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!

    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    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
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 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»