Автореферат (1150228)

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

Текст из файла

1На правах рукописиНОВИКОВА Наталия АлександровнаКИНЕТИКА КОАГУЛЯЦИИ ЗОЛЯ МОНОДИСПЕРСНОГОКРЕМНЁЗЕМА В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВСпециальность 02.00.11 – коллоидная химияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидатахимических наукСанкт-Петербург20162Работа выполнена в ФГБОУВО «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет промышленных технологий и дизайна» на кафедре охраныокружающей среды и рационального использования природных ресурсовэкологического факультета.Научный руководитель:Чернобережский Юрий Митрофановичдоктор химических наук, профессор кафедрыохраны окружающей среды и рациональногоиспользования природных ресурсов ФГБОУВО«Санкт-Петербургскийгосударственныйуниверситет промышленных технологий идизайна»Официальные оппоненты:Пак Вячеслав Николаевичдоктор химических наук, профессор,Зав. Кафедрой физической и аналитическойхимииФГБОУВПО«Российскийгосударственный педагогический университетим.

А.И. Герцена».Шилова Ольга Алексеевнадоктор химических наук, профессор, зав.лабораторией,ФГБУ Науки Ордена Трудового КрасногоЗнамени Институт химии силикатов им.И.В.Гребенщикова РАН (ИХС РАН)Ведущая организация:ГБОУ ВПО «Санкт-Петербургскаягосударственная химико-фармацевтическаяакадемия»Защита состоится « »2016 года вчасов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.40 по защите докторских и кандидатскихдиссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д.41/43, большая химическаяаудитория.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им.

А.М. ГорькогоФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный университет» по адресу:СПб, Университетская наб., д. 7/9.Автореферат разослан «___»Ученый секретарьдиссертационного советакандидат химических наук, доцент2016 г.Н.Г. Суходолов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Высокодисперсные порошки кремнёзема, в томчисле полученные методами гидролиза кремнийорганических соединений иплазмохимического синтеза, характеризуются сферичностью и низкой степеньюполидисперсности.

Они используются в качестве наполнителей, связующихматериалов или исходных материалов для получения кварцевого стекла илистекловидных пленок низкотемпературным золь-гель методом. Кроме того,монодисперсные золи SiO2 расширяют список модельных систем, используемых дляизучения свойств дисперсных систем и, в частности, закономерностей коагуляции.В настоящее время имеется большой объем экспериментальных данных,свидетельствующий о важной роли в устойчивости коллоидов с гидратированнойповерхностью сил отталкивания неэлектростатической природы (структурных сил,обусловленных перекрыванием пристенных граничных слоев воды с измененнойструктурой).

Эти силы приводят к изменению общего баланса поверхностных силтаким образом, что безбарьерная коагуляция протекает не только в дальнем, но иближнем потенциальном минимуме. Тем не менее, до сих пор остаютсянерешенными такие вопросы как влияние рН, состава электролита, знака и величинповерхностных потенциалов на величину структурной компоненты энергиивзаимодействия частиц.Цель работы состояла в установлении основных факторов, определяющихустойчивость гидрофилизованного золя SiO2, оценке возможности количественногоописания свойств дисперсий кремнезема с точки зрения современных теорийустойчивости коллоидов, установление закономерностей дальней агрегации.Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:1.

Изучить процесс коагуляции золей SiO2 (Monospher 250 и аэросил ОХ50 ) вшироком диапазоне рН и концентраций NaCl.2. Провести расчеты энергии взаимодействия частиц по классической иобобщенной теории ДЛФО.3. На основе сопоставления экспериментальных и расчетных данных оценитьпараметры структурных сил взаимодействия частиц.4. Установить влияние валентности противоиона на порог коагуляции частицв дальнем потенциальном минимуме.5.

Изучить влияние концентрации золя на устойчивость дисперсной системы.Методы исследования. Для исследования свойств дисперсий кремнезема иего коагуляции были использованы следующие методы: микроэлектрофорез,поточная ультрамикроскопия, спектрофотометрия, динамическое светорассеяние.Научная новизна работы:–впервые установлены области параметров структурной компонентырасклинивающего давления частиц SiO2 (Monospher 250) при различных значенияхрH и концентрациях NaCl.–показано, что дальнодействие структурных сил у поверхности частиц SiO2определяется величиной рН, концентраций NaCl, знаком заряда поверхности.– установлено, что при безбарьерной коагуляции частиц SiO2 в дальнемпотенциальном минимуме, возникающем за счет преобладания на дальнихрасстояниях сил дисперсионного взаимодействия над силами ионно-4электростатического и структурного отталкивания, соотношение пороговкоагуляции 1-1 и 2-1 электролитов соответствует соотношению Сс ×z1.6-1.8 = const.– показано что коагуляция гидрозоля ОХ50, содержащего прочные агрегатыпервичных наночастиц аэросила, в области средних концентраций NaCl (10-2 –2101М) протекает по безбарьерному механизму.

Существенная роль в общем балансесил, действующих между частицами гидрозоля, принадлежит структурнойкомпоненте.–для гидрозоля ОХ50 продемонстрирован эффект «отложенной» коагуляции,заключающийся в резком усилении скорости коагуляции по прошествиизначительного периода времени, и обусловленный, вероятно, ростом устойчивостиагрегатов (состоящих из трех и более частиц) во времени.– получено экспериментальное подтверждение влияния концентрациидисперсной фазы на величину порога коагуляции золя SiO2 «Monosphere 250» прибезбарьерном механизме.Практическая значимость работы.

Полученные в работе результаты имеютпрактическое значение, свидетельствуя о необходимости учета структурных сил иих зависимости от рН и конентрации электролита при рассмотрении общего балансасил для дисперсий кремнезема, что исключительно важно при разработкетехнологических процессов золь-гель синтеза, создания керамики, получениипленок и покрытий, фотонных кристаллов и т.д.Положения, выносимые на защиту:• результаты экспериментальных исследований электроповерхностных свойствчастиц гидрозолей кремнезема в зависимости от рН и концентрации фоновыхэлектролитов;• результаты экспериментальных исследований процесса коагуляции золей SiO2(Monospher 250 и аэросил ОХ50 ) в широком диапазоне рН и концентраций NaCl;• результаты расчетов энергии взаимодействия частиц по классической иобобщенной теории ДЛФО;• сопоставление экспериментальных и расчетных данных и оценка параметровструктурных сил взаимодействия частиц;• оценка влияния валентности противоиона на порог коагуляции частиц в дальнемпотенциальном минимуме;• оценка влияния концентрации золя на устойчивость дисперсной системы.Апробация работы.

Результаты работы докладывались на следующихконференциях: V всероссийской конференции (с международным участием) "Химияповерхности и нанотехнология" (Санкт-Петербург-Хилово 2012), V Всероссийскойконференции по химии «Менделеев 2012». (Санкт – Петербург. 2012.), ХIМолодежной научной конференции (ИХС РАН Санкт-Петербург-2010), IIIВсероссийском симпозиуме с международным участием по поверхностно-активнымвеществам (Санкт – Петербург 2015), V Международной конференции с элементаминаучной школы для молодежи «Функциональные наноматериалы и высокочистыевещества», (Суздаль 2014).Публикации: по материалу диссертации опубликовано 5 статей, из них 4статьи в рецензируемых международных и отечественных изданиях, и тезисы 5докладов на международных и российских конференциях.Структура и объём работы: Диссертационная работа объемом 143 страницысостоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов5исследования, экспериментальных результатов, их обсуждения и выводов.

Вдиссертации приводится 68 рисунков, 21 таблица. Список литературы содержит243 наименования.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированыцели и задачи работы.Глава 1. Обзор литературы - изложены общие представления классической ирасширенной (обобщенной) теории ДЛФО. Обсуждаются различные теориивозникновения сил гидратации между поверхностями кварца, а также теорияобратимой коагуляции В.М. Муллера.

Рассмотрены электроповерхностные свойстваоксидных систем, а также современные теоретические и экспериментальные работыпо изучению процесса коагуляции частиц и их распада.Глава 2. Экспериментальная часть включает описание объектовисследования и способов их подготовки к эксперименту, методов исследованиясвойств дисперсий кремнезема, способы расчета энергии парного взаимодействиячастиц и факторов агрегации. Расчет суммарной энергии парного взаимодействиячастиц Si02 в предположении их сферической формы проводился как по теорииустойчивости коллоидов ДЛФО по формуле (1), так и по расширенной теорииустойчивости Дерягина – по формуле (2).V = Vi + Vm,(1)hVaKl2exps lV = Vi + V m + Vs(2) (3)гдеVi ,Vm,Vs – ионно-электростатическая,молекулярная и структурная составляющие, соответственно.

K – параметринтенсивности, l – соответствующая длина корреляции. Параметр K характеризуетвеличину сил отталкивания, а l – их дальнодействие.Глава 3. Результаты и их обсуждение3.1.Электроповерхностные свойства частиц SiO2 («Monospher 250»)3.1.1. Результаты определения электрокинетического потенциала частицSiO2 в растворах NaClЗависимости электрокинетического потенциала частиц SiO2 от рН в растворах NaClи в отсутствие электролита приведены на рис.

1.-ζ, мВ1201100802360544062000,0-20-401,02,03,04,05,06,07,08,09,010,0pHРис. 1. Зависимостиэлектрокинетическогопотенциала (по Вирсема)частиц гидрозоля SiO2 от рНбез добавления NaCl (кривая1) и растворах NaCl.СNaCl(М):10-3 (2); 510-3 (3);10-2 (4);510-2 (5);10-1 (6).6Из рисунка видно, что изоэлектрическая точка (ИЭТ) частиц находится прирН 2.8, что достаточно хорошо согласуется с литературными данными, согласнокоторым ИЭТ частиц пирогенного кремнезема в растворе NaCl находится винтервале рН 2,5 – 2.9.. Полученные значения  - потенциала далее использовалисьпри расчетах ионно-электростатической составляющей энергии взаимодействиячастиц (Vi).3.1.2. Результаты определения электрокинетического потенциала частиц SiO2в растворах BaCl230-ζ, мB1252,32041551050-50246pH8Рис 2 Зависимостиэлектрокинетическогопотенциалачастицгидрозоля SiO2 от рНприконцентрацияхBaCl2 (М): 210-4 (1),510-4 (2) 110-3 (3),2,510-2 (4), 310-2 (5).-10Как видно изрисунка 2, изоэлектрическая точка ( = 0) гидрозоля SiO2 в растворах BaCl2соответствует значению рН = 2,8.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации