CC BY
90
Литература
1. Добровольский Д.С., Маракулин С.И., Серцова А.А., Юртов Е.В. Получение наночастиц диоксида кремния методом контролируемого осаждения из раствора // V Международная конференция-школа по химической технологии, сборник тезисов, Волгоград, 16-20 мая 2016 г., Т.1, с. 223-224.
2. Серцова А.А., Маракулин С.И., Юртов Е.В. Наночастицы соединений металлов - замедлители горения для полимерных композиционных материалов. Российский химический журнал, 2015,т.59,№3, с.78-85.
3. Мурадова А.Г. Получение наночастиц оксидов железа с заданным размером для терморегулирующих покрытий и магнитных жидкостей // диссертация, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 2013
Сведения об авторах Добровольский Денис Сергеевич,
магистрант 2 курса, кафедра наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева 123480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, 20 Эл. почта: [email protected]
Маракулин Станислав Игоревич,
аспирант, кафедра наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9.
Серцова Александра Анатольевна,
доцент, к.х.н., кафедра наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9.
Юртов Евгений Васильевич,
член-корр. РАН, д.х.н., профессор заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта: [email protected]
УДК 544.773.32
А. А. Ефименков, Д. А. Быданов, М. Ю. Королёва, Е. В. Юртов
СТАБИЛИЗАЦИЯ ЭМУЛЬСИЙ «МАСЛО-В-ВОДЕ» СМЕСЯМИ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ И НЕИОНОГЕННОГО ПАВ
Аннотация
Исследовано влияние pH дисперсионной среды на седиментационную устойчивость эмульсий типа "масло-в-воде". Изучено влияние наночастиц, ПАВ и их смеси на дисперсность эмульсий.
Ключевые слова:
эмульсии, поверхностно-активные вещества, стабилизация, диоксид кремния.
A. A. Efimenkov, D. A. Bydanov, M. Yu. Korolyova, E. V. Yurtov
STABILIZATION OF "OIL-IN-WATER" EMULSIONS BY MIXTURES OF SILICON DIOXIDE NANOPARTICLES AND NONIONOGENOUS SAS
Abstract
The effect of the dispersion medium pH on the sedimentation stability of oil-in-water emulsions
was studied. The effect of nanoparticles, surfactants and their mixtures on the dispersion
of emulsions was studied.
Keywords:
emulsions, surfactants, stabilization, silicon dioxide.
Эмульсии - термодинамически неустойчивые дисперсные системы, для стабилизации которых требуется введение ПАВ, ВМС или коллоидных частиц [1]. Адсорбция твердых коллоидных частиц на межфазной границе приводит к образованию слоя частиц вокруг капель, который стерически препятствует их сближению, таким образом, стабилизируя капли от коалесценции. Однако большинство немодифицированных частиц, диспергированных в водной или масляной фазе, как правило, остаются в объеме жидкости, а не адсорбируются на межфазной границе. Введение ПАВ в эмульсии, содержащие коллоидные частицы, изменяет смачиваемость последних, что приводит к их адсорбции на поверхности капель [2, 3].
Для эффективной стабилизации эмульсий коллоидные частицы должны обладать промежуточной смачиваемостью обеими жидкими фазами и должны быть слабо флокулированы [4,5]. Эти свойства можно контролировать, модифицируя поверхность частиц.
В данной работе было исследовано влияние pH дисперсионной среды на седиментационную устойчивость эмульсий типа "масло-в-воде", стабилизированных положительно заряженными наночастицами диоксида кремния (Ludox CL), неионогенным ПАВ Tween 80, а также смесью наночастиц и Tween 80. Изучено влияние наночастиц, ПАВ и их смеси на дисперсность эмульсий.
Для получения эмульсий были использованы следующие реактивы: углеводородное масло (Britol 20, USP), Tween 80 (Sigma Aldrich), Ludox CL (30 мас.% суспензия наночастиц SiO2 в воде, Aldrich), бидистиллированная вода.
Объемная доля дисперсной фазы - углеводородного масла в эмульсиях составляла 0,5. Дисперсионная среда эмульсий, стабилизированных наночастицами SiO2, представляла собой 3 мас.% водную дисперсию золя Ludox CL. В случае стабилизации ПАВ - 10 мМ водный раствор Tween 80. Эмульсии, стабилизированные смесью Ludox CL / Tween 80, в качестве дисперсионной среды имели 3 мас.% водную дисперсию наночастиц SiO2 с концентрацией Tween 80 10 мМ.
Прямые эмульсии, стабилизированные смесями Ludox CL / Tween 80, получали следующим образом. К суспензиям наночастиц добавляли водный раствор Tween 80. pH полученной смеси доводили до 2, 4, 6 и 8 с помощью 0,5 М раствора NaOH или HCl. Затем добавляли углеводородное масло и диспергировали смесь в течение 2 мин со скоростью 12 000 об/мин.
Изучение устойчивости эмульсий проводилось при температуре 25°C. После получения эмульсий с течением времени происходило постепенное
отслаивание части водной фазы, которое сопровождалось увеличением доли дисперсной фазы в нерасслоившейся части эмульсии. Через ~2 недели отслаивание водной фазы практически прекращалось. В Таблице 1 приведены значения доли дисперсной фазы в нерасслоившейся части эмульсии через 2 недели после получения эмульсий.
Таблица 1. Влияние рН дисперсионной среды на устойчивость эмульсий, стабилизированных ЬЫох СЬ, Tween 80 и смесью ЬЫох СЬ / Tween 80, к обратной седиментации_
рН 2 4 6 8
Стабилизатор ЬМох СЬ
Доля дисперсной фазы - - 0,73±0,03 0,50±0,03
Стабилизатор Tween 80
Доля дисперсной фазы 0,82±0,03 0,80±0,03 0,80±0,03 0,81±0,03
Стабилизатор Tween80 / ЬМох СЬ
Доля дисперсной фазы 0,76±0,03 0,78±0,03 0,81±0,03 0,60±0,03
Эмульсии, стабилизированные только положительно заряженными наночастицами Ь^ох СЬ, при низких значениях водородного показателя дисперсионной среды являлись неустойчивыми к коалесценции и расслаивались на составляющие фазы практически сразу после получения. Протекание коалесценции можно объяснить тем, что золи Ь^ох СЬ в данном диапазоне рН являлись устойчивыми к агрегации. Поэтому наночастицы медленно адсорбировались на поверхности капель дисперсной фазы, не приводя к стабилизации эмульсий.
Увеличение рН дисперсионной среды до 6 приводило к образованию эмульсий устойчивых к коалесценции, что было связано со снижением агрегативной устойчивости золя и образованием сетчатых агрегатов наночастиц 8Ю2 в объеме дисперсионной среды. Формирование данных структур препятствовало сближению капель дисперсной фазы и последующей коалесценции. Дальнейшее увеличение рН до 8 приводило к образованию регулярной структуры в дисперсионной среде, напоминающей гель. Такие эмульсии являлись устойчивыми к обратной седиментации, отслаивания дисперсионной среды в них не наблюдалось.
Эмульсии, стабилизированные Tween 80, были неустойчивы к обратной седиментации. Изменение рН дисперсионной среды в таких эмульсиях не приводило к изменению их устойчивости. Доля дисперсной фазы в результате отслаивания дисперсионной среды увеличивалась в среднем до 0,80.
При стабилизации эмульсий смесью Tween 80 / Ludox CL в диапазоне рН от 2 до 6 концентрация дисперсной фазы в них увеличивалась практически до тех же значений, как и в случае с Tween 80. Возможно, что стабилизация капель дисперсной фазы происходила только за счет адсорбции молекул ПАВ. С увеличением рН дисперсионной среды до 8 доля дисперсной фазы в эмульсиях возрастала до 0,60, что свидетельствует о стабилизации эмульсий как молекулами ПАВ, так и наночастицами 8Ю2.
Исследование эмульсий с водородным показателем дисперсионной среды равным 8, стабилизированных ЬЫох СЬ, Tween 80, ЬЫох СЬ / Tween 80, с помощью оптической микроскопии (рис. 1) показало, что капли дисперсной
фазы в эмульсиях, стабилизированных Ь^ох СЬ, имели средний размер 25 мкм. При использовании в качестве стабилизатора Tween 80 распределение становилось наиболее узким, максимум на гистограмме соответствовал каплям диаметром 4 мкм. В случае стабилизации эмульсий смесью Ьи^х СЬ / Tween 80 средний диаметр капель был равен 6 мкм.
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Диаметр, мкм
0.4 и
6 8 10 12 14 1618 2022 24 Диаметр, мкм
2 3 4 5 Диаметр, мкм
Рис. 1. Распределения капель дисперсной фазы по размерам и изображения эмульсий, стабилизированных а) Ludox CL, б) Tween80 / Ludox CL, в) Tween 80.
pH дисперсионной среды - 8.
Таким образом, устойчивыми к агрегации и обратной седиментации являются эмульсии, стабилизированные Ludox CL и смесью Tween 80 и Ludox CL, при рН дисперсионной среды, равном 8. Такие эмульсии перспективны для использования в косметических и фармацевтических препаратах для инкапсулирования биологически-активных и лекарственных соединений.
Литература
1. Koroleva M.Y., Nagovitsina T.Y., Bidanov D.A., Gorbachevski O.S., Yurtov E.V. Nano- and microcapsules as drug-delivery systems // Resource-Efficient Technologies. 2016. Vol. 2. № 4. P. 233-239.
2. Velev O.D., Furusawa K., Nagayama K. Assembly of Latex Particles by Using Emulsion Droplets as Templates. 2. Ball-like and Composite Aggregates // Langmuir. 1996. Vol.12. № 10. P. 2385-2391.
3. Быданов Д.А., Паламарчук К.В., Королева М.Ю., Юртов Е.В. Получение прямых эмульсий, стабилизированных наночастицами SiO2 // Успехи в химии и химической технологии. 2015. Т. 29. № 6. C. 102-104.
4. Aveyard R., Binks B.P., Clint J.H. Emulsions stabilised solely by colloidal particles // Adv. Colloid Interface Sci. 2003. Vol. 100-102. P. 503-546.
5. Быданов Д.А., Паламарчук К. В., Королева М. Ю., Юртов Е. В. Получение прямых эмульсий, стабилизированных смесью положительно и отрицательно заряженных наночастиц SiO2 в кислой среде // Успехи в химии и технологии. 2016. Т. 30. № 12. C. 9-11.
Сведения об авторах Ефименков Андрей Алексеевич,
бакалавр 4 курс, кафедра наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта: [email protected]
Быданов Дмитрий Александрович
аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9.
Королёва Марина Юрьевна,
д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. [email protected]
Юртов Евгений Васильевич,
член-корр. РАН, д.х.н., профессор заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта: [email protected]
УДК 546.59: 546.171.5: 66.081
Д. А. Зенова, Я. Ю.Ганичева, Г. О. Калашникова
СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛОГОВ ПРИРОДНЫХ ТИТАНОСИЛИКАТОВ ГРУПП ЗОРИТА И ЛИНТИСИТА В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТОВ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Аннотация
Отработана схема устойчивого получения синтетического №-аналога природного титаносиликаталинтисита - АМ-4.Проведено модифицирование АМ-4 и ETS-4 ионами гидразиния.Показана возможность извлечения благородных металлов из их хлоридного раствора полученными^Н-титаносиликатами при изменении отношении твердой фазы сорбента к жидкой фазе раствора.
Ключевые слова:
АМ-4, ЕТЭ-4, модифицирование, гидразин, сорбция, благородные металлы.
