Получение, структурные и электроповерхностные характеристики нано- и ультрапористых стёкол в растворах 1:1 - зарядных электролитов

• Автор: Волкова, Анна Валериевна
• Шифр специальности: 02.00.11, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 217 с. : ил.

Введение

I. Обзор литературы.

1.1. Получение пористых стекол.

1.1.1. Общие принципы получения пористых стекол.

1.1.2. Общие представления о механизме выщелачивания двухфазных щслочсборосиликатных стекол.

1.1.2.1. Формирование структуры нанопористых стекол и закономерности

их получения.

1.1.2.2. Особенности получения ультрапористых стекол.

1.1.3. Влияние различных факторов на кинетику выщелачивания

и структуру пористых стекол.

1.2. Влияние тепловой обработки ПС на их коллоиднохимические характеристики.

1.3. Общие представления о заряжение поверхности пористого стекла
в растворах электролитов.
1.3.1. Классические представления об образовании и строении двойного электрического слоя на поверхности оксидов.
1.3.2. Современные представления о заряжении поверхности
оксидов.
1.4. Электрокинетические характеристики мембран.
1.5. Изучение электроповерхностных свойств пористых стекол
II. Экспериментальная часть.
.1. Объекты исследования
.2. Методики эксперимента.
.2.1. Исследование структурных характеристик пористых стекол.
.2.1.1. Определение общей пористости мембран.
.2.1.2. Определение среднего радиуса пор.
.2.2. Исследование электроповерхностных свойств пористых стекол
.2.2.1. Определение адсорбции потенциалопределяющих ионов.
.2.2.2. Определение электропроводности мембран разностным
методом.
.2.2.3. Определение чисел переноса ионов в мембранах.
.2.2.4. Определение электрокинетического потенциала
пористых стекол.
III. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
III.I. Структурные параметры пористых стекол
III. 1.1. Влияние дополнительной щелочной обработки пористых стекол, полученных из базовых натриевоборосиликатных стекол,
на их структурные характеристики.
III. 1.2. Влияние состава стекла и температуры дополнительной тепловой
обработки на структурные характеристики пористых стекол
Ш.2. Адсорбция потенциалопределяющих ионов
1.2.1. Адсорбция потенциалопределяющих ионов на пористых стеклах, полученных из базовых патрисвоборосилика гных стекол.
Ш.2.2. Влияние изменения состава базового стекла и дополнительной тепловой обработки на величину поверхностного заряда
пористых стекол.
Ш.З.Электроироводность пористых стекол
Ш.3.1. Электропроводность нано и ультрапористых стекол, полученных
из базовою натриевоборосиликатпого стекла.
Ш.3.2. Электропроводность мембран 8Б и НФФ с дополнительной
термической обработкой
Ш.4. Числа переноса противоионов в пористых стеклах
1.4.1. Числа переноса противоионов в нано и ультрапористых стеклах, полученных из базового натриевоборосиликатного стекла.
Ш.4.2. Числа переноса в мембранах из пористых стекол 8В и НФФ
с дополнительной термической обработкой.
Ш.5. Элекфокинетнчсский потенциал
Ш.5.1. Электрокииетический потенциал нано и ультрапористых стекол,
полученных из базового натриевоборосиликатпого стекла.
Ш.5.2. Электрокинетический потенциал пористых стекол 8Б и НФФ.
подвергнутых дополнительной термообработке
Ш.6. Расчет электрохимических характеристик пористых сгскол
Выводы.
Литература


Другим параметром регулирования структуры УП стекол служит длительность обработки раствором щелочи, при которой происходит послойное растворение стенок высококремнеземного каркаса, и, следовательно, увеличение объема пор и их радиусов. Время щелочной проработки, необходимое для полного удаления вторичного БК2 из пор НП стекол различной толщины, зависит от содержания БЮ в НИ стекле рис. Структура УН стекол отличается стабильностью своих параметров и не изменяется со временем при хранении на воздухе иди в кислоте. Рис. Изменения в структуре нанопористого стекла, полученною из закаленного до 0С прозрачного натриевоборосиликатного стекла . М КОН в течение разною времени. Таблица 1. Условия тепловой обработки ИСХОДНОГО стекла Диаметр канала, занимаемого нестойкой фазой в двухфазном стекле по данным электронной микроскопии, нм. С,4ч. С, 1ч. С, 4ч. С. 2ч. С, 4ч. С. 5ч. С,4ч. С, 5ч. Примечание. В скобках указаны ориентировочные значения. Рис. Изменение общей толщины ПГ пластины 1 толщины проработанного с одной стороны слоя 2 и не проработанного центрального слоя 3 от времени проработки в 0. М КОН. Первоначально изучаемая область составов натриевоборосиликатной системы была довольно узкой см. В настоящее время разнообразие исходных составов стекол указанной системы, пригодных ия получения пористых стекол, существенно возросло штрихпунктирная линия на рис. I, с. ВлО, мол. Рис. Составы стекол, пригодных для получения пористых и высоко кремнеземных материалов по данным разных авторов I . В системе Вз5Ю2 особое место занимают стекла, состав которых характеризуется низким соотношением ЫаВ2з. Если ЫаВз меньше , то стекла отличаются резко выраженной локально избирательной неустойчивостью. Из таких стекол даже при большой концентрации БЮ2 сравнительно легко выщелачиваются компоненты 0 и Вз . Бор, находящийся в тройной координации, является химически нестойкой составной частью и легко вымывается из стекла кислотами вместе со связанной с ним окисыо натрия. В остатке сохраняется неразрушенным пористый кремнеземный каркас с незначительной примесью щелочи и бора. Это явление послужило началом для разработки технологий получения нанопористых высококремнеземных стекол. При некотором избытке щелочи когда соотношение КаВз превысит бор переходит из тройной координации в четвертную. Эго приводит к образованию кремииевоборокислородного каркаса, болсс устойчивого к воздействию кислоты но сравнению с борокислородными связями . Следовательно, снижается возможность получения пористых стекол из двухфазных стекол с соотношением 2В2з . Влияние состава исходною стекла на химическую устойчивость двухфазных ИБС стекол демонстрируют рис. Видно, что при постоянном молярном отношении КаВз обогащение стекла кремнеземом увеличивает его химическую устойчивость. При одном и том же содержании БЮ2 в стсклс скорость его выщелачивания увеличивается при уменьшении молярною отношения 1МаВз. Согласно современным представлениям, состав химически нестойкой фазы играет существенную роль при выщелачивании двухфазных ЩБС стекол . Обогащение нестойкой фазы кремнеземом приводит к увеличению химической устойчивости стекла рис. Скорость выщелачивания двухфазных сгскол с одинаковым равновесным составом нестойкой фазы одинакова рис. Обогащение нестойкой фазы бором увеличивает скорость выщелачивания сгскла рис. Такое влияние состава нестойкой фазы двухфазных ЩБС стекол на кинетику их выщелачивания обусловлено концентрацией растворенных веществ в реакционной зоне в порах рис. Концентрация растворенных компонентов нестойкой фазы стекла в порах зависит от ее состава вследствие разной устойчивости структурных элементов фазы к реакциям ионного обмена и гидролиза ,1. Время кислотной проработки, ч. Рис. Взаимосвязь между глубиной разрушения и временем кислотной проработки двухфазных НБС стекол с одинаковым молярным отношением МазОВзО. Содержание БЮ указано цифрами у кривых. С.
X
Время кислотной проработки, ч. Рис. Кинетические зависимости глубины разрушения двухфазных НБС стекол с масс. БЮз с разным молярным отношением ЫазОВзОз но данным точки опущены. Отношение 0 указано цифрами у кривых.