CC BY
60
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ УСТОЙЧИВОСТИ МИКРОЭМУЛЬСИИ НАНОЧАСТИЦ СУЛЬФИДОВ КАДМИЯ, РТУТИ И СВИНЦА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ СТАБИЛИЗАТОРА
Фарус Оксана Анатольевна
канд. хим. наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный
педагогический университет», г. Оренбург Е-mail: farusok@yandex. ru
THE DEPENDENCE OF STABILITY OF THE MICROEMULSION NANOPARTICLE SULFIDES OF CADMIUM, MERCURY AND LEAD, DEPENDING ON THE CONCENTRATION OF STABILIZER
Farus Oksana
candidate of chemical science, Associate Professor of Orenburg State Pedagogical
University, Orenburg
АННОТАЦИЯ
Рассмотрена возможность получения наночастиц сульфидов металлов с помощью реакции контролируемого осаждения, в которых в качестве стабилизатора использовался ПВС. Проанализированы спектры поглощения систем полученных на основе наночастиц сульфидов кадмия, ртути и свинца и ПВС, рассмотрена возможность определения седиментационной устойчивости микроэмульсий наночастиц на основе данных спектрофотометрического анализа.
ABSTRACT
The possibility of obtaining nanoparticles of metal sulfide by reaction of controlled deposition in which PVA was used as a stabilizer. Analyzed the absorption spectra of systems derived from sulfide nanoparticles of cadmium, mercury and lead and PVA, consider the possibility of determining the sedimentation stability of microemulsions of nanoparticles on the basis of spectrophotometry analysis.
Ключевые слова: синтез; наночастицы сульфидов металлов; реакция контролированного осаждения; микроэмульсия; седиментационная устойчивость; спектры поглощения.
Keywords: synthesis, nanoparticles of metal sulfides; reaction controlled deposition, microemulsion, sedimentation stability, absorption spectra.
В химии и технологии полимерных материалов одним из современных приоритетных направлений является создание композитных структур на основе полимеров и неорганических частиц, в которых полимер принимает участие в стабилизации наночастиц, предотвращая их агломерацию. Наиболее распространенными системами являются полимерные нанокомпозиты, ценные свойства которых заключаются в полифункциональности и возможности реализации уникальных комбинаций свойств, которые недостижимы в традиционных материалах.
Наночастицы по своему размеру занимают промежуточное положение между материалом в объеме и атомно-молекулярными структурами, что обуславливает существенное отличие ряда их физико-химических параметров от свойств цельного материала. Прежде всего, это нелинейные оптические свойства, которые зависят от размера и формы наночастиц. Поэтому использование строительных блоков наноразмера делает возможным дизайн и создание новых композитов с необычной «гибкостью» физико-химических свойств, а также синергическими эффектами их эксплуатационных характеристик. Особенно интересны так называемые Q-частицы полупроводников, многие свойства которых могут заметно отличаться от свойств характерных для объемных полупроводников [1, 5].
Экспериментальная часть. Наночастицы сульфидов металлов были получены химическим методом, на основе реакции нитратов металлов с сульфидом натрия:
Ме(Шэ)2 + Na2S ^ MeS + 2№Шз, где Ме=РЬ, Сё, ^
При обычных условиях данная реакция протекает с образованием осадков, поэтому для того чтобы получить коллоидные частицы с узким распределением по размеру, необходимо стабилизировать поверхность нанокластера и тем самым предотвратить его неконтролируемый рост. Поэтому общим подходом
для получения коллоидных частиц является использование полимерных материалов в качестве стабилизатора, в нашем случае использовался поливиниловый спирт (ПВС). Данный тип реакции называются реакциями контролируемого осаждения, они относятся к группе реакций, при которых происходит комбинирование раздельно полученных неорганических наночастиц и полимера [3].
Необходимо отметить, что если образуются наночастицы достаточно малого размера, они могут удерживаться в каплях микроэмульсии, но так как адсорбционный слой ПАВ обладает определенной прочностью и эластичностью, то при увеличении размера наночастиц сверх определенного предела в системе протекает их седиментация [2, 4].
Для исследования зависимости устойчивости микроэмульсии, содержащие наночастицы, от концентрации стабилизатора, нами были получены растворы наночастицы сульфидов свинца, кадмия и ртути в матрице ПВС с концентрацией стабилизатора 0,1 % и 0,01 %.
Полученные растворы, содержащие наночастицы сульфидов исследуемых металлов, имеют различную окраску, следовательно, они различаются по оптическим свойствам. Спектры поглощения, полученных дисперсий были сняты на цифровом UV—УЗ спектрофотометре PD-303 ЦУ в диапазоне длин волн 190—850 Нм.
Необходимо отметить, что микроэмульсии, в которых в качестве стабилизатора использовался 0,01 % раствор ПВС, оказались не стабильными и поэтому спектры поглощения снять для них не удалось.
Анализ спектров поглощения (рис. 1, 2) микроэмульсий сульфидов металлов в 0,1 % растворе ПВС показывает наличие максимумов при различных длинах волн (табл. 1).
Таблица 1.
Состав раствора Xmax, Нм
pbS -ПВСраствор 210
^Н^ -ПВСраствор 296
СdS -ПВСраствор 292
190 250 310 370 430 490 Я, Нм
Рисунок 1. Спектры поглощения наночастиц сульфида свинца в 0,1 %
растворе ПВС
284 344 404 464 524 Л, НМ
Рисунок 2. Спектры поглощения наночастиц сульфидов кадмия и ртути в
0,1 % растворе ПВС
При седиментации микроэмульсии с наночастицами будет происходить уменьшение величины оптической плотности в точке максимума, затем данная величина измерялась через каждые 2 минуты, полученные данные помещены на графики (рис. 3, 4).
< ►
03 н к
К а к к о
о ы а И К
« (и к т н о И (О о
(и £ К о
го а а
1 2 3 Время, мин 4 5 6
Рисунок 3. Зависимость значения коэффициента экстинкции в точке максимума от времени для системы РЪ8-ПВСраствор (концентрация ПВС
0,01 %)
Рисунок 4. Зависимость значения коэффициента экстинкции в точке максимума от времени для системы РЪ8-ПВСраствор (концентрация ПВС
0,1 %)
Сравнительный анализ полученных графиков показывает, что микроэмульсии, образованные на основе 0,01 % ПВС неустойчивые и в течение
~5 минут подвергается седиментации. Системы, в которых в качестве стабилизатора использовался 0,1 % раствор ПВС, является седиментационно устойчивым.
Аналогичные графики были построены для систем HgS—ПВСраствор, CdS—
ПВСраствор.
Таким образом, в ходе реализации экспериментальной части исследования было установлено, что основываясь на значениях величины коэффициента экстинкции микроэмульсии с наночастицами можно установить седиментационную устойчивость наночастиц, а так же были исследованы оптические свойства полученных наносистем.
Список литературы:
1. Андриевский Р.А. Наноструктурные материалы. М.: Наука, 2005. — 343 с.
2. Гуляева Е.В. Синтез наночастиц CdS, ZnS И Ag2S в жидких системах с ПАВ: автореф. дис. ... канд. хим. наук (02.00.11) / Гуляева Елена Витальевна. — М., 2013. — 18 с.
3. Грицкова И.А., Гервальд А.Ю., Прокопов Н.И., Ширякина Ю.М., Серхачева Н.С. Синтез полимерных микросфер, содержащих неорганические наночастицы. // Вестник МИТХТ. — 2011. — Т. 6. — № 5. — С. 9—20.
4. Королева М.Ю. Гуляева Е.В., Юртов Е.В. Устойчивость и оптические свойства дисперсий наночастиц CdS, ZnS и Ag2S, синтезированных в микроэмульсии. // Журнал неорганической химии. — 2012. — Т. 57. — № 3. — С. 69—75.
5. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. — 672 с.
