Влияние поверхностно-активных веществ на синтез наночастиц гидроксида железа (1102601), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

a)

b)

Рис. 9. Микрофотография ТЕМ для образцов, полученных при добавлении 1% ЭДТА (а) и 1% ЦПХ (b) в раствор осаждения.

Узкие линии на мессбауэровских спектрах (Г=0.35-0.38мм/с при температуре съемки спектра Т=90К) свидетельствуют о высокой степени кристалличности полученных частиц. Это явление может быть объяснено способностью молекул ЭДТА образовывать комплексы с ионами железа Fe³⁺ в растворе. При добавлении в раствор 1% ЭДТА происходит пересыщение раствора по комплексам Fe-ЭДТА. Из-за этого неизбежными становятся процессы столкновения зародышевых частиц гидроксида железа в растворе и последующая кристаллизация. Быстрый рост способствует образованию второго механизма кристаллизации из частиц слабоупорядоченного гидроксида железа, что приводит к формированию частиц как α-FeOOH, так и α-Fe₂O₃.

a)

b)

Рис. 10. Мессбауэровские спектры (a) и распределения по размерам частиц (b), полученных при добавлении в раствор различной концентрации ЦПХ

Увеличение концентрации ЦПХ в растворе до 1% приводит к присутствию на мессбауэровских спектрах только дублета с параметрами Is=0.35мм/с, Qs=0.68мм/с (рис.10), отвечающему суперпарамагнитным частицам гидроксида железа с размерами 1-5нм (рис. 9b).

В четвертой главе приводятся обсуждение экспериментальных результатов и основные выводы из работы:

Проведены комплексные экспериментальные исследования влияния поверхностно-активных веществ различной природы и концентрации на синтез наночастиц гидроксида железа методом соосаждения соли железа и щелочи в водном растворе. Сочетание экспериментальных данных, полученных методом электронной микроскопии (оценка размеров частиц) и мессбауэровской спектроскопии (оценка количественного содержания наночастиц разных размеров) позволила проанализировать распределения по размерам наночастиц гидроксида железа для всех исследованных образцов, полученных в чистом растворе и при добавлении ПАВ различной природы. Анализ термомагнитных и термогравиметрических данных позволил объяснить механизмы формирования наночастиц в растворах при добавлении различных ПАВ.

По данной работе можно сделать следующие выводы:

1. Для частиц гидроксида железа, полученных в чистом растворе, наблюдается бимодальное распределение по размерам: 62% составляет вклад от мелких частиц с размерами 1-5нм и 38% составляют более крупные частицы от 20 до 100нм.

2. Добавление поверхностно-активных веществ с весовой концентрацией 0.3% в реакционный раствор уменьшает количество крупных частиц по сравнению с образцами, полученными без ПАВ.

3. Увеличение концентрации ДСН в растворе, приводящее к образованию длинных цилиндрических мицелл, создает условия для ориентированной агрегации зародышевых частиц, что приводит к быстрому росту кристаллов с размерами до 200нм.

4. Рост крупных кристаллов (до 200нм) при увеличении концентрации ЭДТА в растворе до 1% , возможно, связан с пересыщением концентрации комплексов Fe³⁺-ЭДТА в растворе. При этом обнаружены различные механизмы роста из слабоупорядоченных частиц гидроксида железа: образуются как кристаллы α-FeOOH, так и α-Fe₂O_3.

5. При введении молекул поверхностно-активного вещества ЦПХ в раствор осаждения диссоциированные ионы хлора создают вблизи поверхности зародышевых наночастиц гидроксида железа локальное изменение значения кислотности рН, что приводит к формированию фазы γ-FeOOH.

6. Показано, что направленное уменьшение размеров частиц гидроксида железа приводит к существенному снижению температур фазовых переходов при нагревании (температура перехода α-FeOOHα-Fe₂O₃ снижается до 80^оС, восстановление до Fe₃O₄ и Fe происходит уже при 300^оС и 400^оС, соответственно). Это уменьшает энергоемкость процессов восстановления и делает химико-металлургический процесс экономически более выгодным.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах

1. Alla A. Novakova, Artem R. Savilov, A.N. Antonov, T.S. Gendler. Influence of surface active substances on magnetic properties of goethite nanoparticles // Solid State Phenomena Vol.170 (2011), p.160-164

2. A.A. Novakova, A.N. Antonov, T.S. Gendler, E.A. Kolesnikov, I.I. Puzik, V.V. Levina. The influnce of surface active substances various concentrations on goethite nanoparticles magnetic properties // Solid State Phenomena, Vol.190 (2012), p.447-450

3. А.Н.Антонов, А.А. Новакова, Т.С. Гендлер. Влияние поверхностно-активных веществ на процесс кристаллизации и магнитные свойства наночастиц гетита // Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия. №2 (2012), с.82-84

4. Antonov A.N., Novakova A.A., Gendler T.S., Kolesnikov E.A., Puzik I.I., Levina V.V.Magnetic properties of goethite nanoparticles synthesized with addition of various surface active substances // Moscow International Symposium on Mafnetism. 2011, Book of Abstracts, p.123

5. Gendler T.S., Antonov A.N., Novakova A.A. Hysteresis parameters as a reflection of unusual magnetic behavior of nano-sized goethite synthesized under surface active substances influence // Problems of Geocosmos, 8-th International Conference, Book of Abstracts St.Peterburg, 2010, p.119

6. Гендлер Т.С., Антонов А.Н., Новакова А.А., Гистерезисные параметры как отражение необычного магнитного поведения наночастиц гетита, синтезированного с применением поверхностно- активных веществ // Материалы конференции Проблемы Геокосмоса-2010, Санкт-Петербург, c.51-60

7. А.Н.Антонов, А.А.Новакова, Т.С. Гендлер, В.В. Левина, Е.А. Колесников, И.И. Пузик. Морфология и кристаллизация наночастиц гетита, синтезированных при различной концентрации поверхностно-активных веществ // РСНЭ-НБИК 2011, Москва, Тезисы докладов, с. 282.

8. Alexander N. Antonov, E.A.Kolesnikov. Goethite nanoparticles synthesized with addition of surface active substances // Tenth Young Researchers’ Conference. Material Science and Engineering, Program and the book of abstracts, December 2011, Belgrade, Serbia, p.29

9. A.N. Antonov, T.S. Gendler, A.A. Kornilova, N.N. Sysoev, A.A. Novakova. The influence of SDS surfactant different concentration on the morphology and properties of α-FeOOH nanoparticles // ISIAME-2012, Programme and Abstracts, Dalian, China, p.127

10. A.Novakova, A.Savilov, A.Antonov and T.Gendler. Different surface active substances influence on the goethite nanoparticles magnetic properties and phase transitions // 17-th International conference on Solid Compounds of Transition Elements, 2010, Annecy, France, p.86

20

Характеристики

Список файлов диссертации