,
ГБОУ СОШ № 000 Петродворцового района Санкт-Петербурга,
ГБОУ лицей № 000 «Центр экологического образования»
Кировского района Санкт-Петербурга
Руководители:
Доцент кафедры нанотехнологии
и материалов электронной техники СПбГТИ (ТУ)
Захарова Наталия Владимировна,
педагог дополнительного образования
ГБОУ лицея № 000 «ЦЭО»
,
учитель химии ГБОУ СОШ № 000
Лебедева Наталия Витальевна.
МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КРЕМНЕЗЕМЫ С ПОВЫШЕННОЙ СОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТЬЮ
Цель работы: синтез фосфороксидных структур на поверхности ШСКГ методом молекулярного наслаивания.
Задачи:
1.Обработка поверхности ШСКГ парами низкомолекулярного реагента POCl3.
2.Изучение сорбционных свойств исходных и модифицированных образцов.
3.Оценка влагоёмкости фосфорсодержащего кремнезёма по сравнению с исходным.
Объект исследования: исходный и модифицированный силикагель
Предмет исследования: влагопоглощение исходного и модифицированного силикагеля
Адсорбционные материалы играют важную роль во многих областях современной техники. При помощи адсорбентов осуществляется глубокая осушка и тонкая очистка газов и жидкостей, улавливание летучих растворителей, поглощение вредных промышленных выбросов, загрязняющих атмосферу и водные бассейны, выделение из газов и паров ценных составных частей, в частности для последующей химической или биологической переработки и т. п. Области применения адсорбентов обширны в химической, пищевой и фармацевтической промышленности, а также для консервации оборудования, предохранения материалов от коррозии [1, 2].
Синтез наноструктурированных низкоразмерных систем позволяет получать материалы с уникальными свойствами. Одним из наиболее перспективных методов, позволяющих осуществлять прецизионное регулирование состава и строения материалов на атомно-молекулярном уровне, является метод химической сборки (молекулярного наслаивания) [3].
Метод молекулярного наслаивания (МН) широко применяется для синтеза наноматериалов различного функционального назначения.
Модифицированные кремнеземы с повышенной сорбционной активностью предназначены для стабилизации внутренней газовой среды герметичных изделий, глубокой осушки газовых сред и консервации химического оборудования. При этом фосфорсодержащие системы выпускаются промышленно и находят практическое применение в качестве катализаторов и сорбентов. Обладают сорбционной способностью к парам воды и аммиака, в несколько раз превышающей исходный силикагель.
Метод молекулярного наслаивания
Основной недостаток традиционных методов получения индикаторов сорбционного типа (пропитка, смешение) неравномерность распределения активностей компонента на носителе, что приводит к неопределенности соединений и не позволяет получить сорбенты оптимального состава. Этот недостаток устраняется при изготовлении индикаторов методом молекулярного наслаивания (МН), разработанного на кафедре ХНиМЭТ. В отличие от общеизвестных методов [3, 4] синтез методом МН протекает не путем хаотического междуатомного и межмолекулярного взаимодействия, происходящего при перемешивании реагентов, и не вблизи равновесия, а путем переноса и закрепления на заранее подготовленной поверхности выбранных структурных единиц. Методом МН можно как синтезировать на поверхности твердофазной матрицы наноструктуры различного химического состава (монослои, в том числе многокомпонентные), так и осуществлять поатомную химическую сборку поверхностных нано - и микроструктур путем многократного чередования химических реакций по заданной программе.
При этом структурные единицы размещаются с плотностью и в положениях, предусмотренных программой синтеза, и не определяются условиями равновесия [4]. При синтезе низкоразмерных систем методом МН особенно удобным представляется использование в качестве подложки кремнезема в силу его химической инертности, доступности и наличия на его поверхности необходимых активных центров, а в качестве низкомолекулярных реагентов - летучих хлоридов элементов-модификаторов - фосфора, ванадия, титана, и т. д.
Место исследования: Кафедра ХНиМЭТ СПбГТИ (ТУ), продолжительность исследования: 4 месяца
Результаты исследования:
Были исследованы адсорбционные свойства исходного и фосфорсодержащего силикагеля сорбционными статическими методами. В качестве адсорбента использовали пары воды, поскольку влага является одним из главных компонентов, вызывающих коррозионные процессы, ухудшающие электрофизические параметры изделий.
Влагоемкость фосфорсодержащего кремнезёма по сравнению с исходным ШСКГ значительно увеличилась. В течение 63 часов наблюдался рост влагопоглощения как у исходного ШСКГ так и модифицированного, максимального влагопоглощения образцы достигли за 85-88 часов. При этом разность влагопоглощения составила 6,23 ммоль/г (44%)
Выводы:
1.Проведен синтез фосфороксидных структур на поверхности ШСКГ методом молекулярного наслаивания: поверхность ШСКГ обработана парами низкомолекулярного реагента POCl3 (один цикл)
2. Изучены сорбционные свойства исходных и модифицированных образцов
3. Согласно оценке влагоёмкости фосфорсодержащего кремнезёма можно говорить о применении его для стабилизации внутренней газовой среды герметичных изделий, глубокой осушки газовых сред и консервации химического оборудования и упаковки произведений искусства.
Литература:
1. Кельцев адсорбционной техники. - М.:Химия. - 1976 - 511 с.
2. , Тищенко атмосферного воздуха. - М.:Химия. - 1993. - 192 с.
3. Малыгин, А. А. От химических реакций на поверхности твердых тел к нанотехнологиям молекулярного наслаивания / // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - 2007. - № 1 (27). - С. 14
4. Алесковский химии надмолекулярных соединений. - Л.:ЛГУ. - 1990. - 284 с.
