Изменение шероховатости поверхности никеля под действием микроэмульсии ди-(2-этилгексил)фосфата натрия, содержащей соляную кислоту Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 544.7

С.Ю. Левчишин*, О.Г.Краснова, Е.Н. Субчева, Н.М. Мурашова, Е.В. Юртов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20,корп. 1 * e-mail: [email protected]

ИЗМЕНЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ НИКЕЛЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ МИКРОЭМУЛЬСИИ ДИ-(2-ЭТИЛГЕКСИЛ)ФОСФАТА НАТРИЯ, СОДЕРЖАЩЕЙ СОЛЯНУЮ КИСЛОТУ

Исследовано изменение шероховатости поверхности никелевой пластинки в результате травления микроэмульсией «масло в воде», содержащей соляную кислоту. Результаты сравнивали с травлением никеля водным раствором этой кислоты. Показано, что при травлении микроэмульсией удаляются шероховатости размером более 600 нм, распределение шероховатостей по размеру существенно сужается.

Ключевые слова: микроэмульсия; ди-(2-этилгексил)фосфат натрия; травление; шероховатость.

Наноструктурированные жидкие среды (микроэмульсии, мицеллы, лиотропные жидкие кристаллы) являются перспективными системами для химии и химической технологии. Микроэмульсии применяются для очистки поверхностей твёрдых тел от загрязнений, для повышения нефтеотдачи скважин, в строительстве как гидрофобизаторы, для разделения веществ в аналитической химии. Микроэмульсии могут применяться как среды для ферментативных реакция, для проведения полимеризации с получением наноразмерных частиц латексов, для синтеза органических наночастиц и нанокомпозитов, для жидкостной экстракции органических и неорганических веществ [1].

Микроэмульсии - термодинамически устойчивые изотропные дисперсии масла и воды, стабилизированные поверхностно-активным

веществом (веществами). Диаметр капель микроэмульсии составляет от нескольких нанометров до десятков нм [1].

На кафедре нанотехнологии и наноматериалов РХТУ им. Д.И. Менделеева был предложен метод микроэмульсионного выщелачивания извлечения металлов из частиц твёрдой фазы с помощью микроэмульсий. Метод

микроэмульсионного выщелачивания

предполагает извлечения металлов из техногенного сырья (концентратов, шламов, зол, пылей и т.д.) путём контакта с экстрагент-содержащей микроэмульсией, что позволяет сочетать выщелачивание и экстракцию в одном процессе. Для выщелачивания предлагалось использовать микроэмульсии ди-(2-

этилгексил)фосфата натрия (Д2ЭГФ№) [2].

Микроэмульсия в качестве

наноструктурированного носителя действующих веществ (реагентов) может использоваться не только для процесса выщелачивания, но и для других процессов в системе «микроэмульсия -твердая фаза», например для травления. В статье

Y.-J. Huang и M. Z. Yates [3] была показана возможность использования микроэмульсии для травления меди. Использовались обратные микроэмульсии в системах АОТ - изооктан - вода и Pluronic L62 - ксилол - вода, в каплях которых находился травящий агент. В качестве травящего агента применяли водный раствор смеси хлорида меди (II) и хлорида калия в мольном соотношении 1 : 1. Полученный результат сравнивали с результатами травления медной фольги 0,05 М и 1 М водными растворами CuCl2 и KCl. Шероховатость фольги после травления микроэмульсией на основе Pluronic L62 и АОТ составила 44 и 70 нм соответственно. После травления 0,05 М и 1 М водным раствором CuCl2+KCl значения шероховатости были выше: 84 и 88 нм соответственно. Авторы связывают подобный эффект с тем, что капли микроэмульсии, в отличие от растворённых в воде солей, будут лучше взаимодействовать с выступающими дефектами поверхности, чем с микротрещинами. Капля обратной микроэмульсии обладает большими размерами по сравнению с ионами солей в водном растворе. Это будет затруднять доступ травящего агента из микроэмульсии в микротрещины на поверхности [3].

Целью работы являлось изучение изменения шероховатости поверхности никеля в результате травления микроэмульсией, содержащей минеральную кислоту. Результаты сравнивали с травлением никеля водным раствором этой кислоты.

Для травления была выбрана обратная микроэмульсия в системе Д2ЭГФNa - керосин -вода. Такая микроэмульсия, содержащая в качестве экстрагента ди-(2-

этилгексил)фосфорную кислоту, была предложена для решения близкой задачи - извлечения металла из твёрдой фазы (выщелачивания) [4]. Предварительные эксперименты показали, что из трех минеральных кислот HCl, HNO3, H2SO4

максимальное содержание в микроэмульсии выше для соляной кислоты. Поэтому она использовалась в качестве травящего агента.

В ходе эксперимента никелевую пластинку погружали в подвешенном состоянии в раствор соляной кислоты или микроэмульсию. Состав микроэмульсии был следующий: Сд2эгфш = 1,22 моль/л; Своды = 13,2 моль/л. Концентрация соляной кислоты в растворе и микроэмульсии была одинаковая - 0,0261 моль/л. Согласно данным динамического светорассеяния, размер капель микроэмульсии составлял примерно 13 нм. Процесс проводили в закрытом сосуде в течение двух часов при температуре 80 °С и постоянном перемешивании с частотой 300 об/мин. После травления никелевую пластинку последовательно промывали смесью гексан:октанол-1 = 3:1 (об.), этиловым спиртом и водой.

Полученные образцы анализировались методом атомно-силовой спектроскопии на

1

Рис. 1. Вид поверхности поверхности никеля после микроэмульсией, содержащей HCl; 2 - пластинка, обработ

атомно-силовом микроскопе Ntegra Prima (NT-MDT, Россия, Зеленоград). Использовался кантилевер NSG10 (NT-MDT, Россия). Режим работы - полуконтактный.

Вид поверхности образцов никеля после травления микроэмульсией, содержащей соляную кислоту, и водным раствором HCl, представлены на рис. 1. Распределение шероховатости поверхности образцов после травления и контрольного образца представлено на рис. 2. Как видно из представленных данных, поверхность необработанной пластинки характеризуется широким распределением шероховатости - от десятков нм до 1000 нм. После травления распределение шероховатостей изменяется. На пластинке, обработанной раствором HCl, присутствуют шероховатости размером 250 - 1000 нм; на пластинке, обработанной микроэмульсией, присутствуют шероховатости размером 300-600 нм.

2

о о

травления: 1 - пластинка, обработанная обратной нная водным раствором HCl

jo-

I 20

Ю

о'

О 10» 200 300 400 500 (,00 700 N00 <>00 1000 1100 0 100 200 300 400 500 (.00 700 N00 900 1000 1100

mi

Рис. 2. Распределение шероховатости поверхности образцов никеля после травления. 1 - необработанная пластинка (контроль); 2 - пластинка, обработанная водным раствором HCl; 3 - пластинка, обработанная

обратной микроэмульсией, содержащей HCl

Таким образом, в результате обработки поверхности никелевой пластинки водным раствором HCl удаляются шероховатости малого размера - до примерно 250 нм, количество крупных шероховатостей (более 500 нм) практически не изменяется. Обработка пластинки обратной микроэмульсией, в каплях которой содержится HCl, приводит к удалению как малых (менее 300 нм), так и крупных (более 600 нм) шероховатостей. Пластинка стала более гладкой -шероховатости размером более 600 нм на ней практически отсутствуют. Травление пластинки микроэмульсией позволяет уменьшить размер крупных шероховатостей и получить поверхность с более узким распределением шероховатости.

Полученный результат согласуется с результатом по травлению микроэмульсией поверхности меди [3]. В обоих случаях, шероховатость поверхности после травления микроэмульсией меньше, чем после травления водным раствором травящего агента. В то же время применение микроэмульсии для снижения шероховатости поверхности никеля несколько проигрывает по получаемому перепаду высот электрохимическому осаждению никеля с помощью гексагонального жидкого кристалла [5].

Полученные данные свидетельствуют о перспективности применения микроэмульсий, содержащих травящий агент, для обработки поверхности металлов.

Левчишин Станислав Юрьевич к.х.н., старший преподаватель кафедры физической химии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Краснова Ольга Геннадиевна студентка кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Субчева Елена Николаевна аспирантка кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Мурашова Наталья Михайловна к.х.н., доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Юртов Евгений Васильевич д.х.н., профессор, член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1. P. Kumar, K. L. Mittal (Edt.) Handbook of Microemulsion Science and Technology - New York, Basel - Marcel Dekker, Inc., 1999. - 849 p.

2. Мурашова Н.М., Левчишин С.Ю., Юртов Е.В. Микроэмульсии с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой для выщелачивания цветных металлов из шламов // Химическая технология. 20ll. № У. С. 4G5-41G.

3. Huang Y.-J., Yates M. Z. Copper etching by water-in-oil microemulsions // Colloid and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects№ 281. 200б. P. 215-220.

4. Мурашова Н. М., Левчишин С. Ю., Юртов Е. В. Извлечение ионов меди (II) из оксида наноструктурированным реагентом — микроэмульсией ди-(2-этилгексил)фосфата натрия // Химическая технология. 2012. № 1. С. 19-25.

5. Юртов Е.В., Матвеева А.Г., Тодаева М.Т., Серцова А.А. Использование гексагонального жидкого кристалла в качестве темплата для получения наноструктурированных никелевых покрытий // Химическая технология. 201З. № 1. С. 24-29.

Levchishin Stanislav Yurievich*, Krasnova Olga Gennadievna, Subcheva Elena Nikolaevna, Murashova Natalia Michailovna, Yurtov Evgeniy Vasilievich.

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]

CHANGES OF ROUGHNESS OF NICKEL SURFACE UNDER THE ACTION OF HCL CONTAINING SODIUM BIS-(2-ETHYLHEXYL)PHOSPHATE MICROEMULSION

Changes of roughness of nickel surface after the etching by HCl-containing water-in-oil microemulsion are investigated. The results were compared with the etching of nickel by water solution of HCl. It is shown the roughness larger than 600 nm are removed by the microemulsion etching; size distribution of the roughness significantly narrows.

Key words: microemulsion; sodium bis-(2-ethylhexel)phosphate; etching; roughness