Физическая химия. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия
Закономерности сорбции анионов аморфными оксигидроксидами (обзор)
Статья обзорная
Кратко изложены основные результаты систематического фундаментального исследования сорбции анионных комплексов платиновых металлов, хрома и железа и анионов-загрязнителей окружающей среды (арсенат, хромат, фосфат, оксалат) аморфными оксигидроксидами железа, циркония, алюминия и хрома. Представлены механизмы сорбции в свете современных воззрений на взаимодействие ионов с электрически заряженной поверхностью и образование поверхностных сорбционных комплексов.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе изучался золь-гель синтезе М-феррита состава SrxBa(1-x)Fe12O19 (х = 0; 0,3; 0,5; 0,7; 1). Методика синтеза строится на получении геля из лимонной кислоты и нитратов бария, стронция и железа, его прокаливании при 500 °С, механохимической активации и затем прокаливании при 700 °С. Целевой продукт представляет собой порошок тёмно-коричневого цвета, который исследовался с помощью методов рентгенофазового анализа (РФА) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Однофазное состояние полученных образцов подтверждается методом порошковой рентгенографии. При сравнении рентгенограмм синтезированных гексаферритов с рентгенограммами образцовых соединений из базы ICDD наблюдается совпадение всех дифракционных максимумов. Рассчитанные из рентгенограмм параметры элементарной ячейки образцов линейно зависят от степени замещения бария в гексаферрите в соответствии с выполнением правила Вегарда для твердых растворов, что подтверждает успешное замещение ионов бария на ионы стронция в структуре гексаферрита бария. Морфологические параметры частиц полученных твердых растворов исследовались с помощью СЭМ. Анализ полученных электронно-микроскопических изображений указывает на образование частиц со средним размером 50 нм для всех полученных твердых растворов. Средний размер ОКР, вычисленный по формуле Шеррера, составил 25 нм. Свойственная частицам гексаферритов огранка в виде правильного шестиугольника на снимках СЭМ не наблюдается из-за небольшого размера частиц. Картирование полученных снимков указывает на высокую степень гомогенизации при выбранной схеме синтеза. При помощи ДСК получены значения температуры Кюри для всех степеней замещения. Установлено, что температура Кюри планомерно увеличивается с ростом степени замещения.
Бесплатно
Статья научная
Проведено электромагнитное облучение шкур рыб с частотой 2,45 и 263 ГГц с энергией от 400 до 900 Дж, из которых выделен коллаген. Анализ молекулярно-массовых характеристик коллагена показал, что начиная с облучения с энергией ~400 Дж происходит уменьшение доли высокомолекулярного коллагена и образование фракций коллагена с меньшей молекулярной массой. Коэффициент полидисперсности исходного белка в процессе облучения изменяется незначительно.
Бесплатно
Изменение поверхности полимерных композитов, армированных углеродными нанотрубками
Статья научная
Полимеризацией метилметакрилата получены полимерные композиты с включением в матрицу многостенных углеродных нанотрубок. С применением атомно-силовой микроскопии изучено изменение поверхности пленок и стекол композитов.
Бесплатно
Статья научная
Углеродные материалы широко применяются при очистке окружающей среды от органических загрязнителей. Изучена возможность селективного удаления карбонильных соединений при адсорбционной очистке загрязненных вод. Рассмотрены характеристики сорбентов, оказывающие наибольшее влияние на избирательность адсорбционного процесса при очистке сточных вод от карбонильных соединений. Показана возможность модификации углеродных материалов для придания им необходимых свойств.
Бесплатно
Использование метода самовозгорания для получения замещенного алюминием гексаферрита бария
Статья научная
Оксидные материалы традиционно привлекают внимание исследователей по всему миру. Это обусловлено широкой областью их применения: электротехника, электроника, специальные покрытия, химические технлогии и т. д. Широко распространено легирование оксидных материалов различными элементами, такими как Al, Bi, Zn, Co, Sn, Ti, B, Sb и другими с целью тонкой настройки их физико-химических свойств. В частности, отдельный интерес представляет легирование гексаферрита бария алюминием, так как это позволяет изменять такие важнейшие параметры, как намагниченность насыщения (σ S ), коэрцитивную силу ( HC ), коэффициент прямоугольности петли гистерезиса ( K ), а также влиять на поле анизотропии и микроволновые свойства материала. Так как в случае получения BaAl x Fe12-x O19 классическим керамическим методом требуется тщательное перетирание исходных материалов, проведение предварительного спекания, высокая температура (выше 1300 °C) и длительность синтеза, было решено опробовать альтернативный метод получения замещенного алюминием гексаферрита бария. В качестве такового нами был выбран метод самовозгорания (self-combustion method). В ходе синтеза готовился раствор нитратов соответствующих металлов с лимонной кислотой. После нейтрализации и упаривания раствора, полученная масса нагревалась в муфельной печи для проведения процесса самовозгорания и удаления остаточного углерода. Финальное спекание образцов состава BaAl x Fe12-x O19 (при х = 0, 1, 2 и 3) проводилось в муфельной печи с презиционным регулятором температуры при 1100 °С в течение 4 часов. Полученные образцы исследовались методами порошковой дифрактометрии, сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа. Установлено, что метод самовозгорания позволяет получить гомогенные образцы замещенного алюминием гексаферрита бария при более низкой температуре по сравнению с классическим керамическим методом. Также были установлены параметры структуры полученных образцов. Опробованный метод не только позволяет получать замещенный алюминием гексаферрит бария при меньших температурах, но и дает возможность легирования ферритов высоколетучими элементами.
Бесплатно
Статья научная
Определен параметр растворимости для позитивного фоторезиста на основе новолачных смол и орто-нафтохинондиазидов. Параметр растворимости использован для изучения растворимости фоторезистов в обычной и «взрывной» (обратной) фотолитографии. Изучено влияние присутствия водородных связей на изменение величины параметра растворимости. Рассчитано изменение параметра растворимости фоторезиста при экспонировании его УФ светом. Предложены критерии отбора состава проявителя для позитивных фоторезистов для осуществления «взрывной» (обратной) фотолитографии.
Бесплатно
Исследование кинетики цементации кадмия в присутствии ПАВ
Статья научная
Целью данной работы является изучение кинетики цементации кадмия порошком цинка в водных средах в непрерывном режиме с использованием ионоселективного кадмиевого электрода. Восстановление кадмия из водных растворов проводили порошком цинка, крупностью от 63 до 200 мкм. В ряде опытов проверяли влияние на процесс цементации кадмия катионоактивного флокулянта Besfloc K6645. Процесс проводили в области температур от 30 до 50 °С при непрерывном перемешивании со скоростью 200 об/мин верхнеприводной мешалкой. Кинетические кривые записывались с использованием кадмий-селективного электрода. Кинетические кривые условно разбивались на линейные участки. К каждому участку были проведены касательные, что позволило определять кажущиеся константы скорости по уравнению первого порядка и коэффициенты режима по уравнению Ерофеева - Колмогорова. Повышение температуры оказывает положительное влияние на цементацию. Введение в электролит флокулянта в количестве 70 мг/л снижало степень цементации от двух до трех раз за период времени 600 с. Полученные данные позволили рассчитать энергии активации скоростей процесса на линейных участках кинетических кривых, которые составили ориентировочно 46, 32 и 11-13 кДж/моль на первом, втором и третьем участке соответственно при проведении восстановления без добавки флокулянта и 117-130 и 82-85 кДж/моль в присутствии флокулянта Besfloc K6645. Показано, что в присутствии флокулянта происходит возрастание энергии активации, особенно на первом участке, характеризующемся замедленной скоростью цементации. В работе отмечено влияние добавки Besfloc K6645 на продолжительность начального участка кинетических кривых цементации.
Бесплатно
Исследование микроструктуры и фазового состава Челябинского метеорита
Статья научная
Установлено присутствие в метеорите следующих шести основных фаз: трёх Fe Ni твёрдых растворов с разной кристаллической решёткой и различной концентрацией никеля (камасита-α с концентрацией Ni от 3,5 до 5,5 ат. %, тэнита-γ, содержащего от 38 до 43 ат. % Ni и упорядоченной Fe Ni фазы с кубической решёткой), а также сульфидов железа Fe 1-xS x, оливина Mg 1,727Fe 0,273SiO 4 и алюмосиликатов Al 2Si 24O 51. Обнаружены металлические частицы, состоящие из αи γ-твёрдых растворов, которые отделены друг от друга чёткой границей раздела. Внутри каждой из этих фаз большеугловые границы не выявляются. В отличие от а и у фаз, более твёрдые сульфиды представляют собой конгломераты зёрен с чётко выраженными большеугловыми границами.
Бесплатно
Исследование пластифицирующей способности адипинатов оксиалкилированных спиртов
Статья научная
Среди альтернативных пластификаторов эфиры адипиновой кислоты занимают лидирующие позиции по объему потребления в пластифицированных материалах и изделиях на основе ПВХ. Основными достоинствами данных пластификаторов помимо низкой токсичности и высокой биоразлагаемости являются повышенная морозостойкость и термостабильность компаундов с их содержанием. С целью расширения ассортимента экологичных пластификаторов ПВХ получены сложные эфиры адипиновой кислоты и оксиалкилированных спиртов различной cтруктуры. Для исследования возможности применения в качестве пластификаторов ПВХ дана теоретическая оценка пластифицирующего действия диэфиров по отношению к ПВХ на основе расчета параметров растворимости Хансена, исследована термодинамическая совместимость адипинатов с ПВХ. Изучена технологичность эфиров в составе ПВХ композиций по значениям критической температуры растворения ПВХ. Определены интервалы перехода пластикатов из стеклообразного в высокоэластичное состояние, а также депрессия температуры стеклования композиций с содержанием адипинатов. Определено влияние структуры спирта на пластифицирующую способность эфира, а также важные технологические и эксплуатационные характеристики эфиров в составе полимерных материалов.
Бесплатно
Исследование структурных характеристик Ni-Zn-Co феррошпинелей
Статья научная
В настоящее время в современной научной литературе наблюдается повышенный интерес к ферритам всех типов. Среди них особое место занимает Ni-Zn феррит со структурой шпинели. Известно, что функциональные свойства ферритов могут быть значительно изменены путем частичного или полного замещения катионов исходной матрицы на другие катионы, отличающиеся магнитным моментом и размером. Такое изменение структуры позволяет эффективно варьировать свойства ферритов, т. е. обеспечивать «настройку» материала под требуемые свойства. Анализ литературы в этом направлении показал, что эффективным замещающим катионом является ион кобальта Co2+. В настоящей работе речь идет о Ni-Zn ферритах переменного состава, с фиксируемым содержанием x (Co) = 0,1. Общая формула имеет вид: Co0,1Zn0,9-xNixFe2O4, (где x принимает значения 0; 0,3; 0,6; 0,9). Цель представленной работы заключается в синтезе образцов, а также в исследовании их плотности и пористости, которые, в свою очередь, оказывают прямое влияние на эксплуатационные свойства керамических ферритов. Синтез образцов производили методом твердофазной реакции при помощи высокотемпературной печи в атмосфере воздуха. Ранее проведенные исследования позволили выявить комплекс оптимальных физико-химических условий, при которых происходит ферритизация исходной шихты. Исходными компонентами для приготовления шихты служили оксиды. В качестве методов исследования в работе применяли рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. В результате рентгенофазового анализа было выявлено, что полученные образцы являются монофазными и относятся к шпинелям типа AFe2O4 (где элемент A = Ni, Zn, Co). Исследование морфологии поверхности образцов выявило наличие множества кристаллитов различного размера, естественная огранка которых соответствует кристаллитам, имеющим кубическую сингонию. Проведены исследования истинной и рентгеновской плотности полученных образцов. Определена зависимость влияния величины замещения x (Ni) на пористость (плотность), а также на параметры элементарной кристаллической решетки.
Бесплатно
К термодинамике оксидно-фторидных расплавов системы Ca 2+, Al 3+ // O 2-, F -
Статья научная
В рамках обобщённой модели «регулярных» ионных растворов описаны термодинамические свойства оксидно-фторидных расплавов системы Ca 2+, Al 3+ // O 2-, F -. Выведены уравнения для активностей компонентов, функций смешения и избыточных функций расплавов. Определены значения энергетических параметров модели.
Бесплатно
Каталитические свойства продуктов гидролиза бромида иттрия
Статья научная
В работе изучено влияние на формирование оксигидроксидов иттрия, полученных щелочным гидролизом бромида иттрия, времени гидролиза, конечного рН синтеза и гидротермальной обработки. Гидролиз осуществлен при различном времени введения гидролитического агента: 5 минут, 1 и 24 часа, а также при различных конечных рН: 8, 9 и 10. Для характеризации полученных образцов применены такие методы как термогравиметрия, совмещенная с дифференциальной сканирующей калориметрией и масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза, рентгенофазовый анализ, сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения, рентгеновская энерго-дисперсионная спектрометрия. Кроме того, выполнен фотокаталитический тест полученных образцов в реакции разложения метиленового голубого под действием ультрафиолетового излучения. Установлено, что при гидролизе бромида иттрия происходит захват значительного количества примесей бромид- и карбонат-ионов, которые находятся в структуре образцов. Физико-химические характеристики продуктов гидролиза бромида иттрия зависят как от рН и времени гидролиза, так и от гидротермальной обработки. Последняя значительно повышает кристалличность образцов и их фотокаталитические свойства в реакции деструкции метиленового голубого.
Бесплатно
Каталитический пиролиз легких алканов в присутствии соединений металлов шестой группы
Статья научная
Изучен каталитический пиролиз легких углеводородов С1-С4 в проточном трубчатом реакторе в присутствии комплексных катализаторов, содержащих металлы шестой группы Cr, Mo, W, нанесенных в виде неорганических солей или кислот на керамический носитель с последующей термической обработкой. Исследования проведены в интервале температур 500-850 °С, скорости пропускания газовой смеси 25-100 мл/мин, времени контакта 0,65-2,7 с, значениях гетерогенного фактора S/V 5,6∙105 см-1. Проведено сравнение каталитической активности металлсодержащих композиций в сопоставимых условиях, изучено влияние природы металлов на выход этилена и пропилена, оценено сажеобразование. Рассчитаны кинетические и активационные параметры распада углеводородной смеси и накопления продуктов. Лучшие результаты при нанесении на керамический носитель показал Cr-содержащий катализатор.
Бесплатно
Квантово-химическое моделирование процесса замещения марганцем в гексаферрите бария М-типа
Статья научная
Статья посвящена квантовохимическим расчетам возможности замещения марганцем различных позиций железа и позиций бария в гексаферрите бария BaFe12O19. Также был произведен расчет магнитных моментов полученных систем. Для расчета был применѐн систематический вычислительный поиск на основе теории функционала плотности (DFT). Установлено, что наиболее энергетически выгодная позиция железа для замещения является позиция 12к. В то же время обнаружено, что замещение бария марганцем возможно в конфигурации Ba – MnO.
Бесплатно
Статья научная
Реакцией Клайзена метилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии натрия или гидрида натрия получены динатрий-1,6-диоксо-2,4-алкадиен-3,4-диоляты, при подкислении которых выделены 3,4-дигидрокси-2,4-алкадиен-1,6-дионы (1,3,4,6-тетракарбонильные соединения (ТКС)). Изучены цепные и кольчато-цепные таутомерные равновесия в растворах ТКС. Исследованы особенности строения синтезированных соединений методами ИК и ЯМР *Н спектроскопии.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование взаимодействия водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) с нефтяными пленками по кинетике их отмыва с поверхности твердого тела в диапазоне температур 25-75 °C. Подтверждена корректность рассмотрения моющего действия водных растворов ПАВ по отношению к нефтяным пленкам в рамках явления переноса и уточнено аналитическое уравнение для кинетики данного процесса. Продемонстрирована аналогия температурной зависимости параметров данного процесса и вязкости нефтей. Выявлена некорректность описания этих двух процессов переноса только по энергии активации и впервые разработана методика расчета всех их термодинамических параметров. Показано их хорошее соответствие экспериментальным данным, полученным принципиально различными методами. Установлено, что потенциал Гиббса моющего действия растворов ПАВ по отношению к нефтяным пленкам меняет знак при T = T*, где T* - температура фазового перехода в нефти. В результате при T T* - энтропией данного процесса. Предложен механизм моющего действия ПАВ, основанный на обнаружении, что максимальной моющей способностью обладают ПАВ с величиной ГЛБ = 10 ± 2, которому соответствует максимальная солюбилизирующая способность ПАВ. Полагается, что энергия активации моющего действия E определяется потенциальным барьером, который должна преодолеть прямая мицелла ПАВ для внедрения в межфазный слой на поверхности нефтяной пленки. Вследствие произошедшей при этом деструктуризации межфазного слоя возрастает вероятность внедрения в него других мицелл. В результате в данном месте поверхности нефтяной пленки из-за способности прямых мицелл солюбилизировать нефть образуется микроуглубление, которое со временем увеличивается как по глубине, так и по площади, обеспечивая прорыв нефтяной пленки. Таким образом, процесс переноса, которым определяется моющее действие ПАВ, обусловлен перемещением прямых мицелл вслед за смещающимся межфазным слоем нефть - вода из-за появления в пленке микроуглублений вследствие солюбилизации частиц нефти мицеллами.
Бесплатно
Кислотная активация бентонитовой глины
Статья научная
Проведена активация бентонитовой глины растворами 0,1 М и 1,8 М соляной кислоты. С помощью энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа и сканирующей электронной микроскопии установлен химический состав и морфология частиц полученных образцов. Выяснено, что минерал монтмориллонит, основной компонент исследуемой бентонитовой глины, представлен кальциевой формой (СаМ). В результате обработки бентонитовой глины растворами разбавленных кислот происходит удаление обменных катионов с сохранением основных структурных ионов монтмориллонита.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты теоретического анализа электронных свойств соединений на основе фрагментов нитрида углерода, состоящих из трех гептазиновых колец (мелона), ковалентно связанных с гетероциклическими заместителями: электрон-акцепторными 2,1,3-бензохалькодиазолами и электрон-донорным карбазолом. Моделирование выполнено на двух альтернативных уровнях: молекулярная газофазная модель и модель одномерного полимера с периодическими граничными условиями. Эти уровни позволили сравнить разность энергий граничных орбиталей молекулярной модели и ширину запрещенной зоны цепочечного полимера одного и того же соединения. Обнаружено, что, с одной стороны, селенсодержащие гетероциклы значительно больше, чем другие ковалентно связанные допанты рассмотренной серии, уменьшают разность энергий граничных орбиталей, а с другой стороны, допирование мелона только карбазолом максимально уменьшает ширину запрещённой зоны. При эффективном допировании, максимально уменьшающем разность граничных орбиталей, высшая занятая орбиталь локализована на электрон-донорном фрагменте молекулы, а низшая свободная - на электрон-акцепторном фрагменте молекулы. Также показано, что допированные мелоны формируют комплексы с бензиловым спиртом, образованные за счёт появления между ними нековалентных связей. При этом меньшая прочность таких связей в комплексах с мелоном, замещённым электрон-акцепторными селенсодержащими фрагментами, предполагает более эффективное окисление спирта в таких системах. Результаты моделирования адекватно соответствуют имеющимся экспериментальным данным по ширине запрещённой зоны мелона, допированного электрон-акцепторными молекулами. Быстрые газофазные расчёты подходят для качественной оценки зависимостей разности энергий граничных орбиталей от вида и количества вводимого допанта, а более затратные расчёты полимерных структур позволяют провести корректную оценку самих значений ширины запрещённой зоны полимеров нитрида углерода при введении различных допантов.
Бесплатно
Композитные магнитовосприимчивые фотокатализаторы на основе оксидов Fe3O4/SiO2/TiO2
Статья научная
В работе изучены композитные материалы на основе оксидов Fe3O4/SiO2/TiO2 , синтезированные золь-гель методом. На первой стадии наночастицы магнетита осаждали гидроксидом натрия из смеси водных растворов сульфатов железа(II) и (III) при непрерывном воздействии ультразвука, после чего отмывали дистиллированной водой и сушили под вакуумом. На второй стадии полученные частицы магнетита покрывали оксидом кремния по методу Штобера путём диспергирования их при воздействии ультразвука в растворе тетраэтоксисилана в н-пропаноле с последующим гидролизом тетраэтоксисилана в присутствии водного раствора аммиака, отмывкой и сушкой под вакуумом полученных материалов. На третьей стадии в композит вводили фотокаталитически активные частицы на основе оксида титана методом замены растворителя путём диспергирования образцов в водном растворе пероксотитановой кислоты и добавления н-пропанола при интенсивном перемешивании с последующей активацией кипячением в смеси вода/этанол 1:1, отмывкой и сушкой под вакуумом. Изучено влияние на свойства образцов цитратной стабилизации и разделения частиц магнетита на стадии их синтеза на «лёгкую» и «тяжёлую» магнитные фракции, а также прокаливания образцов при температуре 450 °С. Исследованы фотокаталитические свойства синтезированных образцов в процессе фотодеструкции метилового оранжевого, а также их магнитная извлекаемость из суспензии. Выполнена физико-химическая характеризация образцов на сканирующем электронном микроскопе высокого разрешения методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, порошковой рентгеновской дифракции, термического анализа (ТГ-ДСК), совмещённого с масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза. Обнаружено, что композиты на основе смешанного оксида титана-кремния имеют более высокую фотокаталитическую активность, чем получаемые по аналогичной методике композиты на основе чистого диоксида титана. Полученные фотокатализаторы можно использовать для очистки воды от красителей с последующим извлечением при помощи магнита.
Бесплатно
