Диссертация (1150381), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Почти полное совпадениезависимостей ζ–рН и ζ–(-lg[Cd2+]) для частиц диспергированных монослоев ирегулярных пленок свидетельствует о том, что эти структуры имеют практическиодинаковуюповерхность.Следовательно,теповерхностные свойства (регулярность, составструктурныеповерхностиособенностииит.д.), которыехарактерны для классических пленок Ленгмюра-Блоджетт, характерны и дляколлапсированных структур. Соответственно, для описания электрокинетическихсвойств структур, для которых не известны условия переноса монослоев на твердуюподложку, достаточно провести электрофоретические исследования коллапсированныхмонослоев, что и было сделано для МХС Fe(III).Для МХС Fe(III) были исследованы электрокинетические свойства для двухконцентраций индифферентного фонового электролита (KCl) (п.
2.3.3). Результатыпредставлены в таблице 9 и на рисунке 18.63Таблица 9 – Результаты определения электрокинетического потенциала МХС Fe(III)при различных pH и концентрации солиKCl (10-3 М)рНξ, мВ1.819.53.442.894.51-35.25.89-38.17.0-56.2KCl (10-4 М)рНξ, мВ2.217.13.267.23.52-7.394.5-45.55.85-527.9-43.2Рисунок 18 – Зависимость электрокинетического потенциала МХС Fe(III) от рНраствора для различных концентраций КСlКак следует из приведенных данных, в кислой области (рН 1.5-3) поверхностьзаряжена положительно. Положительный заряд образуется из-за того, что МХС состоятв основном из молекул FeSt2OH, следовательно, в данном диапазоне рН происходитреакция нейтрализации и на поверхности образуется катион FeSt2+. По мереуменьшения кислотности среды положительный заряд уменьшается и становится равеннулю при рН 3.5 (изоэлектрическая точка).
Для исследованных концентрацийизоэлектрические точки практически совпадают. Это говорит об отсутствииспецифической адсорбции ионов на поверхности МХС. Как и предполагалось, придальнейшем увеличении рН наблюдается рост отрицательного заряда поверхности. Это64с одной стороны может быть объяснено усилением диссоциации стеариновой кислоты,которая не перешла в соль, по реакции:HSt = H+ + St-.Было проведено определение доли перехода стеариновой кислоты в стеаратжелеза, максимальное значение которой наблюдается при рН 4.2 и составляет 1.3(рисунок 2).
Но только этим процессом нельзя объяснить столь высокие значенияэлектрокинетическогопотенциала.Таккакисследуемыестеаратыявляютсяпрактически нерастворимыми соединениями, то маловероятна их диссоциация собразованием стеарат-ионов. При рН ≥ 4 наблюдается гидролиз ионов трехвалентногожелеза и, следовательно, в этой области рН могут образовываться отрицательнозаряженные гидроксоформы:FeSt2OH + OH- = FeSt2(OH)2-.При смещении в более щелочную область отрицательный заряд поверхностибудет расти из-за образования более сложных гидратных форм.
Образования подобныхионоввозможноиз-задонорно-акцепторноговзаимодействиянеподеленнойэлектронной пары кислорода с вакантными d-орбиталями атома железа и это объясняетполученные значения электрокинетического потенциала.Таким образом, можно сделать вывод, что оптимальными условиями сорбции наисследованных МХС Fe(III) будут кислые растворы с рН 2-3, поскольку в этом случаесорбция происходит на положительно заряженных фрагментах пленки.3.3.2Определение электрокинетического потенциала МОСОпределение электрокинетического потенциала МОС Fe(III) проводили так же,как и в случае МХС Fe(III). Результаты представлены в таблице 10 и на рисунке 19.Из рисунка 19 можно определить изоэлектрическую точку МОС Fe(III) - околорН 5.5, она находится, таким образом, в нейтральной области рН, что делаетвозможным проведение эффективной сорбции аналитов в слабокислых растворах.65Таблица 10 – Зависимость электрокинетического потенциала МОС Fe(III) от рНраствора KCl 10-4 моль/лрН2.903.404.104.805.205.505.906.507.308.20ξ, мВ2217.210.27.25.21.3-7.8-13.6-27.4-34.2Рисунок 19 – Зависимость электрокинетического потенциала МОС Fe(III) от рНраствора KCl 10-4 моль/л3.3.3Определение удельной поверхности МХС Fe(III)От величины удельной поверхности (Sуд) зависят поглотительная способностьсорбентов, свойства фильтрующих материалов.
Как правило, для эффективнойадсорбции твёрдые адсорбенты должны обладать высокими значениями удельнойповерхности, например, Sуд активных углей составляет 500-1500 м2/г, силикагелей – до800 м2/г, макропористых ионообменных смол – не более 70 м2/г, а диатомитовыхносителей для газожидкостной хроматографии – менее 10 м2/г. То есть, удельнаяповерхность является одной из важнейших характеристик веществ, используемых вкачестве сорбентов.66С помощью прибора Zetasizer Nano ZS были измерены размеры частиц МХСFe(III), их радиус составил ~200 нм, а рассчитанное значение удельной поверхности –15 м2/г (п. 2.4.1). Столь малые значения удельной поверхности свидетельствуют оботсутствии пористости.
Тем не менее, полученные МХС Fe(III) обладают достаточнойудельной поверхностью для использования их в качестве сорбентов.3.3.4Определениеудельнойнизкотемпературной адсорбции азотаОднойизосновныхповерхностихарактеристикМОСнаноматериаловFe(III)методомявляетсястепеньдисперсности, то есть характерный размер структур, образующих данный материал.Поэтомуэкспериментальныеметодыизмерениястепенидисперсностинаноматериалов, оценки размеров отдельных частиц занимают центральное место прихарактеристике любого наноматериала.
В ряду этих методов важную роль играетизмерениеудельнойповерхности–величинымежфазнойповерхностивсехобразующих наноматериал структурных элементов в единице массы образца. Чемвыше степень дисперсности наноматериала, тем больше величина его удельнойповерхности. Основным экспериментальным подходом к измерению удельнойповерхности твердых дисперсных материалов является метод низкотемпературнойсорбции паров азота на поверхности раздела твердое тело/газ.
Удельную поверхностьвыражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного тела кего массе или, что реже, единице объема.Измерения площади и объема пор образцов МОС Fe(III) проводили методомнизкотемпературной адсорбции азота (п. 2.4.2). Метод основан на измерении изотермадсорбции-десорбции азота при температуре жидкого азота. Расчет величины удельнойповерхности БЭТ-методом производили по результатам измерений в интервалеотносительных давлений P/P0 = 0.0-1.0 с использованием БЭТ-уравнения дляполимолекулярной адсорбции пара (рисунок 20).
Зная удельную поверхностьисследуемого порошка (Sуд), можно рассчитать средний диаметр частиц dср (п. 2.4.2).По результатам вычислений Sуд = 60 м2/г. Если известно значение удельнойповерхности и плотность оксида железа, то можно рассчитать линейные размерыполучаемых частиц. По результатам вычислений dср = 20 нм, что свидетельствует онаноразмерности сорбента.67Рисунок 20 – Зависимость адсорбции на поверхности оксида железа от давления азота3.3.5красителяОпределение удельной поверхности МОС Fe(III) методом адсорбцииДля определения удельной поверхности образцов МОС Fe(III) был использованметод, основанный на адсорбции красителей на поверхности твердых материалов.
Вкачестве красителя был выбран конго красный (рисунок 21), который в водномрастворе представляет собой анионную форму.Рисунок 21 – Структурная формула конго красногоДля выяснения механизма сорбции на МОС Fe(III) было проведено исследованиеизотерм сорбции конго красного на нем. Определение адсорбции красителя насорбенте проводили колориметрическим методом по методике 2.4.3. Данные пооптической плотности растворов, а также соответствующих концентраций красителя ипосле процесса сорбции МОС Fe(III) представлены в таблице 11.68Таблица 11 – Значения оптической плотности растворов конго красного до и послеадсорбции на МОС Fe(III)Сисходного раствора красителя, DдоDпослеСраствора красителя после адсорбции,-5-5·10 моль/ладсорбцииадсорбции ·10 моль/л00001.50.2930.0980.234.00.5500.1891.515.00.6260.2982.377.50.8970.5944.7310.01.1780.7876.4812.51.4330.9457.9115.01.7271.0408.8317.52.0031.1439.7020.02.2781.26010.76Таблица 12 – Значения концентраций и величины адсорбции конго красного до и послеадсорбции на МОС Fe(III)Сисходного раствораГ,Cв расторе,Сраствора красителя послеCв растворе/Г, г/мл-5-5,10моль/лммоль/гммоль/мл,10моль/лкрасителяадсорбции00001.50.0062.30.233624.00.01215.11.5112135.00.01323.72.3718027.50.01447.34.73341510.00.01864.86.48368212.50.02379.17.91344715.00.03188.38.83286217.50.03997.09.70248720.00.046107.610.762329Из полученных данных по концентрации до и после адсорбции была рассчитанавеличина удельной адсорбции Г в ммоль красителя на грамм оксида железа ипостроена зависимость Г от концентрации конго красного в растворе (таблица 12,рисунок 22, п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
