Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц

Исследовано влияние ЭДТА, гуминовой кислоты и ортофосфата натрия на формирование в аэрируемой системе стального электрода ферримагнитных частиц и устойчивость их водных золей. Показано, что наибольшей устойчивостью обладают золи феррита кобальта CoFe₂O₄, а наименьшей – феррита меди CuFe₂O₄ . По стаб...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Наноструктурное материаловедение
Date:2010
Main Authors: Лавриненко, Е.Н., Шостик, В.И., Астрелин, И.М., Прокопенко, В.А., Маслова Е.А.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2010
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62707
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц / Е.Н. Лавриненко, В.И. Шостик, И.М. Астрелин, В.А. Прокопенко, Е.А. Маслова // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 3-15. — Бібліогр.: 47 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859826475286396928
author Лавриненко, Е.Н.
Шостик, В.И.
Астрелин, И.М.
Прокопенко, В.А.
Маслова Е.А.
author_facet Лавриненко, Е.Н.
Шостик, В.И.
Астрелин, И.М.
Прокопенко, В.А.
Маслова Е.А.
citation_txt Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц / Е.Н. Лавриненко, В.И. Шостик, И.М. Астрелин, В.А. Прокопенко, Е.А. Маслова // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 3-15. — Бібліогр.: 47 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Наноструктурное материаловедение
description Исследовано влияние ЭДТА, гуминовой кислоты и ортофосфата натрия на формирование в аэрируемой системе стального электрода ферримагнитных частиц и устойчивость их водных золей. Показано, что наибольшей устойчивостью обладают золи феррита кобальта CoFe₂O₄, а наименьшей – феррита меди CuFe₂O₄ . По стабилизирующему влиянию на ферримагнитные частицы получен ряд ЭДТА < ГК < NaH₂PO₄ . Введение в дисперсионную среду растворов ЭДТА и NaH₂PO₄ приводит к формированию фазы лепидокрокита γ-FeOOH с примесью маггемита γ -Fe₂O₃, а введение гуминовой кислоты – фазы гетита α -FeOOH. Водные золи ферримагнитных частиц гомогенны, обладают коллоидной устойчивостью и могут использоваться при исследовании медико-биологических систем. Досліджено вплив ЕДТА, гумінової кислоти та ортофосфату натрію на формування в аерованій системі сталевого електрода феримагнітних частинок і стійкість їхніх водних золів. Показано, що найстійкішими є золі фериту кобальту CoFe₂O₄, а найменшу стійкість мають золі фериту міді CuFe₂O₄. За стабілізувальним впливом на феримагнітні частинки отримано ряд ЕДТА < ГК < NaH₂PO₄. Додавання до дисперсійного середовища розчинів ЕДТА та NaH₂PO₄ призводить до утворення фази лепідокрокіту γ-FeOOH з домішкою магеміту γ-Fe₂O₃, а додавання гумінової кислоти – фази гетиту α-FeOOH. Водні золі феримагнітних частинок гомогенні, мають колоїдну стійкість, і їх може бути використано при дослідженні медико-біологічних систем. The effect of EDTA, humic acid and natrium orthophosphate on the formation the ferromagnetic particles in water aerated system of steel electrode and stability of their water sols have been studied. It was shown that the stablest properties had the sols of cobalt ferrite CoFe₂O₄ and the least stable had sols of cuprum ferrite CuFe₂O₄. As for stabilization effect on ferromagnetic particles there was found the row EDTA < HA < NaH₂PO₄. The addition of EDTA and NaH₂PO₄ in dispersion medium the solution results in formation of the phase lepidocrocite γ-FeOOH with addition maghemite γ-Fe₂O₃, and addition of the humic acid results in formation of the phase goethite α-FeOOH. Water sols of the ferromagnetic particles are homogeneous, possess colloidal stability and may be used for investigation of medicobiologic systems.
first_indexed 2025-12-07T15:29:19Z
format Article
fulltext Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ Å.Í. Ëàâðèíåíêî1, Â.È. Øîñòèê 2, È.Ì. Àñòðåëèí2, Â.À. Ïðîêîïåíêî1, Å.À. Ìàñëîâà1 1 Èíñòèòóò áèîêîëëîèäíîé õèìèè èì. Ô.Ä. Îâ÷àðåíêî ÍÀÍ Óêðàèíû ã. Êèåâ, áóëüâàð Àêàäåìèêà Âåðíàäñêîãî, 42, Óêðàèíà, 03142 2 Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò Óêðàèíû «ÊÏÈ» ã. Êèåâ, ïðîñïåêò Ïîáåäû, 37, Óêðàèíà, 03056 ÂËÈßÍÈÅ ÎÐÒÎÔÎÑÔÀÒÀ ÍÀÒÐÈß, ÝÒÈËÅÍÄÈÀÌÈÍÒÅÒÐÀÓÊÑÓÑÍÎÉ È ÃÓÌÈÍÎÂÎÉ ÊÈÑËÎÒ ÍÀ ÔÎÐÌÈÐÎÂÀÍÈÅ È ÓÑÒÎÉ×ÈÂÎÑÒÜ ÂÎÄÍÛÕ ÇÎËÅÉ ÔÅÐÐÈÌÀÃÍÈÒÍÛÕ ×ÀÑÒÈÖ Êëþ÷åâûå ñëîâà: ôåððèìàãíèò- íûå íàíîðàçìåðíûå ÷àñòèöû, êîë- ëîèäíàÿ óñòîé÷èâîñòü âîäíûõ çî- ëåé, ÝÄÒÀ, ãóìèíîâàÿ êèñëîòà, îðòîôîñôàò íàòðèÿ, ëåïèäîêðî- êèò γ-FeOOH, ãåòèò α-FeOOH ÓÄÊ 544.77:544.032.13+544.032.72 Èññëåäîâàíî âëèÿíèå ÝÄÒÀ, ãóìèíîâîé êèñëîòû è îðòîôîñôàòà íàòðèÿ íà ôîð- ìèðîâàíèå â àýðèðóåìîé ñèñòåìå ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö è óñòîé÷èâîñòü èõ âîäíûõ çîëåé. Ïîêàçàíî, ÷òî íàèáîëüøåé óñòîé÷èâîñòüþ îá- ëàäàþò çîëè ôåððèòà êîáàëüòà CoFe2O4, à íàèìåíüøåé – ôåððèòà ìåäè CuFe2O4 . Ïî ñòàáèëèçèðóþùåìó âëèÿíèþ íà ôåððèìàãíèòíûå ÷àñòèöû ïîëó÷åí ðÿä ÝÄÒÀ < ÃÊ < NaH2PO4 . Ââåäåíèå â äèñïåðñèîííóþ ñðåäó ðàñòâîðîâ ÝÄÒÀ è NaH2PO4 ïðè- âîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ ôàçû ëåïèäîêðîêèòà γ-FeOOH ñ ïðèìåñüþ ìàããåìèòà γ-Fe2O3, à ââåäåíèå ãóìèíîâîé êèñëîòû – ôàçû ãåòèòà α-FeOOH. Âîäíûå çîëè ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö ãîìîãåííû, îáëàäàþò êîëëîèäíîé óñòîé÷èâîñòüþ è ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ïðè èññëåäîâàíèè ìåäèêî-áèîëîãè÷åñêèõ ñèñòåì.  íàñòîÿùåå âðåìÿ çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ ê ñòðóêòóðàì ñ íàíî- ìåòðîâûìè ðàçìåðàìè ÷àñòèö, îáëàäàþùèõ ìàãíèòíûìè ñâîéñòâà- ìè, ñâÿçàí ñ íåîáõîäèìîñòüþ ñîçäàíèÿ ôóíêöèîíàëüíûõ ìàòåðèà- ëîâ äëÿ ðàäèîýëåêòðîíèêè, ýëåêòðîòåõíèêè, áèîëîãèè, ìåäèöèíû è ìíîãèõ äðóãèõ îòðàñëåé íàóêè è òåõíèêè [1–3]. Îñíîâíûìè òðåáî- âàíèÿìè, ïðåäúÿâëÿåìûìè ê ôåððèìàãíèòíûì ÷àñòèöàì, ÿâëÿþò- ñÿ èõ âûñîêàÿ ìàãíèòíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, ãîìîãåííîñòü (îäíî- ðîäíîñòü), ñîâìåñòèìîñòü ñ áèîëîãè÷åñêèìè îáúåêòàìè è íàëè÷èå íà ïîâåðõíîñòè àêòèâíûõ öåíòðîâ, ñïîñîáíûõ âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ îðãàíè÷åñêèìè ïîëèìåðàìè, ýëåêòðîïîëîæèòåëüíûìè ïî îòíîøå- íèþ ê æåëåçó ìåòàëëàìè, òàêèìè, êàê çîëîòî, ïëàòèíà, ïàëëàäèé, ñåðåáðî, èëè îêñèäàìè, íàïðèìåð SiO2 èëè Al2O3 [4]. Ïðè ýòîì ôåð- ðèìàãíèòíûå ÷àñòèöû äîëæíû îñòàâàòüñÿ ñòàáèëüíûìè è ñîõðà- íÿòü èñõîäíûå ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ïðè ïîñëåäóþùåé Å.Í. ËÀÂÐÈÍÅÍÊÎ, Â.È. ØÎÑÒÈÊ, È.Ì. ÀÑÒÐÅËÈÍ, Â.À. ÏÐÎÊÎÏÅÍÊÎ, Å.À. ÌÀÑËÎÂÀ, 2010 © 4 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ îáðàáîòêå, íàïðèìåð íàíåñåíèè íà èõ ïîâåðõ- íîñòü ðàçëè÷íûõ áèîàêòèâíûõ ìîëåêóë, â òîì ÷èñëå ìîëåêóë âåùåñòâ, îòíîñÿùèõñÿ ê ëåêàð- ñòâåííûì ïðåïàðàòàì. Ñåãîäíÿ ïîëó÷åíèå íàíîðàçìåðíûõ ôåððè- ìàãíèòíûõ ìàòåðèàëîâ îñóùåñòâëÿþò íåñêîëü- êèìè ìåòîäàìè: ñîâìåñòíûì îñàæäåíèåì ñî- ëåé æåëåçà è 3d-ìåòàëëîâ â ñëàáîùåëî÷íîé äèñïåðñèîííîé ñðåäå ñ ïîñëåäóþùåé òåðìè÷åñ- êîé îáðàáîòêîé îñàäêà [5], ìåòîäîì ìèêðî- ýìóëüñèé ñ îòæèãîì àìîðôíîãî îñàäêà äî îá- ðàçîâàíèÿ îêñèäîâ æåëåçà [6–8], ïèðîëèçîì àýðîçîëåé [9–11], òåðìè÷åñêîé äåñòðóêöèåé ñî- ëåé [12], çîëü-ãåëü-ñèíòåçîì [13], ýëåêòðîõèìè- ÷åñêèì ñèíòåçîì íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíûõ (æå- ëåçíûõ) [14] è èíåðòíûõ (çîëîòûõ, ñåðåáðÿíûõ, ïëàòèíîâûõ) [15] ýëåêòðîäîâ.  òî æå âðåìÿ, íåçàâèñèìî îò ñïîñîáîâ èõ ïîëó÷åíèÿ, íàíîðàçìåðíûå ÷àñòèöû îêñèäîâ è îêñèãèäðîêñèäîâ æåëåçà è èõ âîäíûå çîëè òðå- áóþò äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ óñòîé÷èâîñòè äîïîëíè- òåëüíîé ôèçèêî-õèìè÷åñêîé îáðàáîòêè, êîòîðàÿ ïðîâîäèòñÿ ëèáî â ïðîöåññå ñèíòåçà [16], ëèáî ïîñëå åãî îêîí÷àíèÿ [17, 18]. Îñíîâíûìè ïðè- åìàìè îáðàáîòêè ÷àñòèö ÿâëÿþòñÿ: ââåäåíèå ñòàáèëèçèðóþùèõ äîáàâîê îðãàíè÷åñêîé èëè íåîðãàíè÷åñêîé ïðèðîäû [16, 19], ôîðìèðîâàíèå ÷àñòèö â ïîëèìåðíûõ ìàòðèöàõ [20, 21], ïîðàõ [22] èëè ðàñòâîðèìûõ â âîäå ìèêðîêàïñóëàõ [23, 24], ïîëó÷åíèå ðåâåðñèâíûõ ìèöåëë â íàíîðåàêòî- ðàõ [25] è ò. ä. Âçàèìîäåéñòâèå ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö ñ îðãàíè÷åñêèìè è íåîðãàíè÷åñêèìè âåùåñòâàìè íà ðàçíûõ ýòàïàõ èõ ðàçâèòèÿ ìîæåò íå òîëüêî ñïîñîáñòâîâàòü ñòàáèëèçàöèè [26, 27] èëè êîà- ãóëÿöèè [28] âîäíûõ çîëåé, íî è âëèÿòü íà õîä ôàçîâûõ òðàíñôîðìàöèé [29] è ðàçìåð îáðàçó- þùèõñÿ ÷àñòèö [30], êîòîðûé â êîíå÷íîì ñ÷åòå îïðåäåëÿåò èõ ôóíêöèîíàëüíóþ ïðèãîäíîñòü äëÿ äàëüíåéøåãî èñïîëüçîâàíèÿ [31]. Öåëü äàííîé ðàáîòû – èññëåäîâàíèå âëèÿ- íèÿ ïðèðîäû ââîäèìûõ êîìïîíåíòîâ, à èìåííî îäíîçàìåùåííîãî îðòîôîñôàòà íàòðèÿ, ýòèëåí- äèàìèíòåòðàóêñóñíîé (ÝÄÒÀ C10H16N2O8) è ãóìèíîâîé (ÃÊ) êèñëîò, íà ôîðìèðîâàíèå â àýðè- ðóåìîé âîçäóõîì ñèñòåìå ñòàëüíîãî âðàùàþ- ùåãîñÿ äèñêîâîãî ýëåêòðîäà ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö è óñòîé÷èâîñòü èõ âîäíûõ çîëåé. Îáúåêòû è ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ Ôîðìèðîâàíèå æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóê- òóð ïðîâîäèëè íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî ýëåêò- ðîäà, êîíòàêòèðóþùåãî ñ âîäíîé äèñïåðñèîí- íîé ñðåäîé â óñëîâèÿõ ñâîáîäíîãî äîñòóïà âîç- äóõà áåç ïîäà÷è ïîòåíöèàëà [32]. Ïåðåä êàæäûì ýêñïåðèìåíòîì ýëåêòðîä îáðàáàòûâàëè 1 M ðàñòâîðîì H2SO4 äëÿ óäàëåíèÿ îêèñëåííîãî ñëîÿ è àêòèâèðîâàíèÿ ïîâåðõíîñòè [33]. Îáúåê- òàìè èññëåäîâàíèÿ âûáðàíû âîäíûå çîëè ôàç ìàããåìèòà γ-Fe2O3, êîìïîçèòà íà îñíîâå æåëå- çî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð ìîðôîëîãè÷åñêîãî γ-ðÿäà è ìåòàëëè÷åñêîãî ñåðåáðà (<10%) – γ-FeOÎÍ+γ-Fe2O3+Ag0 [34], ôåððèòîâ êîáàëü- òà CoFe2O4 è ìåäè CuFe2O4 [35].  êà÷åñòâå äèñïåðñèîííîé ñðåäû èñïîëüçîâàëè äèñòèëëè- ðîâàííóþ âîäó, ðàñòâîðû ÝÄÒÀ â äèàïàçîíå êîí- öåíòðàöèé 6,8·10–7–1,7·10–4 Ì, ãóìèíîâîé êèñëî- òû (ÃÊ, ìîëÿðíàÿ ìàññà 1300 ã/ìîëü) ñ êîíöåí- òðàöèÿìè 1,5·10–7–3,75·10–5 Ì è îäíîçàìå- ùåííîãî îðòîôîñôàòà íàòðèÿ (NaH2PO4) ñ êîí- öåíòðàöèÿìè 0,8·10–3–0,42 Ì. Ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèëè â äâà ýòàïà: íà ïåð- âîì ðàñòâîðû ÝÄÒÀ è ÃÊ ââîäèëè â çîëè ìàã- ãåìèòà γ-Fe2O3, à ðàñòâîðû NaH2PO4 – â çîëè îñòàëüíûõ ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö (γ-FeOÎÍ+ +γ-Fe2O3+Ag0, CoFe2O4 è CuFe2O4); íà âòîðîì ôîðìèðîâàíèå æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ÷àñòèö èç- íà÷àëüíî ïðîõîäèëî â ïðèñóòñòâèè ðàñòâîðîâ äàííûõ ðåàãåíòîâ. Ôàçîâûé ñîñòàâ ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö èäåíòèôèöèðîâàëè ìåòîäîì ðåíòãåíîôàçîâîãî àíàëèçà ñ èñïîëüçîâàíèåì ÄÐÎÍ-ÓÌ1 ñ ÑîÊαñð-èçëó÷åíèåì è íèêåëåâûì ôèëüòðîì; ìîðôîëîãèþ ïîâåðõíîñòè ÷àñòèö è òèï èõ ñòðóê- òóðû èçó÷àëè ìåòîäàìè ýëåêòðîííîé ïðîñâå÷è- âàþùåé ìèêðîñêîïèè (Selmi) è ýëåêòðîíîãðà- ôèè (ÝÌÐ-100) [36]. Êîëëîèäíóþ óñòîé÷èâîñòü âîäíûõ çîëåé ôåððèìàãíåòèêîâ îöåíèâàëè ìå- òîäîì íåôåëîìåòðèè [37]. Õèìè÷åñêèé àíàëèç ðàñòâîðîâ è èçìåðåíèå çíà÷åíèé ðÍ ïðîâîäèëè ïî ñòàíäàðòíûì àíàëèòè÷åñêèì ìåòîäèêàì [38]. 5 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ÷àñòü Âçàèìîäåéñòâèå âîäíûõ çîëåé ôåððèìàã- íèòíûõ ÷àñòèö ñ ðàñòâîðàìè ÝÄÒÀ, ãóìè- íîâîé êèñëîòû è îðòîôîñôàòà íàòðèÿ Âëèÿíèå ÃÊ è ÝÄÒÀ íà óñòîé÷èâîñòü âîä- íûõ çîëåé îêñèäîâ æåëåçà èññëåäîâàëè íà ïðè- ìåðå ÷àñòèö ìàããåìèòà γ-Fe2O3, ïîëó÷åííûõ íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ïðè íàñûùå- íèè ñèñòåìû êèñëîðîäîì âîçäóõà [39]. Íà ðèñ. 1à ïðèâåäåíà äèôðàêòîãðàììà, à íà ðèñ. 2à – ýëåê- òðîííûå ìèêðîôîòîãðàôèè ÷àñòèö ìàããåìèòà γ-Fe2O3, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ãëîáóëû ðàçìåðîì 20–40 íì, îáðàçóþùèå àãðåãàòû ðàç- ìåðîì äî 100 íì. Îòäåëåííûå îò ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîäà ÷àñòèöû áûëè ïåðåíåñåíû â äèñïåð- ñèîííóþ ñðåäó è îáðàáîòàíû óëüòðàçâóêîì â òå÷åíèå 10 ìèí.  ïðîáû çîëåé îáúåìîì 50 ñì3 ââîäèëè 1, 3, 5, 10, 25 ñì3 ðàñòâîðîâ ÃÊ è ÝÄÒÀ ñ èñõîäíû- ìè êîíöåíòðàöèÿìè 7,6·10–7 è 7,6·10–6 Ì (ÃÊ) è 3,4·10–5 è 3,4·10–4 Ì (ÝÄÒÀ). Íà ðèñ. 3 ïðåä- ñòàâëåíû êèíåòè÷åñêèå çàâèñèìîñòè ñâåòî- ïðîïóñêàíèÿ (S/S0) âîäíûõ çîëåé ìàããåìèòà Ðèñ. 1. Äèôðàêòîãðàììû îáðàçöîâ ôåððèìàãíèòíûõ ôàç, ïîëó÷åííûõ â ñèñòåìå ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà: à – ìàããåìèò γ-Fe2O3; á – ôåððèò êîáàëüòà CoFe2O4; â – ôåððèò ìåäè CuFe2O4; ã – êîìïîçèò èç ôàç ëåïèäîêðî- êèòà, ìàããåìèòà è ñåðåáðà γ-FeOOH+γ-Fe2O3+Ag0. Öèôðàìè îáîçíà÷åíû ôàçû: 1 – ëåïèäîêðîêèòà γ-FeOOH; 2 – ìàããåìèòà γ-Fe2O3; 3 – ôåððèòà êîáàëüòà CoFe2O4; 4 – ôåððèòà ìåäè CuFe2O4; 5 – ñåðåáðà Ag0 600 500 400 300 200 0 20 40 60 80 2Θ 1200 1000 800 600 400 200 0 20 40 60 80 2Θ 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 20 40 60 80 2Θ (0 20 ) (1 11 ) (2 00 ) (1 20 ) (2 20 ) (0 09 , 3 00 ) (3 11 ) (0 31 ) (4 00 ) (1 31 , 0 60 ) (0 51 , 2 00 ) (4 22 ) (5 11 , 5 33 ) (2 31 ) (4 40 ) (0 22 ) – 1 – 2 1000 800 600 400 200 0 20 40 60 80 2Θ (0 20 ) (1 11 ) (1 20 ) (2 20 ) (2 11 ) (2 22 ) (4 00 ) (0 51 , 2 00 ) (4 22 ) (3 33 , 5 11 ) (4 40 ) – 1 – 3 (0 20 ) (1 11 ) (2 22 ) (1 20 ) (2 20 ) (2 22 ) (3 11 ) (4 00 ) (3 31 ) (4 22 ) (5 11 ) (2 31 ) (4 40 ) (0 20 ) (1 11 ) (2 00 ) (1 20 ) (2 20 ) (3 11 ) (0 31 ) (0 11 ) (1 11 ) (1 11 ) (1 31 . 0 60 ) (2 00 ) (4 00 ) (0 51 , 2 00 ) (2 20 ) (4 22 ) (5 11 , 3 33 ) (0 80 ) (2 31 ) (0 22 ) (4 40 ) (2 20 ) (2 51 ) – 1 – 4 – 1 – 2 – 5 a á â ã 6 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Ðèñ. 3. Êèíåòèêà ñâåòîïðîïóñêàíèÿ âîäíûõ çîëåé íàíîðàçìåðíîãî ìàããåìèòà γ-Fe2O3 ïðè ââåäåíèè ðàñòâîðîâ ÃÊ ñ êîíöåíòðàöèÿìè, Ì: à – 1,5·10–7, á – 1,5·10–6 è ðàñòâîðîâ ÝÄÒÀ ñ êîíöåíòðàöèÿìè, Ì: â – 6,8·10–7, ã – 6,8·10–6. Öèôðàìè îáîçíà÷åí îáúåì ââåäåííîãî ñòàáèëèçàòîðà: 1 – èñõîäíûé çîëü áåç ââåäåíèÿ; 2 – 1 ñì3; 3 – 3 ñì3; 4 – 5 ñì3; 5 – 10 ñì3; 6 – 25 ñì3 90 80 70 60 50 40 1,5 1 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 ln t, ÷ 10 S/S0 1 2 3 4 5 6 â 90 80 70 60 50 40 1,5 1 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln t, ÷ 10 S/S0 1 2 3 4 5 6 ã 80 70 60 50 40 10 1,5 1 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln t, ÷ 1 2 3 4 5 6 S/S0 a 90 80 70 60 50 40 1,5 1 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln t, ÷ 10 S/S0 1 2 3 4 5 6 á Ðèñ. 2. Ýëåêòðîííûå ìèêðîôîòîãðàôèè ÷àñòèö: à – ìàããåìèòà γ-Fe2O3; á – ôåððèòà êîáàëüòà CoFe2O4; â – ôåððèòà ìåäè CuFe2O4; ã – êîìïîçèòà èç ôàç ëåïèäîêðîêèòà, ìàããåìèòà è ñåðåáðà γ-FeOOH+γ-Fe2O3+Ag0 à á â ã ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 7 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü êîëè÷åñòâà îñåâøèõ ÷àñòèö ìàããåìèòà γ-Fe2O3 îò ëîãàðèôìà ìîëÿðíîé êîíöåíòðàöèè (Ì) ââåäåííîãî â çîëè ðàñòâîðà: à – ãóìèíîâîé êèñëîòû: 1 – îäíè ñóòêè, 2 – 4 ñóòîê, 3 – 18 ñóòîê îòñòàèâàíèÿ çîëÿ; á – ÝÄÒÀ: 1 – 1,5 ÷ è 2 – ñóòêè îòñòàèâàíèÿ çîëÿ 60 50 40 30 20 10 -16,0 -15,0 -14,0 -13,0 -12,0 -11,0 -10,0 ln C, M 1 2 3 1 2 3 60 50 40 30 20 10 -14,0 -13,0 -12,0 -11,0 -10,0 -9,0 ln C, M 1 2 1 2 à á á 90 80 70 60 50 40 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln t, ÷ 10 S/S0 1 2 3 4 5 à 90 80 70 60 50 40 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln t, ÷ 10 S/S0 1 2 3 4 5 Ðèñ. 5. Êèíåòèêà ñâåòîïðîïóñêàíèÿ âîäíûõ çîëåé æå- ëåçî-êèñëîðîäíûõ ÷àñòèö ïðè ââåäåíèè ðàñòâîðîâ NaH2PO4 â äèàïàçîíå êîíöåíòðàöèé 0,8·10–3–0,42 Ì: à – ôåððèò êîáàëüòà CoFe2O4, á – ôåððèò ìåäè CuFe2O4, â – êîìïîçèò γ-FeOÎÍ+γ-Fe2O3+Ag0. Öèôðàìè îáî- çíà÷åí îáúåì ââåäåííîãî ñòàáèëèçàòîðà: 1 – èñõîä- íûé çîëü (íóëåâàÿ ïðîáà), 2 – 1 ñì3, 3 – 3 ñì3, 4 – 5 ñì3, 5 – 10 ñì3, 6 – 25 ñì3â 90 80 70 60 50 40 0,5 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln t, ÷ 10 S/S0 1 2 3 4 5 ≈ ≈ 8 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 γ-Fe2O3 îò êîíöåíòðàöèè ââåäåííûõ ðåàãåíòîâ. Ñîãëàñíî ïîëó÷åííûì äàííûì, áåç ââåäåíèÿ ðåàãåíòîâ ïîëíàÿ êîàãóëÿöèÿ è ñåäèìåíòàöèÿ çîëåé ïðîèñõîäÿò â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ñóòîê, à ââåäåíèå ñòàáèëèçèðóþùèõ äîáàâîê ñóùå- ñòâåííî óâåëè÷èâàåò èõ êîëëîèäíóþ óñòîé÷è- âîñòü. Àíàëèç çàâèñèìîñòè ñâåòîïðîïóñêàíèÿ âîä- íîãî çîëÿ ìàããåìèòà γ-Fe2O3 îò êîíöåíòðàöèè ââåäåííîãî â íåãî ðàñòâîðà ÃÊ óêàçûâàåò íà òî, ÷òî ïðè äîáàâëåíèè 1,5·10–7 –4,6·10–7 Ì ÃÊ ñèñ- òåìà ïðèîáðåòàåò îòíîñèòåëüíóþ óñòîé÷èâîñòü. Óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè ÃÊ äî 3,75·10–6 Ì ïðè- âîäèò ê ñåäèìåíòàöèè ÷àñòèö è óâåëè÷åíèþ ñâåòîïðîïóñêàíèÿ S/S0 íà 30 åäèíèö. Èñïîëüçî- âàíèå â êà÷åñòâå èñõîäíîãî ðàñòâîðà ÃÊ ñ áîëü- øåé êîíöåíòðàöèåé ñïîñîáñòâóåò áîëåå èíòåí- ñèâíîìó îñàæäåíèþ çîëÿ è âîçðàñòàíèþ ñîîò- íîøåíèÿ S/S0, êîòîðîå â òå÷åíèå 18 ñóòîê äîñòèãàåò ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ïðè êîíöåí- òðàöèè ÃÊ 1,5·10–6 Ì. Ñâåòîïðîïóñêàíèå â íå- ñòàáèëèçèðîâàííîé ñèñòåìå â çàâèñèìîñòè îò èñõîäíîé êîíöåíòðàöèè çîëÿ âîçðàñòàåò â òå÷å- íèå 1 ÷ íà 4,5–11,6 åäèíèöû; â òå÷åíèå îäíèõ ñóòîê – íà 16,7–28,9 åäèíèöû, à â òå÷åíèå 18 ñóòîê – íà 95 åäèíèö. Íà ðèñ. 4à ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü êîëè÷åñòâà îñåâøèõ ÷àñòèö (ìàññ.%) îò ëîãàðèôìà ìîëÿðíîé êîíöåíòðàöèè ââåäåí- íîé â ñèñòåìó ãóìèíîâîé êèñëîòû. Ñîãëàñíî ïîëó÷åííûì äàííûì, ïîñëå ñóòîê êîíòàêòà ÷àñòèö ñ ðàñòâîðîì ÃÊ â çîëå îñåäàåò îò 1 äî 8 ìàññ.% ÷àñòèö, ïðè ýòîì íàèìåíüøåå êîëè÷åñòâî ÷àñòèö îñåäàåò ïðè ââåäåíèè 1,5·10–7– 4,6·10–7 Ì ÃÊ è èõ ÷èñëî óâåëè÷èâàåòñÿ ñ âîçðàñ- òàíèåì åå êîíöåíòðàöèè.  òå÷åíèå 4 ñóòîê ïðè êîíöåíòðàöèÿõ ÃÊ ïîðÿäêà 10–7 Ì óñòîé÷èâîñòü òåðÿþò ~11 ìàññ.% ÷àñòèö, â òî âðåìÿ êàê ìèíè- ìàëüíîå êîëè÷åñòâî îñåâøèõ ÷àñòèö (18– 20 ìàññ.%) ïîñëå 18 ñóòîê îòñòàèâàíèÿ çîëÿ íà- áëþäàåòñÿ òîëüêî ïðè áîëåå âûñîêèõ êîíöåíòðà- öèÿõ ãóìèíîâîé êèñëîòû (1,5·10–5–3,75·10–5 Ì). Èñïîëüçîâàíèå äëÿ ñòàáèëèçàöèè âîäíûõ çîëåé ìàããåìèòà γ-Fe2O3 ðàñòâîðîâ ÝÄÒÀ ñ èñõîäíîé êîíöåíòðàöèåé 6,8·10–7–1,7·10–5 Ì ïðè- âîäèò ê ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè âîäíûõ çîëåé â òå÷åíèå ÷àñà, à äàëåå – â òå÷åíèå ñóòîê – ê èõ ïîëíîìó îñàæäåíèþ. Óâåëè÷åíèå èñõîäíîé êîí- öåíòðàöèè ÝÄÒÀ ïîçâîëÿåò íåçíà÷èòåëüíî çà- ìåäëèòü êîàãóëÿöèþ è îñàæäåíèå ÷àñòèö.  íå- ñòàáèëèçèðîâàííîì çîëå â òå÷åíèå 1 ÷ ñâåòî- ïðîïóñêàíèå âîçðàñòàåò íà 14 åäèíèö, à â òå÷åíèå ñóòîê – íà 30. Íà ðèñ 4á ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè êîëè÷åñòâà îñåâøèõ ÷àñòèö îò ëîãàðèôìà êîíöåíòðàöèè ÝÄÒÀ. Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòü êîëè÷åñòâà îñåâøèõ ÷àñòèö: 1 – ôåððèòà êîáàëüòà CoFe2O4, 2 – ôåððèòà ìåäè CuFe2O4, 3 – êîìïîçèòà γ-FeOÎÍ+γ-Fe2O3+Ag0 îò ëîãàðèôìà ìîëÿðíîé êîíöåíòðàöèè ðàñòâîðà NaH2PO4, ââåäåííîãî â çîëü: a – ïîñëå îäíèõ ñóòîê êîíòàêòà, á – ïîñëå 7 ñóòîê êîíòàêòà 90 80 70 60 50 40 30 20 10 -7,0 -6,0 -5,0 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 ln C, M 1 2 3 1 2 3 90 80 70 60 50 40 30 20 10 -7,0 -6,0 -5,0 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 ln C, M 1 2 3 1 2 3 à á ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 9 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Ñîãëàñíî ïîëó÷åííûì äàííûì, ïðè ââåäåíèè 6,8·10–7–1,7·10–5 Ì ÝÄÒÀ â òå÷åíèå 1 ÷ òåðÿþò óñòîé÷èâîñòü 2,2–7,1 ìàññ.% ÷àñòèö.  êðàé- íèõ òî÷êàõ êîíöåíòðàöèé ÝÄÒÀ â òå÷åíèå ñó- òîê ïðîèñõîäÿò êîàãóëÿöèÿ çîëÿ è îñàæäåíèå äî 30–50 ìàññ.% ÷àñòèö. Ñèñòåìà îñòàåòñÿ íàè- áîëåå óñòîé÷èâîé ïðè êîíöåíòðàöèÿõ ÝÄÒÀ 2,6·10–6–6,8·10–6 Ì; òàê, ïðè êîíöåíòðàöèè ÝÄÒÀ 3,4·10–6 Ì çà ñóòêè îñåäàåò òîëüêî 16,7 ìàññ.% ÷àñòèö ìàããåìèòà γ-Fe2O3. Èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ îðòîôîñôàòà íàòðèÿ NaH2PO4 íà óñòîé÷èâîñòü âîäíûõ çîëåé ôåð- ðèìàãíèòíûõ ÷àñòèö ïðîâîäèëè íà ôàçàõ ôåð- ðèòîâ êîáàëüòà CoFe2O4 è ìåäè CuFe2O4 è êîì- ïîçèòà γ-FeOÎÍ+γ-Fe2O3+Ag0. ×àñòèöû áûëè ïîëó÷åíû íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà, êîíòàêòèðóþùåãî ñ äèñïåðñèîííîé ñðåäîé, êî- òîðàÿ ñîäåðæèò êàòèîíû êîáàëüòà (10 ìã/äì3 ïðè ðÍ = 2,5), ìåäè (10 ìã/äì3 ïðè ðÍ = 4,5) è ñåðåáðà (10 ìã/äì3 ïðè ðÍ = 5,8). Çåðíà ôåððèòà êîáàëüòà (ðèñ. 1á) ïðåäñòàâ- ëÿþò ñîáîé ïðèçìû ñî ñðåäíèì ðàçìåðîì 20õ40õ10 íì, â 1 äì3 çîëÿ ñîäåðæèòñÿ 6,2·1014 ÷àñòèö CoFe2O4. Çåðíà ôåððèòà ìåäè (ðèñ. 1â) èìåþò êóáè÷åñêóþ ôîðìó ñ ðàçìåðîì ãðàíè ïî- ðÿäêà 40 íì, â 1 äì3 çîëÿ ñîäåðæèòñÿ 4,8·1017 ÷àñ- òèö CuFe2O4. Êîìïîçèò èç ñòðóêòóð ìîðôîëî- ãè÷åñêîãî γ-ðÿäà è ñåðåáðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äåíäðèòîâèäíóþ ñòðóêòóðó ñ ðàçìåðîì ÷àñòèö 10–30 íì, â 1 äì3 çîëÿ ñîäåðæèòñÿ 3,6·1018 ÷àñ- òèö êîìïîçèòà γ-FeOÎÍ+γ-Fe2O3+Ag0. Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåíà çàâèñèìîñòü ñâåòî- ïðîïóñêàíèÿ çîëåé îò êîíöåíòðàöèè ââåäåííîãî îðòîôîñôàòà íàòðèÿ è ïðèðîäû ñòàáèëèçèðóå- ìûõ ÷àñòèö. Íà ðèñ. 6 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü êîëè÷åñòâà îñåâøèõ ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö îò êîíöåíòðàöèè ââåäåííîãî ðàñòâîðà NaH2PO4 çà ïåðèîä îäíè ñóòêè è ñåìü ñóòîê. Ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèëè ñëåäóþùèì îáðà- çîì: êàê è ïðè îáðàáîòêå ÷àñòèö ìàããåìèòà γ-Fe2O3, ôåððèìàãíèòíûå ÷àñòèöû îòäåëÿëè ñ ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîäà è ïåðåíîñèëè â äèñòèë- ëèðîâàííóþ âîäó, îáðàáàòûâàëè óëüòðàçâóêîì è â 50 ñì3 ïîëó÷èâøèõñÿ çîëåé ââîäèëè ïî 5 ñì3 ðàñòâîðà NaH2PO4 ñ èñõîäíûìè êîíöåíòðàöèÿ- ìè 0,8·10–2–4,2 Ì. Ñîãëàñíî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì, óñ- òîé÷èâîñòü âîäíûõ çîëåé ïðè ââåäåíèè îðòî- ôîñôàòà íàòðèÿ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâè- ñèò îò ïðèðîäû ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö. Òàê, íàèáîëüøåé óñòîé÷èâîñòüþ îáëàäàþò çîëè ôåð- ðèòà êîáàëüòà CoFe2O4: ïðè ââåäåíèè 5 ìë ðàñ- òâîðà ñ èñõîäíîé êîíöåíòðàöèåé 0,8·10–2 Ì çîëü ñîõðàíÿåò ñòîïðîöåíòíóþ óñòîé÷èâîñòü â òå- ÷åíèå 7 ñóòîê. Ïðè ïîâûøåíèè êîíöåíòðàöèè êîíòàêòèðóþùåãî ñ ÷àñòèöàìè ôåððèòà ðàñòâî- ðà NaH2PO4 äî 0,8·10–2 Ì â òå÷åíèå ñóòîê îñåäà- åò 13–21 ìàññ.% ÷àñòèö, à â òå÷åíèå 7 ñóòîê – 23–47 ìàññ.% ÷àñòèö.  òî æå âðåìÿ ââåäåíèå ðàñòâîðà NaH2PO4 â çîëü ôåððèòà ìåäè, íàîáî- ðîò, äåñòàáèëèçèðóåò ñèñòåìó, ïðèâîäÿ ê îñàæ- äåíèþ äî 90 ìàññ.% ÷àñòèö â òå÷åíèå ñóòîê. Äëÿ ñðàâíåíèÿ: áåç äîáàâëåíèÿ ðåàãåíòà â òå- ÷åíèå ñóòîê îñåäàåò 76,2 ìàññ.% ÷àñòèö CuFe2O4, à â òå÷åíèå 7 ñóòîê – 87,3 ìàññ.%. Ââåäåíèå ðàñòâîðà NaH2PO4 â çîëè γ-FeOÎÍ+ +γ-Fe2O3+Ag0 òîæå íå äàåò ïîçèòèâíîãî ýôôåê- òà, â òå÷åíèå ñóòîê îñåäàåò 33,3–56,7 ìàññ.% ÷àñòèö, à â òå÷åíèå 7 ñóòîê – áîëåå 90 ìàññ.%. Ôîðìèðîâàíèå æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ÷àñòèö â ïðèñóòñòâèè ÝÄÒÀ, ãóìèíîâîé êèñëîòû è îäíîçàìåùåííîãî îðòîôîñôàòà íàòðèÿ Ôîðìèðîâàíèå ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö ïðîâî- äèëè ïðè êîíòàêòå ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ñ âîäíîé äèñïåðñèîííîé ñðåäîé, ñîäåðæàùåé 3,4·10–5 Ì ÝÄÒÀ, 7,6·10–6 Ì ÃÊ è 0,8·10–2 Ì NaH2PO4. Ýêñïåðèìåíò áûë ñïëàíèðîâàí òàêèì îáðàçîì, ÷òî î÷èùåííûé è àêòèâèðîâàííûé ñòàëüíîé ýëåêòðîä êîíòàêòèðîâàë ñ ðàñòâîðàìè â òå÷å- íèå 1–3 ñóòîê, ïîñëå ÷åãî îöåíèâàëè ñåäèìåí- òàöèîííóþ óñòîé÷èâîñòü îáðàçîâàâøèõñÿ çîëåé è ôàçîâûé ñîñòàâ âõîäÿùèõ â íèõ æåëåçî-êèñ- ëîðîäíûõ ñòðóêòóð. Ïðè ôîðìèðîâàíèè æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð â ïðèñóòñòâèè ÝÄÒÀ îáðàçóþùèéñÿ çîëü íåóñòîé÷èâ è ïî ìåðå ðîñòà êîíöåíòðàöèè ÷àñòèö êîàãóëèðóåò â òå÷åíèå ñóòîê. Ðåíòãåíî- ôàçîâûé àíàëèç ïîêàçàë, ÷òî äèñïåðñíàÿ ôà- çà ïðåäñòàâëåíà ÷àñòèöàìè ëåïèäîêðîêèòà 10 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Ðèñ. 8. Äèôðàêòîãðàììû ôàç, ñôîðìèðîâàâøèõñÿ íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ïðè åãî êîíòàêòå ñ ðàñòâîðàìè: à – 3,4·10–5 Ì ÝÄÒÀ; á – 0,8·10–2 Ì NaH2PO4; â – 7,6·10–6 Ì ãóìèíîâîé êèñëîòû. Öèôðà- ìè îáîçíà÷åíû ôàçû: 1 – ìàããåìèò γ-Fe2O3; 2 – ëåïè- äîêðîêèò γ-FeOOH; 3 – ãåòèò α-FeOOH 600 500 400 300 200 20 40 60 80 2Θ 0 (0 20 ) (1 10 ) (1 20 ) (1 30 ) (0 21 ) (1 21 ) (1 40 ) (2 20 ) (1 31 ) (0 41 ) (2 21 ) (2 40 ) (2 31 ) (1 51 ) (2 50 ) (0 22 ) (1 12 ) (3 30 ) (1 70 ) – 3 Ðèñ. 7. Ýëåêòðîííûå ìèêðîôîòîãðàôèè ÷àñòèö, ñôîðìèðîâàâøèõñÿ íà ïîâåðõíîñòè ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ïðè åãî êîíòàêòå ñ ðàñòâîðàìè: à – ÝÄÒÀ 3,4·10–5 Ì (ëåïèäîêðîêèò γ-FeOOH+γ-Fe2O3); á – NaH2PO4 0,8·10–2 Ì (ëåïèäîêðîêèò γ-FeOOH+γ-Fe2O3); â – ãóìèíîâîé êèñëîòû 7,6·10–6 Ì (ãåòèò α-FeOOH) a á â à á â 700 600 500 400 300 200 20 40 60 80 2Θ (0 20 ) (1 11 ) (2 00 ) (1 20 ) (2 20 ) (3 11 ) (0 31 ) (1 11 ) (1 31 , 0 60 ) (4 00 ) (0 51 , 2 00 ) (2 20 ) (0 22 ) (5 11 , 3 33 ) (0 80 ) (2 31 ) (0 22 ) (4 40 ) (1 71 ) (1 22 ) (2 51 ) – 1 – 2700 600 500 400 300 200 20 40 60 80 2Θ 0 (0 20 ) (1 11 ) (1 20 ) (2 20 ) (3 11 ) (1 11 ) (0 31 ) (1 31 , 0 60 ) (4 00 ) (0 51 , 2 00 ) (2 20 ) (0 22 ) (5 11 , 3 33 ) (2 31 ) (0 22 ) (4 40 ) (1 71 ) (1 22 ) (2 51 ) ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 11 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 γ-FeOOH ñ ïðèìåñüþ ìàããåìèòà γ-Fe2O3, êîòî- ðûå îáðàçóþò àãðåãàòû. Íà ðèñ. 7à ïðèâåäåíà ýëåêòðîííàÿ ìèêðîôîòîãðàôèÿ ïðîäóêòîâ ôàçî- îáðàçîâàíèÿ, à íà ðèñ. 8à – èõ äèôðàêòîãðàììà. Ñîãëàñíî äàííûì ðåíòãåíîôàçîâîãî àíàëè- çà, ïðè êîíòàêòå ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ñ ðàñòâî- ðîì 0,8·10–2 Ì NaH2PO4 íà åãî ïîâåðõíîñòè â òå÷åíèå ñóòîê òîæå ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå ôàçû ëåïèäîêðîêèòà γ-FeOOH ñ ïðèìåñüþ ìàã- ãåìèòà γ-Fe2O3 (ðèñ. 7á è 8á). Ïðè ýòîì çîëü ñîõðàíÿåò îòíîñèòåëüíóþ óñòîé÷èâîñòü: â òå- ÷åíèå 1 ÷ îñåäàåò ïðèìåðíî 2–3 ìàññ.% ÷àñ- òèö, à â òå÷åíèå 7 ñóòîê – ìåíåå 5–7 ìàññ.% (ðèñ. 9à). Ïðè ôîðìèðîâàíèè æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð â ïðèñóòñòâèè ÃÊ â ñèñòåìå îáðàçó- åòñÿ çîëü ãåòèòà α-FeOOH (ðèñ. 7â è 8â). ×àñ- òèöû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ãëîáóëû ðàçìåðîì 5– 7 íì, ôîðìèðóþùèå àãðåãàòû äî 40–50 íì. Îöåíêó ñåäèìåíòàöèîííîé óñòîé÷èâîñòè ïðî- âîäèëè äëÿ çîëåé, îòîáðàííûõ ïîñëå äâóõ è òðåõ ñóòîê ñ íà÷àëà ôàçîîáðàçîâàòåëüíîãî ïðîöåñ- ñà. Ñîãëàñíî ïîëó÷åííûì äàííûì, â çîëå, îòîáðàí- íîì ïîñëå 2 ñóòîê ôîðìèðîâàíèÿ ôàçû (ðèñ. 9á), çà ñóòêè îòñòàèâàíèÿ îñåäàåò äî 1 ìàññ.% ÷àñòèö, à â òå÷åíèå 7 ñóòîê – 18–22 ìàññ.%.  çîëå, îòîáðàííîì ïîñëå 3 ñóòîê ôîðìè- ðîâàíèÿ ôàçû (ðèñ. 9â), â òå÷åíèå 1 ÷ îñåäàåò ìåíåå 1 ìàññ.% ÷àñòèö, à â òå÷åíèå 7 ñóòîê – 12–15 ìàññ.%. Ïðè âûáîðå ðåàãåíòîâ äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïðî- öåññà ôîðìèðîâàíèÿ ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö â àýðèðóåìîé âîçäóõîì ñèñòåìå ñòàëüíîãî ýëåê- òðîäà è ñòàáèëèçàöèè èõ âîäíûõ çîëåé ðóêîâîä- ñòâîâàëèñü ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòüþ ââîäè- ìûõ âåùåñòâ ïî îòíîøåíèþ ê æåëåçîñîäåðæà- ùèì ôàçàì [16, 26–30] è ñîâìåñòèìîñòüþ ñ áèîëîãè÷åñêèìè ñèñòåìàìè [35]. Òàêèì êðèòå- Ðèñ. 9. Êèíåòèêà ñâåòîïðîïóñêàíèÿ çîëåé, ñôîðìè- ðîâàâøèõñÿ ïðè êîíòàêòå ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ñ ðàñ- òâîðàìè: à – 8·10–2 Ì NaH2PO4 ïîñëå 2 ñóòîê êîíòàêòà è 7,6·10–6 Ì ãóìèíîâîé êèñëîòû ïîñëå: á – 2 ñóòîê êîíòàêòà; â – 3 ñóòîê êîíòàêòà 100 90 80 70 60 10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln Ò, ÷ S/S0 1 2 3 ≈ 80 70 60 50 40 30 10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln Ò, ÷ S/S0 1 2 3 ≈ 80 70 60 50 40 30 10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ln Ò, ÷ S/S0 1 2 3 ≈ à á â 12 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 ðèÿì ñîîòâåòñòâóþò âîäíûå ðàñòâîðû îðòîôîñ- ôàòà íàòðèÿ (NaH2PO4), ýòèëåíäèàìèíòåòðàóê- ñóñíîé (ÝÄÒÀ) è ãóìèíîâîé (ÃÊ) êèñëîò. Ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ îðòîôîñôàòîâ ñ æåëåçî-êèñëîðîäíûìè ôàçàìè îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ãèäðîëèçà (ïðè ðÍ < 8) è îáðàçîâàíèÿ ðÿäà ãèäðîêñîêîìïëåêñîâ íà èõ ïîâåðõíîñòè. Òàê, ïðè ðàñòâîðåíèè ôàçû ìàãíåòèòà Fe3O4 áûëî èäåíòèôèöèðîâàíî 14 ãèäðîêñîêîìïëåêñîâ Fe(II) è Fe(III), ñðåäè êîòîðûõ: Fe(OH)(HPO4)–, Fe(OH)2(HPO4)2–, Fe(OH)3(HPO4)2–, Fe(OH)2 (PO4)3–, Fe(OH)4(HPO4)3–, Fe(OH)2(H2PO4)– è Fe(OH)3(H2PO4)3– [40]. Êîìïëåêñîîáðàçîâàíèå ïðèâîäèò ê ðàñòâîðåíèþ (äåñòðóêöèè) îêñèäîâ æåëåçà, ñîïðîâîæäàåòñÿ ôàçîâûìè òðàíñôîðìà- öèÿìè è ïåðåõîäîì ñèñòåìû â óñòîé÷èâîå ñî- ñòîÿíèå. Ââåäåíèå â äèñïåðñèîííóþ ñðåäó îð- òîôîñôàòà íàòðèÿ (Na2HPO4) äî íà÷àëà ôàçî- âûõ òðàíñôîðìàöèé æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð îïðåäåëÿåò íàïðàâëåííîñòü äàííîãî ïðîöåññà. Íàïðèìåð, âçàèìîäåéñòâèå ðàñòâîðà Na2HPO4 ñ âîäíîé ñóñïåíçèåé ãèäðîêñèêàðáî- íàòíîãî green rust GR(CO3 2–) ïðèâîäèò ê àäñîðá- öèè îðòîôîñôàòà íà ïîâåðõíîñòè è â ìåæñëîå- âîì ïðîñòðàíñòâå ñòðóêòóðû è ïîäàâëåíèþ êà- òàëèòè÷åñêîãî âëèÿíèÿ êàòèîíîâ Fe(III) íà îêèñëåíèå Fe(II). Ýòî ïðåïÿòñòâóåò òðàíñôîðìà- öèè ôàçû ôåððèãèäðèòà Fe5O3(OH)9 êàê ïåðâè÷- íîãî ïðîäóêòà îêèñëåíèÿ GR(CO3 2–) â îêñèãèä- ðîêñèä æåëåçà – ãåòèò α-FeOOH [29]. Ðàññìàòðèâàÿ íàøó ñèñòåìó, ìîæíî îáíàðó- æèòü íåêóþ àíàëîãèþ, êîòîðàÿ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ðàçâèòèå æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð â ðÿäó green rust → ëåïèäîêðîêèò γ-FeOÎÍ → ìàããåìèò γ-Fe2O3 (ðèñ. 9à) èëè ìàãíåòèò Fe3O4, õàðàêòåðíîå äëÿ êîððîçèè ñòàëåé â ïðèñóòñòâèè îêèñëèòåëÿ, òîæå îñóùåñòâëÿåòñÿ íå äî êîíöà [41, 42]. Ïðè ââåäåíèè îðòîôîñôàòà íàòðèÿ ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ôàç îñòàíàâëèâàåòñÿ íà ñòàäèè ðàçâèòèÿ ëåïèäîêðîêèòà γ-FeOÎÍ (ðèñ. 8). Ïî-âèäèìîìó, è â ýòîì ñëó÷àå ñòàáèëèçàöèÿ ñèñ- òåìû ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì àäñîðáöèè îêñèãèä- ðîêñèäàìè æåëåçà àíèîíîâ îðòîôîñôàòà è êîìï- ëåêñîîáðàçîâàíèåì íà èõ ïîâåðõíîñòè. Êàê ñëåäóåò èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, íà óñòîé÷èâîñòü ñèñòåìû âëèÿåò íå òîëüêî êîíöåí- òðàöèÿ ââåäåííîãî ðàñòâîðà NaH2PO4, íî è òèï ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö, ñ êîòîðûìè âçàèìîäåé- ñòâóþò èîíû îðòîôîñôàòà. Íàïðèìåð, ïîëíàÿ ñòàáèëèçàöèÿ çîëÿ ôåððèòà êîáàëüòà CîFe2O4 íàáëþäàåòñÿ òîëüêî ïðè êîí- öåíòðàöèè ðàñòâîðà NaH2PO4 0,8·10–3 Ì; ïîâû- øåíèå êîíöåíòðàöèè ïðèâîäèò ê ïîòåðå ñèñòåìîé óñòîé÷èâîñòè. Êîíòàêò ÷àñòèö ôåððèòà ìåäè CuFe2O4 è êîìïîçèòà γ-FeOÎÍ+γ-Fe2O3+Ag0 ñ ðàñòâîðàìè NaH2PO4 â øèðîêîì äèàïàçîíå êîí- öåíòðàöèé (0,8·10–3–0,42 Ì), êàê áûëî ïîêàçàíî âûøå, íàîáîðîò, ïðèâîäèò ê êîàãóëÿöèè è ñåäèìåí- òàöèè çîëåé. Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå îðòî- ôîñôàòà íàòðèÿ â êà÷åñòâå ñòàáèëèçàòîðà äëÿ âîäíûõ çîëåé ôåððèìàãíåòèêîâ âîçìîæíî òîëüêî äëÿ îòäåëüíûõ ôàç, íàïðèìåð ôåððèòà êîáàëüòà CîFe2O4, è ïðè ñòðîãî çàäàííûõ (ìàëûõ) êîíöåí- òðàöèÿõ ââåäåííîãî ñòàáèëèçàòîðà. Êîíòàêò ôàç îêñèãèäðîêñèäîâ è îêñèäîâ æå- ëåçà ñ ðàñòâîðàìè ýòèëåíäèàìèíòåòðàóêñóñíîé êèñëîòû ïðèâîäèò ê àäñîðáöèè íà ïîâåðõíîñòè äèñïåðñíîé ôàçû àíèîíîâ ÝÄÒÀ [43, 44] è îá- ðàçîâàíèþ ðÿäà ñïåöèôè÷åñêèõ êîìïëåêñîâ: ≡FeIII–Y–FeII (ãäå Y – àíèîí ÝÄÒÀ), ≡FeIII–Y··· FeIIY, ≡FeIII–Y è ≡FeIII–Y–FeII [45]. Ñîñòàâ ïîâåðõíîñòíûõ êîìïëåêñîâ çàâèñèò îò çíà÷åíèÿ ðÍ äèñïåðñèîííîé ñðåäû è êîíöåíòðàöèè ââå- äåííîãî ðàñòâîðà ÝÄÒÀ. Êàê è ïðè ââåäåíèè â ñèñòåìó îðòîôîñôàòà íàòðèÿ, îáðàçîâàíèå êîìïëåêñîâ íà ïîâåðõíî- ñòè äèñïåðñíûõ ôàç îêñèäîâ è îêñèãèäðîêñèäîâ æåëåçà ñïîñîáñòâóåò èõ äåñòðóêöèè (ðàñòâîðå- íèþ) [28, 44, 46, 47]. Ïðè ôîðìèðîâàíèè ôàç íà ïîâåðõíîñòè ñòàëè â ïðèñóòñòâèè 3,4·10–5 Ì ðà- ñòâîðà ÝÄÒÀ èäåíòèôèöèðóåòñÿ ôàçà ëåïèäîê- ðîêèòà γ-FeOÎÍ ñ íåçíà÷èòåëüíîé ïðèìåñüþ ôàçû ìàããåìèòà γ-Fe2O3. Íàëè÷èå äâóõ ïðåä- ñòàâèòåëåé æåëåçî-êèñëîðîäíîãî ìîðôîëîãè- ÷åñêîãî γ-ðÿäà ìîæåò áûòü ñâÿçàíî êàê ñ ðàç- ðóøåíèåì ñòðóêòóðû ìàããåìèòà γ-Fe2O3, òàê è ñ çàìåäëåíèåì ôàçîîáðàçîâàòåëüíîãî ïðî- öåññà íà ñòàäèè ôîðìèðîâàíèÿ îêñèãèäðîêñè- äà æåëåçà – ëåïèäîêðîêèòà γ-FeOÎÍ è íà÷à- ëîì åãî òðàíñôîðìàöèè â ôàçó îêñèäà – ìàã- ãåìèòà γ-Fe2O3. Äàííûå ñòðóêòóðû â äîñòàòî÷- íîé ñòåïåíè ãîìîãåííû, íî íå îáëàäàþò óñòîé- ÷èâîñòüþ è êîàãóëèðóþò â òå÷åíèå ìàëîãî ïðî- ìåæóòêà âðåìåíè. ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 13 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Ââåäåíèå ðàñòâîðîâ ÝÄÒÀ â çîëè äðóãèõ ôåð- ðèìàãíèòíûõ ÷àñòèö ïðè êîíöåíòðàöèè ~10–6 Ì ïîçâîëÿåò ëèøü íåñêîëüêî ñíèçèòü ñêîðîñòü êîà- ãóëÿöèè è ñåäèìåíòàöèè ÷àñòèö, à íå ñòàáèëèçè- ðîâàòü çîëü. Ãóìèíîâûå êèñëîòû, ðàñòâîðÿÿñü â âîäå, ñòàíîâÿòñÿ ïîëèàíèîíàìè, îáðàçóþùèìè ìîëå- êóëÿðíûå îðãàíè÷åñêèå àññîöèàòû, íàñûùåííûå êèñëîòíûìè ôóíêöèîíàëüíûìè ãðóïïàìè. Àä- ñîðáèðóÿñü íà àêòèâíûõ öåíòðàõ ôåððèìàãíèò- íûõ ÷àñòèö, îíè êîîðäèíèðóþòñÿ ñ êàòèîíàìè æåëåçà, èçìåíÿÿ èõ ïîâåðõíîñòíûé çàðÿä, ïðè ýòîì ÃÊ ñïîñîáíû ïîêðûâàòü ôåððèìàãíèòíûå ÷àñòèöû öåëèêîì è ïîãëîùàòü èõ ñâîåé ðàçâåòâ- ëåííîé âûñîêîìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðîé, âëèÿÿ, òàêèì îáðàçîì, íà èõ êîëëîèäíóþ óñòîé÷èâîñòü. Ãóìèíîâûå êèñëîòû êàê ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå âåùåñòâà ñïîñîáíû ãèäðîôèëèçîâàòü ôåððèìàã- íèòíûå ÷àñòèöû è ïîâûñèòü èõ óñòîé÷èâîñòü â ôèçèîëîãè÷åñêèõ æèäêîñòÿõ.  îáùåì ñëó÷àå â ðåçóëüòàòå àäñîðáöèè ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâà- íèå êîìïëåêñîâ ìåæäó îðãàíè÷åñêèìè ëèãàíäà- ìè è ïîâåðõíîñòíûìè öåíòðàìè ôåððèìàãíèò- íûõ ôàç. Ôàêòîðàìè, âëèÿþùèìè íà êîëëîèä- íóþ óñòîé÷èâîñòü çîëåé ôåððèìàãíåòèêîâ, ÿâëÿþòñÿ çíà÷åíèå ðÍ è êîíöåíòðàöèÿ ãóìèíî- âîé êèñëîòû [27]. Èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ ãóìè- íîâîé êèñëîòû íà óñòîé÷èâîñòü âîäíûõ çîëåé ìàããåìèòà γ-Fe2O3 ïîêàçàëî, ÷òî ðîñò êîíöåíò- ðàöèé ãóìàòîâ îò 10–7 äî 10–5 Ì ñíèæàåò óñòîé- ÷èâîñòü ñèñòåìû è ïðèâîäèò ê êîàãóëÿöèè çîëÿ. Ïðè ôîðìèðîâàíèè æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ôàç íà ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîäà, êîíòàêòèðóþùåãî ñ 7,6·10–6 Ì ðàñòâîðîì ÃÊ, õîä ôàçîîáðàçîâà- òåëüíîãî ïðîöåññà ïðèíöèïèàëüíî ìåíÿåòñÿ – â ñèñòåìå îáðàçóåòñÿ óñòîé÷èâûé çîëü íàíîðàç- ìåðíûõ ÷àñòèö ãåòèòà α-FeOOH. Âûâîäû 1. Âçàèìîäåéñòâèå ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö ñ ðàñòâîðàìè îðòîôîñôàòà íàòðèÿ, ÝÄÒÀ è ÃÊ â øèðîêîì äèàïàçîíå êîíöåíòðàöèé âëèÿåò íà óñòîé÷èâîñòü âîäíûõ çîëåé ìàããåìèòà γ-Fe2O3, ôåððèòîâ êîáàëüòà CoFe2O4 è ìåäè CuFe2O4 è êîìïîçèòà íà îñíîâå ôàç ëåïèäîêðîêèòà, ìàã- ãåìèòà è ñåðåáðà γ-FeOOH+γ-Fe2O3+Ag0. Îñ- íîâíûìè ïàðàìåòðàìè, îïðåäåëÿþùèìè ñòå- ïåíü òàêîãî âëèÿíèÿ, íàðÿäó ñî çíà÷åíèåì ðÍ äèñïåðñèîííîé ñðåäû ÿâëÿþòñÿ êîíöåíòðàöèÿ ââîäèìîãî ðàñòâîðà ñòàáèëèçàòîðà è òèï ñòà- áèëèçèðóåìûõ ÷àñòèö.  õîäå èññëåäîâàíèÿ áûëî ïîêàçàíî, ÷òî íàèáîëüøåé óñòîé÷èâîñòüþ îáëàäàþò çîëè ôåððèòà êîáàëüòà CoFe2O4 ïðè ââåäåíèè â âîäíóþ äèñïåðñèîííóþ ñðåäó 0,8·10–2 Ì ðàñòâîðà NaH2PO4, à íàèìåíüøåé â àíàëîãè÷- íûõ óñëîâèÿõ – çîëè ôåððèòà ìåäè CuFe2O4. Ïî ñòàáèëèçèðóþùåìó âëèÿíèþ íà âîäíûå çîëè ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö, îáðàçóåòñÿ ðÿä ÝÄÒÀ < ãóìèíîâàÿ êèñëîòà < îðòîôîñôàò íàòðèÿ. 2. Ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ îðòîôîñôàòà íàòðèÿ, ÝÄÒÀ è ãóìèíîâîé êèñëîòû ñ ïîâåðõ- íîñòüþ ôåððèìàãíèòíûõ ÷àñòèö âî âñåõ ñëó÷à- ÿõ ñâÿçàí ñ àäñîðáöèåé è îáðàçîâàíèåì ïîâåðõ- íîñòíûõ êîìïëåêñîâ Fe(II) è Fe(III) ðàçíîé ïðèðîäû, ÷òî ëèáî ïðåïÿòñòâóåò ôàçîâûì òðàíñ- ôîðìàöèÿì æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð, ëèáî íàïðàâëÿåò ôàçîîáðàçîâàòåëüíûé ïðîöåññ ïî ïóòè ðàçâèòèÿ ñòðóêòóð ìîðôîëîãè÷åñêîãî α- èëè γ-ðÿäà. 3. Ïðè êîíòàêòå ñòàëüíîãî ýëåêòðîäà ñ àýðè- ðóåìûìè ðàñòâîðàìè îðòîôîñôàòà íàòðèÿ è ÝÄÒÀ íà åãî ïîâåðõíîñòè ïðîèñõîäèò ôîðìè- ðîâàíèå ÷àñòèö ëåïèäîêðîêèòà γ-FeOOH ñ ïðè- ìåñüþ ìàããåìèòà γ-Fe2O3, à ïðè êîíòàêòå ñ ðàñ- òâîðîì ãóìèíîâîé êèñëîòû – ÷àñòèö ãåòèòà α-FeOOH.  ðàáîòå ïîêàçàíî, ÷òî ââåäåíèå äî- áàâîê NaH2PO4 è ÃÊ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü óñ- òîé÷èâûå çîëè íàíîðàçìåðíûõ ÷àñòèö îêñèãèä- ðîêñèäîâ æåëåçà, êîòîðûå ìîãóò áûòü èñïîëü- çîâàíû ïðè ïðîâåäåíèè ìåäèêî-áèîëîãè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé. Äîñë³äæåíî âïëèâ ÅÄÒÀ, ãóì³íîâî¿ êèñëîòè òà îðòîôîñ- ôàòó íàòð³þ íà ôîðìóâàííÿ â àåðîâàí³é ñèñòåì³ ñòàëåâîãî åëåêòðîäà ôåðèìàãí³òíèõ ÷àñòèíîê ³ ñò³éê³ñòü ¿õí³õ âîäíèõ çîë³â. Ïîêàçàíî, ùî íàéñò³éê³øèìè º çîë³ ôåðèòó êîáàëüòó CoFe2O4, à íàéìåíøó ñò³éê³ñòü ìàþòü çîë³ ôåðèòó ì³ä³ CuFe2O4. Çà ñòàá³ë³çóâàëüíèì âïëèâîì íà ôåðèìàãí³òí³ ÷àñòèíêè îòðèìàíî ðÿä ÅÄÒÀ < ÃÊ < NaH2PO4. Äîäàâàííÿ äî äèñïåðñ³éíîãî ñåðåäîâèùà ðîç÷èí³â ÅÄÒÀ òà NaH2PO4 ïðèçâîäèòü äî óòâîðåííÿ ôàçè ëåï³äîêðîê³òó γ-FeOOH ç äîì³øêîþ ìàãåì³òó γ-Fe2O3, à äîäàâàííÿ ãóì³íîâî¿ êèñëî- òè – ôàçè ãåòèòó α-FeOOH. Âîäí³ çîë³ ôåðèìàãí³òíèõ ÷àñ- òèíîê ãîìîãåíí³, ìàþòü êîëî¿äíó ñò³éê³ñòü, ³ ¿õ ìîæå áóòè âèêîðèñòàíî ïðè äîñë³äæåíí³ ìåäèêî-á³îëîã³÷íèõ ñèñòåì. 14 Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ôåðèìàãí³òí³ íàíîðîçì³ðí³ ÷àñòèíêè, êî- ëî¿äíà ñò³éê³ñòü âîäíèõ çîë³â, ÅÄÒÀ, ãóì³íîâà êèñëîòà, îðòîôîñôàò íàòð³þ, ëåï³äîêðîê³ò γ-FeOOH, ãåòèò α-FeOOH The effect of EDTA, humic acid and natrium orthophosphate on the formation the ferromagnetic particles in water aerated system of steel electrode and stability of their water sols have been studied. It was shown that the stablest properties had the sols of cobalt ferrite CoFe2O4 and the least stable had sols of cuprum ferrite CuFe2O4. As for stabilization effect on ferromagnetic particles there was found the row EDTA < HA < NaH2PO4. The addition of EDTA and NaH2PO4 in dispersion medium the solution results in formation of the phase lepidocrocite γ-FeOOH with addition maghemite γ-Fe2O3, and addition of the humic acid results in formation of the phase goethite α-FeOOH. Water sols of the ferromagnetic particles are homogeneous, possess colloidal stability and may be used for investigation of medicobiologic systems. Key words: ferromagnetic nanosized particles, colloidal stability of water sols, EDTA, humic acid, natrium orthophosphate, lepidocrocite γ-FeOOH, goethite α-FeOOH 1. Zhong W., Du Y. Magnetic Liquids, in: Handbook of Nanophase and Nanostructured Materials / Kluwer Academic/Plenum – New York, 2002, vol. 4. – P. 337–373 (Chapter 8). 2. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine / Q.A. Pankhurst, J. Connolly, S.K. Jones, J. Dobson // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2003. – 36. – P. R167–R181. 3. Advances in magnetic nanoparticles for biotechnology applications / Tartaj P., Morales M.P., Gonzalez-Carreno T. et al. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2005. – 290–291. – P. 28–34. 4. Gupta A.K., Gupta M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications // Biomaterials. – 2005. – 26. – P. 3995–4021. 5. Schwertmann U., Cornell R.M. The iron oxides in the laboratory, preparation and characterization – 2nd ed. Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2000. – 186 p. 6. Preparation of magnetic polymeric particles via inverse microemulsion polymerization process / Deng Y., Wang L., Yang W. et al. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2003. – 257, N 1. – P. 69–78. 7. Synthesis and characterization of silica-coated iron oxide nanoparticles in microemulsion: the effect of non-ionic surfactants / Santra S., Tapec R., Theodoropoulou N. et al. // Langmuir. – 2001. – 17. – P. 2900–2906. 8. Îêñèäû æåëåçà â íàíîêëàñòåðíîì ñîñòîÿíèè. Ìåòîäû ñèíòåçà, ñòðóêòóðà è ñâîéñòâà / Ñóçäàëåâ È.Ï., Ìàê- ñèìîâ Þ.Â., Èìøåííèê Â.Ê. è äð. // Ðîññèéñêèå íàíî- òåõíîëîãèè. – 2007. – 2, ¹ 5–6. – Ñ. 73–84. 9. Kodas T.T., Hampden-Smith M. Aerosol processing of materials. New York: Wiley-VCH, 1999. – 492 p. 10. Tartaj P., Gonzalez-Carreno T., Serna C.J. Synthesis of nanomagnets dispersed in colloidal silica cages with applications in chemical separation // Langmuir. – 2002. – 18. – P. 4556–4558. 11. Tartaj P., Gonzalez-Carreno T., Serna C.J. Single-step nanoengineering of silica coated maghemite hollow spheres with tunable magnetic properties // Adv. Mater. – 2001. – 13. – P. 1620–1624. 12. Synthesis of Monodisperse Iron Oxide Nanocrystals by Thermal Decomposition of Iron Carboxylate Salts // W.W. Yu, J.C. Falkner, C.T. Yavuz, V.L. Colvin // Chem. Commun. – 2004. – P. 2306–2307. 13. Electrochemical formation of a new Fe(II)–Fe(III) hydroxy-carbonate green rust: characterisation and morphology / Legrand L., Abdelmoula M., G hin A. et al. // Electrochimica Acta. – 2001. – 46, N 12. – P. 1815–1822. 14. Nanostructured energetic materials using sol-gel methodologies / Tillotson T.M., Gash A.E., Simpson R.L. et al. // J. Non-Cryst. Solids. – 2001 – 285. – P. 335–338. 15. Thin layers of iron corrosion products electrochemically deposited on inert substrates: synthesis and behaviour / S. Peulon, H. Antony, L. Legrand, A. Chausse // Electrochemical Acta. – 2004. – 49. – P. 2891–2899. 16. Cornel R.M., Schwertmann U. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrence and uses, 2nd ed. Wiley- VCH, Weinheim, Germany, 2003. – 703 p. 17. Nanostructure array fabrication with temperature- controlled self-assembly techniques / V. Ng, Y.V. Lee, B.T. Chen, A.O. Adeyeye // Nanotechnology. – 2002. – 13. – P. 554–558. 18. Coating of amorphous iron nanoparticles by long-chain alcohols / G. Kataby, A. Ulman, R. Prozorov, A. Gedanken // Langmuir. – 1998. – 14. – P. 1512–1515. 19. Maity D., Agrawal D.C. Synthesis of iron oxide nanoparticles under oxidizing environment and their stabilization in aqueous and non-aqueous media // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2007. – 308. – P. 46–55. 20. Synthesis and magnetic properties of concentrated α-Fe2O3 nanoparticles in a silica matric / Tadic M., Markovic D., Spasojevic V. et al. // J. of Alloys and Compounds. – 2007. – 441, ¹ 1–2. – P. 291–296. 21. Matrix mediated synthesis of γ-Fe2O3: a new optically transparent magnetic material / Ziolo R.F., Giannelis E.P., Weinstein B.A. et al. // Science. – 1992. – 257. – P. 219– 223. 22. Structured materials synthesis in a self-assembled surfactant mesophase / Li S., Irwin G., Simmons B. et al. // Colloids and Surfaces A. – 2000. – 174, N 1–2. – P. 275–281. ÍÀÍÎ×ÀÑÒÈÖÛ, ÍÀÍÎÊËÀÑÒÅÐÛ, ÍÓËÜÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ 15 М АТ ЕР ИА ЛО ВЕ Д ЕН ИЕ Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 2 23. Stolnik S., Illum L., Davis S.S. Long circulating micro- particulate drug carriers / Adv. Drug Del. Rev. – 1995. – 16. – P. 195–214. 24. ×åêàíîâà À.Å. Áèîñîâìåñòèìûå ìàãíèòíûå íàíîìàòåðè- àëû íà îñíîâå îêñèäà æåëåçà (III): Àâòîðåô. äèñ. … êàíä. õèì. íàóê: 02.00.01, 02.00.21 / ÌÃÓ. – Ì., 2008. – 23 ñ. 25. Capek I. Microemulsion polymerization of styrene in the presence of a cationic emulsifiår // Adv. Colloid Interf. Sci. – 2001. – 92, N 1–3. – P. 195–233. 26. Alkyl phosphonate/phosphate coating on magnetite nanoparticles: a comparison with fatty acids / Sahoo Y., Pizem H., Fried T. et al. // Langmuir. – 2001. – 17. – P. 7907–7911. 27. Illes E., Tombacz E. The effect of humic acid adsorption on pH-dependent surface charging and aggregation of magnetite nanoparticles // Journal of Colloid and Interface Science. – 2006. – 295. – P. 115–123. 28. Ryczkowski J. IR studies of EDTA alkaline salts interaction with the surface of inorganic oxides // Applied Surface Science. – 2005. – 252. – Ð. 813–822. 29. Effect of orthophosphate on the oxidation products of Fe(II)–Fe(III) hydroxycarbonate: The transformation of green rust to ferrihydrite / O. Benali, M. Abdelmoula, Ph. Refait, J.-M.R. G nin // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2001. – 65, N 11. – P. 1715–1726. 30. The effect of adding phosphate on the size of extremely fine needle-like lepidocrocite particles prepared by oxidizing an aqueous suspension of ferrous hydroxide / Mihara N., Kawasaki H., Kumazawa H. et al. // Can. J. Chem. Eng. – 2002. – 80, N 4. – P. 764–768. 31. Lee C.S., Lee H., Westervelt R.M. Microelectromagnets for the control of magnetic nanoparticles // Appl. Phys. Lettr. – 2001. – 79, N 20. – P. 3308–3310. 32. Ëàâðèíåíêî Î. Ì. Ïðîöåñè óòâîðåííÿ äèñïåðñíèõ ôàç ó ñèñòåì³ ãàëüâàíîêîíòàêò³â çàë³çî–âóãëåöü (êîêñ) ó âîäíîìó ñåðåäîâèù³: Àâòîðåô. äèñ. … êàíä. õ³ì. íàóê: 02.00.11 / ²ÁÊÕ ³ì. Ô.Ä. Îâ÷àðåíêà ÍÀÍÓ. – Ê., 2002. – 18 ñ. 33. Ëàâðèíåíêî Î.Ì., Ìàìóíÿ Ñ.Â. Âïëèâ ñêëàäó àêòèâó- þ÷îãî ðîç÷èíó íà ïðîöåñ öåìåíòàö³¿ ì³ä³ // Òåçè VIII ì³æíàð. íàóê.-ïðàêò. êîíô. «Åêîëîã³ÿ. Ëþäèíà. Ñó- ñï³ëüñòâî». – Ê., 2005. – Ñ. 108. 34. Ëàâðèíåíêî Å.Í., Íåòðåáà Ñ.Â. Ôîðìèðîâàíèå íàíî- ðàçìåðíûõ ñòðóêòóð â ñèñòåìå Fe0–H2O–O2–AgNO3 // Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå. – 2009. – ¹ 2. – Ñ. 9–24. 35. Êàòàëèòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü íàíîðàçìåðíûõ ôåððî- øïèíåëåé êîáàëüòà è ìåäè â ôîñôîëèïèäíîé ìîäåëüíîé ñèñòåìå / Äîëèíñêèé Ã.À., Ëàâðèíåíêî Å.Í., Òîäîð È.Í. è äð. // Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå. – 2010. – ¹ 1. – Ñ. 59–68. 36. Ãîðøêîâ Â.Ñ., Òèìîøîâ Â.Â., Ñàâåëüåâ Â.Ã. Ìåòîäû ôèçèêî-õèìè÷åñêîãî àíàëèçà âÿæóùèõ âåùåñòâ. – Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1981. – 335 ñ. 37. Ðóêîâîäñòâî ê ïðàêòè÷åñêèì ðàáîòàì ïî êîëëîèäíîé õèìèè / Ãðèãîðîâ Î.Í., Êàðïîâà È.Ô., Êîçüìèíà Ç.Ï. è äð. – Ì.: Õèìèÿ, 1964. – 331 ñ. 38. Ëóðüå Þ.Þ. Àíàëèòè÷åñêàÿ õèìèÿ ïðîìûøëåííûõ ñòî÷- íûõ âîä. – Ì.: Õèìèÿ, 1984. – 448 ñ. 39. Ëàâðèíåíêî Å.Í. Ôîðìèðîâàíèå íàíî- è ìèêðîðàç- ìåðíûõ æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð â ñèñòåìàõ Fe0–H2O–O2 è Fe0–Ñ–H2O–O2 // Íàíîñèñòåìû, íàíî- ìàòåðèàëû, íàíîòåõíîëîãèè. – 2007. – 5, ñïåöâûï. 1. – C. 141–159. 40. Ziemniak S.E., Jones M.E., Combs K.E.S. Magnetite Solubility and Phase Stability in Alkaline Media at Elevated Temperatures // Journal of Solution Chemistry. – 1995. – 24, N 9. – P. 837–877. 41. Ex-situ and ex-situ X-ray diffraction of corrosion products freshly formed on the surface of an iron-silicon alloy / Suzuki S., Matsubara E., Komatsu T. et al. // Corrosion Science. – 2007. – 49. – P. 1081–1096. 42. Ëàâðèíåíêî Å.Í. Ðîëü êàòèîíîâ æåëåçà äèñïåðñèîí- íîé ñðåäû ïðè îáðàçîâàíèè æåëåçî-êèñëîðîäíûõ ñòðóêòóð â ñèñòåìàõ íà îñíîâå æåëåçà è óãëåðîäà // Íàíîñèñòåìû, íàíîìàòåðèàëû, íàíîòåõíîëîãèè. – 2008. – 6, ñïåöâûï. 2. – C. 529–550. 43. Nowack B., Sigg L. Adsorption of EDTA and Metal– EDTA Complexes onto Goethite // Journal of Colloid and Interface Science. – 1996. – 177. – P. 106–121. 44. Adsorption of EDTA and iron-EDTA complexes on magnetite and the mechanism of dissolution of magnetite by EDTA / M.A. Blesa, E.B. Borghi, A.J.G. Maroto, A.E. Regazzoni // Journal of Colloid and Interface Science. – 1984. – 98, N 2. – P. 295–305. 45. Ballesteros M.C., Rueda E.H., Blesa M.A. The Influence of Iron (II) and (III) on the Kinetics of Goethite Dissolution by EDTA // Journal of Colloid and Interface Science. – 1998. – 201, N 1. – P. 13–19. 46. Nowack B., Sigg L. Dissolution of Fe(III) (hydr)oxides by metal-EDTA complexes // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1997. – 61, N 5. – P. 951–963. 47. Rubio J., Matijevic E. Interactions of Metal Hydrous Oxides with Chelating Agents. Ð. I. β-FeOOH–EDTA // Journal of Colloid and Interface Science. – 1979. – 68, N 3. – P. 408 – 421.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62707
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1996-9988
language Russian
last_indexed 2025-12-07T15:29:19Z
publishDate 2010
publisher Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
record_format dspace
spelling Лавриненко, Е.Н.
Шостик, В.И.
Астрелин, И.М.
Прокопенко, В.А.
Маслова Е.А.
2014-05-24T19:50:41Z
2014-05-24T19:50:41Z
2010
Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц / Е.Н. Лавриненко, В.И. Шостик, И.М. Астрелин, В.А. Прокопенко, Е.А. Маслова // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 2. — С. 3-15. — Бібліогр.: 47 назв. — рос.
1996-9988
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62707
544.77:544.032.13+544.032.72
Исследовано влияние ЭДТА, гуминовой кислоты и ортофосфата натрия на формирование в аэрируемой системе стального электрода ферримагнитных частиц и устойчивость их водных золей. Показано, что наибольшей устойчивостью обладают золи феррита кобальта CoFe₂O₄, а наименьшей – феррита меди CuFe₂O₄ . По стабилизирующему влиянию на ферримагнитные частицы получен ряд ЭДТА < ГК < NaH₂PO₄ . Введение в дисперсионную среду растворов ЭДТА и NaH₂PO₄ приводит к формированию фазы лепидокрокита γ-FeOOH с примесью маггемита γ -Fe₂O₃, а введение гуминовой кислоты – фазы гетита α -FeOOH. Водные золи ферримагнитных частиц гомогенны, обладают коллоидной устойчивостью и могут использоваться при исследовании медико-биологических систем.
Досліджено вплив ЕДТА, гумінової кислоти та ортофосфату натрію на формування в аерованій системі сталевого електрода феримагнітних частинок і стійкість їхніх водних золів. Показано, що найстійкішими є золі фериту кобальту CoFe₂O₄, а найменшу стійкість мають золі фериту міді CuFe₂O₄. За стабілізувальним впливом на феримагнітні частинки отримано ряд ЕДТА < ГК < NaH₂PO₄. Додавання до дисперсійного середовища розчинів ЕДТА та NaH₂PO₄ призводить до утворення фази лепідокрокіту γ-FeOOH з домішкою магеміту γ-Fe₂O₃, а додавання гумінової кислоти – фази гетиту α-FeOOH. Водні золі феримагнітних частинок гомогенні, мають колоїдну стійкість, і їх може бути використано при дослідженні медико-біологічних систем.
The effect of EDTA, humic acid and natrium orthophosphate on the formation the ferromagnetic particles in water aerated system of steel electrode and stability of their water sols have been studied. It was shown that the stablest properties had the sols of cobalt ferrite CoFe₂O₄ and the least stable had sols of cuprum ferrite CuFe₂O₄. As for stabilization effect on ferromagnetic particles there was found the row EDTA < HA < NaH₂PO₄. The addition of EDTA and NaH₂PO₄ in dispersion medium the solution results in formation of the phase lepidocrocite γ-FeOOH with addition maghemite γ-Fe₂O₃, and addition of the humic acid results in formation of the phase goethite α-FeOOH. Water sols of the ferromagnetic particles are homogeneous, possess colloidal stability and may be used for investigation of medicobiologic systems.
ru
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
Наноструктурное материаловедение
Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты
Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
Article
published earlier
spellingShingle Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
Лавриненко, Е.Н.
Шостик, В.И.
Астрелин, И.М.
Прокопенко, В.А.
Маслова Е.А.
Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты
title Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
title_full Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
title_fullStr Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
title_full_unstemmed Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
title_short Влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
title_sort влияние ортофосфата натрия, этилендиаминтетрауксусной и гуминовой кислот на формирование и устойчивость водных золей ферримагнитных частиц
topic Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты
topic_facet Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62707
work_keys_str_mv AT lavrinenkoen vliânieortofosfatanatriâétilendiamintetrauksusnoiiguminovoikislotnaformirovanieiustoičivostʹvodnyhzoleiferrimagnitnyhčastic
AT šostikvi vliânieortofosfatanatriâétilendiamintetrauksusnoiiguminovoikislotnaformirovanieiustoičivostʹvodnyhzoleiferrimagnitnyhčastic
AT astrelinim vliânieortofosfatanatriâétilendiamintetrauksusnoiiguminovoikislotnaformirovanieiustoičivostʹvodnyhzoleiferrimagnitnyhčastic
AT prokopenkova vliânieortofosfatanatriâétilendiamintetrauksusnoiiguminovoikislotnaformirovanieiustoičivostʹvodnyhzoleiferrimagnitnyhčastic
AT maslovaea vliânieortofosfatanatriâétilendiamintetrauksusnoiiguminovoikislotnaformirovanieiustoičivostʹvodnyhzoleiferrimagnitnyhčastic