ПОЛУЧЕНИЕ  НАНОКОМПОЗИТОВ  НА  ОСНОВЕ  ПОЛИВИНИЛОВОГО  СПИРТА  И  НАНОЧАСТИЦ  СУЛЬФИДОВ  СВИНЦА,  РТУТИ  И  КАДМИЯ  (ПВС-МЕS,  ГДЕ  МЕ=PB,  HG,  CD)  И  СРАВНЕНИЕ  ИХ  УСТОЙЧИВОСТИ  С  АНАЛОГИЧНЫМИ  МИКРОЭМУЛЬСИЯМИ

Фарус  Оксана  Анатольевна

канд.  хим.  наук,  доцент,  ФГБОУ  ВПО  «Оренбургский  государственный  педагогический  университет»,  г.  Оренбург

E-mail: 

PREPARATION  OF  NANOCOMPOSITES  BASED  ON  POLYVINYL  ALCOHOL  AND  NANOPARTICLES  SULFIDES  OF  LEAD,  MERCURY  AND  CADMIUM  (PVA-MES,  WHERE  ME  =  PB,  HG,  CD)  AND  THEIR  COMPARISON  WITH  THE  SAME  STABILITY  OF  MICROEMULSIONS.

Oksana  Farus

candidate  of  chemical  science,  Associate  Professor  of  Orenburg  State  Pedagogical  University,  Orenburg

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена  возможность  получения  пленочных  нанокомпозитных  материалов  на  основе  поливинилового  спирта  и  наночастиц  сульфидов  свинца,  ртути  и  кадмия.  Произведен  сравнительный  анализ  устойчивости  полученных  пленок  с  микроэмульсиями  аналогичного  состава.  Рассмотрены  микрофотографии  синтезированных  нанокомпозитов.

ABSTRACT

The  possibility  of  obtaining  film  nanocomposite  materials  based  on  polyvinyl  alcohol  and  sulfide  nanoparticles  of  lead,  mercury  and  cadmium.  A  comparative  analysis  of  the  stability  of  the  films  with  microemulsions  of  similar  composition.  Considered  micrographs  of  the  synthesized  nanocomposites.

Ключевые  слова:  синтез;  материалы;  вещества;  нанокомпозитные  материалы,  наночастицы  сульфидов  металлов;  микроэмульсия;  седиментационная  устойчивость;  оптический  метод.

Keywords:  synthesis,  materials,  substances,  nanocomposites,  nanoparticles  of  metal  sulfides,  microemulsion,  sedimentation  stability,  optical  method.

В  настоящее  время  наблюдается  рост  требований,  предъявляемых  к  нанокомпозитным  материалам,  которые  обладают  определенными  конструктивными  признаками.  Наиболее  распространенными  системами  являются  полимерные  нанокомпозиты,  ценные  свойства  которых  заключаются  в  полифункциональности  и  возможности  реализации  уникальных  комбинаций  свойств,  которые  недостижимы  в  традиционных  материалах. 

В  качестве  полимерных  матриц  в  таких  системах  используются  силикагель,  этиленгликоль,  поливиниловый  спирт  и  др.  Так  как  поливиниловый  спирт  обладает  универсальными  адгезионными  и  связывающими  свойствами,  стойкостью  к  окислению,  он  широко  используется  в  качестве  стабилизатора  наночастиц  [2—4].

При  этом  для  реального  внедрения  наноразмерных  систем  в  массовое  производство  необходимо  углубленное  изучение  свойств  и  структуры  нанообъектов,  определение  механизмов,  определяющих  эти  свойства  [1]. 

Экспериментальная  часть.  Для  получения  нанокомпозитных  материалов  (плёнок),  в  качестве  плёнкообразующего,  и  одновременно  стабилизующего  компонента,  нами  был  использован  поливиниловый  спирт  (ПВС).  Процесс  получения  нанокомпозитных  материалов  включал  в  себя  несколько  этапов.  На  первом  этапе  необходимо  приготовить  раствор  поливинилового  спирта  в  дистиллированной  воде  с  массовой  концентрацией  ПВС  10  %.  После  добавления  ПВС  температура  воды  не  должна  превышать  20—25  ⁰С  во  избежание  образования  комочков  ПВС,  затем  температуру  следует  повышать  до  полного  растворения  ПВС.  В  приготовленные  растворы  добавили  растворы  нитратов  металлов  (0,01  М  и  0,1  М),  размешали  и  добавили  в  них  раствор  сульфида  натрия. 

В  основе  получения  исследуемых  нанокомпозитных  материалов  лежит  та  же  химическая  реакция  контролируемого  осаждения,  с  помощью  которой  получают  наночастицы  данных  сульфидов  металлов  [5]:

Me(NO₃)₂  +  Na₂S  →  MeS  +  2NaNO₃,  где  Me=Pb,  Cd,  Hg

Полученные  растворы  тщательно  размешали  и  поместили  в  чашку  Петри,  равномерно  распределить  раствор  по  поверхности  и  оставить  сушиться  при  комнатной  температуре  на  72  часа.  После  высыхания  отделить  образовавшуюся  пленку  отделили  от  основы.

Полученные  пленки  ПВС-МеS  имеют  следующие  окраски:

При  этом  необходимо  отметить,  что  окраска  плёнок,  полученных  на  основе  нитратов  металлов  с  различной  концентрацией,  отличается.

Ранее  нами  были  получены  и  исследована  кинетика  устойчивости  микроэмульсий  наночастиц  сульфидов  кадмия,  ртути  и  свинца  в  зависимости  от  концентрации  стабилизатора.  Анализ  ранее  полученных  данных  показал,  что  при  концентрации  стабилизатора  0,1  %  микроэмульсия  устойчива  около  30  минут  [5].

Анализ  устойчивости  полученных  плёнок,  показал,  что  они  устойчивы  длительный  промежуток  времени  без  изменения  свойств  (на  настоящий  момент  устойчивость  составляет  6,5  месяцев).

Полученные  плёнки  нами  были  изучены  оптическими  методами.  Для  полученных  наноматериалов  нами  были  сняты  спектры  поглощения,  так  как  сам  ПВС  характеризуется  максимами  поглощения,  снятие  спектра  производилось  относительно  пленки  чистого  ПВС  (табл.1)

Таблица  1.

Значение  максимумов  в  спектрах  поглощения  пленок  на  основе  ПВС  и  сульфидов  металлов  разной  концентрации

*Примечание:  с₁  —  концентрация  нитрата  металла,  используемого  в  реакции 

Анализ  полученных  данных  показывает,  что  при  увеличении  концентрации  нитрата  металла  происходит  сдвиг  полосы  поглощения  в  длинноволновую  часть  спектра.  Следовательно,  чем  выше  концентрация  исходного  компонента,  тем  больше  размер  полученных  наночастиц.  Нами  были  сделаны  фотографии  образцов  плёнок  с  наночастицами,  в  образовании  которых  мы  использовали  растворы  нитратов  металлов  с  концентрацией  0,1  моль/л  (рис.  1).  Для  плёнок,  полученных  из  растворов  с  меньшей  концентрацией  ионов  металлов,  получить  такие  фотографии  не  удалось.  Это  также  подтверждает  их  гораздо  меньший  размер. 

Рисунок  1.  Фотографии  образцов  плёнок  с  наночастицами:  а)  ПВС-PbS;  б)  ПВС-HgS;  в)  ПВС-СdS

Таким  образом,  анализ  экспериментальных  данных  показывает,  что  плёнки,  полученные  на  основе  поливинилового  спирта  и  наночастиц  сульфидов  металлов,  устойчивы  длительный  промежуток  времени,  в  отличие  от  аналогичных  микроэмульсий.  При  этом  устойчивость  данных  систем  не  зависит  от  исходной  концентрации  нитратов  металлов.  Все  это  позволяет  сделать  выводы  о  возможности  практического  использования  полученных  нанокомпозитов.

Список  литературы:

1.Бабин  Л.А.,  Сучкова  Е.Н.,  Стукалова  А.С.,  Сычева  Т.М.,  Трофимова  Л.А.  Влияние  фото-  и  термовоздействия  на  спектральные  свойства  поливинилового  спирта  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://fh.kubstu.ru/fams/issues/issue05/st0501.pdf  (дата  обращения  05.01.2011).

2.Синтез  наночастиц  CdS,  ZnS  И  Ag₂S  в  жидких  системах  с  ПАВ:  автореф.  дис.  …  канд.  хим.  наук  (02.00.11)  /  Гуляева  Елена  Витальевна.  М.,  2013.  —  18  с. 

3.Синтез  и  свойства  наночастиц  металлов,  стабилизированных  водорастворимыми  полимерами:  автореф.  дис.  …  канд.  хим.  наук  (02.00.06)  /  Шмаков  Сергей  Николаевич.  Алматы.,  2009.  —  20  с. 

4.Суздалев  И.П.  Нанотехнология.  Физикохимия  нанокластеров,  наноструктур  и  наноматериалов.  М.:  КомКнига,  2006.  —  308  с.

5.Фарус  О.А.  Исследование  зависимости  устойчивости  микроэмульсии  наночастиц  сульфидов  кадмия,  ртути  и  свинца  в  зависимости  от  концентрации  стабилизатора  //  Естественные  и  математические  науки  в  современном  мире.  —  2013.  —  №  8.  —  С.  128—133.