CC BY
19
Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. Вып. 5. 2021. Т. 11, № 2. С. 129-130. Transactions Ко1а Science Centre. Chemistry and Materials. Series 5. 2021. Vol. 11, No. 2. P. 129-130.
Научная статья УДК 544.774.2
D0l:10.37614/2307-5252.2021.2.5.026
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ГИДРОФОБНЫХ КРЕМНЕЗЕМНЫХ КСЕРОГЕЛЕЙ
Анастасия Алексеевна Колмакова1В, Александр Евгеньевич Баранчиков2
12Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова, Москва, Россия
Аннотация
Аэрогели кремнезема представляют собой неорганические аэрогели с низкой плотностью, обладают трехмерной нанопористой структурой. Благодаря свойствам, присущим нанопористым материалам, возможность применения аэрогеля диоксида кремния вызывает большой интерес в различных областях. Для упрощения процесса и снижения затрат перспективно использование сушки при атмосферном давлении (APD), полученные в результате этого материалы называются ксерогелями. Были синтезированы кремнеземные ксерогели на основе метилтриметоксисилана с использованием различных спиртовых растворителей. Оптимальным сочетанием свойств обладает образец, полученный с использованием в качестве растворителя метанола. Угол смачивания всех ксерогелей составил 158°, что характеризует полученный материал как супергидрофобный. Ключевые слова:
кремнеземные аэрогели, МТМС, ксерогели, метилтриметоксисилан Финансирование
Работа выполнена при поддержке РНФ 19-73-20125.
Original article
STUDY OF THE INFLUENCE OF VARIOUS SOLVENTS ON THE PROPERTIES OF HYDROPHOBIC SILICA XEROGELS
Anastasia A. KolmakovaAlexander E. Baranchikov2
12Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry., Moscow, Russia
Abstract
Silica aerogels are low-density inorganic aerogels with a three-dimensional nanoporous structure. Due to the inherent properties of nanoporous materials, the possibility of using silica airgel is of great interest in various fields. To simplify the process and reduce costs, the use of atmospheric pressure drying (APD) is promising, the resulting materials are called xerogels. Silica xerogels based on methyltrimethoxysilane were synthesized using various alcohol solvents. The optimal combination of properties is possessed by a sample obtained using methanol as a solvent. The wetting angle of all xerogels was 158°, which characterizes the resulting material as superhydrophobic. Keywords:
silica aerogels, MTMS, xerogels, methyltrimethoxysilane Funding
This work was supported by the Russian Science Foundation 19-73-20125.
Аэрогели кремнезема представляют собой неорганические аэрогели с низкой плотностью, обладают трехмерной нанопористой структурой. Благодаря свойствам, присущим нанопористым материалам, возможность применения аэрогеля диоксида кремния вызывает большой интерес в различных областях, особенно в качестве изоляционных материалов и сорбентов для неполярных органических соединений. Большая площадь поверхности в сочетании с высокой пористостью аэрогелей также дает большие возможности для использования в качестве гетерогенного катализатора или носителя катализатора при изготовлении теплоизоляции. Также из-за нетоксичности аэрогели получили обширное применение в качестве экологически чистого и эффективного материала для обеззараживания углеводородов и защиты окружающей среды по средствам удаления загрязняющих органических материалов [1-2].
© Колмакова А. А., Баранчиков А. Е., 2021
Аэрогели синтезируются золь-гель-процессом как из неорганических, так и из органических прекурсоров с последующей сверхкритической сушкой. Наиболее широко для получения аэрогелей кремнезема используется метасиликат натрия. Однако процесс изготовления сложный и трудоемкий, а полученный аэрогель склонен к адсорбции влаги из воздуха, что с течением времени приводит к снижению свойств, также он чрезвычайно хрупкий. Из-за плохих механических свойств применение аэрогелей на основе диоксида кремния ограниченно [3]. Кроме того, в литературе отмечается использование метилтриметоксисилана (MTMS) в качестве прекурсора для получения гибких гидрофобных кремнеземных аэрогелей.
Для упрощения процесса и снижения затрат перспективно использование сушки при атмосферном давлении (APD), полученные в результате этого материалы называются ксерогелями. Были синтезированы и исследованы ксерогели на основе МТМС (табл.).
Свойства ксерогелей кремнезема
№ Используемый Объемная Скелетная Пористость Удельная площадь
п/п растворитель плотность плотность поверхности
1 Изопропанол 0,212 1,6 87 503,9
2 Метанол 0,190 1,5 87 468,6
3 Этанол 0,192 1,5 87 413,5
Можно сделать вывод, что ксерогели, синтезированные с использованием различных
спиртовых растворителей, не сильно различаются по свойствам. Оптимальным сочетанием свойств
обладает образец, полученный с использованием в качестве растворителя метанола. Угол смачивания
всех ксерогелей составил 158°, что характеризует данный материал как супергидрофобный.
Список источников
1. Эластичные аэрогели на основе метилтриметоксисилана: влияние сверхкритической среды на структурно-чувствительные свойства / С. А. Лермонтов [и др.] // Журнал неорганической химии. 2015. Т. 60, № 4. С. 549-549.
2. Лермонтов С. А., Сипягина Н. А., Малкова А. Н. Влияние условий синтеза на свойства аэрогелей на основе метилтриметоксисилана // Журнал неорганической химии. 2014. Т. 59, № 12. С. 1641-1641.
3. Mechanical modeling and simulation of aerogels: a review / S. P. Patil [et al.] //Ceramics International. 2020.
References
1. Lermontov S. A., Sipyagina N. A., Malkova A. N. Elastichnye aerogeli na osnove metiltrimetoksisilana: vliyanie sverhkriticheskoj sredy na strukturno-chuvstvitel'nye svojstva [Elastic aerogels based on methyltrimethoxysilane: the effect of a supercritical medium on structurally sensitive properties]. Zhurnal neorganicheskoj himii [Journal of Inorganic Chemistry], 2015, Vol. 60, No. 4, рр. 549-549.
2. Lermontov S. A., Sipyagina N. A., Malkova A. N., Baranchikov A. E., Erov H. E., Petuhov D. I., Ivanov V. K. Vliyanie uslovij sinteza na svojstva aerogelej na osnove metiltrimetoksisilana [Effect of synthesis conditions on the properties of aerogels based on methyltrimethoxysilane]. Zhurnal neorganicheskoj himii [Journal of Inorganic Chemistry], 2014, Vol. 59, No. 12, рр. 1641-1641.
3. Patil S. P. et al. Mechanical modeling and simulation of aerogels: A review. Ceramics International, 2020.
Сведения об авторах
А. А. Колмакова — младший научный сотрудник;
А. Е. Баранчиков — кандидат химических наук.
Information about the authors
Anastasia A. Kolmakova — Junior Researcher;
Alexander E. Baranchikov — PhD (Chemistry).
Статья поступила в редакцию 09.03.2021; одобрена после рецензирования 01.04.2021; принята к публикации 05.04.2021.
The article was submitted 09.03.2021; approved after reviewing 01.04.2021; accepted for publication 05.04.2021.
