CC BY
0
A UNIVERSUM:
№11(128)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_ноябрь. 2024 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2024.128.11.18593
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПРОЦЕССА С ДОБАВКОЙ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ
Камбарбекова Раъно Махамадрахимхановна
докторант,
Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Кодирова Нилуфар Козим кизи
ассистент,
Академия труда и социальных работ, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Ахунджанов Казим Абидович
д-р хим. наук, Академия труда и социальных работ, Республика Узбекистан, г. Ташкент
CHROMATOGRAPHIC PROPERTIES OF SORPTION MATERIALS BASED ON THE SOL-GEL PROCESS WITH THE ADDITIVE OF POLYETHYLENE GLYCOL
Rano Kambarbekova
Doctoral student, Tashkent Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent
Nilufar Kadirova
Assistant,
Academy of Labor and Social Relations, Uzbekistan, Tashkent
Kazim Ahundjanov
Doctor of Chemical Sciences, Academy of Labor and Social Relations, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В настоящей статье определена возможность синтеза микросферических полимер-кремнеземных сорбентов с использованием золь-гель процесса, в результате применения в качестве неорганического темпланта хлорокисного цирконила, описано получение гидролитически стабильных сорбционных материалов.
Выявлено, что полимеркремнеземные полимеры с добавкой хлорокисного цирконила являются гидролитически стабильными и наиболее эффективными составляющими в процессе применения высокоэффективных жидкостной и тонкослойной хроматографии.
Также установлено следующее: полученные хроматографические данные свидетельствуют о том, что для синтеза наногибридного цирконил-кремнеземного сорбента со сферическими частицами в одну стадию наиболее эффективным является золь-гель метод.
Выявлена возможность использования микросферического гибридного нанокомпозитного цирконил-кремнеземного материала в качестве действенного для высокоэффективной жидкостной и тонкослойной хроматографии не только различных классов органических соединений, но и для определения токсинов.
ABSTRACT
The possibility of synthesizing microspherical polymer-silica sorbents using the sol-gel process using zirconyl oxychloride as on inorganic template and obtaining hydrolytically stable sorption materials has been determined.
It has been revealed that silica polymers with the addition of zirconyl oxychloride are hydrolytically stable and most effective when using high-performance liquid and thin-layer chromatography.
Библиографическое описание: Камбарбекова Р.М., Кодирова Н.К., Ахунджанов К.А. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПРОЦЕССА С ДОБАВКОЙ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 11(128). URL:
https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18593
jU UNTVERSUM:
№11(128)_Л^ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_ноябрь. 2024 г.
It has been established that the obtained chromatographic data indicate that the sol-gel method is the most effective for the synthesis of nanohybrid zirconyl -silica sorbent with spherical particles in one stage.
The possibility of using microspherical hybrid nanocomposite zirconyl-silica materials as effective for high-performance liquid and thin-layer chromatography not only of various classes of organic compounds but also for the determination of toxins has been revealed.
Ключевые слова: тетраэтоксисилан, хлор окисный цирконал, гибридный композиционный материал, высокоэффективная жидкостная и тонкослойная хроматография.
Keywords: tetraetyoxysilane, zirconyl oxychloride, hybrid composite material, high permomanse liquid and thin layer chromatography.
На современном этапе развития высоких технологий создание наногибридных дисперсных материалов с новым комплексом физико-химических свойств и структурных особенностей является одной из важнейших проблем при решении многих практических задач, связанных с их использованием. Например, если рассматривать многофункциональные композиционные материалы - сорбенты органической и неорганической природы в качестве стационарных фаз для высокоэффективной жидкостной хроматографии, то можно говорить о наиболее мощных и универсальных методах инструментального анализа и, в то же время, учитывать промышленный метод очистки и разделения, близкий по свойствам компонентов сложных смесей органической природы. При этом наиболее перспективными из всех существующих композиционных материалов являются образцы, получаемые на основе кремнезема (силикагеля) [8; 11].
Широко используемое модифицирование композиционного кремнеземного материала - силикагеля -полимерами с использованием традиционных методов: адсорбционным, капсулированием и химической прививкой, как правило, происходит только на поверхности композиционного сорбента. При этом адсорбционно или капсульно нанесенный полимер в процессе эксплуатации хроматографической колонки постепенно вымывается элюентами, что приводит к снижению эффективности разделения анализируемых смесей [2; 5; 9].
Что касается известных композиционных сорбентов с химически привитым полимером, то здесь следует отметить сложность и многостадийность их синтеза, а также невоспроизводимость их структурных характеристик, таких как: удельная поверхность, объем пор, диаметр пор. Кроме того, синтез рассматриваемых веществ достаточно трудоемок и требует применения дорогостоящих реактивов. Все вышесказанное обусловливает необходимость поиска новых подходов к решению проблемы синтеза модифицированных композиционных кремнеземных сорбентов.
Весьма перспективными, многообещающими для нас представляются полимер-кремнеземные функционализированные нанокомпозиционные материалы, получаемые на стадии полимеризации, когда в полимеризующихся матрицах генерируется нанокомпозиционный материал с темплатами на кремнеземной основе с включенными функциональными группами [1; 3; 4].
В связи с этим для авторов данной статьи представляется актуальным изучение возможности получения гибридного функционализированного нанокомпозиционного полимер-кремнеземного материала путем использования золь-гель процесса при гидролитической поликонденсации олигомера полиэтоксисилоксана с включением в ход работы хлорокисного цирконила. Особенностью подобного подхода к последовательности стадий получения целевого нанокомпозитного кремнезем-полисахаридного материала является одностадий-ность его синтеза, позволяющая в мягких условиях одновременно получать дисперсный гидролитический стабильный нанокомпозитный материал в виде микросферических частиц с пористой структурой, в котором темплат с гидроксильной группой гомогенно распределен по всему объему, как и в порах образующегося гибридного нанокомпозиционного материала, так и по его поверхности. Такой сорбент не подвержен набуханию и отличается высокой скоростью массообмена [7].
Особый интерес представляют наногибридные полимеркремнеземные материалы на основе тетра-этоксисилана (ТЭОС) или полиэтоксисилана (ПЭС) с хлорокисным цирконилом. Известны способы получения наногибридных композиционных материалов на основе титана оксида или подобные им [6; 7; 10].
В настоящее время поиск путей получения и исследования свойств композиционных сорбентов для хроматографии, широко использующихся в научных исследованиях, осуществляется в русле решения многих практических задач, являясь при этом актуальной и важной проблемой. Полимеризация на поверхности дисперсных наполнителей способствует повышению их однородности путем заполнения открытых пор и трещин полимеризующимся мономером, а также улучшению их гидрофобности [6; 10].
Как результат вышеописанного, изучена возможность синтеза наногибридных микросферических полимер-кремнеземных сорбентов с использованием золь-гель процесса. В процессе применялся хлорокисный цирконил в качестве органического темпланта. Свойства рассматриваемых материалов исследовали физико-химическими методами. Использовался хлорокисный цирконил для получения гидролитически стабильных сорбционных материалов, поскольку сорбционные материалы частично растворимы в условиях щелочей и кислот.
№ 11 (128)
ноябрь, 2024 г.
Экспериментальная часть. Авторами осуществлен синтез наногибридных хлорокисных цирконил-кремнеземных микросферических сорбентов при использовании в качестве кремнеземного прекурсора ТЭОС или олигомера ПЭС. Применение ТЭОС приводит к образованию порошкообразного материала, состоящего из частиц размером около 5 мкм различной формы (овальные, прямоугольные, сферические). При использовании в золь-гель процессе частично гидролизованного ТЭОС олигомера ПЭС с вязкостью 96 сСт удалось получить продукт с частицами только сферической формы с размером 5+1 мкм.
Данные элементного анализа по азоту свидетельствует о наличии гидроксильных групп в сетке силикагеля в наногибридных сорбентах, полученных по золь-гель методу и составили 0.57-0.90 %.
Хроматографические свойства образцов сорбентов оценивали методом ВЭТСХ при анализе тестовой смеси изомеров нитроанилина. Пластинки для ВЭТСХ готовили нанесением суспензии сорбентов в изопро-паноле на стеклянную пластинку (размер пластин
2,5х7,5 мм, толщина тонкого слоя 0,15-0,20 мм) и высушивали в сушильном шкафу в течение 30 минут при 348 К. Были изготовлены пластинки с тонким слоем МСС, капсулированный поли МСС и гибридном хлорокисным цирконилом. В качестве элюента во всех случаях использовали гексан и ацетонитрил.
Обсуждение результатов. Хроматографические свойств наногибридных хлорокисных цирконил сорбентов отличаются от свойств капсулированного полимеркремнезем цирконильных матриц силикагеля и исходного МСС (Таблица 1). Результаты, приведенные в таблице 1, показывают увеличение значения (где - степень удерживания разделяемых компонентов) этих соединений по сравнению со значениями Я^, полученных на исходном силика-геле и капсулированном хлорокисным цирконилам микросферическом силикагеле, что свидетельствует о снижении их адсорбционной активности.
Таблица 1.
Коэффициенты распределения Rf и разрешение Rs углеводов на исследуемых сорбентах
Сорбент Rf * Я углеводов
глю коза рам ноза галак тоза араби ноза сахароза Г/Р Г/Г Г/А Г/С Р/Г Р/А Р/С Г/А Г/С А/С
ПМСС 0,64 0,75 0,78 0,85 0,90 0,7 0,9 1,4 1,8 0,5 0,9 1,4 0,5 010 0,8 0,4
ПМСС капсулированный 0,60 0,61 0,68 0,76 0,88 1,1 1,7 2,1 2,7 0,8 1,2 1,9 0,8 0,9 0,6
ПМСС (гибридный) 0,66 0,69 0,71 0,74 0,88 1,1 1,2 1,4 2,1 0,5 0,8 1,4 0,4 0,8 0,5
Как следует из таблицы, важную роль играют активные центры на поверхности сорбентов и участие функциональных групп полиэтиленгликоля. Можно предполагать, что полученный гибридный полиэтиленгликоль-кремнеземный сорбент имеет больше функциональных гидроксильных групп, в результате чего располагает большим числом активных центров и приводит к увеличению значение изомеров углеводов.
Разработанные новые наногибридные кремнезем-полисахаридные композиционные материалы по своим свойствам и текстурным характеристикам вполне могут быть использованы в качестве селективных сорбентов для ВЭЖХ и ВЭТСХ. В таблице 1 приведены коэффициенты распределения и разрешение Яэ углеводов на исследуемые наногибридные сорбенты.
Сопоставляя коэффиценты распределения Ш" и разрешение ЯЭ углеводов, полученных композиционных сорбентов с сорбентами, представленных на рынке сорбентов для ВЭТСХ, можно отметить, что по параметрам они аналогичны. Как показали результаты использования сорбентов в тонкослойной хроматографии при разделении тестовых смесей и природных углеводов, они проявили высокую
селективность и эффективность. Важным преимуществом наногибридных полимеркремнезных-хлоокисных цирконилных композиционных сорбентов по сравнению с аналогами является возможность их получения в одну стадию, что существенно снижает себестоимость их производства и делает рассматриваемые материалы вполне конкурентно способными.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что для синтеза наногибридного цирконил-кремнеземного сорбента со сферическими частицами в одну стадию наиболее эффективным является золь-гель метод. При этом функциональные группы, характерные для полимера, находятся на поверхности и во всем объеме матрицы силикагеля, что приводит к увеличению количества функциональных групп, ответственных за селективность и эффективность сорбента. Следовательно, показана возможность использования микросферического гибридного нанокомпозитного цирконил-кремнеземного материала в качестве практичного для высокоэффективной жидкостной и тонкослойной хроматографии различных классов органических соединений: углеводов, фенолов, а также допустимо его применение для определения токсинов.
№ 11 (128)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
■ 7universum.com
ноябрь, 2024 г.
Список литературы:
1. Akhundjanov K.A., Kabulov B.D., Shakarova D.H. Sol-Gel Synthesis of Functionalized Nanocomposite Sorbtional Material with Polymer-Silica Matrix // Sol-Gel Methods for Materials Processing, 2008. - Pp.413-419.
2. Akhundzhanov K.A. Negmatov S.S., Yunusov F.U. Hybrid nanocomposite materials obtained by the sol-gel method // The 5th International Conference of the CIS Countries. - St Petersburg, August 27-31. - 2018. - Р.310.-311.
3. Akhundzhanov K.A., Lanin S.N., Yunusov F.U. Zirconyl-containing microspheric silica gel surfaces // Russian Journal of Physical Chemistry. - 2011. - №1. - P. 102-107.
4. Bhat P., Merotte J., Simacek P., Advani S.G. (2009) Process analysis of compression resin transfer molding // Compos A. - 2009. - Vol. 40(4). - P. 431-441.
5. Castro-Alvarez A., Navas D., Fuentes S. Review on Sol-Gel Synthesis of Perovskite and Oxide Nanomaterials Gels. -2021. - Vol. 7. - P. 275.
6. Katoueizadeh E., Rasouli M. A comprehensive study on the gelation process of silica gels from sodium silicate // Journal of Materials Research and Technology. - 2020. - Vol. 9. - Iss. 5. - P. 10157-10165.
7. Keller A., Masania K., Taylor A.C., Dransfeld C. Fast-curing epoxy polymers with silica nanoparticles: properties and rheo-kinetic modeling // Journal of Materials Science. - 2015. - Vol. 51(1). - P. 1-16.
8. Kickelbick G. Concepts for the incorporation of inorganic building blocks into organic polymers on a nanoscale // Progress in Polymer Science. - 2003. - Vol. 28. - N 1. - Pp. 83-114.
9. Ouyang G., Wang J., Wang R., Chen L., Bu B. Rheokinetics and fluidity modification of alkali activated ultrafine metakaolin based geopolymers // Construction and Building Materials. - Vol. 1 February 2021. - Vol. P. 121-268.
10. Turki Jalil A., Bokov D., Chupradit S., Suksatan W. Nanomaterial by Sol-Gel Method: Synthesis and Application Advances // Materials Science and Engineering. - Vol. 2021. - Art. ID 5102014. - 21 p.
11. Zeng Q.H., Wang D.Z., Yu A.B., Lu G.Q. Synthesis of polymer-montmorillonite nanocomposites by in situ intercalative polymerization // Nanotechnology. - 2002. - Vol. 13. - N 5. - P. 549-553.
