Трепел – це природний осадовий мінерал, аналогічний діатоміту, що містить до 80% активного кремнезему SiO2, але містить менше органічних залишків. Хімічний склад трепелів та діатомітів майже однаковий, проте мікроструктура різна. Це пояснюється різницею у геологічному віці відкладень. Діатоміти відносяться до пізніших, а трепели – до більш ранніх відкладень.
Діатоміти складаються з уламків панцирів найпростіших діатомових, що зберегли свою структуру в мінералі. Трепели – більш щільна порода, в якій вихідна речовина повністю втратила свою первісну форму. Діатоміт більш пористі, ніж трепели. Залежно кількості органічних домішок і наявності оксидів заліза колір трепелу і діатоміту коливається від білого до світло-жовтого.
Трепел складається з дрібних сферичних опалових, іноді глобул халцедонових, розміром 0,01-0,02 мм. Зазвичай у невеликій кількості трепел містить глинисту речовину, зерна глауконіту, кварцу, польових шпатів. Пластичність трепелу залежить від вмісту в них глинистих домішок. Середня густина трепелів залежно від родовища коливається від 2000-3000 кг/м3; пористість 602-64%; твердість 1-3. Найбільше у Росії Зикеївське родовище трепелу розташоване в Жиздринському районі Калузької області. Порівняно висока пористість і низька середня щільність цих порід (пористість діатоміту в шматку 85%, пористість трепелів нижче) визначила використання трепелів і діатомітів як ізоляційні, фільтрувальні, будівельні матеріали, а також як поглиначі, каталізатори, наповнювачі та адсорбенти.
Хімічний склад трепелу (%): SiO2 – 42-67, А12О3 – 5-8, Fe2O3 – 2-3, СаО -11-24, MgO – 0,6-1,2, інші компоненти – 11-21. Хімічний склад цього мінералу, його будова та адсорбційні властивості дозволяють використовувати трепел як сорбент для очищення стічних вод від нафти, нафтопродуктів, масел, зважених частинок та ін.
Експерименти з використання трепелу для очищення води свідчать про високу ефективність затримання завислих речовин у фільтрах на основі трепелу. Попередні дані очищення водопровідної води трепел показали, що з його допомогою можна так само ефективно, як і вугільними сорбентами очищати воду. Наприклад, існує патент на очищення води від нафтопродуктів за допомогою трепелу. Винахід відноситься до галузі екології та призначене для боротьби із забрудненнями навколишнього середовища нафтопродуктами.
Спосіб очищення води включає виготовлення пористого сорбційного матеріалу на основі природних мінералів (шунгіт, перліт, трепел, діатоміт, опоки) з розміром частинок менше 500 мкм та термопластичних гідрофобних полімерів з розміром частинок менше 300 мкм. Природний мінерал змішують із термопластичним полімером у співвідношенні на 100 вагу. год. мінералу 25-130 ваг. полімеру, отриманої сумішшю заповнюють прес-форми певної конфігурації (диски, циліндри, стрічки, пластини) і піддають термообробці при температурі плавлення полімеру протягом 5-40 хв.
Для здійснення способу диски, циліндри або стрічки обертають у водному середовищі, забрудненому нафтопродуктами, в процесі обертання нафтопродукти, що налипають на поверхню, постійно знімають скребковими пристроями. Сорбувальний матеріал у вигляді пластин занурюють у воду, забруднену нафтопродуктами, і витримують стільки часу, поки концентрація нафтопродуктів у воді не досягне допустимого значення (0,05 мг/л).
Після насичення сорбенту нафтопродукти з сорбуючого матеріалу видаляють вакуумуванням або центрифугуванням, після чого сорбційний матеріал знову використовують. Ефективність безперервного способу очищення води від нафтопродуктів становить 996-998%. Також було визначено сорбційну ємність трепелу за іонами: Ca2+, Ni2+, Fe3+, Pb2+, F–. Встановлено, що трепел є ефективним сорбентом фенолу та бензапірену з водних середовищ. Досліджувалися способи модифікації трепелу з метою покращення його сорбційних властивостей. Також було виміряно максимальну адсорбцію іонів заліза (III), марганцю (II), міді (II) та сульфат-іонів на трепелі.
З’ясовано, що у випадку з трепелом адсорбція іонів заліза (III) та міді (II) протікає однаково – максимальна адсорбція становить 2,88±0,02 мг/г та 2,17±0,03 г/г відповідно. Останній факт дозволяє використовувати трепел як сорбент для очищення від заліза. Однак, є одна істотна вада трепелу. Володіючи досить розвиненою зовнішньою поверхнею, трепел характеризується низькою пористістю та невисокими іонообмінними властивостями.
Отже, перш ніж використовувати природний трепел, його необхідно активувати, щоб підвищити його адсорбційні та іоннообмінні властивості. Це можна досягти, наприклад, опромінюючи трепел іонізуючим випромінюванням. Розробка нових способів модифікування трепелу з метою отримання високоякісних сорбентів на його основі є актуальним завданням для водоочищення.
О. Ст. Мосін – кандидат хімічних наук