CC BY
37
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 6_
УДК 544.54
Е.В. Щербатова*, Д.В. Чекмарь, А.А. Ревина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: evgenya_1093@mail.ru
ОПТИЧЕСКИЕ И АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА, ПОЛУЧЕННЫХ В ОБРАТНЫХ МИЦЕЛЛАХ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО И РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИОНОВ
Аннотация
Для синтеза наночастиц (НЧ) металлов применены методы химического восстановления и радиационно-химического восстановления соли Мора в 0,15 М растворе АОТ в органическом растворителе. Спектрофотометрией в УФ- и видимой области показано преимущество использования радиационно-химического восстановления. Синтезированные НЧ применены для модифицирования полимерных плёнок (целлофана). Модифицирование проводилось двумя методами: «пропиткой» пленок в обратномицеллярных растворах НЧ Fe или «объемным» внедрением НЧ Fe в пленки. Процесс внедрения проводился при непосредственном присутствии пленки в реакторе. Показано, что метод объёмного радиационно-химического внедрения НЧ в полимерные плёнки (образец пленки находился в момент синтеза НЧ в обратномицеллярном растворе) обладает существенным преимуществом.
Ключевые слова: нанокомпозиты; радиационно-химического восстановление; наночастицы; целлофан; обратномицеллярные растворы; нанотехнологии; спектрофотометрия в УФ- и видимой области; бис(2-этилгексил) сульфосукцинат натрия; кверцетин; сольватированный электрон.
Введение
Нанотехнологии рассматривают окружающие нас системы и процессы, протекающие в них, на наноуровне, что позволяет обнаружить новые аномальные эффекты, неизвестные ранее, исследовать новые механизмы взаимодействия, разрабатывать новые методы синтеза нанокомпозитных материалов. Сейчас существует реальная возможность синтезировать наночастицы (НЧ) металлов, неметаллов, оксидов, биметаллов и других соединений с заданными свойствами (каталитическими, магнитными, бактерицидными) и функциональной активностью. Наночастицы металлов и полупроводников находят широкое применение в технологии, электронике, нанофотонике, медицине и сельском хозяйстве. В отличие от частиц макроскопического размера, наночастицы многих металлов имеют каталитические свойства, близкие к металлам платиновой группы, а их применение является более перспективным из-за большей распространённости в природе и более низкой стоимости. Среди многих видов синтеза выделяется метод формирования НЧ в обратномицеллярных системах [1,2]. Нами были использованы два способа синтеза НЧ железа в обратных мицеллах - химическое и радиационно-химическое восстановление ионов. Синтезированные НЧ Бе были использованы для получения модифицированных полимерных пленок. Сравнение адсорбционной способности НЧ Бе показало преимущество введения НЧ в пленки методом радиационно-химического «внедрения» по сравнению с методом «пропитки».
Радиационно-химический синтез наночастиц железа
Для синтеза использовали 0,3 М водный раствор соли Мора (NH4)2Fe(SO4)2*6H2O в 0,15 М растворе
АОТ (бис(2-этилгексил) сульфосукцинат натрия) в изооктане, путем растворения требуемой навески соли в соответствии с выбранными значениями ю=[Н2О]/[ЛОТ]. Приготовленные растворы для удаления кислорода предварительно барботировали гелием и облучали у-лучами 60Co на установке РХМ-у-20. Доза облучения составила 19,7 кГр. В методе радиационно-химического синтеза восстановление ионов металлов происходит за счёт взаимодействия с короткоживущими продуктами радиолиза воды, обладающими восстановительными свойствами:
сольватированные электроны, е-^у, Н, R®. Окислительная компонента радиолиза воды, радикал ОН, за счет взаимодействия с молекулой изопропилового спирта переходит в
восстановительный окси-изопропильный радикал и тоже участвует в реакции восстановления.
Спектры оптического поглощения исходных растворов и образцов после облучения регистрировали с помощью спектрофотометра "Hitachi U-3310" относительно раствора АОТ/изооктан в присутствии кислорода воздуха при комнатной температуре. Длина оптического пути кварцевой кюветы составляла 1.0 мм [3,4].
Влияние значения коэффициента солюбилизации ю=3.0 и ю=5.0 обратномицеллярного раствора на спектры ОП наночастиц представлено на рис. 1 б.
Химический синтез наночастиц железа
Восстановление ионов металлов и формирование НЧ Fe происходит в аэрированных растворах Ме^/ШО/О.И М АОТ/изооктан в присутствии соединений полифенольной природы, флавоноида кверцетина (Qr). Восстановитель Qr растворяли в 0,15 М раствор АОТ в изооктане при концентрации 150 мкМ. В раствор Qr/H2O/АОТ/изооктан вводили водный раствор 0,3 М соли Мора (NH4)2Fe(SO4)2*6H2O в соответствии с выбранными
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 6
значениями коэффициента солюбилизации (ю) [5]. Растворы выдерживали при комнатной температуре в течение 4-6 дней.
На рис. 1а представлены спектры оптического поглощения обратномицеллярного раствора НЧ Fe при разных значениях ю (1.5, 3.0 и 5.0). Можно видеть, что спектры оптического поглощения сразу после синтеза имеют плохо выраженные полосы ОП с ^макс~210 нм, 270 нм, 350 нм, а для раствора НЧ Fe (ю=1.5) регистрируется полоса при Хмакс~425 нм.
Интенсивность поглощения слабо зависит от ю, т.е. от содержания ионов железа.
Спектр НЧ Fe (Рис.1 б) имеет неразрешенную полосу поглощения в области 200-600 нм одинаковой интенсивности для раствора с ю=3.0 и ю=5.0. Результаты, полученные при измерении спектров ОП от времени хранения образцов в течение месяца подтвердили высокую стабильность НЧ в жидкой фазе.
Рис. 1. Спектры оптического поглощения обратномицеллярных растворов наночастиц железа, полученные методом: а) химического восстановления с коэффициентом солюбилизации ю=1.5 - 1, ю=3.0 - 2, ю=5.0 - 3; б) радиационно-химического восстановления с коэффициентом солюбилизации ю=3.0 - 1, ю=5.0 - 2
Модифицирование целлофановых пленок
наночастицами железа Для модифицирования полимерных пленок, толщиной ~30 мкм использованы 2 метода: 1) «Пропитка» пленок в обратно-мицеллярных растворах НЧ Fe Chem (ю=1.5; 3.0; 5.0). Время «пропитки» - 1 неделя.
2) «Объемное» внедрение НЧ Fe в пленки. Процесс внедрения проходил при непосредственном присутствии пленки в реакторе с обратномицеллярным раствором (ю=3.0 и 5.0) в момент синтеза НЧ (Б=19,7 кГр).
Спектры оптического поглощения
модифицированных пленок представлены на рис. 2.
Рис. 2. Спектры оптического поглощения полимерных плёнок, модифицированных наночастицами железа двумя способами: а) методом пропитки, где 1 - немодифицированная плёнка, 2 - плёнка, пропитанная НЧ железа с ю=1.5, 3 -плёнка, пропитанная НЧ железа с ю=3.0, 4 - плёнка, пропитанная НЧ железа с ю=5.0; б) методом внедрения в момент радиационно-химического синтеза НЧ железа, где 1 - немодифицированная плёнка, 2 - внедрение наночастиц железа с
ю=3.0, 3 - внедрение наночастиц железа с ю=5.0
Заключение
Результаты спектрофотометрических
исследований НЧ Fe, полученных различными методами, и анализ результатов по измерению их адсорбционной способности показали, что метод
объёмного радиационно-химического внедрения наночастиц в полимерные плёнки (образец находился в момент синтеза НЧ в обратномицеллярном растворе) обладает существенным преимуществом по сравнению с методом «пропитки». При радиационно-
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 6_
химическом методе НЧ металлов могут молекул растворителя и ионов металла, но формироваться в мелких порах, доступных для недоступных для наночастиц.
Щербатова Евгения Владимировна студент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Чекмарь Дмитрий Викторович студент кафедры нанотехнологии и наноматериалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Ревина Александра Анатольевна д.х.н., профессор, кафедра химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Препарат наноструктурных частиц металлов и способ его получения: пат. 2322327 Рос. Федерация. № 2006101449/02; заявл. 19.01.2006; опубл. 20.04.2008, Бюл. №11.
2. Препарат наноразмерных частиц металлов и способ его получения: пат. 2312741 Рос. Федерация. №2006106833/28; заявл. 07.03.2006; опубл. 20.12.2007, Бюл. №35.
3. Ревина А.А., Ларионов О.Г., Волков А.А., Ларионова А.О., Суворова О.В. Исследование хроматографическим и спектрофотометрическим методами стабильных наночастиц железа, полученных радиационно-химическим методом в обратных мицеллах // Сорбционные и хроматографические процессы. 2010. Т.10. Вып.1. С. 60-65
4. Ревина А.А., Лебедева М.В., Швецов А.А., Раков Э.Г. Электрокаталитические свойства углеродных материалов с наночастицами железа, полученными на основе реакции химического и радиационно-химического восстановления. // Нанотехнологии, наука и производство. 2013. №1(22), с. 62-69.
5. Ревина А.А., Дайнеко С.В., Большакова А.Н., Яштулов Н.А., Томова З.М., Золотаревский В.И. Сравнение оптических свойств и размеров наноструктурированных частиц серебра и железа, полученных методом химического восстановления ионов металлов в обратных мицеллах. // Наукоёмкие технологии. 2011. Т. 12. № 6. С. 68-73.
Shcherbatova Evgeniya Vladimirovna*, Chekmar Dmitry Victorovich, Revina Aleksandra Anatol'yevna D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: evgenya_1093@mail.ru
OPTICAL AND ADSORPTIVE PROPERTIES OF IRON NANOPARTICLES IN REVERSE MICELLES OBTAINED BY CHEMICAL AND RADIATION-CHEMICAL RECOVERY ION
Abstract
For the synthesis of nanoparticles (NPs) of metals used methods of chemical reduction and radiation-chemical reduction of Mohr's salt in 0.15M AOT solution in an organic solvent. Spectrophotometer UV-visible region shows the advantage of using radiation-chemical reduction. The synthesized bass applied to the modification of polymer films (cellophane). The modification was carried out by two methods: "impregnation" films by reversed micellar solutions of NPs Fe or "volume" in the introduction of the NPs Fe into the film. The implementation process was conducted with the direct presence of the film in the reactor. It is shown that the method of volumetric radiation-chemical introduction NPs in polimer film (sample film was at the time of synthesis of the LF in reversed micellar solution) has a significant advantage.
Key words: nanocomposites; radiation-chemical recovery; nanoparticles; cellophane; reversed micellar solutions; nanotechnology; spectrophotometry in the UV and visible regions; bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate; quercetin; solvated electron.
