CC BY
27
УДК 541.182:66.08
Щепкина М.М., Васин А.Г., Белова И.А., Макулова В.С., Малышева К.А., Курьяков В.Н.
СИНТЕЗ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ГИДРОЗОЛЕЙ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ ЭРБИЯ
Щепкина Мария Михайловна, обучающаяся кафедры технологии химико-фармацевтических и косметических средств;
Васин Андрей Германович, обучающийся факультета естественных наук;
Белова Ирина Александровна, к.х.н., доцент кафедры коллоидной химии, e-mail: [email protected]; Макулова Виктория Сергеевна, обучающаяся кафедры технологии химико-фармацевтических и косметических средств;
Малышева Ксения Александровна, обучающаяся кафедры технологии химико-фармацевтических и косметических средств;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Россия, Миусская пл., д. 9
Курьяков Владимир Николаевич, научный сотрудник института проблем нефти и газа РАН; *Институт проблем нефти и газа РАН. 119333, Москва, Россия, ул. Губкина д.3
Синтезирован гидрозоль кислородсодержащих соединений эрбия. Были определены некоторые коллоидно-химические свойства полученной системы, такие как: концентрация дисперсной фазы, область агрегативной устойчивости, размер частиц дисперсной фазы, а также величина и знак электрокинетического потенциала. Ключевые слова: гидрозоль кислородсодержащих соединений эрбия; наночастицы; агрегативная устойчивост; Z-потенциал.
SYNTHESIS AND SOME PROPERTIES OF ERBIUM OXYGENATES COMPOUNDS HYDROSLOS
Shchepkina M.M., Vasin A.H., Belova I.A., Makulova V.S., Malusheva K.A., Kuiyakov V.N.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Erbium oxygenates compounds hydrosol was synthesized. Some colloid-chemical properties of obtained system were determined, such as disperse phase concentration, area of aggregative stability, particles size, value and sign of zeta potential.
Keywords: erbium oxygenatescompounds hydrosol; nanoparticles; aggregative stability; Z-potential.
За последнее время опубликовано много работ, посвященных получению материалов на основе различных соединений эрбия [1, 2]. Это связано с уникальными характеристиками соединений данного элемента. Например, на особенностях его оптических свойств основана работа оптического усилителя EDFA, нашедшего широкое применение в оптоволоконной области [3]. В представленной работе был получен гидрозоль на основе соединений эрбия и изучены его некоторые основные характеристики.
Золь кислородсодержащих (ксс) соединений эрбия синтезировали методом химического осаждения, описанным в работе [4]. В ходе синтеза использовались следующие реактивы: нитрат эрбия Er(NO3)36H2O и водный раствор аммиака NH3. Все реактивы марки "х.ч." Гидрозоль получали следующим образом: к водному раствору нитрата эрбия приливали рассчитанное количество водного раствора аммиака при постоянном перемешивании. Выпавший осадок промывался дистиллированной водой и диспергировался под действием ультразвукового поля до образования опалесцирующего золя. Полученная система являлась агрегативно устойчивой и не теряла таковых свойств, по меньшей мере, в течение 2 месяцев.
Концентрация дисперсной фазы в золях является одной из основных характеристик. В отношении исследуемой системы определение содержание
твердой фазы проводили с помощью фотометрического титрования по методике, указанной в работе [5]. В качестве тритранта использовался водный раствор трилона Б в присутствии ксиленолового оранжевого в качестве индикатора. Точку эквивалентности определяли по зависимости величины оптической плотности титруемого раствора от объема титранта. Она соответствовала точке пересечения двух линейных участков на полученной зависимости (рис.1).
Рис. 1. Кривая титрования гидрозоля кислородсодержащих соединений эрбия
Концентрация С дисперсной фазы составила 18.2 г/л и рассчитывалась по формуле (1)
C = • MEr0
V Er203
(1)
где С - концентрация дисперсной фазы золя, г/л;
СТб - концентрация трилона Б, моль/л;
Уте - объема трилона Б, ушедшего на титрование,
мл;
V - объем титруемой аликвоты золя, мл;
M
ErO
- молярная масса оксида эрбия, г/моль.
К сожалению, на данном этапе работы не удалось определить фазовый состав частиц гидрозоля. В связи с этим расчет концентрации велся на оксид эрбия как наиболее востребованного кислородсодержащего
соединения данного элемента.
Одним из важных параметров дисперсных систем является размер частиц дисперсной фазы. Для синтезированного золя размеры частиц были определены двумя методами: методом Геллера и методом динамического светорассеивания [6]. В первом случае измерялась оптическая плотность Б при различных значениях длин волн X. По зависимости 1%Х определялся коэффициент в
уравнение Геллера [7], после чего рассчитывался размер частиц по уравнению (2)
Z = 8ж / Л
ср г
Л + Л ■
п _ max mm
Лср =-
ср 2п
(2)
(3)
Z - безразмерный параметр; r - радиус частиц, нм;
Xmin - минимальное значение длины волны, нм; Хтах - максимальное значение длины волны, нм; по - показатель преломления среды.
Рассчитанный таким образом размер частиц составляет 90 нм. Во втором случае измерения проводились с помощью анализатора размеров частиц и дзета-потенциала Photocor Compact-Z [8]. По результатам фотонно-корреляционной спектроскопии, размер частиц оказался равным 110 нм. Важно отметить, что оба метода дают значения гидродинамического размера, то есть размер частицы со всеми поверхностными слоями.
Другим важным параметром для таких дисперсных систем, как гидрозоли, является область агрегативной устойчивости. Данный показатель определялся по зависимости величины оптической плотности D от значения рН дисперсионной среды (рис.2). Измерения оптической плотности проводили с помощью фотоэлектроколориметра КФК - 2МП, величину рН дисперсионной среды определяли с помощью прибора рН-meter HI фирмы «HANNA».
Рис. 2. Область рН агрегативной устойчивости гидрозоля кислородсодержащих соединений эрбия
Область устойчивости определялась как участок зависимости, где изменение оптической плотности отсутствовало или было незначительным. Это соответствует области рН в интервале 8-9.3. Падение величины D при меньших значениях рН связано с растворением твердой фазы. При значении рН больше 9.3 наблюдалось укрупнение частиц и увеличение оптической плотности. Скорее всего, это связано с процессом коагуляции.
Далее были определены знак и величина электрокинетического потенциала частиц дисперсной фазы гидрозоля кислородсодержащих соединений эрбия. Измерения проводились методом электрофоретического рассеивания света с помощью анализатора размеров частиц и дзета-потенциала Photocor Сотрас^. Была получена зависимость ^-потенциала от величины рН дисперсионной среды в области агрегативной устойчивости исследуемой системы (рис.3).
Рис. 3. Зависимость ¿-потенциала от величины рН дисперсионной среды гидрозоля кислородсодержащих соединений эрбия
Установлено, что поверхность частиц имеет положительный заряд, а величина Z-потенциала почти не изменяется от рН дисперсионной среды и находится в интервале от 35 до 39 мВ.
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы: был получен агрегативно устойчивый гидрозоль
кислородсодержащих соединений эрбия. Для синтезированного золя были определены некоторые основные коллоидно-химические характеристики.
Список литературы
1. Денисюк И.Ю., Бурункова Ю.Э., Собещук Н.О. Исследование и разработка люминесцентных нанокомпозитов для интегрально-оптических микрочипов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6 (88). С. 116 - 118.
2. Макаров Н.А., Лемешев Д.О., Иконников К.И., Макаревич Л.Ф. Прозрачная керамика на основе оксида иттрия с добавкой оксида эрбия для лазерной техники // Успехи в химии и химической технологии. Т. XXV. 2011. № 6 (122). С. 28 - 31.
3. Lundberg, L., Andrekson, P.A., Karlsson, M. Power Consumption Analysis of Hybrid EDFA/Raman Amplifiers in Long-Haul Transmission Systems // Journal of Lightwave Technology. 2017. V. 35. № 11. P.2132-2142.
4. Малова А.В., Гродский А.С., Белова И.А. Синтез и агрегативная устойчивость гидрозолей
оксогидроксида европия // Коллоид. журн. 2016. Т.78. №4. С. 450-457.
5. Нипрук О.В., Кирьянов К.В., Пыхова Ю.П., Святкина С.В., Кулешова Н.В. Фотометрическое определение лантаноидов в насыщенных водных растворах труднорастворимых соединений состава Ln(AsUO6^nH2O (Ln - La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия химия. Нижний Новгород. 2008. Вып. 2. С. 54-61.
6. Balabanov S.S., Gavrishchuk E.M., Rostokina E.Y., Plekhovich A.D., Kuryakov V.N., Amarantov S.V., Khamaletdinova N.M., Yavetskiy R.P. Colloid chemical properties of binary sols as precursors for YAG optical ceramics.Ceramics International. 42 (2016). Pp. 17571-17580.
7. Назаров В.В., Гродский А.С., Моргунов А.Ф., Шабанова Н.А., Кривощепов А.Ф., Колосов А.Ю. Практикум и задачник по коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: учебное пособие для вузов // под ред. В.В. Назарова, А.С. Гродского- М.: ИКЦ «Академкнига», - 2007. - 374 с.
8. Сайт российской компании, разрабатывающей приборы динамического рассеяния света [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.photocor.ru/ (дата обращения 25.04.2017)
