Полистирольные суспензии, содержащие наночастицы оксидов металлов (1091724), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Носителизаряда могут мигрировать к поверхности наночастиц и инициироватьвторичные реакции с поверхностью адсорбированных материалов. Например,фотовозбужденный электрон в зоне проводимости может реагировать скислородомсобразованиемсупероксидныхилигидропероксидныхрадикалов и эти активные формы кислорода могут участвовать в разложенииорганических веществ [25].Под действием ультрафиолетового облучения (< 400 нм) диоксидтитана проявляет фотокаталитические свойства, которые позволяют егоиспользовать при создании систем для очистки воды и воздуха отзагрязнений.
Фотокаталитические свойства наиболее ярко проявляются,когда диоксид титана находится в модификации анатаза [26] (рис. 1.1(5)).Рис. 1.1(5) Принцип действия фотокатализатора17Антибактериальные свойстваИзвестно довольно большое количество работ [27], посвященныхизучению бактерицидных свойств наноразмерного ZnO и TiO2. В литературеописаныбактерицидныеследующегоPseudomonasрядасвойствакультур:aeruginosa,наночастицEscherichiaC.albicans,coli,ZnOTiO2противStaphylococcusaureus,P.mirabilis,иEnterococcushirae,Bacteroides fragilis, B. subtilis, Pseudomonas putida, Listeria innocua, BacillusSubtilis, Klebshiella [28-36].
Авторами ряда работ было замечено, чтонаночастицы TiO2 размерами 5 и 50 нм могут как стимулировать ростбактерий (Pseudomonas fluorescens), так и подавлять (Bacillus mucilaginosus)[36], а более высокая фотобиоцидная активность наблюдается по отношениюк грамотрицательным микроорганизмам, чем к грамположительным, хотя дляоксида цинка наблюдается обратная картина. В результате воздействия УФоблучения на пять различных видов бактерий (E. coli, Pseudomonasaeruginosa, Staphylococcus aureus, Enterococcus hirae, Bacteroides fragilis) вприсутствии наночастиц TiO2 их почти полное уничтожение былодостигнуто через 50 мин[29].
В работе [30] представлены результатыисследования фотобиоцидных свойств тонких пленок TiO2 и TiO2:Ag(толщина ~ 200 нм) по отношению к модельным микроорганизмам E.coli и B.subtilis, которые свидетельствуют о дезактивации клеток уже при малыхдозах УФ -облучения в течение нескольких минут (интенсивность облучения~15 мВт·см-2, длина волны 365 нм). Модифицирование поверхности TiO2наночастицами серебра приводит к значительному снижению выживаемостимикроорганизмов и повышению активности фотокатализатора в реакцииокисления органических веществ.В работе [29] проведена оценка антибактериальной активности (УФоблучение, длина волны 350-380 нм) фотоактивированного покрытия издиоксида титана.
Наилучший антибактериальный эффект наблюдался на E.coli, Staphylococcusaureus, Pseudomonasсоответственно.18putida иListeriainnocua,В работе [37] показана эффективность воздействия наночастиц ZnO набактерии в процессе дезинфекции воды, которая в темноте составила 20.21%для Escherichia coli и 50% для P.aeruginosa, а под воздействием солнечногосвета (доля ультрафиолетового света не превышает 7%) эффективностьфотодеградацииобоихвидовбактерийсоставила100%.Изучениебиоцидного эффекта наночастиц ZnO на бактерии Escherichia coli в темноте[38] показало, что низкие концентрации наночастиц ZnO не вызываютзначительных повреждений клеток.
Однако при концентрации выше 1.3×10-3М происходит дезорганизация мембраны клеток Escherichia coli, чтоприводит к увеличению ее проницаемости, накоплению наночастиц ZnO вбактериальной мембране и последующей клеточной интернализации этихнаночастиц. Аналогичный эффект наблюдался и для наночастиц TiO2 [31].Адсорбционные свойстваАдсорбционные свойства оксида цинка подробно изучены на примереадсорбции молекулярной серы из толуольных растворов серы в работе [39].Сульфид серы, который представляет собой бесцветный и высокотоксичныйгаз и загрязняет воздух, может быть адсорбирован наночастицами оксидацинка, имеющими форму стержня и размер от 5 до 15 нм, в результатепротекания реакции [40]:ZnO + H2S → ZnS + H2OДо сих пор остро стоит задача очистки канализационных систем отпромышленных текстильных красителей, которые чрезвычайно токсичны.
Вработе [41] использовали наночастицы ZnO при очистке водной системы отреактивного красного красителя 74, RR47. Результаты исследованийпоказали, что эффективность удаления красителя из водной среды взначительной степени зависит от рН среды, и максимальный процентудаления красителя достигался при рН = 3. Для удаления красителей изсточных вод также используют наночастицы диоксида титана. В работе [42]наночастицы TiO2, полученные золь-гель методом из изопропоксида титана,19использовали для удаления малахитового зеленого красителя из водногораствора.1.2 Получение высокодисперсных эмульсий мономеров и синтезполимерных композиционных материаловОднимнеорганическиеизспособов,наночастицыкоторыйвпозволяетполимернуюиммобилизовыватьматрицу,являетсяполимеризация в высокодисперсных эмульсиях, мономерная фаза которыхсодержит наночастицы.Высокодисперсные эмульсии представляют собой эмульсии, размеркапель которых варьируется в диапазоне от 0,05 до 0,3 мкм.
Для полученияих обычно используют следующие методы [43]:эмульгирование мономерами смесями ПАВ;эмульгирование мономера в условиях образования ПАВ награнице раздела фаз;путем механического воздействия на систему, а именно,применением перемешивающих устройств различных типов,ультразвуковой обработки;создание высококонцентрированных систем [44].Факторы, определяющие устойчивость дисперсных системЭмульсии – термодинамически неустойчивые дисперсные системы,обладающие различной агрегативной устойчивостью.
Наличие развитойповерхности раздела обеспечивает значительный избыток энергии Гиббса,которая всегда положительна. Все самопроизвольные процессы в такихсистемах протекают в одном направлении и приводят к сокращениюмежфазной поверхности раздела. Для повышения устойчивости эмульсийнеобходимо введение стабилизаторов. Агрегативная устойчивость эмульсий,20то есть способность сохранять во времени первоначальный размер частиц,является основным критерием качества этих эмульсий.При исследовании устойчивости эмульсий типа «масло в воде»рассматривают [45]:Седиментационную1.устойчивость(вполетяжестиилицентробежном поле), которую определяют по всплыванию или оседаниюкапелек дисперсной фазы в зависимости от их размеров, разности плотностейфаз.
Процесс проходит без изменения дисперсности (при отсутствиикоалесценции).Агрегативную устойчивость, которую определяют по коагуляции2.(флокуляции)капелексобразованиемагрегатов,цепочекилипространственных коагуляционных структур без потери индивидуальностикапель.Коалесценцию – слияние капель вследствие стремления к3.минимуму свободной межфазной энергии.
Большие капли мономера, какправило, увеличиваются в размерах за счет более мелких капель, что вызваносозреванием Оставальда (изотермической перегонкой). В конечном счете,такойдиффузионныйпроцессразрушениябудетдестабилизироватьэмульсию.Из перечисленных выше процессов только коалесценция капельпредставляет характерный необратимый процесс окончательного разрушенияэмульсий. По отношению к коалесценции эмульсии разделяются на двебольшие группы.К первой группе относятся разбавленные эмульсии, возможностькоалесценциикоторыхвесьмаслабавследствиемалойвероятностистолкновения частиц и малой эффективности таких столкновений. Поэтомуэмульсии с содержанием дисперсной фазы не более чем, 0.01-0.1%, могутбыть весьма устойчивы даже при отсутствии каких-либо специальныхстабилизаторов или при действии слабых стабилизирующих факторов.Например, это наблюдается в присутствии электролитов в очень небольших21концентрациях, образующих диффузные двойные слои ионов на поверхностикапель.
Достаточная толщина таких слоев, которая соответствует высокомуэлектрокинетическомупотенциалу,выполняетрольслабогостабилизирующего фактора. Таким образом, разбавленные эмульсии могутбыть достаточно устойчивымии при довольно высоких значенияхповерхностного натяжения на межфазной границе.Вторуюгруппусоставляютконцентрированныеэмульсии,агрегирование капелек которых и их коалесценция протекает весьмаинтенсивно.
Двойные слои ионов даже при сильном заряде капелекоказываются совершенно недостаточными для стабилизации, также как иадсорбционные слои, образуемые со стороны дисперсионной средыповерхностно-активнымимолекуламиилиионами,специфическиадсорбированными поверхностью раздела фаз. Исключение составляют теслучаи,когдаколлоидныхприсутствиеэлектролитовстабилизаторов,например,приводиттипакобразованиюмыл.Устойчивыеконцентрированные эмульсии могут быть получены образованием навнешней поверхности капелек эмульсии стабилизирующей коллоидноадсорбционнойдиффузнойоболочки,механическипрепятствующейагрегированию и коалесценции капелек.Таким образом, стабильность эмульсии может быть обусловленаналичиемпотенциальногослияниюкапель.энергетическогоРазличаютдвебарьера,составляющиепрепятствующегоэтогобарьера–электростатическое взаимодействие заряженных капель [46] и созданиевокруг них структурно-механического барьера, реологические свойствакоторого препятствуют сближению и, соответственно, слиянию капель [47].Считают, что агрегативная устойчивость эмульсий определяетсясовокупным действием различных по физической природе факторовстабилизации.
Механизм стабилизации полимерных суспензий определяетсяприродой и строением используемого ПАВ, способностью к ионизации,22гидратации, плотностью упаковки, строением адсорбционных слоев и ихреологическими характеристиками.Количественнаятеорияустойчивостидисперсныхсистем,сформулированная Дерягиным, Ландау, Фервеем и Овербеком, ДЛФО [48], вкачестве главного фактора, ответственного за стабильность коллоидныхчастиц, выдвигает силы электростатического отталкивания, противостоящиевандерваальсовым силам притяжения. В зависимости от баланса этих сил втонком слое поверхности между сближающимися частицами возникает либоположительное расклинивающее давление, препятствующее их соединению,либо отрицательное, приводящее к образованию прочного контакта междучастицами.При контакте раствора электролита с твердой фазой (в случаестабилизации полимерных суспензий ионогенными ПАВ) между фазамивозникает разность потенциалов; поверхность приобретает заряд, а врастворе у поверхности образуется слой раствора, обогащенный ионамипротивоположного знака, возникает двойной электрический слой.
Такоепространственное разделение заряда обуславливает ряд характерных свойствдисперсных систем, в частности возникновение в них электрокинетическихявлений.Теория электрокинетических явлений связывает их интенсивность –скорость взаимного смещения фаз или величину возникновения токов ипотенциалов – с так называемым электрокинетическим потенциалом (дзета(ξ) – потенциалом), который определяется как потенциал некоторой границыскольжения, отделяющий связанный с поверхностью силами адгезии слойдисперсионной среды от ее остального, свободного объема.
В большинствеслучаев ξ-потенциал рассматривается как критерий устойчивости частиц.МногочисленныеРебиндером[49]исследованияпоказали,чтосвойствтакиеслоиМАС,образуютмеханический барьер, препятствующий контакту частиц.23проводившиесяструктурно-ПАВ различной природы, являющиеся эффективными стабилизаторамидисперсных систем, образуют на легкоподвижных границах раздела фазпленки различной толщины. В зависимости от условий эксперимента насоответствующих границах могут формироваться монослои, межфазныеадсорбционные слои (толщина которых может заметно превышать толщинумонослоя), а также двусторонние тонкие пленки. Тонкие пленки ПАВпроявляют специфические реологические свойства, что позволяет ихрассматривать как тело или материал, несмотря на малость одного излинейных параметров – толщины и характеризовать их макроскопическимипараметрами (вязкость, упругость и др.).Именно эти макроскопические свойства тонких слоев определяют вряде случаев как устойчивость самих слоев и фазовые переходы в них, так истабилизацию ими разнообразных дисперсных систем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
