CC BY
29
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ В РАМКАХ ПОЛИМОЛЕКУЛЯРНОЙ ТЕОРИИ БЭТ И ТЕРМОДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛИМЕР-РАСТВОРИТЕЛЬ
Маматов Жайхун Кутлимурот угли
докторант кафедры «Физическая химия» Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: _ jay. uz@inbox. ru
Бахромова Иродахон Алишер кизи
преподаватель кафедры «Физическая химия» Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Каттаев НуритдинТураевич
д-р хим. наук, доц. кафедры «Физическая химия» Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Акбаров Хамдам Икрамович
д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой «Физическая химия» Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
STUDY OF ADSORPTION ISOTHERMES WITHIN THE POLYMOLECULAR BET THEORY AND THERMODYNAMICS OF POLYMER-SOLVENT INTERACTIONS
Jayhun Mamatov
Doctoral student of the Department of Physical chemistry of the National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Bakhromova Irodakhon
Lecturer of the Department of Physical chemistry of the National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Nuritdin Kattaev
Doctor of Chemical sciences, associate professor of the Department of Physical chemistry of the National University of Uzbekistan named after MirzoUlugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Khamdam Akbarov
Doctor of Chemical sciences, professor, Head of the department of Physical chemistry of the National University of Uzbekistan Named after MirzoUlughbek,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной работе исследована корреляция между молекулярной структурой и термодинамическими характеристиками для определения природы, количества и локализации адсорбционных центров, механизм адсорбции полярных молекул, природа межмолекулярных взаимодействий, конформация и состояние поглощенных кластеров, а также термокинетика адсорбции в нанокомпозиционном материале полиакрилонитрил (ПАН) -кремнезем.
ABSTRACT
In this work correlation between molecular structure andthermodynamical characteristics for determination of number, strange and localization of adsorption centers, structure of nanocompositional materials such as polyacrilonitrile
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ В РАМКАХ ПОЛИМОЛЕКУЛЯРНОЙ ТЕОРИИ БЭТ И ТЕРМОДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛИМЕР-РАСТВОРИТЕЛЬ // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. Маматов Ж.К. [и др.]. 2021. 10(88). URL:
https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12327
(PAN)-silica, mechanism of adsorption of polar molecules of water, nature of intermolecular interactions, conformation and state of absorbitedclasters and also thermokinetics of adsorption has been investigated.
Ключевые слова: ПАН-кремнезем, органо-неорганический гибрид, межмолекулярное взаимодействие. Keywords: PAN-silica, organic-inorganic hybrid, intermolecular interaction, electrostatic potential.
Введение
В настоящее время актуальной задачей в области химии и химической технологии является поиск новых, упрощенных способов получения функциональных материалов. Гибридные органо-неорганические материалы, сочетающие в себе свойства гидрофильной неорганической матрицы и функционализирован-ного органического компонента, находят все большее применение в различных областях науки и техники. Их широко используют для получения покрытий, в качестве адгезивов, гидрофобизаторов для стекла, строительных и текстильных изделий, высокоэффективных сорбционных и комплексообразующих материалов [1]. Это зависит от предназначения конечного гибридного композита. Такие продукты востребованы и поэтому исследования по их получению является актуальными [2;3].
Интерес к проблеме взаимодействия воды с полимерами и полимерными материалами обусловлен
рядом причин, одна из которых заключается в практической значимости такой информации, другая связана со специфическим или аномальным характером изменения сорбционных параметров, возникающих за счет водородных связей между молекулами воды и функциональными группами полимера [4;5].
Результаты и их обсуждение
Известно, что сорбционные свойства зависят от кристалличности и пористой структуры образцов. В связи с этим проведены сорбционные исследования с целью установления взаимосвязи пористости структуры и термодинамических свойств гибридных композиций в зависимости от условий синтеза. В качестве примера на рис.1 приведены изотермы сорбции паров бензола и концентрационная зависимость средней свободной энергии смешения полимер-растворитель и значения энергии Гиббса, а также параметры пористой структуры исходных образцов и нанокомпозиций.
Рисунок 1. Изотермы сорбции паров бензола исходными веществами и ПАН-кремнеземными гибридными композициями (а) и концентрционная зависимость средней свободной энергии смешения (б)
Результаты такого рода получены и по экспериментальным данным сорбции воды, и рассчитаны значения термодинамических функций и пористой структуры и водной поверхности образцов. Изотермы сорбции дают качественную картину взаимодействия в системе полимер-растворитель: сорбционная способность исходного волокна наименьшая и по бензолу, и воде, а у кремнезема наибольшая сорбцион-ная способность только по бензолу.
Гибридные композиции в случае бензола находятся между исходными образцами, а сорбционная способность по воде намного превышает значения сорбции исходных веществ, что дает судить о совместимости макромолекул различной химической природы. По-видимому, макромолекулы ПАН в процессе золь-гель синтеза внедряются в пространственную сетку кремнезема, кроме этого важную роль играют водородные связи, о которых было сказано в ИК-спектроскопических исследованиях композиций.
Таблица 1.
Параметры пористой структуры исходных веществ и ПАН-кремнеземных композитов, рассчитанных на основе адсорбции паров бензола
№ Образец гср, А Wo, см3/г Хm, Г/Г Sуд, м2/г -А дТс. Дж/моль -АС; Дж/моль
1 "Нитрон" 93,22 0,046 0,0042 9,81 1,05 1,25
2 Кремнезем 214,17 0,408 0,0164 38,12 3,61 4,2
3 ПАН:кемнезем - 1:1 126,31 0,104 0,0071 16,41 1,73 1,9
4 ПАН:кемнезем +Г - 1:1 171,12 0,195 0,0097 22,77 2,74 3,0
Результаты расчета термодинамических функций подтверждают такой вывод об улучшении совместимости компонентов композиций в водной среде: отрицательные значения термодинамических функций по сорбции паров воды значительно превышают таковые, рассчитанные по изотермам сорбции бензола.
Необходимо особо отметить тот факт, что в случае темплатного синтеза композиция получается наиболее пористой: средний радиус пор, суммарный объем пор и удельная поверхность принимают наибольшие значения.
0Д5
0,2
0,15
0,1
0,05
--- "1—
О 0,2
-ПАН-кремнезш (1:1) -"Нитрон" ЕАН-крошсю] (30-70)
0,4 0,6 0,8
-•-ПЛП+крсмЕсзсм + С (1:1)
Кремне™ -•-ПАН-кремнезем (4А-6()
Такие выводы подтверждаются и результатами, полученными при линеаризации изотермы сорбции паров воды по адсорбционной теории Де Бура и Цвикера, которая позволяет определить величину «истинной» сорбции, не осложненной капиллярной конденсацией и кластеризацией воды: во всей области относительного давления для ПАН-кремнезем они практически линейны, тогда как для исходных ПАН и кремнезёма изотермы не являются линейными.
Рисунок 2. Изотермы сорбции паров бензола исходными веществами и ПАН-кремнеземными гибридными композициями (а) и концентрционная зависимость средней свободной энергии смешения (в)
В качестве примера на рис.2 и табл.2 приведены изотермы сорбции паров воды и концентрационная зависимость средней свободной энергии смешения
полимер-растворитель и значения энергии Гиббса, а также параметры пористой структуры исходных образцов и нанокомпозиций.
Таблица 2.
Параметры капиллярно-пористой структуры исходных веществ и ПАН-кремнеземных композитов,
рассчитанных на основе адсорбции паров воды
№ Образец Гср, А Wo, см3/г Xm, Г/Г Sуд, м2/г -А дТс. Дж/моль -AG; Дж/моль
1 "Нитрон" 46,14 0,037 0,0047 16,16 1,58 2,50
2 Кремнезем 231,65 0,476 0,0112 41,12 7,94 10,1
3 ПАН:кремнезем - 1:1 163,70 0,185 0,0064 22,64 2,76 4,73
4 ПАН: кремнезем - 1:1+Г 277,91 0,753 0,0154 54,17 8,21 12,4
5 ПАН:кремнезем 30:70 191,17 0,358 0,0106 37,41 5,82 8,50
6 ПАН:кремнезем 40:60 141,08 0,224 0,0090 31,76 4,92 7,61
Значения удельной поверхности в случае сорбции
паров воды выше, а средняя свободная энергия
смешения и энергия Гиббса наиболее отрицательны.
Список литературы:
1. А.Р. Давлетова, Х.И. Акбаров, Б.Д. Кабулов. Золь-гель синтез наноматериалов на основе кремнезема и перспективы их применения // Композиционные материалы. 2015. №4. С. 37-38.
2. И.П. Суздалев Многофункциональные наноматериалы. Успехи химии 78 (3) 2009. С. 266-301.
3. A.D. Pomogaylo. Hybrid polymer-inorganicalnanocomposits. Advenseses chemistry. M. 69 (1) 2000. P. 60-89.
4. Ж.К. Маматов, О.Н. Рузимурадов, Н.Т. Каттаев, Х.И. Акбаров. Изучение капиллярно-пористой структуры гибридных панкремнеземных композиций // Узбекский химический журнал, 2020, №3, 16-22 б.
5. J.K. Mamatov, A.Yu. Yarkulov, F.G. Rakhmatkariyeva, N.I.Fayzullayev, Kh.I. Akbarov // Physical and Chemical Properties of Hybrid Polyacrylonitryl Silica Nanocomposites // International Journal of Control and Automation, Vol. 13, No. 4, (2020), p. 220 - 229.
