Влияние строения привитого слоя и структурных параметров носителей на адсорбционные свойства полифторалкилкремнеземов (1105553), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Онапредназначена для оптической маскировки локальных потертостей и царапин, восстановленияпервоначального цвета и свойств лакокрасочного покрытия или остекления автомобиля, а такжепридания им самоочищающихся свойств. «Лотосовые» покрытия были бы незаменимы вомногих сферах жизни человека. Создание стекол, с которых бы стекали мельчайшие капелькиводы с растворенными частичками грязи. Создание плащей и другой специальной одежды.Создание самоочищающихся фасадов зданий. Это только единичные примеры использованияуникального свойства лотоса. «Эффект лотоса» – уникальное природное свойство цветка. Ономожет быть использовано и в быту, и в промышленности, и, возможно, в медицине, какотмечено в [251]. «Ученые в который раз пытаются копировать природу и не безуспешно.Возможно, вскоре такие покрытия заменят множество известных и привычных, а, может быть,даже наши зонтики уйдут в прошлое».
В последнее время проводятся интенсивныеисследования по разработке и производству фторполимеров. Базовый фторполимер –политетрафторэтилен (ПТФЭ), более известный как тефлон или фторопласт, проявляетуникальный набор свойства. Они обеспечили его применение во многих отраслях науки,технике, промышленности и в быту. Химическая стойкость способствовала применениюполимеров в атомной промышленности, хорошие электрофизические свойства использовались вэлектротехнике и электронике. Рекордно низкий коэффициент трения дал возможностьприменения в машиностроении и автомобилестроении, а также в спорте - лыжные смазки,костюмы для пловцов. В энергетике используются антифрикционные и противоизносные43смазки, содержащие фторполимерные материалы, а фторполимерные мембранные пленкиприменяются в химических источниках тока – основе водородной энергетики.
Климатическаястойкость и отсутствие старения определили перспективу использования в строительстве, вкачестве гидрофобных, антиадгезионных, самоочищающихся покрытий. Биосовместимость инетоксичность позволяют применять его в медицине. Хорошо известно использованиефторполимеров в быту: посуда, антипригарные покрытия, детали бытовой техники. Напротяжении ряда лет разрабатываются фторполимерные биосовместимые и селективныесорбенты на основе минеральных носителей и активированного угля [2, 237].
Поскольку такиеповерхности обладают олеофобно-гидрофобными свойствами, при хроматографическомразделениив колонке с модифицированным сорбентом на его поверхности слабоадсорбируются как гидрофильные, так и гидрофобные молекулы, что особенно важно приразделениимакромолекулбиологическиактивныхвеществ[261-267].Основнымпреимуществом фторполимерсодержащих сорбентов является практически полная десорбциябиологических активных веществ с поверхности сорбента без изменения их природныхсвойств, что весьма важно для фармакинетики лекарственных препаратов, медицинскойдиагностики, так как именно при сохранении структуры и свойств биомолекул без измененияможно получить наиболее полную информацию о состоянии живого организма [268].* * *Анализ данных литературы показал, что за последние 15 лет опубликовано более 25000научных работ (статей и патентов) по синтезу гибридных органо-неорганических материалов наоснове оксида кремния и изучению их свойств [269].
В связи с огромным интересом к ХМКинтенсивно развиваются исследования по синтезу новых химически модифицированныхкремнеземов. Изучаются физико-химические свойства модифицированных поверхностей,топология и строение закрепленных групп, возможность использования ХМК в катализе,фармацевтике, различных вариантах хроматографии, биотехнологии и т.д. Разрабатываютсятеоретические основы [2] адсорбционных процессов на ХМК. Также было показано [2, 97, 270],что необходимым звеном на пути создания новых материалов и совершенствования методовсинтеза известных сорбентов является изучение природы адсорбционных центров химическимодифицированных кремнеземов (ХМК), в том числе оценка степени участия в адсорбционномпроцессе привитых групп и остаточных силанольных групп носителя.Открытие мезоструктурированных мезопористых силикатных материалов (МММ) вначале 90-х годов прошлого столетия вызвало значительную активизацию исследований помногим химическим направлениям.
Силикатные МММ, в отличие от цеолитов, обладают44внутренней поверхностью с высокой химической активностью, способной образовыватьковалентно-связанный (привитой) мономолекулярный слой с химическим модификатором. Наэтих принципах создано большое количество химически ориентированных адсорбентов,главным образом, для аналитических целей [11, 37].
Силикатные МММ, имея внутреннююповерхность в несколько раз большую, чем силикагели, могут представлять интерес какматериалы для промышленных процессов. Среди мезопористых материалов, большойпопулярностьюу исследователей пользуется SBA-15, т.к могут использоваться дляхроматографических колонок [271], повышая их эффективность, по сравнению с другимиколонками на основе оксида кремния [106].Кроме этого, в ходе описанных в литературе исследований была установлена высокаягидро-иолеофобностьматериалов,всоставкоторыхвходятповерхностныеполифторалкильные группы. Несмотря на интерес к фторсодержащим поверхностям, намибыло отмечено, что вопрос о взаимосвязи свойств лиофобизованных поверхностей,модифицированных полифторалкилсиланами различной функциональности, с параметрамипористой структуры носителя в литературе почти не освещен. В то же время, исследованиезакономерностей в изменении свойств поверхности кремнеземов в результате модифицированияразнымисиланамиможетспособствоватьрасширениюнашихпредставленийомежмолекулярных взаимодействиях в адсорбции, включая такие достаточно сложные пористыесреды, как химически модифицированные кремнеземы, и служить для расширения областей ихпрактического применения.
Основное внимание в нашей работе уделяется применениюадсорбционных статических и газохроматографических методов в сочетании с другимифизико-химическими методами к изучению влияния строения и структурных параметровносителя на примере образцов широкопористого силохрома, мезопористых кремнеземов SBA исиликагеля, природы лиофобизующих модификаторов и концентрации привитых групп насвойства ХМК, что способствует выработке критериев для создания модифицированныхповерхностей с оптимальными гидрофобными и лиофобными свойствами.45III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬIII.1 Объекты исследованияВ качестве исходных носителей в работе использованы кремнеземы с разнымипараметрами пористой структуры, которые были гидроксилированы при кипячении в воде втечение 25 часов:силохром С-120 [202, 272, 273] (Ставропольский завод химреактивов), обозначен как ASG,общий объем и средний диаметр пор 1.3 см3/г и 20-40 нм соответственно, с размеромчастиц 200-350 мкм;два мезопористых кремнезёмных адсорбента SBA-15 (SBA I, SBA II), общий объем исредний диаметр пор 0.9 см3/г и 8 нм, 0.9 см3/г и 7 нм соответственно, с размером частицоколо1 мкм,которыеполучаликонденсациейтетраэтоксисиланавприсутствииполиэтиленгликоля [123];силикагель SG (Sigma-Aldrich, USA), с размером частиц 100-200 мкм, общий объем исредний диаметр пор 1.17 см3/г и 13 нм соответственно.Образцы SBA I, SBA II и химически модифицированных кремнеземов (ХМК)синтезированыпометодикам,описаннымвработах [14, 92, 140, 274]профессоромА.Ю.
Фадеевым с сотр. (Seton Hall University, USA). Модификаторы представляли собоймонофункциональные и трифункциональные хлорполифторалкилсиланы, в состав которыхвходят группы CnF2n+1, где n = 3, 4, 6, 8, а также трифункциональный хлороктилсилан.Последний образец дополнительно силанизировали. В таблице III.1.1 приведены обозначения инекоторые характеристики исследованных образцов.Все исследованные адсорбенты представляли собой порошки, состоящие из частицнеправильнойисследованногоформы.ранееДляпримера,[202, 272, 273]нарисунке П.III.1.1образцаданоASG-C6F13(1)сизображениеплотнымчастицмонослоеммонофункционального модификатора (концентрация привитых групп N = 2.1нм–2).Размер частиц (р.ч.) SBA I и SBA II (0.5х1.5 мкм), определенный с помощью СЭМ(рисунок П.III.1.3), не позволяет их исследовать методом ГХ [275].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
