Введение к работе
Актуальность темы Пористые стекла (ПС) являются одной из наиболее важных как в фундаментальном, так и в практическом отношении канальных наноструктурных систем Они являются современным высокотехнологичным материалом, который в настоящее время находит широкое применение в качестве матриц для создания композиционных кварцоидных стекол и микрооптических элементов, применяемых в лазерной технике и оптическом приборостроении, функциональных элементов для создания микроаналитических био- и хемосенсорных устройств (микрофлюидных чипов), селективных мембран, электрокинетических датчиков, в качестве твердых, способных к регенерации носителей катализаторов в химическом катализе, твердых адсорбентов Широко применяются в настоящее время и ультрапористые стекла (для иммобилизации и очистки вирусов и т д) Практические свойства ПС в значительной степени определяются морфологией пор и характеристиками поверхности поровых каналов В связи с этим актуальной задачей является изучение возможности регулирования пористой структуры ПС, в том числе путем их термического модифицирования, а также регулирования коллоидно-химических характеристик мембран Важным для развития фундаментальных представлений современной коллоидной химии является использование ПС в качестве модельных систем при изучении влияния структуры и химического состава мембран на их равновесные и транспортные характеристики
Целью работы было 1) получение нано- и ультрапористых стекол из базового натриевоборосиликатного стекла (НБС), а также из стекла, содержащего добавки фторид-ионов и оксида фосфора (НФФ), 2) исследование влияния состава и предподготовки базового стекла, условий получения и термообработки мембран, специфичности противоиона на их структурные, адсорбционные и электрокинетические характеристики для отработки условий получения мембран с заданными структурой порового пространства и электроповерхностными свойствами
Научная новизна Впервые проведено комплексное исследование влияния условий термообработки исходного стекла, условий выщелачивания, дополнительной термообработки пористого стекла, времени контакта и состава контактирующей жидкой фазы на коллоидно-химические характеристики нано- и ультрапористых стекол Показано, что при одном химическом составе ПС в нанодиапазоне размеров пор структурный фактор оказывает определяющее влияние на электроповерхностные свойства мембран Найдено, что время термообработки исходного стекла и концентрация выщелачивающего раствора определяет размер и упаковку глобул вторичного кремнезема в ликвационных каналах, степень влияния дополнительной термообработки ПС на их структурные и электроповерхностные характеристики обусловлена составом и условиями термообработки исходного стекла Установлено, что высокая специфичность органического противоиона приводит к резкому (более чем на порядок) уменьшению его подвижности в нанопористом стекле, приводящему к уменьшению электропроводности раствора в порах капиллярной системы (при С = ЗхЮ"4 - ЗхІСГ3 М) и чисел переноса противоионов (при С > 5х1(Г М) по сравнению с параметрами свободного раствора На основе полученных экспериментальных данных рассчитаны равновесные и транспортные характеристики исследованных мембранных систем
Практическая ценность Проведенные исследования важны для отработки оптимальных условий получения нано- и ультрапористых стекол с заданными структурой порового пространства и электроповерхностными характеристиками, что позволит расширить круг практических задач, решаемых с использованием пористых стекол, а также оптимизировать их использование в качестве селективных мембран, электрокинетических датчиков, сорбентов, твердотельных матриц в лазерной технике и оптическом приборостроении
Апробация работы Результаты работы были доложены на II Международной конференции "Коллоид-2003" (Минск, 2003), VI Молодежной научной конференции ИХС РАН (СПб, 2004), IV Международной конференции "Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии" (СПб, 2004), Международной конференции "Nanoparticles, Nanostmctures and Nanocomposites" (СПб, 2004), III научной сессии УНЦХ (СПб, 2004), Международной конференции "Физико-химические основы новейших технологий XXI века" (Москва, 2005), XIII Международной конференции "Surface Forces" (Москва, 2006), 3-й Всероссийской конференции (с международным участием) "Химия поверхности и нанотехнология" (Хилово - СПБ, 2006), XVI Международной конференции по химической термодинамике в России (RCCT2007) (Суздаль, 2007), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007)
Публикации По материалам диссертации опубликовано 5 статей (в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК) и 10 тезисов докладов
Положения, выносимые на защиту:
Результаты комплексных исследований структурных параметров и электроповерхностных характеристик пористых стекол в зависимости от состава и условий термообработки исходного стекла, условий выщелачивания, условий дополнительных щелочной и термической обработок мембран и времени их контакта с растворами электролитов (КС1, NaCl и (C^Hs^NCl)
Совокупность факторов, определяющих средний радиус пор мембран (г), а также размер и упаковку глобул вторичного кремнезема в ликвационных каналах
Результаты анализа влияния состава и предподготовки ПС, особенностей структуры порового пространства, рН и концентрации электролита, специфичности противоиона на заряд поверхности, коэффициент эффективности, число переноса противоиона, электрокинетический потенциал
Результаты расчетов констант поверхностных реакций и адсорбционных потенциалов ионов в рамках 2-рК модели, результаты расчета электрохимических параметров ПС - концентраций ко- и противоионов в порах ПС, потенциалов Доннана, конвективной составляющей поверхносгной проводимости, подвижности ионов в поровом пространстве в рамках гомогенной модели
Объем и структура диссертации Диссертационная работа объемом 217 страниц машинописного текста состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методик исследования, экспериментальных результатов и их обсуждения и выводов В диссертации приводится 89 рисунков, 22 таблицы, список литературы, включающий 99 наименований и приложение (43 стр )
Похожие диссертации на Получение, структурные и электроповерхностные характеристики нано- и ультрапористых стёкол в растворах 1:1 - зарядных электролитов
