CC BY
23
УДК 541.182:66.08
Кленова А.О., Васин А.Г., Белова И.А., Макулова В.С., Деркачева И.В., Курьяков В.Н.
СИНТЕЗ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ГИДРОЗОЛЕЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ХЛОРИДА САМАРИЯ
Кленова Анастасия Олеговна, обучающаяся кафедры технологии химико-фармацевтических и косметических средств;
Васин Андрей Германович, обучающийся факультета естественных наук;
Белова Ирина Александровна, к.х.н., доцент кафедры коллоидной химии, e-mail: irinabelova@yandex.ru; Макулова Виктория Сергеевна, обучающаяся кафедры технологии химико-фармацевтических и косметических средств;
Деркачева Ирина Владиславовна, обучающаяся кафедры технологии химико-фармацевтических и косметических средств;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Россия, Миусская пл., д. 9
Курьяков Владимир Николаевич, научный сотрудник института проблем нефти и газа РАН; *Институт проблем нефти и газа РАН. 119333, Москва, Россия, ул. Губкина д.3
Синтезирован гидрозоль кислородсодержащих соединений самария из хлорида соответствующего металла. Были определены некоторые коллоидно-химические свойства полученной системы, такие как: концентрация дисперсной фазы, область агрегативной устойчивости, размер частиц дисперсной фазы, а также величина и знак электрокинетического потенциала.
Ключевые слова: гидрозоль кислородсодержащих соединений самария; наночастицы; агрегативная устойчивость; Z-потенциал.
SYNTHESIS AND SOME PROPERTIES OF HYDROSLOS OBTAINED FROM SAMARIUM CHLORIDE
Klenova A.O., Belova I.A., Vasin A.H., Makulova V.S., Derkacheva I.V., Krnykov V.N.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Samarim oxygenates compounds hydrosol was synthesized. Some colloid-chemical properties of obtained system were determined, such as disperse phase concentration, area of aggregative stability, particles size, value and sign of zeta potential.
Keywords: samarium oxygenates compounds hydrosol; nanoparticles; aggregative stability; Z--potential.
Введение
Получение и исследование соединений редкоземельных элементов на данный момент является очень актуальной задачей. Это связано с их уникальными свойствами, нашедшими широкое применение в различных научных областях, таких как оптика, биомедицина, катализ и многие другие [1, 2]. Особенный интерес вызывают наночастицы на основе соединений лантаноидов (в виде гидрозолей, высокодисперсных порошков и др.). Например, все больше внимания уделяется синтезу катализаторов состава SmCoO3, получаемых с помощью золь-гель технологии, и изучению их свойств [3].
Характеристики таких систем (в особенности такие, как фазовый состав, размеры и форма частиц, область агрегативной устойчивости и электрокинетический свойства), содержащих наночастицы, практически полностью зависят от условий их образования. Исследование влияния условий синтеза позволит подобрать оптимальные условия для получения конечного материала с заданными свойствами.
В связи с этим нами была поставлена задача получить и определить некоторые характеристики гидрозолей соединений самария из хлорида соответствующего металла. Полученные результаты планируется сравнить с ранее полученными
данными исследований гидрозолей, полученных из нитрата самария. На основе сравнения двух систем будет сделан вывод и оценено влияние аниона исходной соли в синтезе дисперсных систем кислородсодержащих соединений самария.
Экспериментальная часть
Гидрозоль кислородсодержащих соединений самария получали по методике, описанной в работе [4]. В качестве исходных реагентов использовались хлорид самария SmQ3•6H2O и водный раствор аммиака КН3 (все реактивы марки "х.ч."). Синтез проводили следующим образом: в водный раствор хлорида самария резко вливали рассчитанное количество водного раствора аммиака при постоянном перемешивании. Далее образовавшийся осадок промывали дистиллированной водой до постоянного значения электропроводности промывных вод. Промытый осадок диспергировался под действием ультразвукового поля до получения опалесцирующего гидрозоля.
Содержание дисперсной фазы в синтезированном золе определялось с помощью фотометрического титрования [5]. Титрантом являлся водный раствор трилона Б, а в качестве индикатора использовался водный раствор ксиленолового оранжевого. Эквивалентный объем
титранта определялся по зависимости оптическои плотности D от объема трилона Б, ушедшего на титрование. Расчет концентрации гидрозоля велся в пересчете на оксид самария Sm2O3.
Для оценки размера частиц дисперсной фазы гидрозоля был использован метод Геллера. Для этого определялась величина оптической плотности D при различных длинах волн X с помощью фотоэлектроколориметра КФК - 2МП. По зависимости lgD - lgX определялся коэффициент в уравнение Геллера [6], после чего рассчитывался размер частиц.
Интервал рН дисперсионной среды, при котором гидрозоль кислородсодержащих соединений самария сохранял агргетивную устойчивость, определялся по изменению величины оптической плотности D при различных значениях рН с помощью фотоэлектроколориметра КФК - 2МП. Измерения рН проводились с помощью прибора рН-meter HI фирмы «HANNA».
Для изучения влияния рН дисперсионной среды на электрокинетические свойства полученного гидрозоля были определены величина и знак Z-потенциала при некоторых значениях показателя кислотности. Измерения электрокинетического потенциала проводились методом
электрофоретического рассеивания света с помощью анализатора размеров частиц и дзета-потенциала Photocor Compact-Z [7, 8].
Обсуждение результатов
Золь, синтезированный указанным способом, является агрегативно устойчивым и не терял таковых свойств в течение нескольких месяцев. К сожалению, на данный момент фазовый состав полученной системы не был определен. Исходя из химической реакции, протекающей в процессе образования частиц, можно однозначно сказать, что твердая фаза состоит только из кислородных соединений самария. Концентрация дисперсной фазы в синтезированном золе составила 10.5 г/л в пересчете на оксид самария Sm2O3.
Далее были определены размеры частиц дисперсной фазы методом Геллера. По результатам расчетов средний размер частиц оказался равен 135 нм. Важно отметить, что данный метод дает значение гидродинамического размера частиц, то есть частицы с учетом имеющихся на них поверхностных слоев. Для определения истинного размера в дальнейшем планируется получить и обработать серию микрофотографий, полученных с помощью просвечивающей электронной
микроскопии.
Также была найдена область рН агрегативной устойчивости синтезированного золя. Данный показатель определялся как интервал рН, в котором изменение оптической плотности было незначительным или отсутствовало вовсе. Исходя из полученной зависимости (рис.1), можно сделать вывод что данная система сохраняет устойчивость в интервале от 6.6 до 9.3 единиц рН.
Рис.1. Область рН агргеативной устойчивости гидрозоля кислородсодержащих соединений самария
При более низких значениях рН падение оптической плотности связано с растворением частиц твердой фазы и переходом их в ионную форму. При рН более 10 наблюдался рост оптической плотности, что может быть объяснено протеканием коагуляции и укрупнением частиц дисперсной фазы.
На следующем этапе работы были определены знак и величина электрокинетического потенциала частиц дисперсной фазы гидрозоля. На рисунке 2 показано изменение ^-потенциала от величины рН дисперсионной среды.
Из приведенной зависимости видно, что поверхность частиц несет положительный заряд, а величина ^-потенциала в области устойчивости золя изменяется от 33 до 27 мВ.
Рис.2. Зависимость ^-потенциала от величины рН дисперсионной среды гидрозоля кислородсодержащих соединений самария
При дальнейшем увеличении рН дисперсионной среды, знак заряда становится отрицательным. Изоэлектрическая точка наблюдается при рН равном 10. По литературным данным [9] рН изоэлектрической точки оксида самария составляет 8.3. Вероятно, это связано с различием в фазовом составе.
Выводы
Был получен гидрозоль кислородсодержащих соединений самария из хлорида соответствующего металла. Определены его некоторые коллоидно-химические свойства. Полученные результаты будут использованы в дальнейшей работе по оценке влияния аниона исходной соли на характеристики получаемых гидрозолей. Полученный гидрозоль может использоваться при получении различных перспективных материалов.
Список литературы
1. Eliseeva S.V., Bunzli J.-C.G. Lanthanide luminescence for functional materials and bio-sciences // Chem. Soc. Rev. 2010. V.39. I.1. P. 189-227.
2. Comby S., Surender E.M., Kotova O., Truman L.K., Molloy J.K., Gunnlaugsson T. Lanthanide-Functionalized Nanoparticles as MRI and Luminescent Probes for Sensing and/or Imaging Applications // Inorg. Chem. 2014. V.53. №4. P. 1867-1879.
3. Osarieme Uyi Osazuwa, Herma Dina Setiabudi, Sureena Abdullah, Chin Kui Cheng. Syngas production from methane dry reforming over SmCoO3 perovskite catalyst: Kinetics and mechanistic studies // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. V.42. I.15. P. 9707-9721.
4. Белова И.А., Киенская К.И., Гродский А.С., Назаров В.В. Синтез и коллоидно-химические свойства гидрозолей оксогидроксида иттрия // Коллоид. Журн. 2008. Т.70. №5. С.601-606.
5. Нипрук О.В., Кирьянов К.В., Пыхова Ю.П., Святкина С.В., Кулешова Н.В. Фотометрическое определение лантаноидов в насыщенных водных растворах труднорастворимых соединений состава Ln(AsUO6)3-nH2O (Ln - La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия химия. Нижний Новгород.
2008. Вып. 2. С. 54-61.
6. Назаров В.В., Гродский А.С., Моргунов А.Ф., Шабанова Н.А., Кривощепов А.Ф., Колосов А.Ю. Практикум и задачник по коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: учебное пособие для вузов // под ред. В.В. Назарова, А.С. Гродского- М.: ИКЦ «Академкнига», - 2007. -374 с.
7. Balabanov S.S., Gavrishchuk E.M., Rostokina E.Y., Plekhovich A.D., Kuryakov V.N., Amarantov S.V., Khamaletdinova N.M., Yavetskiy R.P. Colloid chemical properties of binary sols as precursors for YAG optical ceramics. Ceramics International. V.42. 2016. P. 1757117580.
8. Сайт российской компании, разрабатывающей приборы динамического рассеяния света [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.photocor.ru/ (дата обращения 25.04.2017)
9. Kosmulski M. Compilation of PZC and IEP of sparingly soluble metal oxides and hydroxides from literature // Advances in Colloid and Interface Science.
2009. V.152. P. 14-25.
