ИССЛЕДОВАНИЕ  ЗАВИСИМОСТИ  УСТОЙЧИВОСТИ  МИКРОЭМУЛЬСИИ  НАНОЧАСТИЦ  СУЛЬФИДОВ  КАДМИЯ,  РТУТИ  И  СВИНЦА  В  ЗАВИСИМОСТИ  ОТ  КОНЦЕНТРАЦИИ  СТАБИЛИЗАТОРА

Фарус  Оксана  Анатольевна

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

Е-mail: 

THE  DEPENDENCE  OF  STABILITY  OF  THE  MICROEMULSION  NANOPARTICLE  SULFIDES  OF  CADMIUM,  MERCURY  AND  LEAD,  DEPENDING  ON  THE  CONCENTRATION  OF  STABILIZER

Farus  Oksana

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

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена  возможность  получения  наночастиц  сульфидов  металлов  с  помощью  реакции  контролируемого  осаждения,  в  которых  в  качестве  стабилизатора  использовался  ПВС.  Проанализированы  спектры  поглощения  систем  полученных  на  основе  наночастиц  сульфидов  кадмия,  ртути  и  свинца  и  ПВС,  рассмотрена  возможность  определения  седиментационной  устойчивости  микроэмульсий  наночастиц  на  основе  данных  спектрофотометрического  анализа.

ABSTRACT

The  possibility  of  obtaining  nanoparticles  of  metal  sulfide  by  reaction  of  controlled  deposition  in  which  PVA  was  used  as  a  stabilizer.  Analyzed  the  absorption  spectra  of  systems  derived  from  sulfide  nanoparticles  of  cadmium,  mercury  and  lead  and  PVA,  consider  the  possibility  of  determining  the  sedimentation  stability  of  microemulsions  of  nanoparticles  on  the  basis  of  spectrophotometric  analysis.

Ключевые  слова:  синтез;  наночастицы  сульфидов  металлов;  реакция  контролированного  осаждения;  микроэмульсия;  седиментационная  устойчивость;  спектры  поглощения.

Keywords:  synthesis,  nanoparticles  of  metal  sulfides;  reaction  controlled  deposition,  microemulsion,  sedimentation  stability,  absorption  spectra.

В  химии  и  технологии  полимерных  материалов  одним  из  современных  приоритетных  направлений  является  создание  композитных  структур  на  основе  полимеров  и  неорганических  частиц,  в  которых  полимер  принимает  участие  в  стабилизации  наночастиц,  предотвращая  их  агломерацию.  Наиболее  распространенными  системами  являются  полимерные  нанокомпозиты,  ценные  свойства  которых  заключаются  в  полифункциональности  и  возможности  реализации  уникальных  комбинаций  свойств,  которые  недостижимы  в  традиционных  материалах. 

Наночастицы  по  своему  размеру  занимают  промежуточное  положение  между  материалом  в  объеме  и  атомно-молекулярными  структурами,  что  обуславливает  существенное  отличие  ряда  их  физико-химических  параметров  от  свойств  цельного  материала.  Прежде  всего,  это  нелинейные  оптические  свойства,  которые  зависят  от  размера  и  формы  наночастиц.  Поэтому  использование  строительных  блоков  наноразмера  делает  возможным  дизайн  и  создание  новых  композитов  с  необычной  «гибкостью»  физико-химических  свойств,  а  также  синергическими  эффектами  их  эксплуатационных  характеристик.  Особенно  интересны  так  называемые  Q-частицы  полупроводников,  многие  свойства  которых  могут  заметно  отличаться  от  свойств  характерных  для  объемных  полупроводников  [1,  5].

Экспериментальная  часть.  Наночастицы  сульфидов  металлов  были  получены  химическим  методом,  на  основе  реакции  нитратов  металлов  с  сульфидом  натрия:

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

При  обычных  условиях  данная  реакция  протекает  с  образованием  осадков,  поэтому  для  того  чтобы  получить  коллоидные  частицы  с  узким  распределением  по  размеру,  необходимо  стабилизировать  поверхность  нанокластера  и  тем  самым  предотвратить  его  неконтролируемый  рост.  Поэтому  общим  подходом  для  получения  коллоидных  частиц  является  использование  полимерных  материалов  в  качестве  стабилизатора,  в  нашем  случае  использовался  поливиниловый  спирт  (ПВС).  Данный  тип  реакции  называются  реакциями  контролируемого  осаждения,  они  относятся  к  группе  реакций,  при  которых  происходит  комбинирование  раздельно  полученных  неорганических  наночастиц  и  полимера  [3]. 

Необходимо  отметить,  что  если  образуются  наночастицы  достаточно  малого  размера,  они  могут  удерживаться  в  каплях  микроэмульсии,  но  так  как  адсорбционный  слой  ПАВ  обладает  определенной  прочностью  и  эластичностью,  то  при  увеличении  размера  наночастиц  сверх  определенного  предела  в  системе  протекает  их  седиментация  [2,  4]. 

Для  исследования  зависимости  устойчивости  микроэмульсии,  содержащие  наночастицы,  от  концентрации  стабилизатора,  нами  были  получены  растворы  наночастицы  сульфидов  свинца,  кадмия  и  ртути  в  матрице  ПВС  с  концентрацией  стабилизатора  0,1  %  и  0,01  %.

Полученные  растворы,  содержащие  наночастицы  сульфидов  исследуемых  металлов,  имеют  различную  окраску,  следовательно,  они  различаются  по  оптическим  свойствам.  Спектры  поглощения,  полученных  дисперсий  были  сняты  на  цифровом  UV—VIS  спектрофотометре  PD-303  UV  в  диапазоне  длин  волн  190—850  Нм.

Необходимо  отметить,  что  микроэмульсии,  в  которых  в  качестве  стабилизатора  использовался  0,01  %  раствор  ПВС,  оказались  не  стабильными  и  поэтому  спектры  поглощения  снять  для  них  не  удалось.

Анализ  спектров  поглощения  (рис.  1,  2)  микроэмульсий  сульфидов  металлов  в  0,1  %  растворе  ПВС  показывает  наличие  максимумов  при  различных  длинах  волн  (табл.  1). 

Таблица  1.

Рисунок  1.  Спектры  поглощения  наночастиц  сульфида  свинца  в  0,1  %  растворе  ПВС

Рисунок  2.  Спектры  поглощения  наночастиц  сульфидов  кадмия  и  ртути  в  0,1  %  растворе  ПВС

При  седиментации  микроэмульсии  с  наночастицами  будет  происходить  уменьшение  величины  оптической  плотности  в  точке  максимума,  затем  данная  величина  измерялась  через  каждые  2  минуты,  полученные  данные  помещены  на  графики  (рис.  3,  4). 

Рисунок  3.  Зависимость  значения  коэффициента  экстинкции  в  точке  максимума  от  времени  для  системы  РbS-ПВС_{раствор}  (концентрация  ПВС  0,01  %)

Рисунок  4.  Зависимость  значения  коэффициента  экстинкции  в  точке  максимума  от  времени  для  системы  РbS-ПВС_{раствор}  (концентрация  ПВС  0,1  %)

Сравнительный  анализ  полученных  графиков  показывает,  что  микроэмульсии,  образованные  на  основе  0,01  %  ПВС  неустойчивые  и  в  течение  ~5  минут  подвергается  седиментации.  Системы,  в  которых  в  качестве  стабилизатора  использовался  0,1  %  раствор  ПВС,  является  седиментационно  устойчивым.

Аналогичные  графики  были  построены  для  систем  HgS—ПВС_{раствор},  СdS—ПВС_{раствор}.

Таким  образом,  в  ходе  реализации  экспериментальной  части  исследования  было  установлено,  что  основываясь  на  значениях  величины  коэффициента  экстинкции  микроэмульсии  с  наночастицами  можно  установить  седиментационную  устойчивость  наночастиц,  а  так  же  были  исследованы  оптические  свойства  полученных  наносистем.

Список  литературы:

1. Андриевский  Р.А.  Наноструктурные  материалы.  М.:  Наука,  2005.  —  343  с.
2. Гуляева  Е.В.  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. Грицкова  И.А.,  Гервальд  А.Ю.,  Прокопов  Н.И.,  Ширякина  Ю.М.,  Серхачева  Н.С.  Синтез  полимерных  микросфер,  содержащих  неорганические  наночастицы.  //  Вестник  МИТХТ.  —  2011.  —  Т.  6.  —  №  5.  —  С.  9—20.
4. Королева  М.Ю.  Гуляева  Е.В.,  Юртов  Е.В.  Устойчивость  и  оптические  свойства  дисперсий  наночастиц  CdS,  ZnS  и  Ag₂S,  синтезированных  в  микроэмульсии.  //  Журнал  неорганической  химии.  —  2012.  —  Т.  57.  —  №  3.  —  С.  69—75. 
5. Помогайло  А.Д.,  Розенберг  А.С.,  Уфлянд  И.Е.  Наночастицы  металлов  в  полимерах.  М.:  Химия,  2000.  —  672  с.