Бифункциональность композита нанодисперсный металл (Ag, Cu) - ионообменная матрица в редокс-сорбции молекулярного кислорода из воды

• Автор: Киприянова, Елена Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 164 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Композитные материалы на основе нанодисперсного металла. Нанодиснерсное серебро в ионообменных матрицах.

1.2. Редокссорбция кислорода нанокомпозитами

металлионообменник

1.2.1. Механизм редокссорбции кислорода металлсодержащими нанокомпозитами

1.2.2. Кинетические модели окислительновосстановительных процессов на металлсодержащих нанокомпозитах.

1.2.3. Роль ионообменной матрицы в кинетике редокссорбции кислорода

1.3. Моделирование кинетики внутридиффузионного ионного обмена. Ионный обмен, осложненный химической реакцией

1.4. Заключение

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Получение металлсодержащих нанокомпозитов.
2.1.1. Характеристики выбранных ионообменных смол
2.1.2. Осаждение металла в катионообменники
2.1.3. Осаждение металла в анионообменники.
2.1.4. Определение окислительновосстановительной емкости композитов.
2.2. Исследование кинетики редокссорбции молекулярного кислорода из воды на нанокомпозитах металлионообменник
2.2.1. Подготовка образцов НК
2.2.2. Снятие кинетических кривых газометрическим методом
2.2.3. Анализ состава продуктов окисления серебра
2.3. Определение степени удерживания катионов серебра в ионообменнике методом хроновольтамперометрии.
2.4. Микроскопические исследования
2.5. Рентгеноспектральный микроанализ РСМД
2.6. Инфракрасная ИК и рамановская спектроскопия
2.7. Исследование кинетики ионного обмена.
2.8. Выводы.
ГЛАВА 3. ВЗАИМОВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТОВ В СИСТЕМЕ МЕТАЛЛИОНООБМЕННИК.
3.1. Инфракрасные спектры металлсодержащих НК с различной природой, содержанием и дисперсностью металла
3.2. Зависимость транспортных свойств ионообменной матрицы КУ от содержания одной посадки металла , Си.
3.3. Выводы.
ГЛАВА 4. КИНЕТИКА РЕДОКССОРБЦИИ КИСЛОРОДА ИЗ ВОДЫ АНОЧАСТИЦАМИ СЕРЕБРА В ИОНООБМЕННОЙ МАТРИЦЕ.
4.1. Редокссорбция молекулярного кислорода из воды на НК 0У в К, Иа и н ионных формах
4.2. Редокссорбция молекулярного кислорода из воды на НК 0i Э3 в Н и Наионных формах
4.3. Редокссорбция молекулярного кислорода из воды серебросодержащими НК на основе анионообменников
4.4. Классификация ионообменных матриц по активности серебросодержащих НК на их основе.
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. СТАДИЯ ВЗАИМОДИФФУЗИИ ИОНОВ В МАКРОКИНЕТИКЕ РЕДОКССОРБЦИИ КИСЛОРОДА
НАНОКОМПОЗИТАМИ В ВОДОРОДНОЙ ИОННОЙ ФОРМЕ
5.1. Физикохимические представления о взаимодиффузии противоионов в процессе редокссорбции кислорода металлсодержащими НК.
5.2. Постановка математической задачи кинетики редокссорбции кислорода металлсодержащими нанокомпозитами
5.3. Анализ результатов численного моделирования.
5.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Обсуждается ряд математических моделей кинетики редокссорбции молекулярного кислорода. Проанализированы подходы к описанию внутридиффузионного ионного обмена. Отдельно рассмотрено моделирование ионообменных процессов, сопровождающихся химическими реакциями. Композитные материалы на основе нанодиснерсного металла. Исследование нанокомпозитов НК на основе ионообменных материалов, содержащих частицы металла, является одной из важнейших задач физической химии наноразмерных систем. Интерес к ним обусловлен высокой химической, каталитической и электрохимической активностью таких металлов, связанной с их дисперсным состоянием. Для сохранения активного состояния такие частицы стабилизируют путем введения в различные носители. Синтез наночастиц металлов в растворах полимеров и полимерных матрицах является одним из интенсивно развивающихся направлений получения нанострукгурированных металлсодержащих систем . Среди прочих стабилизаторов перспективными являются матрицы, способные к ионному обмену, поскольку они обладают свойствами селективных сорбентов и позволяют регулировать реакционную среду для процессов с участием наночастиц 1, . В настоящее время разрабатываются методики по получению новых композитных материалов на основе ультра и нанодисперсного серебра, исследуются их свойства. При этом серебро осаждается различными способами в объеме и на поверхности широкого спектра органических и неорганических матриц, среди которых наиболее распространены такие как алюмосиликаты 7, ТЮ2 , пористое стекло , полисахариды , , органические полимеры, содержащие карбоксильные , амино , , , , , , или сульфогруппы . Дисперсное серебро может находиться в виде гранул, нанопленок наностержней 9, , , наностолбиков , нанотрубок . Осаждение серебра в ионообменные матрицы проводят традиционно, чередуя ионообменное насыщение ионогенных групп противоионами серебра и их последующее химическое восстановление 3, 4, , , ,
, x . Такой несложный метод позволяет регулировать размер, распределение, морфологию и содержание металла в композите 3, , , , , . В качестве восстановителей, как правило, используют гидразин 3, , , боргидрид натрия или калия , , , , газообразный водород , , , , . Серебро способно восстанавливаться из ионного состояния под действием электромагнитных волн видимой и ближней УФобласти. Это свойство часто применяют при синтезе серебросодержащих НК, заменяя химическое восстановление облучением фотолиз , , , , , , . Уникальные свойства нанокомпозитных материалов на основе нанодисперсного серебра открывают широкий спектр возможностей их применения. Благодаря сочетанию высокой электропроводности и относительной дешевизне дисперсное серебро активно используется в электронике, в частности, для производства микроэлектродов . В работе указывается на более высокую электропроводность серебросодержащих ПК в сравнении с медьсодержащими. Преимущества серебра в данном случае связаны также с его большим атомным радиусом и, таким образом, большим атомным объемом, вследствие чего создаются благоприятные условия для плотного заполнения пор носителя с образованием металлпроводящих мостиков. Широко исследуются оптические свойства серсбросодержащих ПК. Такие материалы могут применяться для создания реверсивных светочувствительных сред и плазмонных сенсоров , , , , фотоэлектрических элементов , а также фотокатализаторов , , , , . В описан датчик влажности, построенный на основе серебросодержащего композита. Нанокомпозитные материалы на основе дисперсного серебра активно применяются в качестве катализаторов в различных окислительновосстановительных процессах 8, , , , , и электрокатализаторов 5, , . В последнее врет большое значение приобретают бактерицидные свойства композитов, содержащих наночастицы серебра , , , , , . Удобно внедрять серебро в фильтры для совмещения очистки и обеззараживания воды . Эффективность ионообменных мембран и зерен часто снижается вследствие обрастания микроорганизмами. Введение наночастиц серебра в ионообменник позволяет достичь бактерицидного и бактериостатического эффекта , , , , .