CC BY
28
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 539.23
Егорова М.Н., лаборант Капитонов А.Н., к.х.н, в.н.с Физико-технический институт Северо-Восточного федерального университета г. Якутск, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ БАРЬЕРНЫХ СВОЙСТВ ПЛЕНКИ ОКСИДА ГРАФЕНА НА СОСТАВ СМЕСИ ВОДА-ЭТАНОЛ
Графеновые, графитовые и оксид графеновые пленки обладают очень важным свойством, препятствующим проникновению газов и увлажнителей [1-3]. Это свойство может быть применено для создания защитных барьеров для выпускаемой продукции во многих отраслях промышленности, начиная от продуктов питания, медицинских средств и изделий электроники и заканчивая защитой от коррозии различных сталей, меди, алюминия и т. д.[4,5]. Благодаря дешевизне получения оксид графеновых материалов, они могут обладать конкурентными преимуществами перед другими барьерными материалами.
В мире проводится множество исследований материалов на основе графена, их свойств и возможных приложений, но, конечно же, продолжает оставаться потребность проведения исследований с ними в самых разных условиях. Исходя из этого, целью проведения данной работы является исследование барьерного свойства пленки ОГ площадью около 4 см2, полученной капельным нанесением суспензии оксида графена на подложку и механически отслоенной с неё. Толщина свободной пленки ОГ была измерена на оптическом микроскопе Nikon Eclipse LV100D и составила около 2 мкм.
Водная суспензия ОГ была получена окислением графита фирмы «Aldrich» модифицированным методом Хаммерса [6], из которой путем удаления растворителя получается оксид-графеновая пленка [7].
Изучение барьерных свойств пленки оксида графена в случае разделения смеси «вода - этанол», проводилось при комнатных условиях (температура ~ 20 С, давление ~735-758 мм рт.ст, влажность ~45-60 %, в течение 2 месяцев (61 день). Исходный раствор содержал 6,4 мл этанола и 7 мл воды (47% этанола).
В качестве емкости для исследуемого раствора служила стеклянная ампула объемом 13,5 мл. Внешний вид пленки ОГ и ампулы приводится на рис. 1. Для эксперимента горлышко ампулы, содержащей смесь «вода - этанол», смачивалась водой и накрывалась пленкой ОГ. При этом пленка ОГ намокала и плотно запечатывала ампулу.
Рисунок 1 - а) общий вид пленки ОГ; б) уровень смеси «вода-этанол» на начало эксперимента 25.03.2016; в) уровень смеси «вода-этанол» в конце эксперимента 25.05.2016
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
С течением времени первоначальный уровень смеси «вода-этанол» понижался за счет испарения, что было отмечено метками на ампуле. Был исследован состав смеси «вода-этанол», вычислены объемные концентрации содержания спирта в исходном и конечном растворах. Исследования проводились на инфракрасном спектрометре с Фурье-преобразованием Varían 7000 FT-IR. Для определения объемных концентраций спирта был построен градуировочный график.
На рис. 3 представлены ИК-спектры дистиллированной воды и этанола (95%). Как видно из рисунка, спектр воды имеет основные пики в области 3600-3100 см"1 , вызванные валентными колебаниями OH-групп, участвующих в водородных связях, и в области 1637-1656 см-1 - от деформационных колебаний молекул воды. Спектры этанола в области 3400-3200 см-1 соответствуют валентным колебаниям OH (внутри- и межмолекулярные H-связи), а в области 1045 см-1 - деформационным колебаниям C-C. [8]
IwifwrWr
Рисунок 2 - ИК-спектры дистиллированной воды и этанола (95%)
Для построения градуировочного графика 1этанол1045 = f (Сэтанол) были приготовлены эталонные растворы «вода-этанол» с объемными концентрациями этанола от 10 до 90 %, с шагом 10%.
По полученным интенсивностям в области 1045 см-1 был построен градуировочный график (Рис. 3). 60 -,
0 20 40 60 80 100
С, V %
Рисунок 3 - Градуировочный график для определения содержания этанола
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070
3800 3600 3400 3200 3000 2800 2«Ю 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600
Wjrtnumbef
Рисунок 4 - ИК-спектры исходного раствора «вода-этанол» и раствора «вода-этанол»
под пленкой ОГ через 2 месяца
С помощью градуировочного графика определили объемную концентрацию спирта в исходном и конечном растворах. Концентрация спирта в исходном растворе была равна 47%, а в конечном растворе -72% (Рис. 4).
Таким образом, как и отмечается в [1], показано, что полученная пленка ОГ обладает барьерными свойствами, в результате чего происходит обогащение содержания спирта за счет преимущественного испарения воды из смеси «вода-этиловый спирт». Причиной этого является непроницаемость пространства между чешуйками пленки ОГ для молекул спирта.
Список использованной литературы:
1. Nair, R. R., Wu, H. A., Jayaram, P. N., Grigorieva, I. V. & Geim, A. K. Unimpeded permeation of water through helium-leak-tight graphene-based membranes. Science 335, 442-444 (2012).
2. Bunch, J. S. et al. Impermeable atomic membranes from graphene sheets. Nano.Lett. 8, 2458-2462 (2008).
3. Y. Su , V.G. Kravets , S.L. Wong , J. Waters, A.K. Geim & R.R. Nair, Impermeable barrier films and protective coatings based on reduced graphene oxide, , ARTICLE Received 24 Apr 2014 | Accepted 29 Jul 2014 | Published 11 Sep 2014
4. S.J. Richard Prabakar, Yun-Hwa Hwang, Eun Gyoung Bae, Dong Kyu Lee, Myoungho Pyo, Graphene oxide as a corrosion inhibitor for the aluminum current collector in lithium ion batteries, Carbon 52 (2013) 128 -136
5. Kung-Chin Chang, Min-Hsiang Hsu, Hsin-I Lu, Mei-Chun Lai, Pei-Ju Liu, Chien-Hua Hsu, Wei-Fu Ji, Tsao-Li Chuang, Yen Wei, Jui-Ming Yeh, Wei-Ren Liu, Room-temperature cured hydrophobic epoxy/graphene composites as corrosion inhibitor for cold-rolled steel, PII: S0008-6223(13)00825-7, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2013.08.052? Reference: CARBON 8332
6. Hummers W.S., Offeman R.E. Preparation of graphitic oxide // J. Am. Chem. Soc. 1958 V.80. P. 1339.
7. Г.Н. Александров, С.А. Смагулова, А.Н. Капитонов, Ф.Д. Васильева, И.И. Куркина1, П.В. Винокуров, В.Б. Тимофеев, И.В. Антонова, Тонкие частично восстановленные оксид-графеновые пленки: структурные, оптические и электрические свойства, Российские нанотехнологии, 9 (2014) , 7-8 (июль), стр. 19-23
8. Тарасевич Б.Н., ИК Спектры основных органических соединений. МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, 2012
©Капитонов А Н., Егорова М.Н., 2016
