Термодинамика межфазного взаимодействия и фотокаталитическая активность полимерно-коллоидных систем с наночастицами оксидов металлов : диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук : 02.00.04

📅 2018 год
Мансуров, Р. Р.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение………………………………………………………………………………………………………………………………… 4
Глава 1 Литературный обзор. Влияние размера частиц, их агрегации и природы
иммобилизующей матрицы на фотокаталитическую активность наночастиц оксидов металлов 11
1.1 Явление фотокаталитической активности оксидов металлов……………………………………….11
1.2 Фотокаталитическая активность наночастиц оксидов металлов, иммобилизованных в
матрицах различной природы ……………………………………………………………………………………………18
1.3 Агрегация наночастиц оксидов металлов в водной среде…………………………………………….21
1.3.1 Устойчивость и стабилизация водных суспензий наночастиц оксидов металлов …..21
1.3.2 Влияние агрегации наночастиц оксидов металлов на величину их
фотокаталитической активности ……………………………………………………………………………………25
1.4 Полимерные нанокомпозиты ……………………………………………………………………………………..28
Глава 2 Объекты и методы исследования……………………………………………………………………………… 36
2.1 Объекты исследования……………………………………………………………………………………………….36
2.1.1 Наночастицы оксидов металлов …………………………………………………………………………..36
2.1.2 Вспомогательные материалы ………………………………………………………………………………44
2.1.3 Методики получения полимерных композиционных материалов …………………………45
2.2 Методы и методики исследования………………………………………………………………………………46
2.2.1 Комплексный термический анализ ………………………………………………………………………46
2.2.2 Рентгенофазовый анализ……………………………………………………………………………………..46
2.2.3 Низкотемпературная сорбция азота……………………………………………………………………..47
2.2.4 Электронная микроскопия …………………………………………………………………………………..47
2.2.5 Динамическое рассеяние света…………………………………………………………………………….48
2.2.6 Электрофоретическое рассеяние света…………………………………………………………………50
2.2.7 Изотермическая микрокалориметрия …………………………………………………………………..50
2.2.8 Спектрофотометрический метод измерения концентрации водных растворов ………53
2.2.9 Определение эффективной ширины запрещённой зоны полупроводников
оптическим методом……………………………………………………………………………………………………..55
2.2.10 Определение степени набухания гелей ………………………………………………………………55
2.2.11 Измерение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ методом
избыточного давления проскока пузырька …………………………………………………………………….56
2.2.12 Определение величины адсорбции ПАВ на поверхности частиц оксидов металлов
из водного раствора ………………………………………………………………………………………………………57
2.2.13 Определение фотокаталитической активности частиц оксидов металлов ……………57
Глава 3 Агрегативная устойчивость водных суспензий оксидов металлов и их стабилизация
поверхностно-активными веществами…………………………………………………………………………………… 60
3.1 Агрегация наночастиц оксидов металлов в водных суспензиях …………………………………..60
3.2 Стабилизация водных суспензий оксидов металлов поверхностно-активными
веществами ……………………………………………………………………………………………………………………….64
Глава 4 Фотокаталитическая активность наночастиц оксидов металлов в водных суспензиях .. 80
4.1 Влияние фазового состава наночастиц оксидов металлов на их фотокаталитическую
активность ………………………………………………………………………………………………………………………..80
4.2 Влияние ультразвуковой обработки и наличия ПАВ на фотокаталитическую активность
наночастиц оксидов металлов в водной среде ……………………………………………………………………95
Глава 5 Фотокаталитическая активность композитных гидрогелей на основе полиакриламида и
наночастиц TiO2 …………………………………………………………………………………………………………………. 104
5.1 Структура композитных гидрогелей ПАА/TiO 2 …………………………………………………………104
5.2 Фотокаталитическая активность композитных гидрогелей ПАА/TiO 2 ……………………….112
5.3 Влияние наличия ПАВ на фотокаталитическую активность композитных гидрогелей
ПАА/TiO 2 ………………………………………………………………………………………………………………………..116
5.4 Диффузионный механизм фотокаталитического разложения молекул органического
красителя в присутствие композитных гидрогелей ПАА/TiO 2 при УФ-облучении…………….118
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………………… 126
Список сокращений и условных обозначений ……………………………………………………………………… 128
Список использованных источников …………………………………………………………………………………… 129

Актуальность темы исследования
В настоящее время исследования в области «зеленых технологий» вызывают большой

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1) Установлено, что молекулы анионного ПАВ додецилбензосульфоната натрия
(SDBS) стабилизируют водные суспензии оксидов металлов за счет адсорбции молекул ПАВ с
формированием полумицелл на поверхности частиц. Движущей силой процесса адсорбции на
гидрофильной поверхности наночастиц оксидов металлов в водной среде является увеличение
энтропии системы за счет дегидратации молекул ПАВ.
2) Установлено, что наночастицы TiO2 , полученные методами высокоэнергетического
физического диспергирования, обладают фотокаталитической активностью (ФА) относительно
разложения метилового оранжевого (МО) в водной среде при УФ-облучении. При этом
величина ФА может быть увеличена более чем в 3 раза при помощи термообработки в виде
отжига (в случае наночастиц TiO 2 , полученных методом лазерного испарения) или
ультразвуковой обработки (в случае наночастиц TiO 2 , полученных методом электрического
взрыва проволоки).
3) Показан экстремальный характер зависимости величины ФА оттоженных при 400-
1000 0 С наночастиц TiO2 , полученных методами электрического взрыва проволоки (ЭВП) и
лазерного испарения (ЛИ), от величины их удельной поверхности. Оптимум величины ФА
наночастиц достигается при величине удельной поверхности равной 60 – 70 м2 /г.
4) Исследована ФА композитных гидрогелей ПАА/TiO 2 . Методом термохимического
цикла показано, что взаимодействие цепей полиакриламида (ПАА) с поверхностью наночастиц
TiO 2 является энергетически невыгодным и полимерная сетка не взаимодействует с
поверхностью наночастиц TiO 2 , что делает возможным протекание реакции
фотокаталитического разложения молекул красителя МО на поверхности наночастиц TiO 2 ,
иммобилизованных в объеме гидрогеля ПАА.
5) Показано, что ФА иммобилизованных наночастиц TiO 2 не ограничивается объемом
композитного гидрогеля, а охватывает весь объем водного раствора красителя МО, в который
он помещен, за счет процессов диффузии молекул МО внутрь гидрогеля из раствора с их
последующей фотокаталитической деструкцией. При этом в случае наночастиц TiO 2 -P25
наличие полимерной матрицы гидрогеля создает диффузионные затруднения и уменьшает их
ФА, в случае же менее фотокаталитически активных наночастиц TiO 2 -ЭВП наличие
полимерной сетки гидрогеля не сказывается на величине их ФА, поскольку диффузия не
является лимитирующей стадией процесса.
6) Показано, что кинетика реакции фотокаталитического разложения молекул МО в
водной среде в присутствии наночастиц TiO 2 , независимо от наличия иммобилизирующей
матрицы, описывается уравнением псевдо-первого порядка. Значения эффективных констант k
(мин -1 ) для наночастиц TiO 2 -Р25 составляют 108*10-3 (в суспензии) и 8,2*10-3 (в композите), для
наночастиц TiO 2 -ЭВП составляют 3,9*10-3 (в суспензии) и 4,7*10-3 (в композите).
Дальнейшая работа в рамках данной тематики будет посвящена математическому
моделированию процесса фотокаталитического разложения молекул красителя метилового
оранжевого на поверхности наночастиц TiO2 , иммобилизованных в полимерную сетку
гидрогеля полиакриламида. Также будет исследовано влияние степени сшивки поли мерной
матрицы полиакриламида, а также природы полимерной матрицы гидрогеля на величину
коэффициента диффузии D молекул метилового оранжевого и фотокаталитическую активность
композитного гидрогеля ПАА/TiO2 . Кроме того представляет значительный интерес
исследование агрегации наночастиц фотокатализатора в объеме гидрогеля с целью выявления
влияния фактора формы и величины размеров агрегатов на фотокаталитическую активность
композитного гидрогеля ПАА/ TiO 2 .
Список сокращений и условных обозначений

ФА – фотокаталитическая активность;
МО – метиловый оранжевый;
ЭВП – электрический взрыв проволоки;
ЛИ – лазерное испарение;
SDBS – sodium dodecylbenzenesulfonate (додецилбензосульфонат натрия);
УЗО – ультразвуковая обработка;
ПАА – полиакриламид;
ЭДС – электродвижущая сила;
ДРС – динамическое рассеяние света;
АКФ – автокорреляционная функция;
ШЗЗ – ширина запрещенной зоны;
ККМ – критическая концентрация мицеллообразования;
РФА – рентгенофазовый анализ.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Моделирование деградации кермета Ni-Zr0.82Y0.18O0.91 и композитного эффекта в ионной проводимости композитов La2Mo2O9-La2Mo3O12
    📅 2022год
    🏢 ФГБУН Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук
    Электрохимически активные мономеры и полимеры с пендантными группами на основе соединений 9Н-тиоксантен-9-онового ряда
    📅 2022год
    🏢 ФГБУН Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук
    Кинетика и механизм радикальных реакций гидрофильных тиолов
    📅 2021год
    🏢 ФГБУН Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
    Исследование влияния сопряжения p-электронов в углеродных нанотрубках на их эмиссионные свойства
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
    Хемилюминесценция в реакции ароматических нитрозосоединений с трифенилфосфином
    📅 2021год
    🏢 ФГБНУ Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук
    Термодинамические свойства сополимеров на основе хитозана
    📅 2021год
    🏢 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»