаэральными. Значительную роль в осаждении растворенных веществ играют организмы, которые при жизни извлекают минеральное вещество из воды для постройки своего скелета, а после смерти отлагают его на дне бассейна, образуя биогенные осадки. Породы биогенного происхождения встречаются только в толщах субаквальных отложений. На стадии седиментогенеза закладываются такие важнейшие черты осадка, как его химический и минеральный состав, размер и форма слагающих его частиц, наличие слоистости и т. п., которые затем наследуются породой.

Третья стадия – диагенез. Диагенез – совокупность процессов, преобразующих осадок в осадочную породу. Свежее сформированные осадки представляют собой рыхлые, сильно обводненные тела. Помимо минеральных веществ, в осадке присутствуют органическое вещество в виде остатков погибших организмов и живое бактериальное население. Важнейшим свойством такого осадка является отсутствие физико-химического равновесия между слагающими его твердыми, жидкими и газообразными компонентами. Это свойство является основным фактором диагенеза, т. е. главной причиной тех процессов, которые протекают в осадке и в ходе которых он превращается в породу.