Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей
Исследованы сорбционная способность, удельная поверхность и структура порового пространства сополимерных гидрогелей акрилового ряда. Установлено влияние состава дисперсных гидрогелей на их физико-химические свойства. Досліджено сорбційну здатність, питому поверхню та структуру порового простору копо...
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України
2006
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3792 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей / Ю.М. Самченко, В.В. Цирина, М.А. Альтшулер // Катализ и нефтехимия. — 2006. — № 14. — С. 112-115. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3792 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Самченко, Ю.М. Цирина, В.В. Альтшулер, М.А. 2009-07-10T09:14:28Z 2009-07-10T09:14:28Z 2006 Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей / Ю.М. Самченко, В.В. Цирина, М.А. Альтшулер // Катализ и нефтехимия. — 2006. — № 14. — С. 112-115. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3792 541.182.644 Исследованы сорбционная способность, удельная поверхность и структура порового пространства сополимерных гидрогелей акрилового ряда. Установлено влияние состава дисперсных гидрогелей на их физико-химические свойства. Досліджено сорбційну здатність, питому поверхню та структуру порового простору кополімерних гідрогелів акрилового ряду. Встановлено вплив складу дисперсних гідрогелів на їх фізико-хімічні властивості. Sorbtion ability, surface area and porous structure of copolymer acrylic hydrogels were investigated. The influence of composition of disperse hydrogels on their physico-chemical characteristics were established. ru Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей Cорбційні властивості дисперсних кополімерних гідрогелів Sorbtion properties of disperse copolymer hydrogels Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей |
| spellingShingle |
Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей Самченко, Ю.М. Цирина, В.В. Альтшулер, М.А. |
| title_short |
Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей |
| title_full |
Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей |
| title_fullStr |
Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей |
| title_full_unstemmed |
Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей |
| title_sort |
сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей |
| author |
Самченко, Ю.М. Цирина, В.В. Альтшулер, М.А. |
| author_facet |
Самченко, Ю.М. Цирина, В.В. Альтшулер, М.А. |
| publishDate |
2006 |
| language |
Russian |
| publisher |
Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Cорбційні властивості дисперсних кополімерних гідрогелів Sorbtion properties of disperse copolymer hydrogels |
| description |
Исследованы сорбционная способность, удельная поверхность и структура порового пространства сополимерных гидрогелей акрилового ряда. Установлено влияние состава дисперсных гидрогелей на их физико-химические свойства.
Досліджено сорбційну здатність, питому поверхню та структуру порового простору кополімерних гідрогелів акрилового ряду. Встановлено вплив складу дисперсних гідрогелів на їх фізико-хімічні властивості.
Sorbtion ability, surface area and porous structure of copolymer acrylic hydrogels were investigated. The influence of composition of disperse hydrogels on their physico-chemical characteristics were established.
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3792 |
| citation_txt |
Сорбционные свойства дисперсных сополимерных гидрогелей / Ю.М. Самченко, В.В. Цирина, М.А. Альтшулер // Катализ и нефтехимия. — 2006. — № 14. — С. 112-115. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT samčenkoûm sorbcionnyesvoistvadispersnyhsopolimernyhgidrogelei AT cirinavv sorbcionnyesvoistvadispersnyhsopolimernyhgidrogelei AT alʹtšulerma sorbcionnyesvoistvadispersnyhsopolimernyhgidrogelei AT samčenkoûm corbcíinívlastivostídispersnihkopolímernihgídrogelív AT cirinavv corbcíinívlastivostídispersnihkopolímernihgídrogelív AT alʹtšulerma corbcíinívlastivostídispersnihkopolímernihgídrogelív AT samčenkoûm sorbtionpropertiesofdispersecopolymerhydrogels AT cirinavv sorbtionpropertiesofdispersecopolymerhydrogels AT alʹtšulerma sorbtionpropertiesofdispersecopolymerhydrogels |
| first_indexed |
2025-11-25T23:24:42Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:24:42Z |
| _version_ |
1850579819431985152 |
| fulltext |
112 Катализ и нефтехимия, 2006, №14
УДК 541.182.644 © 2006
Сорбционные свойства дисперсных
сополимерных гидрогелей
Ю.М. Самченкоа, В.В. Циринаб, М.А. Альтшулерв
аИнститут биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины,
Украина, 03132 Киев, бульв. Вернадского, 42
бИнститут физической химии НАН Украины,
Украина, 03139 Киев, просп. Науки, 31; тел. 525-58-64
вУкраинский НИИ нефтеперерабатывающей промышленности “МАСМА”,
Украина, 03680 Киев, просп. Палладина, 46; тел. 257-44-76
Исследованы сорбционная способность, удельная поверхность и структура порового пространства сопо-
лимерных гидрогелей акрилового ряда. Установлено влияние состава дисперсных гидрогелей на их физи-
ко-химические свойства.
Спецификой пространственно сшитых полимерных
гидрогелей является их гидрофильность, проявляю-
щаяся в предпочтительной сорбции воды и других по-
лярных растворителей из паровой (сорбция) и конден-
сированной (набухание) фаз. В настоящее время уста-
новлены широкие перспективы использования гидро-
гелей в медицине [1], фармации [2, 3], экологии [4],
агротехнике [5], биотехнологии [6], катализе, в частно-
сти низкотемпературном ферментативном [7].
В данной работе исследованы удельная поверх-
ность и пористость сшитых сополимерных гидрогелей
на основе акриламида (АА)и акриловой кислоты (АК),
продемонстрирована микрогетерогенная структура
гидрогелей.
Синтез сополимерных гидрогелей в виде мелко-
дисперсных порошков осуществляли следующим об-
разом. Водные растворы соответствующих мономеров,
сшивающего агента и компонентов инициирующей
смеси (все реагенты производства фирмы SIGMA)
диспергировали в среде несмешивающегося органи-
ческого растворителя при постоянном перемешивании.
Для инициирования гелеобразования использовали
окислительно-восстановительную систему персульфат
калия – метабисульфит натрия, продолжительность
гелеобразования составляла около 30 мин. После этого
гранулы гидрогеля (их форма близка к сферической)
отделяли, промывали от непрореагировавших остатков
исходных веществ и высушивали. Cоотношение мо-
номеров в гидрогелях варьировали в диапазоне от го-
мополиакриламидного геля до гидрогеля со 100 %-м
содержанием звеньев АК. В качестве сшивающего
агента использовали N,N’-метилен-бис-акриламид
(МБА), причем его концентрацию варьировали в диа-
пазоне от 0,0865 до 0,346 %. Суммарное содержание
мономеров в гидрогелях составило 15 %, исследовали
фракцию с размером частиц 0,5 мм.
Удельную поверхность гидрогелей S определяли
весовым методом по результатам измерения равновес-
ной сорбции паров воды в вакуумной системе. Сорб-
цию паров воды гидрогелями изучали в стандартной
адсорбционной установке с весами Мак Бена, систе-
мой термостатирования, вакуумирования, напуска па-
ров и измерения давления. Подробнее методика изме-
рения сорбционных параметров гидрогелей описана
нами ранее [10].
По значениям давления паров сорбата и соответст-
вующего им привеса образца сорбента строили изо-
терму адсорбции паров в координатах A – Р/РS, где A –
cорбция, ммоль Н2О/г сухого сорбента; Р – упругость
паров; РS – упругость насыщенных паров данного сор-
бата. Опыты проводили при Т = 293 К.
Величину эффективного радиуса пор рассчитывали
из десорбционной ветви гистерезиса по уравнению
Кельвина:
r = (2σνm)/(RTlnР/РS), (1)
где σ – поверхностное натяжение жидкости, пары ко-
торой адсорбируются; νm – мольный объем жидкости;
R – универсальная газовая постоянная.
Для получения кривой распределения объемов пор
по их размерам вначале строили так называемую
структурную кривую. По уравнению Кельвина высчи-
тывали радиусы пор, соответствующих данным значе-
ниям Р/РS для каждой точки десорбционной ветви
изотермы и наносили на график объем адсорбирован-
ного вещества в конденсированном состоянии ν = аm
как функцию радиуса пор r. По структурной кривой
рассчитывали значения производной, выражая их че-
рез отношения конечных приращений ∆ν/∆r. По ним
строили дифференциальную кривую распределения
объема пор по их эффективным радиусам, т.е. зависи-
мость ∆ν/∆r от r. Для r при этом брали средние значе-
ния соответствующих отрезков.
Согласно теории БЭТ [9], уравнение адсорбции в
линейной форме имеет вид
(P/Ps)/(1 – P/Ps) a = 1 ⁄ аmC + (C –1) ⁄ аmC (P/Ps), (2)
Катализ и нефтехимия, 2006, №14 113
где а – величина адсорбции; аm – величина адсорбции
мономолекулярного слоя.
Откладывая полученные данные о сорбции на осях
графика с координатами (P/Ps)/(1 – P/Ps)a и Р/РS для
начальных участков изотерм, получали прямолиней-
ную зависимость с углом наклона α, причем аm=(tg α)-1.
Тогда удельную поверхность определяют по формуле
S = аm ⁄M(NA ωm)10-20, (3)
где М – молекулярная масса сорбата; NA – число Аво-
гадро; ωm – размер площадки, занимаемой молекулой
сорбата, Å.
Средний радиус пор рассчитывали по формуле
R0 =2am/S, (4)
где R0 – средний радиус пор; am– величина адсорбции
мономолекулярного слоя.
Полученные изотермы адсорбции и десорбции для
сополимерного гидрогеля с эквимолярным соотноше-
нием звеньев АА и АК представлены на рис. 1. Изо-
термы для остальных исследованных гидрогелей име-
ли подобный профиль. Изотермы адсорбции и десорб-
ции образовывали петли гистерезиса, причем, в отли-
чие от характерных кривых, полученных в опытах с
минеральными сорбентами, в рассмотренных нами
опытах с полимерными гидрогелями кривые десорб-
ции отсекали на оси ординат остаточную величину
адсорбции, соответствующую количеству воды, кото-
рая более прочно удерживается поверхностными си-
лами, т.е. связанной воды.
С учетом значений сорбции и десорбции паров во-
ды нами рассчитаны кривые распределения объемов
пор по их радиусам. Для сополимерного гидрогеля с
эквимолярным соотношением звеньев АА и АК соот-
ветствующая кривая распределения приведена на рис. 2.
Полученные данные свидетельствуют о гетерогенно-
сти структуры гидрогелей и о наличии в них широкого
Структурные характеристики сополимерных гидро-
гелей
спектра пор радиусом от 1 до 10 нм. Отмечена хоро-
шая корреляция результатов с имеющимися в литера-
туре данными о величине пор в гомополиакриламид-
ном геле, найденными на основании измерения его
проницаемости по отношению к тестовым молекулам
различной величины [8].
По мере роста содержания карбоксильных групп в
гидрогелях присущий им средний радиус пор, рассчи-
танный по формуле (4), увеличивался, достигая в слу-
чае гомополимерного гидрогеля на основе АК
17,35 нм, что более чем в 5 раз превосходит соответст-
вующий параметр для гомополиакриламидного геля
(таблица, рис. 3, 2). Увеличение радиуса пор в гидроге-
лях с ростом количества карбоксильных групп может
быть объяснено их частичной ионизацией и, как след-
ствие, взаимным отталкиванием, приводящим к до-
полнительному раздвижению макромолекулярных
цепей.
Вместе с тем с увеличением содержания звеньев
АК в сополимерных гидрогелях их удельная поверх-
ность уменьшалась (рис. 3, 1), что может быть объяс-
нено незначительным вкладом макропор в суммарную
сорбцию и удельную поверхность.
Несколько неожиданным оказалось, что средний
раз радиус пор в гидрогелях увеличивался по мере рос-
та концентрации сшивающего агента (рис. 4).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
P/Ps
а
, м
мо
ль
/г
0 20 40 60 80 100 120
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
0,016
58,91
11,65
dV
/d
r 24,79
r·10-1, нм
Рис. 1. Изотермы сорбции–десорбции для сополимер-
ных гидрогелей с эквимолекулярным соотношением
звеньев АА–АК (СМБА = 0,173 %)
Рис. 2. Кривая распределения объема пор по размерам
для сополимерного гидрогеля с эквимолярным соотно-
шением АА–АК (СМБА = 0,173 %)
CАА, % САК, % СМБА, % S, м2/ г V, cм3/г R0, нм
15 0 0,173 175 0,28 3,2
11,25 3,75 0,173 136 0,41 3,45
7,5 7,5 0,173 129 0,28 4,35
3,75 11,25 0,173 91 0,26 5,71
0 15 0,173 60 0,52 17,35
15 0 0,346 100 0,46 5
15 0 0,0865 249 0,33 2,65
114 Катализ и нефтехимия, 2006, №14
1
2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0,00 3,75 7,50 11,25 15,00
САК, %
S
, м
2 /г
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
R
0,
нм
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
0,0865 0,1365 0,1865 0,2365 0,2865 0,3365
С МБА, %
R
0,
нм
Рис. 3. Влияние содержания звеньев АК в сополимер-
ных гидрогелях на удельную поверхность (1) и средний
радиус пор (2)
Рис. 4. Влияние частоты сшивки в гомополиакрила-
мидном геле на величину среднего радиуса пор
Вероятным объяснением указанного эффекта явля-
ется то, что с ростом частоты сшивания макромолеку-
лярные цепи образуют крайне жесткие структуры, не-
склонные к тесному взаимному сближению с образо-
ванием узких пор.
Таким образом, проведенные исследования позво-
лили охарактеризовать поровое пространство в сопо-
лимерных гидрогелях и установить взаимосвязь между
их сорбционными параметрами и химическим соста-
вом. Продемонстрировано, что поры в гидрогелях яв-
ляются наноразмерными структурными элементами, а
их радиус вследствие присущей гидрогелям микроге-
терогенности варьирует в диапазоне от 1 до 20 нм.
1. Галаев И.Ю., Успехи химии, 1995, 64 (5), С. 505–
524.
2. Inoue T., Chen G., Nakamae K., J. Control. Release,
1997, 49 (2–3 ), 167–176.
3. Lowe T., Tenhu H., Tylli, H., J. Appl. Polym. Sci,
1999, 73 (6), 1031–1039.
4. Rifi E.H., Leroy J.F., Brunette J.P., Solv. Extr .and
Ion Еxch.,1994, 12 (5), 1103–1119.
5. Walter D., Sin G., Blanch H., Polymer Gels and
Networks, 1995, 3 (1), 29–45.
6. Филиппова И.Ю., Бочева А.В., Байбак О.В., Изв.
Академии наук. Сер. химия, 2001, (10), 1811–1816.
7. Колесников И.М., Катализ и производство ка-
тализаторов, Москва, 2004.
8. Маурер Г., Диск-электрофорез. Теория и прак-
тика электрофореза в полиакриламидном геле, Моск-
ва, Мир, 1971.
9. Gregg S., Sing K. Adsorbtion, Surface area and
Porosity, New York, Acad. рress, 1982.
10. Самченко Ю.М., Альтшулер М.А., Цирина В.В.,
Доп. НАН України, 2003, (12), 136–140.
Поступила в редакцию 17.03.2006 г.
Cорбційні властивості дисперсних
кополімерних гідрогелів
Ю.М. Самченкоа, В.В. Цирінаб, М.А. Альтшулерв
аІнститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України,
Україна, 03132 Київ, бульв. Вернадського, 42;
бІнститут фізичної хімії НАН України,
Україна, 03139 Київ, просп. Науки, 31; тел. 525-58-64;
вУкраїнський НДІ нафтопереробної промисловості “МАСМА”,
Україна, 03680 Київ, просп. Палладіна, 46; тел. 257-44-76
Досліджено сорбційну здатність, питому поверхню та структуру порового простору кополімерних гід-
рогелів акрилового ряду. Встановлено вплив складу дисперсних гідрогелів на їх фізико-хімічні власти-
вості.
Катализ и нефтехимия, 2006, №14 115
Sorbtion properties of disperse
copolymer hydrogels
Yu. Samchenkoa, V. Cyrinab, M. Altshulerc
aF.D. Ovcharenko Institute of bio-colloidal Chemistry, NAS of Ukraine,
Ukraine, 03132 Kiev, b. Vernadskyi, 42;
bInstitutes of physical chemistry, NAS Ukraine,
Ukraine, 03139 Kievs, Sciences av. 31; tel. 525-58-64;
cUkrainian Scientific-Research Institute of Oil Refining industry “MASMA”,
46, Akad. Palladin prosp., Kyiv, 03680, Ukraine, Fax: (044) 424-32-75
Sorbtion ability, surface area and porous structure of copolymer acrylic hydrogels were investigated. The influ-
ence of composition of disperse hydrogels on their physico-chemical characteristics were established.
Пропонується до впровадження
Нова технологія одержання низькомолекулярних симетричних
етерів (диметиловий, діетиловий, діізопропіловий, діізобутиловий), що мо-
жуть використовуватися у складі синтетичних моторних палив, а також як
розчинники та екстрагенти, шляхом дегідратації відповідних спиртів на полі-
мерних протонопровідних мембранних каталізаторах за температури 120–
140 °С та тиску 1,6 МПа. Селективність процесу становить 80–88 %, продук-
тивність каталізатора – 40–80 мгетеру/(мг⋅екв.кат. год.). Розроблена технологія
захищена Патентом України.
Тел. 559-04-95
|