Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Икаев Асланбек Мухарбекович

Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями
<
Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Икаев Асланбек Мухарбекович. Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Икаев Асланбек Мухарбекович; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова]. - Москва, 2008. - 142 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-2/119

Содержание к диссертации

Введение

1 .Литературный обзор 7

1.1. Строение и химическое модифицирование поверхности оксида железа 7

1.2. Строение и химическое модифицирование поверхности оксида меди 30

1.3. Строение и химическое модифицирование поверхности диоксида олова 38

1.4. Строение и химическое модифицирование поверхности оксида цинка 52

2. Экспериментальная часть 64

2.1. Синтез носителей 64

2.2. Определение характеристик полученных носителей 68

2.3. Синтез модификаторов 70

3. Обсуждение результатов 76

3.1. Влияние условий синтеза на свойства получаемых носителей 76

3.2. Модифицирование поверхности синтезированных носителей и исследование модифицированных носителей 88

Выводы 125

Список литературы

Введение к работе

Химическое модифицирование поверхности дисперсных и массивных минеральных оксидов позволяет синтезировать широкий круг гибридных материалов, физические свойства которых определяет материал подложки, а химические — природа ковалентно-закрепленного на поверхности соединения. Спектр практического использования поверхностно-модифицированных оксидных материалов чрезвычайно широк. Такие материалы используют в качестве селективных сорбентов, гетерогенных катализаторов, сенсоров, наполнителей полимеров и т. д. Химически закрепленные привитые молекулярные слои позволяют регулировать адгезию, гидрофильно-липофильный баланс и обладают антикоррозионными свойствами. Выявление закономерностей химического модифицирования позволяет регулировать свойства поверхности материалов в зависимости от поставленной практической задачи.

Интерес к модифицированию поверхности оксидов промышленно важных металлов (в первую очередь, железа, алюминия, меди, титана) вызван необходимостью защищать от коррозии порошки этих металлов и их сплавов. Кроме этого, модифицирование поверхности этих металлов позволяет повышать их совместимость в различных композитах (простейший пример — покраска металлической поверхности), а модифицирование самих оксидов - облегчить создание композитных материалов (красок, наполненных полимеров и т.д.).

Различные модификации оксидов упомянутых металлов используются в катализе, высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), создании селективных газоразделительных и каталитических мембран. На основе привитых неорганических полимеров созданы селективные сорбенты для извлечения и концентрирования микроколичеств ионов металлов, органических и природных соединений.

Химическое модифицирование оксидной пленки, покрывающей большинство металлов, позволяет создавать эффективные антикоррозийные покрытия. Это важно для защиты от коррозии металлических изделий, применяющихся в самых разных областях, в частности в микроэлектронике и сенсорике.

Необходимо также иметь в виду и фундаментальный аспект разработки путей химического модифицирования. Выявление закономерностей прививки различных классов соединений, соединений с различным числом функциональных групп, исследование влияния предыстории и обработки носителя, типа уходящей группы, природы радикала, связанного с якорной группой — важная задача химии поверхности.

Традиционными реагентами для модифицирования оксидов металлов, так же как и для оксида кремния, являются кремнииорганические соединения. Однако в ряде случаев получить модифицированный носитель с нужными свойствами затруднительно, используя эти реагенты (трудоемкость синтеза модификатора, несовместимость необходимых функциональных, групп с якорной группировкой и т.д.). В последние годы в литературе появились упоминания о возможности применения для модифицирования, поверхности оксидов производных фосфора, таких, как алкилфосфоновые кислоты и алкилфосфаты. Химия этих соединений заметно отличается от химии кремнийорганических, поэтому во многих случаях они могут оказаться полезными и даже незаменимыми для получения модифицированных поверхностей. Однако работы по применению кремний-и, особенно, фосфорорганических соединений для модифицирования поверхности оксидов металлов носят сугубо прикладной характер и не отличаются систематичностью. Таким образом, задача систематического исследования закономерностей химического модифицирования поверхности оксидов металлов является актуальной.

Строение и химическое модифицирование поверхности оксида меди

Оксид меди относится к классу полупроводниковых соединений группы AIIBVI и кристаллизуется в структуре типа PtS. Атом меди(П) в кристаллическом СиО образует четыре компланарные связи с кислородом. Валентные углы О-Cu—О составляет 84,5 и 95,5 , так что экваториальный квадрат сильно искажен. Связи Си—О, лежащие над экваториальной плоскостью и под ней, намного длиннее (2,78 А), чем экваториальные связи (1,96 А) в плоском четырехугольнике. Таким образом, у меди(П) в СиО -плоский координационный полиэдр, а кислород имеет тетраэдрическую координацию (рис. 8). Периоды ячейки (при нормальной температуре) имеют значения: а = 0,46837 нм, b = 0,34226 нм, с = 0,51288 нм, и несколько зависят от стехиометрического состава СиО [56].

Плотность оксида меди (II) составляет 6,51 ± 0,03 г/смЗ [57]. Его цвет в зависимости от температуры и отклонения от стехиометрии меняется от коричневого до черного. Кратчайшее расстояние между атомами кислорода и меди составляет 1,982 А параллельно оси С и 1,968 А в трех других направлениях ближайшего тетраэдрического окружения . Термодинамические данные для оксида меди при стандартных условиях: Ср= 42,3 Дж/(моль К); ДН0ПЛ=55,7 кДж/моль, АНобр=162,1 кДж/моль; S0298=42,7 Дж/(моль К). Оксид меди разлагается при 1026 С . Удельная электропроводность в зависимости от метода приготовления образцов СиО меняется в пределах о = 10 15 - 10 17 Ом-1-см-1 и в основном зависит от степени отклонения состава от стехиометрии и состояния поверхности (адсорбция газов) . Оксид меди парамагнитен, так как спины связывающих электронов не спарены и их суммарный спин не равен нулю.

Электронные конфигурации изолированных атомов имеют следующий вид: О - 1S22S22P4; Си - ls22s22p63s23p63dI04s\ Орбиты 2s и 2р кислородных ионов О"2 образуют занятую валентную зону, a 4s-ypoBHH ионов Си 2+ создают зону проводимости. В природе СиО представлен минералом теноритом. Методы получения оксида меди Оксид меди может быть получен различными способами [58]. Так, он образуется при сгорании нагретой на воздухе металлической, а также при термическом разложении гидроксида меди (II) и ряда солей меди, например галогенидов, сульфата, ацетата.

Кроме того, оксид меди может быть получен путем разложении гидроксикарбоната меди, осажденного из растворов солей меди. Cu2(OH)2C03 = 2СиО + С02 + Н20, при температуре больше 200С Также оксид меди может быть получен обжигом природного минерала ковеллина: 2CuS + 302 = 2CuO + 2S02. Синтез высокодисперсного оксида меди молено провести сжиганием нитрата меди(П) в CO(NHNH2)2: 4Cu(N03)2 +5CO(NHNH2)2 = 4CuO + 15 H20 + 5C02 + 14N2 При действии на соли меди(П) щелочей выпадает объемистый синий осадок аморфного гидроксида Си(ОН)2, который при нагревании до 80С отщепляет воду, превращаясь в оксид СиО. Проводя синтез этого соединения, важно помнить, что даже небольшой избыток щелочи вызывает протекание дегидратации в растворе уже при комнатной температуре.

При сильном прокаливании безводный сульфат меди(И) также разлагается, превращаясь в оксид: 2CuS04 = 2CuO + 2S02 + 02 , при температуре больше 710С Химическое модифииирование поверхности оксида медиЩ) Медь, благодаря своей высокой тепло- и электропроводности и ковкости, широко используется в самых разных областях промышленности — от микроэлектроники до систем водоснабжения. В некоторых случаях модифицирование медной поверхности важно для предотвращения водной и атмосферной коррозии. Формирование органических привитых слоев — широко используемый подход для защиты от коррозии различных металлических и оксидных поверхностей.

В обычных условиях, когда на поверхности меди образуется тонкий оксидный слой, становится возможным модифицирование поверхности различными органосиланами, с целью придания поверхности гидрофобных свойств и создания защитного барьера, который предотвратит диффузию к поверхности коррозионных агентов (вода, кислород, хлорид-ионы). Тех же целей можно достичь, химически закрепляя функциональные модификаторы с помощью тиольнои связи на предварительно подготовленной очищенной от оксида медной поверхности.

Важным применением фосфоновых кислот может быть их использование в качестве компонентов грунтовочных смесей для железа. Такие смеси повышают адгезию лаков и красок к поверхности металла. Работа [54] посвящена исследованию новых грунтовочных систем для железа и мягких сталей. В качестве основных компонентов таких систем была использована додецилфосфоновая кислота, а также несколько фосфоновых кислот, содержащих в своей молекуле тиенильные группы. Такие кислоты образуют на поверхности пассивированного железа самособирающийся монослой; это достигается погружением образцов в водные растворы модификатора. Для пассивации железо перед модифицированием обрабатывали 10% раствором азотной кислоты (4 минуты при 25С). Образование на поверхности самособирающегося монослоя тиенилфосфоновых кислот было подтверждено вольтамперометрией и измерениями краевого угла смачивания. Эти исследования показали эффективную гидрофобизацию поверхности железа. Так, было найдено, что для пассивированного железа угол смачивания по воде составляет 18.5+4.0, для непассивированного железа - 51.4+4.0, для железа, обработанного 6-(3-битиенил)гексилфосфоновой кислотой - 121.2+2.0 и, наконец, додецилфосфоновой кислотой — 148.5+3.0. Высокие значения углов смачивания свидетельствуют о плотности и упорядоченности образующихся на поверхности железа слоев. Несмотря на большее значение краевого угла, получаемого при обработке железа додецилфосфоновой кислотой по сравнению с тиенилфосфоновыми, эти последние могут быть полезны тем, что после модифицирования на поверхности можно провести полимеризацию тиенильных групп, что повышает стабильность привитого слоя.[55].

Строение и химическое модифицирование поверхности оксида цинка

Оксид цинка встречается в природе в виде минерала цинкита. Его получают обжигом цинкового концентрата, последующей продувкой его воздухом при температуре 1200С и улавливанием пылевидного оксида цинка в специальных фильтрах, а также сжиганием цинка на воздухе или прокаливанием гидроксида, нитрата или оксалата цинка. Оксид цинка применяется в качестве белого пигмента для красок (цинковые белила), активатора вулканизации и наполнителя в резиновой промышленности, компонента косметических препаратов, лекарственных средств, катализатора синтеза метанола, полупроводникового материала, компонента люминофоров.

Оксид цинка ZnO является широкозонным полупроводником (группа AIIBVI) с прямой запрещенной зоной (Eg= 3.3 эВ (300 К)) и структурой вюрцита. В такой структуре (иногда называемой также «цинкит», рис. 9) атомы Zn тетраэдрически координированы 4-мя атомами кислорода.

По своим электронным, оптическим и кристаллографическим параметрам (табл. 1,) оксид цинка очень близок к полупроводнику группы AIIIBV - нитриду галлия GaN (Eg= 3.5 эВ (300К), аО = 3.18А, сО = 5.18А), который в настоящее время является основой для большинства светодиодов и лазерных диодов, излучающих в ближнем УФ диапазоне. Однако ZnO в сравнении с GaN имеет ряд существенных преимуществ, таких как большая энергия связи экситона (60 мэВ у ZnO по сравнению с 25 мэВ у GaN), доступность в получении и стойкость в эксплуатации. В настоящее время оксид цинка рассматривается как перспективный материал для создания голубых и УФ светодиодов, лазеров, оптических устройств хранения информации, LCD-матриц и солнечных батарей. Материалы на основе ZnO перспективны для создания варисторов, поверхностно-акустических волновых устройств, био-детекторов. Прозрачность к видимому свету позволяет использовать оксид цинка в качестве элементов прозрачной электроники, УФ-оптоэлектроники, комбинированных сенсоров.

Окись цинка широко используется для адсорбционных, каталитических и фотокаталитических исследований. Однако в большинстве случаев природа поверхности окисла не подвергалась специальному изучению. В работе [100] были рассмотрены, адсорбционные свойства поверхности окиси цинка по отношению к парам воды в зависимости от степени ее гидратации.

Поверхность ZnO, как и других оксидов, содержит в своем составе структурно связанную воду. В литературе имеются данные о существовании кристаллогидратной окиси цинка (e-Zn(OH)2). ИК-исследования показали, что вода входит в составшристаллогидратав виде гидроксильных групп, при этом наблюдалась интенсивная полоса, обязанная ассоциированным между собой; гидроксильным группам. Деформационных колебаний воды в спектре обнаружено не было. Однако кристаллогидратная форма разрушается при; сравнительно невысоких температурах. Если исходить из некоторой аналогии между строением поверхностного и объемного гидрата то следует допустить, что структурная вода на поверхности, предварительно-прокаленной безводной ZnO в основном содержится в виде ОН-групп. Действительно., в ИК-спектрах. безводного образца ZnO наблюдались полосы поверхностных гидроксильных групп.

При этом степень гидратации поверхности составит а = 9,1 микромоль/м Аналогичный расчет для плоскости (1010) дает а = 9,9 микромоль/м . Средняя степень гидратации поверхности ZnO из данных для сечений (0001) и (1010) без учета возможного неравенства статистических весов а = 9,5 микромоль/м .

Если считать, что при тетраэдрическом окружении атома Zn в решетке ZnO в образовании связей участвуют р-орбиты атомов цинка, то разорванные при расколе связи могут быть насыщены гидроксилами. Учет этого не изменяет указанную выше оценку аН20. Как авторы работы [100] указывали ранее, подобные оценки степени гидратации носят весьма ориентировочный характер, так как не учитывают деструкцию решетки на поверхности, а также присутствие на ней значительной концентрации дефектов. Кроме того, при низких температурах откачки образца на его поверхности присутствуют адсорбированные молекулы воды. Поэтому особое значение приобретают экспериментальные исследования содержания. структурной воды, характеризующей состояние реальной поверхности, на которой происходит адсорбция.

Сходная морфология эффективно может быть получена простым пиролизом. Механизм образования микросфер объясняется процессом направленной агрегации. Пузырёк СОг возникающий при реакции, действует как темплат, который помогает центрам агрегации слипаться и образовывать полые микросферы. Морфология поверхности и размер этих микросфер может регулироваться простым изменением температуры реакции. Полые микросферы, сконструированные полиэдрическими частицами, могут обладать .новыми физическими и химическими свойствами в сфере микроэлектроники и фотоники.

Описан метод получения ZnO [102] , предшественник которого был приготовлен из ацетата цинка и карбоната аммония. Наночастицы ZnO были синтезированы кальцинацией предшественника — карбоната цинка при 450С, а затем гетерогенной азеотропной дистилляцией. Синтезированные наночастицы ZnO были охарактеризованы FTIR, XRD и ТЕМ.

Определение характеристик полученных носителей

Берут навеску [125]полученного носителя, помещают в колбу и постепенно прикапывают к нему из пипетки малолетучую жидкость (воду, органический растворитель и т.п.). Жидкость должна хорошо смачивать поверхность сорбента. Колбу после прикапывания очередной порции жидкости энергично встряхивают. Процесс продолжают до тех пор, пока после последней капли и встряхивания комки порошка не перестанут рассыпаться. После этого определяют объем жидкости, поглощенный сорбентом. Этот объем соответствует общему объему пор носителя. В бюкс[126] помещают навеску носителя и выдерживают в атмосфере бензола до постоянного веса. По разности масс образца, насыщенного бензолом (Mi) и сухого исходного (М0) определяли массу бензола, поглощенного образцом. Суммарный объем микро- и мезопор (Vnop, мл/г) определяют по формуле Vnop = (М,-Мо) / (d6eH3 M0), (1) где сібенз — плотность бензола, мл/г. при постоянном давлении Для определения величины удельной поверхности твердого тела указанным методом необходимо измерить объем азота, поглощаемый навеской катализатора g при давлении р. ЗС2Н5ОН + РС13 » (С2Н50)2Р(0)Н + 2НС1 + С2Н5С1 Этиловый спирт сушили в течение суток безводным сульфатом меди, декантировали и перегоняли. 170 мл абсолютированного таким образом этанола вносили в двугорлую колбу объемом 250 мл, снабженную магнитной мешалкой, капельной воронкой и обратным холодильником. В колбу, охлажденную до 0С, из капельной воронки медленно, в течение часа, вводили 87 мл трихлорида фосфора. После прибавления всего количества реагента смесь перемешивали еще 6 час, затем колбу присоединяли к водоструйному насосу для удаления из реакционной смеси хлороводорода. Полученный диэтилфосфит[127]перегоняли в вакууме (100С/30 мм. рт. ст.). Выход составил 78%. 2.3.2. Алкітирование диэтилфосфита [127-128]проводили в соответствии со схемой: 2(С2Н50)2Р(0)Н + 2Na - 2(C2H50)2P(0)Na + Н2 R-X + (C2H50)2P(0)Na - (C2H50)2P(0)R + NaX

В двугорлую колбу объемом 250 мл, снабженную магнитной мешалкой и обратным холодильником, помещали 250 мл безводного ТГФ и 48 мл диэтилфосфита. В колбу постепенно добавляли 5,75 г металлического натрия. По завершении растворения натрия колбу снабжали капельной воронкой и в нее постепенно добавляли расчетное количество н-алкилбромида или н-алкилхлорида (0,25 моль). После добавления всего количества реагента смесь перемешивали в течение 8 час. и оставляли на ночь. Полученные диэтиловые эфиры «-алкилфосфоновых кислот перегоняли в вакууме.

Трифенилэтоксисилан был получен из трифенилхлорсилана по следующей схеме: Ph3SiCl + С2Н5ОН mrph» Ph3SiOEt + morph HCl4, В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой и обратным холодильником, помещали последовательно 100 мл абсолютированного толуола, 14 мл абсолютированного этанола и 1.3 мл свежеперегнанного морфолина. При интенсивном перемешивании в смесь постепенно вносили 4 г трифенилхлорсилана (мольное соотношение этанол : морфолин : трифенилхлорсилан = 20 : 1 : 1). Смесь перемешивали в течение 2 час. при комнатной температуре, а затем 8 час. при температуре кипения толуола. Из смеси отгоняли остаток этанола, далее охлаждали и отфильтровывали на воронке со стеклянным фильтром. Получившийся толуольный раствор трифенилэтоксисилана (концентрация 1,5x10"3 М) использовали для модифицирования. 2.4. Модифицирование носителей

В колбу объемом 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещали 1г носителя и 100 мл толуола. Толуол доводили до кипения и вводили модификатор в количестве, рассчитанном по формуле (6)[129]. М= (8уд тноситель Мг п)/6,02 105 (6), где Мг-молекулярная масса модификатора, г/моль Syfl - удельная поверхность носителя, м2/г п - желаемая плотность прививки, нм"2 Реакцию проводили в течение 6 часов при температуре кипения толуола. После этого носитель отфильтровывали на стеклянном фильтре и промывали последовательно толуолом (2 раза по 30 мл), изопропанолом (2 раза по 30 мл), затем сушили в сушильном шкафу при температуре 110С в течении 12 час. Сушку образцов оксидов цинка и магния проводили при вакуумировании для предотвращения попадания в образцы атмосферной углекислоты, т.к. они реагируют с ней.

В колбу объемом 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещали 1 г носителя, высушенного при температуре 150С в течение 3 час, и 100 мл абсолютированного толуола. Толуол доводили до кипения и отгоняли из реакционной среды азеотроп с водой (мутная жидкость), вводили расчетное количество модификатора (формула 6). Обратный холодильник был снабжен хлоркальциевой трубкой. Реакцию проводили в течение 6 час. при температуре кипения толуола. После этого носитель фильтровали на стеклянном фильтре и промывали последовательно толуолом (2 раза по 30 мл), изопропанолом (2 раза по 30 мл ), затем сушили в сушильном шкафу при температуре 110С в течении 12 час. Сушку образцов оксидов цинка и магния проводили при вакуумировании для предотвращения попадания в образцы атмосферной углекислоты.

Смешивали 1г носителя с 10 мл хлористого метилена и расчетным количеством модификатора (формула 6). Все тщательно перемешивали и на роторном испарителе отгоняли хлористый метилен. Далее носитель, помещенный в закрытую колбу, ставили в печь при температуре 120С или при 220С на 24 часа. Затем образцы промывали последовательно толуолом (2 раза по 30 мл), изопропанолом (2 раза по 30 мл ), затем сушили в сушильном шкафу при температуре 110С в течении 12 час. Сушку образцов оксидов цинка и магния проводили при вакуумировании для предотвращения попадания в образцы атмосферной углекислоты. Готовили образцы так же, как и в методе импрегнирования. Затем образцы помещали в бытовую СВЧ печь. Образцы облучали по методике 3/3/3 т.е. 3 минуты облучения, 3 минуты без облучения, затем еще 3 минуты облучали. После этого образцы промывали последовательно толуолом (2 раза по 30 мл), изопропанолом (2 раза по 30 мл), затем сушили в сушильном шкафу при температуре 110С в течении 12 час.

Модифицирование поверхности синтезированных носителей и исследование модифицированных носителей

Как видно из таблиц, процесс модифицирования реализуется во всех исследованных случаях, причём модифицирование в присутствии влаги приводит к более высоким значениям плотности прививки, чем в "сухих" условиях. Причина этого, на наш взгляд, заключается в том, что вода может катализировать процесс модифицирования путём гидролиза этокси-групп модификатора. Образующийся силанол, по-видимому, легче реагирует с Fe-ОН группами поверхности, нежели исходный этоксисилан, кроме того, присутствие воды предотвращает возможную конденсацию образующегося этанола с Fe-OH группами, приводящую к дезактивации последних. Помимо этого, в случае использования полифункциональньгх силанов вода может катализировать образование на поверхности полисилоксановой сетки. Увеличение числа уходящих групп в молекуле модификатора также ведёт к увеличению плотности прививки. Это, очевидно, связано с тем, что в том же направлении облегчается образование полимерного слоя на поверхности носителя .

Из данных таблиц 12-15 видно также, что кристаллическая структура подложки в данном случае не оказывает сильного влияния на достигаемую плотность прививки. В качестве модификаторов нами были использованы также хлорсиланы. Эти модификаторы тоже дают высокую (по данным элементного анализа) плотность прививки, однако растворитель над носителем окрашивается в желтый цвет. При экстракции растворителя водой образуется водный раствор с жёлтой окраской, в котором обнаруживается значительное количество ионов трёхвалентного железа (проба с роданидом). Это свидетельствует о том, что выделяющийся в процессе модифицирования хлороводород интенсивно разрушает приповерхностный слой оксида и неконтролируемым образом меняет его структурно-геометрические характеристики.

Модифицирование поверхности оксидного носителя фенилтриэтоксисиланом Модифицирование же оксида железа в присутствии веществ, способных к связыванию хлороводорода (например, аминов) может также привести к непредсказуемым результатам, так как амины способны к хемосорбции на поверхности оксида железа [147-150]. Поэтому образцы оксидов железа, модифицированных хлорсиланами, мы не исследовали. Модифицирование диэтиловыми эфирами фосфоновых кислот Известно, что в ходе модифицирования оксида железа диэтиловыми эфирами алкилфосфоновых кислот при температурах от комнатной и выше образуется монослой бидентатных молекул [151]. Поэтому для-импрегнирования при всех условиях наших экспериментов плотности прививки рассчитываются для бидентатного связывания (формула 1, F=2)

Как видно из табл. 18, для большинства образцов плотность прививки понижается с увеличением длины цепи алкильного радикала. Очевидно, это связано с пространственными затруднениями, создаваемыми длинными алкильными цепями. Метод импрегнирования дает более высокие плотности прививки, нежели метод модифицирования в кипящем толуоле. Это, по-видимому, объясняется заметно более высокой концентрацией модификатора около поверхности носителя. Повышение же температуры синтеза данным методом со 120 до 160С ведет к некоторому уменьшению плотности прививки, что, по-видимому, связано с начинающейся деструкцией привитого слоя.

Гидролитическая стабильность - чрезвычайно важная характеристика модифицированных носителей. Она определяет возможность использования этого вещества в водных растворах, а также устойчивость к атмосферным воздействиям. Для определения гидролитической стабильности привитых слоев модификатора на поверхности оксида железа нами были приготовлены водные растворы серной кислоты разной кислотности, а также растворы гидрокарбоната и карбоната натрия в воде. Оксид железа модифицированный как кремний-, так и фосфорорганическими соединениями не смачивается водой и остается на ее поверхности. Для смачивания модифицированного оксида железа в растворы был добавлен ТГФ в пропорции 1:1. Модифицированный оксид железа вьщерживали в растворах с разной кислотностью в течение 48 час, после чего гидролизованные образцы были тщательно промыты, высушены и отданы на элементный анализ.

Результаты исследования гидролитической стабильности y-Fe203, модифицированного Ph2Si(OEt)2, представлены в табл. 19 и 20. В этих условиях образование полимерной сетки модификатора на поверхности? носителя маловероятно (особенно в «сухих» условиях). Как видно из таблицы, гидролитическая стабильность такого привитого слоя не слишком высока — даже в дистиллированной воде (рН=5.5) через двое суток более четверти привитых молекул смываются с поверхности. В кислой и щелочной областях стабильность привитого слоя ещё ниже. Очевидно, в кислой среде происходит разрушение приповерхностного слоя матрицы (разрыв Fe-O-Fe связей) и удаление его вместе с модификатором в раствор.

Похожие диссертации на Химическое модифицирование поверхности оксидов железа, меди, олова, магния и цинка кремний- и фосфорорганическими соединениями