CC BY
30
УДК 544.7
С.Ю. Левчишин*, П.Е. Тюлягин, Е.Н. Субчева, Н.М. Мурашова Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: [email protected]
ИЗМЕНЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ МИКРОЭМУЛЬСИИ АОТ, СОДЕРЖАЩЕЙ УКСУСНУЮ КИСЛОТУ
Исследовано изменение шероховатости поверхности алюминиевой пластинки в результате травления микроэмульсией «масло в воде» на основе АОТ, содержащей различное количество уксусной кислоты. Показано, что при травлении микроэмульсией, средняя шероховатость поверхности алюминия существенно снижается. Показано незначительное влияние концентрации уксусной кислоты в микроэмульсии на процесс травления в широком диапазоне концентраций кислоты.
Ключевые слова: микроэмульсия, ди-(2-этилгексил)фосфат натрия, АОТ, травление, шероховатость, химическая обработка поверхности металла.
Наноструктурированные жидкие среды (микроэмульсии, мицеллы, лиотропные жидкие кристаллы) являются перспективными системами для химии и химической технологии. Микроэмульсии применяются для очистки поверхностей твёрдых тел от загрязнений, для повышения нефтеотдачи скважин, в строительстве как гидрофобизаторы, для разделения веществ в аналитической химии. Микроэмульсии могут применяться как среды для ферментативных реакций, для проведения полимеризации с получением наноразмерных частиц латексов, для синтеза органических наночастиц и нанокомпозитов, для жидкостной экстракции органических и неорганических веществ [1].
Микроэмульсии - термодинамически
устойчивые изотропные дисперсии масла и воды, стабилизированные поверхностно-активным
веществом (веществами). Диаметр капель микроэмульсии составляет от нескольких нанометров до десятков нм [1].
На кафедре наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева было предложено использовать микроэмульсию в качестве наноструктурированного носителя действующих веществ (реагентов) для процессов в системе «микроэмульсия - твёрдая фаза». К таким процессам можно отнести микроэмульсионное выщелачивание - метод извлечения металлов из частиц твёрдой фазы с помощью микроэмульсий [2, 3]; и травление микроэмульсией - метод снижения шероховатости поверхности металла при взаимодействии с микроэмульсией [4].
Ранее, на примере травления поверхности никеля микроэмульсией на основе ди-(2-
этилгексил)фосфата натрия (Д2ЭГФ№). содержащей соляную кислоту, была показана возможность снижения шероховатости поверхности металла [4]. Бис-(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия (АОТ), структурный аналог Д2ЭГФ№. образует микроэмульсии в широком диапазоне концентраций. Микроэмульсионные системы на основе АОТ изучены значительно лучше. Целью
работы являлось изучение влияния концентрации кислоты на изменение шероховатости поверхности алюминия в результате травления микроэмульсией АОТ.
Было изучено влияние содержания уксусной и соляной кислот на область существования обратной микроэмульсии АОТ. Методом титрования при 20 °С было установлено, что микроэмульсия АОТ -керосин - вода, содержащая 1,22 моль/л АОТ и 13,2 моль/л воды, способна включать до 3,88 моль/л уксусной кислоты и до 0,156 моль/л соляной. Поскольку область существования микроэмульсии АОТ содержащей уксусную кислоту шире, дальнейшие исследования проводились в системе АОТ - керосин - уксусная кислота - вода. Согласно данным динамического светорассеяния, размер капель такой микроэмульсии АОТ - керосин -уксусная кислота - вода составлял от 4 до 14 нм.
Процесс травления проводился следующим образом: алюминиевую пластинку погружали в подвешенном состоянии в микроэмульсию. Процесс проводили в закрытом сосуде в течение двух часов при температуре 65 °С и постоянном перемешивании с частотой 1000 об/мин. После травления алюминиевую пластинку последовательно промывали смесью гексан:октанол-1 = 3:1 (об.), этиловым спиртом и водой.
Полученные образцы анализировались методом атомно-силовой спектроскопии на атомно-силовом микроскопе Ntegra Prima (NT-MDT, Россия, Зеленоград). Использовался кантилевер HA_NC Etalon (NT-MDT, Россия). Режим работы -полуконтактный.
Для изучения влияния концентрации кислоты на изменение шероховатости поверхности алюминия провели серию экспериментов с разным составом микроэмульсии. Состав микроэмульсий: Caot = 1,22 моль/л; Своды = 13,2 моль/л; Ск-ты = 0,026, 0,1 и 3,8 моль/л. На рис. 1 представлен вид поверхности образцов алюминия после травления микроэмульсией, а также контрольный образец (не подвергнутый травлению). Распределение шероховатости поверхности образцов после
травления и контрольного образца представлено на рис. 2. Средняя шероховатость образцов представлена в табл. 1.
Табл. 1. Средняя шероховатость поверхности образцов алюминия после травления микроэмульсией
АОТ.
Суксусной к-тьь моль/л Средняя шероховатость, нм
0,026 48
0,1 53
3,8 51
контроль 84
. •: » • - ¿У
Рис. 1. Вид поверхности алюминия после травления микроэмульсией АОТ, содержащей уксусную кислоту. Суксусной к-ты: 1 - 0,026 моль/л; 2 - 0,1 моль/л; 3 - 3,8 моль/л. 4 - контроль.
О
8
« 8
О
Й
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 ит
11 " .................. "
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
ит
й:
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
ит ит
Рис. 2. Распределение шероховатости поверхности образцов алюминия после травления микроэмульсией АОТ. Суксусной к-ты: 1 - 0,026 моль/л; 2 - 0,1 моль/л; 3 - 3,8 моль/л. 4 - контроль.
Из представленных данных видно, что шероховатость поверхность алюминия после травления в данных условиях не зависит от концентрации уксусной кислоты в микроэмульсии в диапазоне от 0,026 до 3,8 моль/л. Стоит отметить, что шероховатость поверхности заметно снижается, что подтверждает полученные ранее результаты по снижению шероховатости металла при действии
наноструктурированной среды - обратной микроэмульсии, содержащей кислоту [4]. Таким образом, наноструктурированные среды можно применять не только для осаждения наночастиц с целью создания покрытия с высокой шероховатостью для повышения площади поверхности [5], но и для снижения шероховатости и получения более гладкой поверхности металла.
Левчишин Станислав Юрьевич к.х.н., старший преподаватель кафедры физической химии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Тюлягин Пётр Егорович студент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Субчева Елена Николаевна аспирантка кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Мурашова Наталья Михайловна к.х.н., доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. P. Kumar, K. L. Mittal (Edt.) Handbook of Microemulsion Science and Technology - New York, Basel - Marcel Dekker, Inc., 1999. - 849 p.
2. Мурашова Н.М., Левчишин С.Ю., Юртов Е.В. Микроэмульсии с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой для выщелачивания цветных металлов из шламов // Химическая технология, 2011, № 7. С. 405-410.
3. Мурашова Н. М., Левчишин С. Ю., Юртов Е. В. Извлечение ионов меди (II) из оксида наноструктурированным реагентом — микроэмульсией ди-(2-этилгексил)фосфата натрия // Химическая технология. 2012. № 1. С. 19-25.
4. Левчишин С.Ю., Краснова О.Г., Субчева Е.Н., Мурашова Н.М., Юртов Е.В. Изменение шероховатости поверхности никеля под действием микроэмульсии ди-(2-этилгексил)фосфата натрия, содержащей соляную кислоту / Сб. научных трудов "Успехи в химии и химической технологии", 2014, Т. XXVIII. № 6, с. 58-60.
5. M.T. Todaeva, E.V. Yurtov Preparation of nanostructured nickel coatings using liquid crystal templates based on triton X-100 // Theoretical foundations of chemical engineering, 2015, Vol. 49, No 5, pp. 746 - 749.
Levchishin Stanislav Yurievich, Tiuliagin Petеr Egorovich, Subcheva Elena Nikolaevna, Murashova Natalia Michailovna
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
CHANGES OF ROUGHNESS OF ALUMINIUM UNDER THE ACTION OF ACETIC ACID CONTAINING AOT MICROEMULSION
Abstract
Changes of roughness of aluminium surface after the etching by water-in-oil AOT microemulsion acetic acid containing are investigated. It is shown that the etching aluminium with microemulsion significantly reduces the average surface roughness. Also shows a weak influence of acetic acid concentration in the microemulsion on the etching process in a wide range of acid concentrations.
Key words: microemulsion, sodium bis-(2-ethylhexel)phosphate, AOT, etching, roughness, chemical surface treatment of metals.
