Получение и электропроводящие свойства модифицированных ионообменных материалов с наноразмерными включениями серебра

• Автор: Беспалов, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Общая характеристика ионообменных материалов.

1.1.1 Строение органических ионообменных материалов.

1.1.2 Кислотноосновные свойства ионообменных материалов

1.1.3 Электрохимические свойства ионообменных материалов

1.1.4 Основные области применения ионообменных материалов

1.2 Модификация ионообменных материалов

1.2.1 Общие принципы модифицирования ионообменников.

1.2.2 Модификация наночастицами металлов

1.3 Свойства металлических наночастиц и методы их получения

1.3.1 Устойчивость наночастиц металлов в растворе.
1.3.2. Восстановители, используемые для получения
металлических НРЧ
1.3.2.1 Боргидриды щелочных металлов
1.3.2.2 Азотоводородные соединения
1.3.2.3 Соединения фосфора и серы.
1.3.2.4 Органические соединения.
1.3.3 Стабилизация металлических наночастиц.
1.3.3.1 Стабилизация наночастиц поверхностноактивными веществами.
1.3.3.2 Стабилизация наночастиц полимерами
1.3.4 Получение напочастиц металлов в неводных растворах
1.3.4.1 Двухфазный синтез в водноорганических системах
1.3.4.2 Синтез наночастиц в обратных мицеллах.
Глава 2. Экспериментальная часть.
2.1 используемые материалы и реактивы
2.2 Предварительная подготовка к работе ионообменных материалов
2.3 Определение концентрации ионов серебра в водном растворе
2.4 Определение ПОЕ исследуемых ионообменных материалов по
катионам серебра
2.5 Построение и исследование изотерм ионного обмена для используемых ионообменников.
2.6 Получение нанокомпозитов МФ4СКМ и МКА
с различным содержанием восстановленного серебра
2.7 Получение объемномодифицированных нанокомпозитов МФ4СКМ и МКМ
2.8 Получение нанокомпозитов МФ4СКМ методом предварительного осаждения
2.9 Исследование структурных характеристик ионообменных материалов, модифицированных наноразмерными
включениями серебра.
2. Исследование электропроводности нанокомпозитов КУА, МФ4СКМ и МКМ в высушенном и набухшем состоянии
2. Исследование диффузионной проницаемости модифицированных мембран МФ4СКМ.
2. Получение золей серебра в изопропаноле и их исследование
2. Исследование процесса фотостимулированной агрегации
золя серебра в изопропаноле.
2. Формирование пленок МФ4СК с инкапсулированными частицами серебра и их исследование.
2. Микробиологические испытания мембраны МК, модифицированной наноразмерными включениями серебра
Глава 3. Модифицирование ионообменных материалов наночастицами серебра при помощи химического восстановления катионов металла в матрице ионообменника
3.1 Модификация гомогенной перфорированной мембраны МФ4СК
и исследование ее свойств
3.1.1 Термодинамические характеристики ионного обмена
для мембраны МФ4СК
3.1.2 Получение и исследование структуры модифицированных мембран МФ4СКМ
3.1.3 Исследование электропроводности
модифицированных мембран МФ4СКМ
3.1.4 Исследование диффузионной проницаемости модифицированных мембран МФ4СКА
3.1.5 Получение нанокомпозитов МФ4СКА с использованием метода предварительного осаждения.
3.2 Модификация гетерогенной мембраны МК
и исследование ее свойств
3.2.1 Термодинамические характеристики ионного обмена ЫаАт
для мембраны МК.
3.2.2 Получение и исследование структуры модифицированных мембран МКЛ
3.2.3 Исследование электропроводности мембран
в высушенном состоянии
3.3 Модификация гранулированного катионита КУ
и исследование его свойств.
3.3.1 Термодинамические характеристики ионного обмена ,
для катионита КУ.
3.3.2 Получение и исследование нанокомпозитов КУА
3.4 Исследование микробиологической активности мембраны МК, модифицированной наноразмерными включениями серебра
3.5 Заключение.
Глава 4. Модифицирование мембраны МФ4СК наночастицами серебра при помощи их введения в раствор иономера с последующим высушиванием композитных ионообменных пленок.
4.1 Модифицирование мембраны МФ4СК наночастицами серебра
в изопропаноле.
4.1.1 Получение и исследование золей серебра в изопропаноле
4.1.2 Исследование влияния концентрации Лапрола
на устойчивость золей серебра в изопропаноле.
4.1.3 Исследование процесса фотостимулированной агрегации золя наноразмерных частиц серебра, стабилизированных полиэфиром Лапрол
4.1.4 Получение нанокомпозитных мембран МФ4СК
с инкапсулированными наночастицами серебра
4.1.5 Исследование электропроводности и диффузионной проницаемости мембран МФ4СК с инкапсулированными наночастицами серебра
4.2 Заключение.
Выводы.
Список литературы


Найдены оптимальные условия синтеза, позволяющие получать агрегативно устойчивые золи серебра в изопропаноле с узким распределением частиц по размеру, стабилизированные простым полиэфиром Лапрол. Результаты работы используются при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по курсу Химия перспективных материалов для студентов факультета химии и высоких технологий Кубанского государственного университета. Зависимость размера и пространственного распределения частиц серебра в матрице перфторированной мембраны МФ4СК от условий синтеза. Условия получения модифицированных серебром мембран МФ4СК и МК, обладающих поверхностной и объемной электронной проводимостью. Влияние наноразмерных включений серебра на электрохимические и массообменные характеристики модифицированных ионообменных материалов. Способ модификации перфторированной мембраны МФ4СК наночастицами серебра, позволяющий получать материалы с равномерным распределением частиц по толщине мембраны. Апробация работы и публикации. НАНО Екатеринбург, , Москва, Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях Москва, Наноматериалы, нанотехнологии, наноиндустрия Казань, Химия и технология новых веществ и материалов Сыктывкар, Актуальные проблемы химии и методики преподавания химии Саранск, . Всего по теме диссертации опубликовано работ, в том числе 6 статей, опубликованных в рецензируемых журналах из них 3 входят в перечень научных изданий ВАК РФ. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4х глав, выводов, списка обозначений и сокращений и списка цитируемой литературы. Работа содержит 7 страниц машинописного текста, включая рисунков, 5 таблиц, список литературы 3 наименования. Глава 1. Ионообменные и мембранные материалы на основе органических соединений в настоящее время используют гораздо чаще, чем аналогичные материалы на основе неорганических соединений. Поэтому большинство современных моделей переноса и строения ионообменных материалов разработано именно для систем на основе органических веществ. Разные по природе органические ионообменные материалы, включая гомогенные мембраны и гелевые ионообменники, являются неоднородными 1,2. В одних случаях неоднородность специально формируется в процессе синтеза макропористые гранулированные ионообменники, гетерогенные мембраны, в других возникает самопроизвольно. Неоднородность материала существенно влияет на механизм переноса и многие физикохимические свойства ионообменников, а также на эксплуатационные характеристики мембранных систем. Ионообменный материал, находящийся в равновесии с атмосферой, называют воздушносухим. Но даже в этих условиях в нем присутствует некоторое количество воды, например, для сульфокатионита 2 молекулы воды на сульфогруииу, а для иерфторуглеродных мембран 3 мас. Строение сухого ионообменника определяется условиями синтеза полимера. Существует множество причин неоднородности структуры ионообменников, основными из которых являются конформационные переходы образующихся макромолекул в процессе синтеза, образование водородных связей между соседними функциональными группами, неравномерность включения сшивающего реагента в полимерную матрицу. Кроме того, большое влияние на реальную структуру ионообменников оказывают побочные реакции на различных стадиях синтеза. В результате побочных окислительновосстановительных процессов в сульфокислотных ионообменниках появляются карбоксильные и гидроксильные группы, обнаруживаемые химическими и спектральными методами 5. При гидратации ионообменников происходит существенная перестройка их структуры. Следствием гидратации ионов и гидрофильных участков полимерной матрицы является набухание ионообменника. При этом подвижность полимерных цепей возрастает, что, наряду с образованием разветвленных водородных связей, облегчает дополнительное актирование и приводит к формированию кластеров и других элементов структур, строение и состав которых болееменее однородный. В силу этого обстоятельства такие структурные образования нередко называют фазами.