Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок

Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок

Разработан новый класс углеродсодержащих адсорбентов на основе алмазных нанопорошков с определённым соотношением углеродных фаз sp²- и sp³-гибридизации. Цель настоящей работы – исследование адсорбционной активности новых марок алмазных нанопорошков к компонентам биологических сред. Для интенсификаци...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2010
Hauptverfasser: Богатырева, Г.П., Маринич, М.А., Базалий, Г.А., Ильницкая, Г.Д.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2010
Schriftenreihe:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73170
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок / Г.П. Богатырева, М.А. Маринич, Г.А. Базалий, Г.Д. Ильницкая // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 4. — С. 851-859. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73170
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-731702025-02-09T22:19:19Z Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок Богатырева, Г.П. Маринич, М.А. Базалий, Г.А. Ильницкая, Г.Д. Разработан новый класс углеродсодержащих адсорбентов на основе алмазных нанопорошков с определённым соотношением углеродных фаз sp²- и sp³-гибридизации. Цель настоящей работы – исследование адсорбционной активности новых марок алмазных нанопорошков к компонентам биологических сред. Для интенсификации селективного механизма адсорбции выполнены методы реконструкции поверхности алмазных нанопорошков. Установлено, что максимальной адсорбционной активностью к ионам тяжёлых металлов обладают алмазные нанопорошки, прошедшие электрохимическую реконструкцию поверхности и содержащие 10—20 масс.% углеродной фазы sp²-гибридизации. Розроблено новий клас вуглецевмісних адсорбентів на основі діямантових нанопорошків з встановленим співвідношенням вуглецевих фаз sp²- та sp³-гібридизації. Мета даної роботи – дослідження адсорбційної активности нових марок діямантових нанопорошків до компонентів біологічних середовищ. Для інтенсифікації селективного механізму адсорбції виконано методи реконструкції поверхні діямантових нанопорошків. Встановлено, що максимальну адсорбційну активність до йонів важких металів мають діямантові нанопорошки, що пройшли електрохемічну реконструкцію поверхні та мають 10—20 мас.% вуглецевої фази sp²-гібридизації. A new class of carbon-containing adsorbents on the base of diamond nanopowders with a certain ratio of carbon phases with sp²- and sp³-hybridizations is developed. The goal of this work is to investigate adsorption activity of new grades of diamond nanopowders to components of biological environments. The methods of reconstruction of diamond-nanopowders surface for intensification of the selective mechanism of adsorption are developed. As revealed, the diamond nanopowders containing 10—20 wt.% of carbon phase with sp²-hybridization after electrochemical reconstruction of a surface possess maximal adsorption activity to ions of heavy metals. 2010 Article Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок / Г.П. Богатырева, М.А. Маринич, Г.А. Базалий, Г.Д. Ильницкая // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 4. — С. 851-859. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 68.35.B-, 68.43.Mn, 81.05.uj, 81.07.Wx, 82.45.Jn, 82.45.Yz, 82.65.+r https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73170 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології application/pdf Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Разработан новый класс углеродсодержащих адсорбентов на основе алмазных нанопорошков с определённым соотношением углеродных фаз sp²- и sp³-гибридизации. Цель настоящей работы – исследование адсорбционной активности новых марок алмазных нанопорошков к компонентам биологических сред. Для интенсификации селективного механизма адсорбции выполнены методы реконструкции поверхности алмазных нанопорошков. Установлено, что максимальной адсорбционной активностью к ионам тяжёлых металлов обладают алмазные нанопорошки, прошедшие электрохимическую реконструкцию поверхности и содержащие 10—20 масс.% углеродной фазы sp²-гибридизации.
format Article
author Богатырева, Г.П.
Маринич, М.А.
Базалий, Г.А.
Ильницкая, Г.Д.
spellingShingle Богатырева, Г.П.
Маринич, М.А.
Базалий, Г.А.
Ильницкая, Г.Д.
Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Богатырева, Г.П.
Маринич, М.А.
Базалий, Г.А.
Ильницкая, Г.Д.
author_sort Богатырева, Г.П.
title Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок
title_short Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок
title_full Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок
title_fullStr Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок
title_full_unstemmed Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок
title_sort адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2010
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73170
citation_txt Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок / Г.П. Богатырева, М.А. Маринич, Г.А. Базалий, Г.Д. Ильницкая // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 4. — С. 851-859. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT bogatyrevagp adsorbcionnyeprocessyvbiologičeskihsredahnapoverhnostialmaznyhnanoporoškovnovyhmarok
AT mariničma adsorbcionnyeprocessyvbiologičeskihsredahnapoverhnostialmaznyhnanoporoškovnovyhmarok
AT bazaliiga adsorbcionnyeprocessyvbiologičeskihsredahnapoverhnostialmaznyhnanoporoškovnovyhmarok
AT ilʹnickaâgd adsorbcionnyeprocessyvbiologičeskihsredahnapoverhnostialmaznyhnanoporoškovnovyhmarok
first_indexed 2025-12-01T09:07:05Z
last_indexed 2025-12-01T09:07:05Z
_version_ 1850296267461099520
fulltext 851 PACS numbers:68.35.B-, 68.43.Mn,81.05.uj,81.07.Wx,82.45.Jn,82.45.Yz, 82.65.+r Адсорбционные процессы в биологических средах на поверхности алмазных нанопорошков новых марок Г. П. Богатырева, М. А. Маринич, Г. А. Базалий, Г. Д. Ильницкая Институт сверхтвёрдых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, ул. Автозаводская, 2, 04074 Киев, Украина Разработан новый класс углеродсодержащих адсорбентов на основе ал- мазных нанопорошков с определённым соотношением углеродных фаз sp2- и sp3-гибридизации. Цель настоящей работы – исследование ад- сорбционной активности новых марок алмазных нанопорошков к ком- понентам биологических сред. Для интенсификации селективного ме- ханизма адсорбции выполнены методы реконструкции поверхности ал- мазных нанопорошков. Установлено, что максимальной адсорбционной активностью к ионам тяжёлых металлов обладают алмазные нанопо- рошки, прошедшие электрохимическую реконструкцию поверхности и содержащие 10—20 масс.% углеродной фазы sp2-гибридизации. Розроблено новий клас вуглецевмісних адсорбентів на основі діямантових нанопорошків з встановленим співвідношенням вуглецевих фаз sp 2- та sp3-гібридизації. Мета даної роботи – дослідження адсорбційної активно- сти нових марок діямантових нанопорошків до компонентів біологічних середовищ. Для інтенсифікації селективного механізму адсорбції вико- нано методи реконструкції поверхні діямантових нанопорошків. Встано- влено, що максимальну адсорбційну активність до йонів важких металів мають діямантові нанопорошки, що пройшли електрохемічну реконстру- кцію поверхні та мають 10—20 мас.% вуглецевої фази sp 2-гібридизації. A new class of carbon-containing adsorbents on the base of diamond na- nopowders with a certain ratio of carbon phases with sp2- and sp3- hybridizations is developed. The goal of this work is to investigate adsorption activity of new grades of diamond nanopowders to components of biological environments. The methods of reconstruction of diamond-nanopowders sur- face for intensification of the selective mechanism of adsorption are devel- oped. As revealed, the diamond nanopowders containing 10—20 wt.% of car- bon phase with sp 2-hybridization after electrochemical reconstruction of a surface possess maximal adsorption activity to ions of heavy metals. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2010, т. 8, № 4, сс. 851—859 © 2010 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 852 Г. П. БОГАТЫРЕВА, М. А. МАРИНИЧ, Г. А. БАЗАЛИЙ, Г. Д. ИЛЬНИЦКАЯ Ключевые слова: алмазные нанопорошки, адсорбционная активность, углеродные фазы sp2- и sp3-гибридизации, реконструкция поверхности. (Получено 21 октября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ В настоящее время наиболее распространёнными адсорбентами для биологических сред являются углеродсодержащие адсорбенты. В Институте сверхтвёрдых материалов НАНУ в последние годы раз- работан новый класс углеродсодержащих адсорбентов на основе алмазных нанопорошков с определённым соотношением углерод- ных фаз sp2- и sp3-гибридизации, обладающих уникальными ад- сорбционными свойствами [1—3]. Для расширения применения та- ких нанопорошков в качестве адсорбентов биологических сред вы- полнено направленное формирование их поверхностных свойств путём специальной реконструкции их поверхности. Цель настоящей работы – исследование адсорбционной актив- ности новых марок алмазных нанопорошков, имеющих различные соотношения углеродных фаз sp 2- и sp 3-гибридизации, к компонен- там биологических сред. 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Исследования выполнялись на алмазных ультрадисперсных нанопорошках марок АСУД-80; АСУД-99; АСУД-95; АСУД-90 исходных и с реконструированной поверхностью. Адсорбционные исследования выполнялись двумя методами: – низкотемпературной адсорбции-десорбции азота (БЭТ), – по изменению электрохимической адсорбции водорода (Qн). Адсорбционно-структурные характеристики образцов оценивали методом БЭТ с помощью газоадсорбционного анализатора NOVA 2200 (‘Quantachrome’, USA), были рассчитаны величины их удель- ной площади поверхности Sуд (м 2/г), адсорбционный потенциал А (Дж/г), свободная энергия адсорбции на поверхности паров воды Сs (Дж/г⋅моль). Электрохимическую адсорбцию водорода на поверхности оцени- вали методом катодных потенциодинамических импульсов, заклю- чающимся в оценке изменения количества электричества, затрачи- ваемого на адсорбцию водорода из фонового раствора. Фоновым рас- твором был выбран физиологический раствор (0,9% раствор хлори- стого натрия). Исследования процесса адсорбции ионов металлов на поверхности образцов выполняли из растворов солей одноименных металлов в концентрациях 1⋅10 −2 г⋅моль/л. Степень заполнения поверхности об- АДСОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ 853 разцов ионами металлов и органических добавок определяли по из- менению параметров электрохимической адсорбции водорода (Qн). В качестве токсических веществ исследовали ионы тяжёлых ме- таллов (никеля, кадмия, свинца), а также органические вещества: фенол, этиловый спирт, ацетон, белок. Реконструирование поверх- ности образцов наноуглеродных материалов осуществлялось мето- дами [5—7]. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ В работе исследованы следующие марки алмазных нанопорошков: АСУД-80; АСУД-99; АСУД-95; АСУД-90, отличающиеся фиксиро- ванным соотношением углеродных фаз sp 2- и sp 3-гибридизации [4]. Алмазные порошки АСУД-99 не имеют в составе углеродной фазы sp2-гибридизации. Содержание углеродной фазы sp 2-гибридизации в алмазных порошках марок АСУД-80; АСУД-90 и АСУД-95 составля- ет 20, 10 и 5 масс.% соответственно. Подтверждением этого являют- ся данные, как химического анализа, так и дифрактограмм исследо- ванных образцов порошков (рис. 1). Из рисунка видно, что в области углов 2θ ∼ 26° на дифрактограммах образцов АСУД-80 и АСУД-90 наблюдается максимум. Это свидетельствует о присутствии в них фаз углерода sp 2-гибридизации. На рисунке 2 сопоставлены адсорбционно-структурные характе- ристики алмазных нанопорошков марок АСУД-80; АСУД-99; АСУД-95; АСУД-90. Из рисунка следует, что величина удельной поверхности, адсорбционного потенциала и свободной энергии ад- сорбции паров воды у нанопорошков марки АСУД-80 максимальна. Рис. 1. Дифрактограммы образцов алмазных нанопорошков марки: 1 – АСУД-80, 2 – АСУД-99, 3 – АСУД-90, 4 –АСУД-95. 854 Г. П. БОГАТЫРЕВА, М. А. МАРИНИЧ, Г. А. БАЗАЛИЙ, Г. Д. ИЛЬНИЦКАЯ Информативным методом оценки адсорбционной активности нанопорошков является метод катодных потенциодинамических импульсов, согласно которому были рассчитана величина количе- ства электричества, затрачиваемого на адсорбцию водорода (Qн), и а б в Рис. 2. Адсорбционно-структурные характеристики алмазных нанопо- рошков марки: 1 – АСУД-80, 2 – АСУД-99, 3 – АСУД-90, 4 – АСУД-95; (а) Sуд. – удельная площадь поверхности нанопорошков; (б) А – адсорб- ционный потенциал; (в) Сs – свободная энергия адсорбции паров воды. АДСОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ 855 удельная площадь, занимаемая токопроводящими центрами на по- верхности порошков (Sт.ц). На рисунке 3 приведены зависимости Qн и Sт.ц для исследованных порошков. Из рисунка следует, что максимальное количество водоро- да адсорбируется на образцах АСУД-80 и АСУД-90. Количество токо- проводящих центров на этих образцах также значительно больше. Эти данные свидетельствуют о том, что наиболее высокой адсорбци- онной активностью обладают алмазные нанопорошки, у которых вы- сокое содержание углеродной фазы sp 2-гибридизации: марок АСУД- 80 – АСУД-90. а б Рис. 3. Электрохимические характеристики алмазных нанопорошков марки: 1 – АСУД-80, 2 –АСУД-99, 3 – АСУД-90, 4 – АСУД-95; (а) Q – количество электричества, затрачиваемого на адсорбцию водорода; (б) Sт.ц. – удельная площадь, занимаемая токопроводящими центрами на поверхности порошков. 856 Г. П. БОГАТЫРЕВА, М. А. МАРИНИЧ, Г. А. БАЗАЛИЙ, Г. Д. ИЛЬНИЦКАЯ Методом катодных потенциодинамических импульсов были ис- следованы процессы адсорбции ионов никеля, свинца и кадмия на поверхности порошков. На рисунке 4 приведены зависимости степени заполнения поверх- ности алмазных нанопорошков АСУД-80 и АСУД-90, содержащие максимальное количество углеродной фазы sp2-гибридизации и имеющие максимальные величины Qн и Sт.ц. Из рисунка следует, что на поверхности исследованных образцов адсорбция ионов никеля велика, а адсорбция ионов свинца и кадмия достигает 60—40%. В настоящей работе с целью интенсификации адсорбционных процес- сов была выполнена направленная реконструкция поверхности ал- мазных нанопорошков. Основные методы реконструкции поверхности алмазных нано- порошков: термическая, термохимическая, электрохимическая. Термическая реконструкция поверхности порошков выполнялась в атмосфере аргона в течение 30 минут при температуре 250°C и поз- воляет очистить поверхность нанодисперсных алмазных порошков от кислородсодержащих функциональных групп, таких как гид- роксильные, карбонильные, карбоксильные и др. Кроме того, тер- мическая обработка в инертной среде позволяет выйти на поверх- ность примесям карбидов, оксидов, металлов, а также получить гидрофобную поверхность. Выполнение термохимической рекон- струкции осуществлялось в несколько этапов. Электрохимическая обработка – катодно-анодная обработка в физиологическом рас- Рис. 4. Степень заполнения поверхности нанопорошков АСУД-80 (А) и АСУД-90 (Б) ионами никеля (1), свинца (2), кадмия (3) из растворов одноименных солей в концентрации 0,01 г⋅моль/л. АДСОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ 857 творе с заключительным процессом катодного выделения водорода на поверхности порошка. Такая обработка позволила значительно очистить поверхность от примесей органического и неорганическо- го происхождения, а заключительная операция позволила рекон- струировать состав поверхностного слоя, значительно сократив со- держание кислородсодержащих поверхностных групп. Термодесорбционные спектры, полученные на образцах АСУД-99 и АСУД-90, показали, что количество адсорбированных паров воды снизилось во много раз. На рисунке 5 приведены термодесорбцион- ные спектры паров воды на порошках АСУД-99 до и после специ- альной электрохимической обработки. Как следует из приведённо- го рисунка, на электрохимически реконструированной поверхно- сти существенно снижено количество адсорбированной воды. Ана- логичные данные получены и на порошках с различным содержа- нием фаз sp 2-гибридизации углерода. На алмазных нанопорошках марок АСУД-80 и АСУД-90, под- вергнутых электрохимической реконструкции поверхности, были изучены процессы адсорбции ионов свинца и кадмия. На рисунке 6 приведены адсорбционные параметры степени заполнения поверх- ности порошков АСУД-80 и АСУД-90 ионами свинца и кадмия. Из рисунка следует, что адсорбционная активность поверхности по- рошков возрастает, степень заполнения ионами свинца поверхно- сти порошка АСУД-80 после реконструкции возрастает с 63 до 75%. Показано, что гидрофобизация поверхности образца алмазного нанопорошка в атмосфере аргона при температуре 250—300°C, поз- воляет повысить адсорбционную активность практически всех ал- мазных нанопорошков к ионам тяжёлых металлов. Рис. 5. Термодесорбционные спектры паров воды на алмазных нанопо- рошках марки АСУД-99 до (1) и после (2) электрохимической обработки. 858 Г. П. БОГАТЫРЕВА, М. А. МАРИНИЧ, Г. А. БАЗАЛИЙ, Г. Д. ИЛЬНИЦКАЯ Исследована адсорбция микроколичеств токсичных веществ ор- ганического происхождения (фенола, ацетона, этилового спирта) на поверхности алмазных нанопорошков, прошедших термохимиче- скую реконструкцию. Установлено, что после электрохимической реконструкции поверхности максимальная адсорбция органиче- ских веществ происходит на алмазных порошках марок АСУД-99 и АСУД-95, в которых минимальное содержание углеродной фазы sp2-гибридизации. 4. ВЫВОДЫ Созданы новые марки алмазных нанопорошков, имеющих фикси- рованное соотношение углеродных фаз sp 2- и sp 3-гибридизации. Показано, что углеродная фаза sp 2-гибридизации, находясь в ви- де композиционного соединения с алмазными зёрнами, значитель- но увеличивает их адсорбционную активность. Для интенсификации селективного механизма адсорбции выпол- нены методы реконструкции поверхности алмазных нанопорошков. Установлено, что максимальной адсорбционной активностью к ионам тяжёлых металлов обладают алмазные нанопорошки, про- шедшие электрохимическую реконструкцию поверхности и содер- жащие 10—20 масс.% углеродной фазы sp 2-гибридизации. Установлено, что после электрохимической реконструкции по- Рис. 6. Степень заполнения поверхности ионами свинца (1, 3) и кадмия (2, 4) из растворов одноименных солей в концентрации 0,01 г⋅моль/л нанопорошков АСУД-80 (1, 2) и АСУД-90 (3, 4) до (А) и после (Б) их электрохимического реконструирования. АДСОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ 859 верхности максимальная адсорбция органических веществ происхо- дит на алмазных нанопорошках марок АСУД-99 и АСУД-95, кото- рые практически не содержат углеродную фазу sp 2-гибридизации. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Г. П. Богатырева, М. А. Маринич, Г. А. Базалий и др., Сверхтвердые материалы. Получение и применение. Структура и свойства СТМ, ме- тоды исследования (Ред. Н. В. Новиков) (Киев: Изд-во ИСМ им. В. Н. Бакуля: ИПЦ «АЛКОН» НАН Украины: 2004), т. 2, с. 97. 2. Г. П. Богатырева, М. А. Маринич, Г. А. Базалий, В. Л. Гвяздовская, Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов: Сб. науч. тр. (Ред. Н. В. Новиков) (Киев: Изд-во ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украи- ны: 2005), с. 63. 3. G. P. Bogatyreva, M. A. Marinich, G.A. Bazaliy, Hydrogen Materials Sci- ence and Chemistry of Carbon Nanomaterials (Eds. T. N. Veziroglu et al.) (Springer: 2007), p. 547. 4. Н. В. Новиков, Г. П. Богатырева, М. А. Маринич, Г. А. Базалий, Породо- разрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. научн. тр. (Киев: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2009), вып. 12, с. 305. 5. Г. П. Богатирьова, М. А. Марініч, Г. А. Базалій, Н. О. Олійник, Г. Д. Ільницька, Спосіб очистки ультрадисперсного вуглецевого матеріалу (Пат. 52261 Україна, 31/00. Опубл. 25.08.2010, Бюл. №16). 6. М. В. Новіков, Г. П.Богатирьова, М. А. Марініч, Г. А. Базалій, Спосіб очистки надтвердих матеріалів, переважно алмазів (Пат. 36552 Украї- ни, С01В31/06. Опубл. 16.04.2001, Бюл. №3). 7. Г. П. Богатырева, М. А. Маринич, Г. А. Базалий, В. Л. Гвяздовская, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 6, вип. 4: 1227 (2008).

Ähnliche Einträge