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!

    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    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
    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
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 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
    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
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 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»