CC BY
77
УДК 621.039.75
Е.И. Закатилова, Т. Уянга, А.О. Меркушкин, А.В. Обручиков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 e-mail: alexobruch@mail.ru
ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК СЕРЕБРА НА ВЫСОКОПОРИСТОЙ ЯЧЕИСТОЙ КЕРАМИКЕ
Предложен метод получения тонкого слоя серебра на пористой керамической поверхности. Способ основан на химическом восстановлении аммиачного комплекса металла глюкозой или сахарозой. Проведено электронно-микроскопической исследование полученных образцов керамики с серебром. Установлены размеры восстановленных частиц Ag в сравнении с методом упаривания азотнокислого раствора серебра на поверхности керамики.
Ключевые слова: химическое восстановление, серебросодержащие сорбенты, наночастицы серебра
В настоящее время для улавливания летучих форм радиоиода на предприятиях атомной отрасли широко применяются йодные серебросодержащие сорбенты, получаемые нанесением одной из химических форм серебра на пористую инертную матрицу. Нанесение серебра обычно проводится пропиткой носителя раствором AgNOз с последующим высушиванием (например, сорбенты марки «Силоксид») [1].
Работа посвящена исследованию
альтернативного способа нанесения соединений серебра, включающего в себя стадию химического восстановления металла с получением равномерного тонкого слоя серебра на поверхности инертного носителя.
Целью работы было электронно-микроскопическое исследование образцов высокопористой ячеистой керамики на основе оксида алюминия после химического восстановления серебра в разных условиях.
Перед химическим нанесением серебра поверхность носителя, как правило, подвергается сенсибилизации, которая заключается в обработке растворами солей некоторых металлов в низших степенях окисления (например, Sn(II), ^(Ш)) [2]. Считается, что ионы металлов, адсорбируясь на поверхности, выступают центрами роста частиц серебра, что позволяет получить более прочное и равномерное покрытие.
Образцы керамики перед нанесением серебра кипятили в 10% растворе NaOH с целью удаления органических загрязнений с поверхности (обезжиривание). Затем отмытые от щёлочи образцы помещали на несколько минут в 0,5% раствор SnCl2 для сенсибилизации поверхности, после чего промывали дистиллированной водой.
Нанесение металлического серебра на подготовленную поверхность керамики проводили химическим восстановлением аммиачного комплекса серебра глюкозой и сахарозой. Для этого образцы керамики помещали в стеклянные стаканы
с раствором, содержащим AgNOз и NH4NOз, куда затем при перемешивании последовательно добавляли рассчитанное количество растворов NaOH и восстановителя. В ходе эксперимента было подобрано оптимальное соотношение растворов азотнокислого серебра, нитрата аммония, щелочи и восстановителя. Полноту реакции восстановления металла определяли визуально по реакции пробы раствора с соляной кислотой. В результате мольное соотношение исходных компонентов составило: AgNO3 : МНШз : ШОН : С12Н22О11 = 1,0 : 3,2 : 6,6 : 1,23,0.
В ходе реакции восстановления цвет раствора менялся от прозрачного до соломенно-жёлтого переходя к тёмно-коричневому. Реакция с глюкозой завершалась в течение нескольких минут с образованием зеркальной плёнки серебра на стенках стакана и слоя серебра на поверхности керамики. При добавлении сахарозы восстановление протекало значительно медленнее. Образование металлической пленки заканчивалось спустя сутки.
Важно отметить, что в пробах, восстановителем в которых была глюкоза, по окончании реакции наблюдалось значительное количество осадка мелкодисперсного металлического серебра, восстановившегося в объёме раствора.
Количество Ag в керамике определяли титрованием по методу Фольгарда [3], результаты представлены в табл. 1.
В ходе титрования было установлено, что при восстановлении глюкозой содержание серебра на поверхности носителя существенно меньше, и основная масса металла из-за высокой скорости протекания реакции образуется в объеме раствора. В свою очередь, сахароза восстанавливает до 87% Ag от общего количества металла на керамической поверхности.
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXVIII. 2014. № 6
Табл. 1. Содержание восстановленного серебра на поверхности керамики
Обозначения Восстановитель глюкоза Восстановитель сахароза
Водная фаза Керамика Водная фаза Керамика
т (А^), мг 32,90 5,90 5,20 34,80
Доля серебра, % 85 15 13 87
Содержание А§ в керамике, масс.% - 0,10 - 0,58
. .¡К"; ^ 'АчвЧЗ
• ' ' Д ■
. V Лду.- . " '1-.., ■ .-Ь^'-г.- .<?•<. ^ л -л
Я} ■ > • ' ... А «..-..
,, •;.;..>, ч- >£ д ■ £
- У; Ш V
ЭЕМ НУ: 10.0 кУ \ЛГО: 9.67 тт
РХТУ им. Д.И. Менделеева
Рис. 1. Поверхность керамики с А& восстановленным глюкозой (а) и сахарозой (б) при увеличении ЮООх
Л
V
V ? 5г. А?..
'V-
• •». Vх > • ■■«. • д ■
5ЕМ НУ; 10.0 кУ УУО: ».69 тт 5ЕМ МАО: 40.0 кх Ое( В5Е 1 р
В4: Ь 00 5слп "»роос) 0
РХТУ им. Д.И. Мондепеова
Рис. 2. Поверхность керамики с Л§, восстановленным сахарозой при увеличении 40000х
а
б
На рис. 1, 2 представлены изображения ячеистой керамики после нанесения серебра, полученные с помощью электронного микроскопа.
Видно, что в тех образцах, восстановителем в которых являлась сахароза, слой Л§ состоит из более плотно упакованных и равномерно распределенных по всей поверхности частиц сферической формы. Размер частиц в обоих случаях примерно одинаков и составляет 50-70 нм. Таким образом, использование глюкозы при химическом восстановлении серебра
представляется необоснованным ввиду малого выхода (до 15%) на поверхности носителя.
Для сравнения с предложенным способом получения пленки восстановленного Л§ были получены образцы ячеистой керамики с нанесенным на них азотнокислым серебром из раствора с последующим упариванием в соответствии с методикой [1]. На рис. 3 представлены СЭМ-изображения этих образцов после упаривания (а) и прокаленных при температуре 450 оС (б).
а б
Рис. 3. Поверхность керамики с нанесенным азотнокислым серебром до (а) и после (б) прокаливания при 450оС
Таким образом, можно заключить, что в отличие от простой пропитки керамики раствором AgNO3, результатом химического восстановления металлического серебра является более равномерное нанесение серебра, представленного преимущественно наночастицами с размерами 5070 нм. В то время как при упаривании на
поверхности образуются отдельные довольно крупные кристаллы Л§К03, что обуславливает низкую степень использования поверхности носителя. Это также приводит к существенному перерасходу серебра и, в конечном счете, к увеличению цены такого сорбента.
Закатилова Елена Игоревна студентка гр. Ф-45 кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Уянга Тугсуу студентка гр. Ф-45 кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Меркушкин Алексей Олегович к.х.н., с.н.с. кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Обручиков Александр Валерьевич к.т.н., доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Патент RU 2288514 C1. Сорбент для улавливания радиоактивного иода из газовой фазы. Ровный С.И., Пятин Н.П., Истомин И.А.
2. Мелащенко Н.Ф. Гальванические покрытия диэлектриков. Минск: «Беларусь», 1987 г. 176 с.
3. Пятницкий И.В., Сухан В.В. Аналитическая химия серебра. М.: Наука, 1975 г. 258 с.
Zakatilova Elena Igorevna, Uyanga Tugsuu, Merkushkin Alexey Olegovich, Obruchikov Alexander Valer'evich
D.I. Mendeleyev University of Chemical Technologu of Russia, Moscow, Russia e-mail: polaz@mail.ru
OBTAINING SILVER FILMS ON HIGH POROUS CELLULAR CERAMICS Abstract
A method for obtaining of a thin layer of silver on porous ceramic surface is proposed. The method is based on the chemical reduction of ammonia complex of silver by glucose or sucrose. The SEM study of the ceramic samples was carried out. Size of the metal particles was estimated in comparison with method of evaporation of silver nitrate solution on the surface of ceramics.
Key words: chemical recovery, silver-sorbents, silver nanoparticles.
