Термодинамика стабилизации водных суспензий наночастиц оксидов железа и алюминия, получаемых высокоэнергетическим физическим диспергированием

• Автор: Лейман, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 176 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Литературный обзор. Получение наночастиц оксидов металлов и закономерности стабилизации их водных суспензий

1.1. Получение наночастиц оксидов металлов

1.1.1. Методы физического диспергирования

1.1.2. Химические методы получения наночастиц оксидов металлов

1.1.3. Биологические методы получения наночастиц

1.2. Дезагрегирование и стабилизация суспензий наночастиц

1.2.1. Адсорбция стабилизаторов на поверхности оксидных наночастиц

1.2.2. Электростатическая стабилизация наночастиц в водной дисперсии

1.2.3. Стерическая стабилизация наночастиц в водной дисперсии
1.2.4. Электростерическая стабилизация наночастиц в водной дисперсии
1.3. Основные результаты главы
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Нанопорошки оксидов алюминия и железа
2.1.2. Стабилизаторы суспензий
2.1.3. Приготовление водных суспензий нанопорошков
2.2. Методы исследования
2.2.1. Динамическое рассеяние света
2.2.2. Электрофоретическое рассеяние света
2.2.3. Адсорбционные измерения
2.2.4. Комплексный термический анализ
2.2.5. Изотермическая микрокалориметрия
2.2.6. Изучение эхоконтрастных свойств суспензий

2.2.7. Рентгенофазовый анализ
2.2.8. Низкотемпературная сорбция азота
2.2.9. Электронная микроскопия
2.2.10. Потенциометрическое титрование
Глава 3. Закономерности стабилизации и агрегирования наночастиц Ге3.х04 и А1203 в водной суспензии
3.1. Самостабилизация водных суспензий оксидов металлов
3.2. Агрегирование наночастиц оксидов металлов в водной суспензии
3.3. Влияние кислотности среды на агрегацию в водных суспензиях оксидов металлов
3.4. Влияние концентрации стабилизатора на агрегацию в водных суспензиях оксидов металлов
3.5. Влияние фонового электролита на агрегацию в водных суспензиях оксидов металлов
3.6. Основные результаты главы
Глава 4. Термодинамика взаимодействия стабилизаторов с поверхностью наночастиц Гез_х04 и А1
4.1. Адсорбция стабилизаторов на поверхности нанопорошков оксидов алюминия и железа из водного раствора
4.2. Взаимодействие стабилизаторов с нанопорошками оксидов алюминия и железа в бинарных композициях
4.3. Взаимодействие стабилизаторов с нанопорошком оксида железа в водном растворе
4.4. Основные результаты главы
Глава 5. Исследование возможности применения водных суспензий наночастиц Ре3.х04 и А1203 как контрастных веществ при УЗ диагностике в медицине
5.1...........................................................................Эхоконтрастные свойства суспензий нанопорошков оксида алюминия и железа в воде

5.2. Эхоконтрастные свойства суспензий нанопорошка оксида алюминия в
физиологических средах
5.3. Основные результаты главы
Выводы
Список литературы
Приложение 1. Термограммы термодеструкции стабилизаторов

алюминия, исследована их электрофоретическая подвижность как функция концентрации лимонной кислоты, а также были получены спектры ИК Фурье нарушенного полного внутреннего отражения поверхностного комплекса цитрат-оксид алюминия.
Авторы работы показали, что сорбционное поведение лимонной кислоты зависит от ее концентрации и pH суспензии. Максимальное количество лимонной кислоты, адсорбированной на поверхности частиц, 2.17 мкмоль/м2 при pH 3, падает до 1.17 мкмоль/м2 при pH 8. Адсорбция цитрат-ионов создает сильный отрицательный заряд на поверхности частиц и смешает изоэлектрическую точку в область более низких значений pH. Изоэлектрическая точка обычно находится в области pH от 3 до 9 в зависимости от концентрации лимонной кислоты. Спектры ИК Фурье НПВО указывают на сильное взаимодействие карбоксильных групп лимонной кислоты с поверхностными атомами алюминия. Адсорбированные молекулы лимонной кислоты и ионы водорода формируют вокруг частиц оксида алюминия двойной электрический слой, который препятствует их агрегации.
Специфическую адсорбцию катионов и анионов на поверхности оксида алюминия авторы описывают обменной реакцией на поверхности, используя модель обмена лигандом. Поверхностная гидроксильная группа имеет атом кислорода как донор (основание Льюиса), который может соединяться с протонами или ионами металлов (кислоты Льюиса). Основной структурный элемент на поверхности - ион алюминия является кислотой Льюиса и может обменивать гидроксильную группу на другой анион. Таким образом, специфическая адсорбция кислоты на поверхности оксида алюминия (Э), может быть описана как обмен лигандом, где гидроксильная группа заменяется на карбоксильную.
Э-ОН + ООС-Я 8-ООС-Л + ОН'
Адсорбция кислоты не обязательно приводит к изменению поверхностного заряда. В соответствие с моделью обмена лигандом, -ОН группа на поверхности заменяется Я-СОО', без существенного влияния на поверхностный заряд. Изменение заряда происходит в том случае если: в молекуле присутствуют карбоксильные группы, не связанные с поверхностью; две карбоксильные группы связываются с основным льюисовским центром; -ОН+2 группа (хорошо уходящая) заменяется на гидроксильную.