CC BY
15
DOI - 10.32743/UniChem.2023.112.10.16060 СИНТЕЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОФОБНОГО КРЕМНЕЗЕМА
Сотиболдиев Бекзод Сулаймон угли
базовый докторант кафедры химической технологии, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган
Гулямов Баходир Бахтиёр угли
исследователь кафедры физической химии, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Рахмонов Жахонгир Азизжон угли
магистрант кафедры физической химии, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Каттаев Нуритдин Тураевич
и. о. профессора кафедры физической химии, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: ntkattaev@gmail. com
Боймирзаев Азамат Солиевич
проф. кафедры химической технологии, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган
Акбаров Хамдам Икрамович
зав. кафедрой физической химии, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
SYNTHESIS AND CHARACTERISTICS OF HYDROPHOBIC SILICA
Bekzod Sotiboldiev
Basic Doctoral Student of the Department of Chemical Technology, Namangan Institute of Engineering and Technology,
Uzbekistan, Namangan
Bakhodir Gulyamov
Researcher at the Department of Physical Chemistry, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Jakhongir Rakhmonov
Master student of the Department of Physical Chemistry, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Nuritdin Kattaev
Acting Professor of the Department of Physical Chemistry, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: СИНТЕЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОФОБНОГО КРЕМНЕЗЕМА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Сотиболдиев Б.С. [и др.]. 2023. 10(112). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/16060
Azamat Boymirzaev
Professor of the Department of Chemical Technology, Namangan Institute of Engineering and Technology,
Uzbekistan, Namangan,
Khamdam Akbarov
Head of the Department of Physical Chemistry, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Гидрофобный кремнезем на основе метилметоксисилана был синтезирован золь-гель-методом, его структура подтверждена методами ИК-Фурье-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Гидрофобность поверхности кремнезема была показана путем измерения угла смачивания поверхности кремнезема каплей воды.
ABSTRACT
Hydrophobic silica based on methylmethoxysilane was synthesized using the sol-gel method and its structure was confirmed by scanning electron microscopy (SEM) analysis and Fourier-IR spectroscopy method. The hydrophobic nature of the silica surface was demonstrated by measuring the wetting angle of the silica surface with a water droplet.
Ключевые слова: метилтриметоксисилан, золь-гель метод, гидрофобный кремнезем, уголь смачивания.
Keywords: methyltrimethoxysilane, sol-gel method, hydrophobic silica, wetting angle.
I. Введение. В последние годы материалы на основе диоксида кремния привлекают все большее внимание благодаря своей уникальной структуре. Изменяя их свойства (поверхность, пористость, структуру и т. д.) можно расширить области применения. В частности, путем регулирования гидрофильно-гидрофобности материалов на основе кремнезема получены аэрогели, обладающие уникальными механическими свойствами, большой площадью поверхности (>1000 м2/г), очень низкой плотностью (0,03-0,20 г/см3), отличающие такими уникальными свойствами, как эффективная теплоизоляция, высокая термостойкость, негорючесть, хорошая прозрачность, низкий показатель преломления и низкая электропроводность, звукопоглощение [1-3].
Замена одной органоксигруппы в тетраоргано-ксисилоксане, имеющем сильную гидрофильную природу, на углеводородный радикал приводит к
значительному увеличению гидрофобности кремнезема. Чем больше количество функциональных групп Si-O-Si, Si-C и СН в кремнеземе, тем выше его гидрофобность. Поэтому для получения гидрофобных материалов желательно использовать альтернативные прекурсоры с высоким процентом гидрофобных групп [4].
На основании вышеизложенного целью данного исследования является синтез гидрофобного кремнезема с использованием метилтриметоксисилана -(CHз-Si-(OCHз)з) (МТМС) золь-гель методом [5].
II. Экспериментальная часть. Процесс синтеза проводился в два этапа. На первом этапе МТМС гидролизовали в среде этанола при значении рН=10. На втором этапе полученную массу прокаливали при температуре 550оС. Процесс получения гидрофобного кремнезема можно представить следующей схемой:
гидролиз:
ОСНо
I
СН3—Si—ОСНо +
I
осн3
конденсация
он
I
4СН3—Si—ОН
I
ОН
зн2о
он
СН3—Si—ОН + ЗСН3ОН ОН
он он
СН3—Si—О—Si—сн3
о О + 4Н20
Н3с—Si—О—Si—сн3 он он
Для идентификации композита использовали метод Фурье-ИК-спектроскопии (Nicolet iS50, Thermo Scientific, США). Образцы применялись в виде прессованных таблеток с KBr.
Структурная морфология поверхности композита изучена с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), оборудованного микроаналитической системой для энерго-дисперсионного рентгеновского (EDX) микроанализа Jeol JSM-IT200LA (Япония).
III. Результаты и их обсуждение. В Фурье-ИК-
спектре обнаруживаются различные сигналы: помимо типичной для групп Si - ОН в области поглощения при 903,84 см-1, наблюдаются слабые колебания при 2970,43 см-1 и 2867,84 см-1, относящиеся группе С - Н, колебание при 1271,68 см-1 - группе Si - C^, а также при 1024,59 см-1 - соответствует группе Si - O - Si (рис. 1) [4].
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Wavenumber cm-1
Рисунок 1. ИК-Фурье-спектр гидрофобного кремнезема
Структурная морфология синтезированного гидрофобного кремнезема оценена с помощью сканирующей электронной микроскопии. На рис.2
представлена СЭМ микрофотография синтезированного гидрофобного кремнезема.
А* 7universum.com
—-UNIVERSUM:
№ 10 (112)
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
октябрь, 2023 г.
Рисунок 2. СЭМ-микрофотография гидрофобного кремнезема
Как видно из СЭМ-микрофотографии, синтезированный гидрофобный кремнезем имеет высокоразвитую пористую структуру.
Гидрофобность синтезированного кремнезема оценивали путем измерения угла воздействия/ смачивания, образуемого при его контакте с каплей
воды. Для определения угла контакта использовался метод 0/2-угла. Угол контакта рассчитывался по следующей формуле:
tan Q1 = 'г
02 = 2arctan-
Х2 г
Здесь: r - радиус, h - высота.
Результаты измерения угля смачивания образца с водой ^2=136,4 град.) подтверждают образование гидрофобной структуры.
IV. Заключение. Таким образом, золь-гель методом на основе МТМС синтезирован гидрофобный
кремнезем с высокоразвитой пористой структурой, гидрофобность которой подтерждена путем измерения угла контакта между образцом и каплей воды. Показано, что значение угла смачивания характерно для гидрофобных материалов.
Список литературы:
1. He X. et al. Preparation of the methyltriethoxysilane based aerogel monolith with an ultra-low density and excellent mechanical properties by ambient pressure drying //Journal of Colloid and Interface Science. - 2021. - Т. 600. -С. 764-774.
2. Shafi S., Zhao Y. Superhydrophobic, enhanced strength and thermal insulation silica aerogel/glass fiber felt based on methyltrimethoxysilane precursor and silica gel impregnation //Journal of Porous Materials. - 2020. - Т. 27. -№. 2. - С. 495-502.
3. Latthe S S, Imai H, Ganesan V and Rao A V 2010 Porous superhydrophobic silica films by sol -gel process Mi-croporous and Mesoporous Materials 130 115-21.
4. Yun, S., Guo, T., Zhang, J., He, L., Li, Y. et al. Facile synthesis of large-sized monolithic methyltrimethoxysilane-based silica aerogel via ambient pressure drying // Journal of Sol-Gel Science and Technology. - 2017. - Т. 83. - №. 1. -С. 53-63.
5. Darmawan A. et al. Synthesis and characterization of hydrophobic silica thin layer derived from methyltrimethoxysilane (MTMS) //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2018. - Т. 299. - №. 1. -С. 012041.
