Устойчивость к седиментации наночастиц CdS, синтезированных в микроэмульсии Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

3. Ритчи Г.М., Эшбрук А.В. Экстракция. Принципы и применение в металлургии. [Пер. с. англ. под ред. Б.Н. Ласкорина]. М.: Металлургия, 1983.480 с.

4. Юртов Е.В., Мурашова Н.М., Даценко A.M. Гелеобразование при экстракции тербия ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой // Ж. неорган, химии. 2006. Т. 51. № 4. С. 728-734.

5. McDowell W. J., Perdue Р.Т., Case G.N. Purification of D2EHPA // J. Inorg. and Nucl. Chem. 1976. V. 38. №11. P. 2127-2129.

УДК 546.221:541.18

E. В. Гуляева, Л. Ц. Фэн, M. Ю. Королева, Е. В. Юртов

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия

УСТОЙЧИВОСТЬ К СЕДИМЕНТАЦИИ НАНОЧАСТИЦ CdS, СИНТЕЗИРОВАННЫХ В МИКРОЭМУЛЬСИИ

The process of sedimentation of cadmium sulfide nanoparticles was studied. The CdS nanoparticles were synthesized in microemulsion. The region of the existence of dispersion stable to sedimentation is determined. The sedimentation velocity of nanoparticles was calculated. The dispersion was non-stabile to sedimentation when the size of cadmium sulfide nanoparticles higher than 2 nm, that results in the particle precipitation in Uie system.

Изучен процесс седиментации наночастиц сульфида кадмия, синтезируемых в микроэмульсии. Определена область существования устойчивой дисперсии н изучена скорость седиментации иаиочастиц в растворе. Показано, что при размере наночастиц сульфида кадмия выше 2 им дисперсия теряет устойчивость к седиментации, что припилит к постепенному оседанию частиц в системе с образованием осадка.

К актуальным направлениям в нанотехнологии относится разработка методов получения наночастиц (114) с узким распределением но размерам и их стабилизация в растворах для получения дисперсий, устойчивых к агрегации и седиментации. Одним из перспективных методов является синтез НЧ в микроэмульсии. Микроэмульсия представляет собой многокомпонентную двухфазную систему, содержащую масло, воду и поверхностно-активные вещества [1]. В обратной микроэмульсии капли водного раствора диспергированы в органической фазе, поверхность капель воды стабилизирована адсорбционным слоем поверхностно-активного вещества. Капли дисперсной воды в микроэмульсии могут служить нанореакторами для синтеза НЧ. Одним из наиболее важных достоинств данного метода является возможность синтеза квантовых точек полупроводников с узким распределением частиц по размерам. При этом необходимо тщательно контролировать условия синтеза и концентрации веществ, чтобы, при изменении состава не выйти за границы существования микроэмульсионной системы. При этом важным вопросом является седиментационная устойчивость синтезированных НЧ, так как при увеличении их объема возрастает скорость их седиментации, что может привести к их выходу из капель микроэмульсии и после-

дующему выпадению осадка.

В данной работе проводился синтез НЧ СсШ в микроэмульсии, состоящей из н-гептаиа, аэрозоля ОТ, водных растворов прекурсоров. Исследовался синтез НЧ СйБ при различных соотношениях концентраций воды и аэрозоля ОТ W<22,4. Концентрации прекурсоров Сс1(Ж)з)2 и ЫагЭ варьировались 0,2 до 0,7 М.

Синтез СМ8 происходил при всех концентрациях прекурсоров, однако, при высоких концентрациях реагентов в системе наблюдалось выпадение осадка. Как показали предыдущие исследования, дисперсии НЧ Сс18, устойчивые к седиментации, образуются при = 22,4 в случае, если концентрации С(5(ЫОз)ги Иазв не превышают 0,5 М [2].

По данным работы [3] был оценен диаметр капель в микроэмульсии, состоящей из н-гептана, воды и аэрозоля ОТ при = 22,4, он составил 8 нм. Выл проведен теоретический расчет размеров НЧ (Ж, которые могут образоваться в каплях микроэмульсии с такими размером при различных концентрация прекурсоров. При этом использовалось допущение, что химическая реакция между прекурсорами протекает до конца. На рнс. 1 представлена зависимость максимально возможного диаметра НЧ С<18, которые могут быть синтезированы в каплях микроэмульсии диаметром 8 нм, от концентрации реагентов.

Исходя из полученной зависимости, максимальный диаметр НЧ С(18, устойчивых к седиментации, при концентрациях прекурсоров 0,5 М составляет ~ 2 им. Более крупные НЧ, по-видимому, не могут удержаться в каплях микроэмульсии и выпадают с образованием осадка.

Скорость седиментации НЧ была рассчитана по уравнению:

у _ гг'Ак % '

где г - радиус НЧ, Др - разность плотностей С<й и воды, g - ускорение свободного падения, 11 - динамическая вязкость водной среды.

з

1

I 2-

а

1,5 -

I -I-1---.-т-1-1-1

О 0,2 0,4 0,6 0,8 I 1,2

Концентрации, М

Рис. I. Зависимость диаметра НЧ С<Ш, синтезированных к каплях микроэмульсин диаметром 8 нм, от концентрации прекурсоров

Затем было оценено время, необходимое для смещения капли вниз на расстояние, равное диаметру капли микроэмульсии, которое отвечает выпадению НЧ из капель микроэмульсии. На рис. 2 показана зависимость времени смещения НЧ СсК в результате седиментации от размера НЧ сульфида кадмия.

Диаметр НЧ, им

Рис. 2. Зависимость времени смешения НЧ С(№ на расстояние, равное диаметру капли микроэмульсии, от диаметра НЧ

Как видно из зависимости, НЧ СсШ диаметром менее 2 им оседают достаточно медленно. При более высоких размерах скорость седиментации резко возрастает и время смещения стремится к нулю. ГТо-видимому, такой размер НЧ Сс18, синтезируемых в каплях микроэмульсии, является критическим для получения дисперсий, устойчивых к седиментации. При превышении этого размера НЧ выпадают в осадок. При меньших размерах НЧ образуются дисперсии, которые сохраняют седимен-тациониую устойчивость в течение нескольких месяцев, что подтверждено экспериментальными результатами.

Библиографические ссылки

1. Микроэмульсии: Структура и динамика / Ж. Биэ [и др.]; . Б. Клэн, П. Лаланн, А.-М. Белло, Д. Ру, С. Фриберг, Ю.-Ч. Лянь и др. [Под ред. С. Фри-берга и П. Ботореляил]. [Пер. с англ.]. М.: Мир, 1990. 320 с.

Колбичев П.А., Королева М.Ю., Юртов Е.В. Микроэмульсионный синтез наночастиц сульфида кадмия. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. И.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. Т. XXII. № 8. С. 35-37.

2. Надточенко В.А., Разумов В.Ф., Алфимов М.В. Получение стабильного ультрадисперсиого коллоида в микроэмульсиях вода/масло // Известия АН СССР, серия химическая, 1989. № 3. С. 479-480