Бентонитовые (смектитовые) глины широко используются в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в качестве инженерных барьеров безопасности при изоляции радиоактивных отходов различной степени активности благодаря особым сорбционным и гидроизоляционным свойствам.

Глины могут испытывать различное техногенное воздействие, которое в длительной перспективе может привести к потенциальному преобразованию состава и свойств глинистых материалов и, как следствие, к изменению изоляционных свойств барьеров безопасности. Проведенные исследования позволили смоделировать механизмы структурных преобразований смектитов при термохимическом воздействии, которые выражаются в «вымывании» катионов из межслоевых позиций, частичном протонировании межслоя, «вымывании» катионов из октаэдрических и тетраэдрических позиций, частичном разрушении структуры слоя 2:1. Было выявлено, что смектиты с преобладанием цис-вакантных октаэдров будут проявлять более высокую устойчивость к термохимическому воздействию, по сравнению с транс-вакантными. Полученный результат об определяющем влиянии ориентации октаэдрических вакансий по цис- и транс-мотиву является принципиально новым и будет использован в дальнейших исследованиях по моделированию поведения бентонитовых глин при термохимическом воздействии разного рода. Так, продолжаются исследования по воздействию высокощелочных растворов, которые могут возникать на границе бетон-бентонит в условиях пунктов захоронения радиоактивных отходов. Предварительные результаты показывают, что в таких условиях кроме преобладания цис- или транс-вакантных октаэдров большое влияние на устойчивость бентонитов будут оказывать аморфные фазы, присутствующие в природных глинах.

Интерес к синтезу алюмосиликатных фаз, синтетических аналогов природных минералов, связан с исследованиями, направленными на расширение представлений о путях и условиях образования минералов, но также направлен на синтез новых структур и частиц различной морфологии, которые могут найти промышленное применение в таких областях промышленности как медицина, синтез катализаторов и пр. Одним из важнейших факторов, определяющих строение и свойства конечных материалов при синтезе неорганических материалов является тип прекурсоров (или т.н. предшественников/синтонов), используемых в качестве исходных компонентов для синтеза, а также условия, в которых происходит максимальная гомогенизация компонентов и осуществляется сам синтез. Очевидно, в случае каолинита при синтезе необходимо сочетании двух прекурсоров, из которых один является предшественником Al₂O₃, второй – SiO₂ в конечном материале.

Основной идеей всех используемых в разное время подходов является получение до стадии автоклавирования высокодисперсных и наиболее гомогенных по распределению элементов (алюминия и кремния) алюмосиликагелей. При этом высокая дисперсность должна обеспечивать рост растворимости компонентов в условиях последующего гидротермального синтеза (что также достигается за счет повышения температуры синтеза – 200–400 °С), в то время как гомогенность создает условия для получения кристаллов требуемого состава, предотвращая сегрегацию компонентов (образование индивидуальных оксидных фаз), увеличивая вероятность образования требуемой фазы. В ходе выполнения работ был проведен синтез 1:1 алюмосиликатов с использованием трех прекурсоров кремния: тетроэтксисилана (ТЭОС), коммерческого золя коллоидного диоксида кремния – Nanosil-40M и концентрированного раствора SiO₂ в метиламине. Полученные синтезированные образцы исследовались комплексом методов, которые включали рентгеновскую дифракцию, инфракрасную спектроскопию, рентегнофлуоресцентный анализ, сканирующую электронную микроскопию.

Было выявлено влияние перкурсоров на особенности формирования 1:1 алюмосиликатов, в частности, показано образование более упорядоченного каолинита при использовании прекурсора кремнезоль Nanosil-40M (Koroleva et al., 2024). Повышение щелочности в значимой степени влияет на результаты синтеза. При pH – 3.4 частицы каолинита неоднородные по размеру (<0.5 мкм) и отличаются гексагональной формой. С увеличением pH до 6.0 синтетический аналог минерала каолинит характеризуется увеличением размера частиц, форма кристаллитов остается пластинчатой с четкими краями, образующими крупные агрегаты. При дальнейшем увеличении pH синтеза до 10.8 в образцах преобладают крупные хорошо окристаллизованные кристаллиты слегка выгнутой формы, что не характерно для каолинита. Детальные исследования показали, что в высокощелочных условиях синтезируются минералы структуры типа галлуазита, преимущественно, с примесью структур типа каолинит (Королева и др. 2024).