Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом
Phase state features of adsorbed substance vs. temperature are often unknown or poorly defined due to strong effects of confined space in pores onto bound compounds. The adsorption theory considers that on a surface or in pores of adsorbents, adsorbate fluid forms structures with the density interme...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/459 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543898597326848 |
|---|---|
| author | Gun'ko, V. M. Turov, V. V. Krupska, T. V. |
| author_facet | Gun'ko, V. M. Turov, V. V. Krupska, T. V. |
| author_sort | Gun'ko, V. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:04:16Z |
| description | Phase state features of adsorbed substance vs. temperature are often unknown or poorly defined due to strong effects of confined space in pores onto bound compounds. The adsorption theory considers that on a surface or in pores of adsorbents, adsorbate fluid forms structures with the density intermediate between ones of a gas and a liquid. The aim of the work was to study possibility for adsorbed substances to transform into solid state at temperature higher than freezing point. Solvent (acetone and ethanol) adsorption onto hydro-compacted nanosilica A-300 and its blend with hydrophobic AM1 (dimethyldichlorosilane hydrophobized A-300), methane adsorption onto hydrated (h = 0.1 g/g) silicas, and water behavior vs. temperature were analyzed using 1H NMR spectroscopy, cryoporometry, and quantum chemistry. A fraction of organics bound to silicas is immobile at temperatures higher than its freezing point since it does not contribute to 1H NMR spectra of static samples. Methane signal increases with temperature because of enhanced molecular mobility and structure changes in mobile water clusters bound in voids between silica nanoparticles in their aggregates. Stronger compaction of A-300 than that of stirred A-300/AM1 (due to a negative effect of AM1 nanoparticles preventing formation of tight contacts between A-300 nanoparticles) leads to a decrease in adsorption of methane onto dense A-300 alone. Stronger stirring of the A-300/AM1 blend (at h = 0.1 g/g) leads to enhanced adsorption of methane. This effect is due to enhanced mobility of the methane molecules with T, because at low temperatures these molecules are practically immobile in voids between nanoparticles and frozen or poorly mobile water clusters, which partially fill narrow pores (voids) in NPNP aggregates and agglomerates. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:13Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-459 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:52Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4592022-06-29T10:04:16Z Interfacial behavior of methane and organic solvents with low freezing points upon interaction with hydrophilic and hydrophobic nanosilicas Поведение метана и органических растворителей с низкой точкой замерзания на границах раздела при взаимодействии с гидрофильным и гидрофобным кремнеземом Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом Gun'ko, V. M. Turov, V. V. Krupska, T. V. fumed silica hydrophobized nanosilica bound water organization methane adsorption organic solvent adsorption low-temperature 1H NMR spectroscopy пірогенний кремнезем гідрофобізований кремнезем організація зв’язаної води адсорбція метану адсорбція органічних розчинників низькотемпературна ЯМР 1H спектроскопія пирогенный кремнезем гидрофобизованный кремнезем организация связанной воды адсорбция метана адсорбция органических растворителей низкотемпературная ЯМР 1H спектроскопия Phase state features of adsorbed substance vs. temperature are often unknown or poorly defined due to strong effects of confined space in pores onto bound compounds. The adsorption theory considers that on a surface or in pores of adsorbents, adsorbate fluid forms structures with the density intermediate between ones of a gas and a liquid. The aim of the work was to study possibility for adsorbed substances to transform into solid state at temperature higher than freezing point. Solvent (acetone and ethanol) adsorption onto hydro-compacted nanosilica A-300 and its blend with hydrophobic AM1 (dimethyldichlorosilane hydrophobized A-300), methane adsorption onto hydrated (h = 0.1 g/g) silicas, and water behavior vs. temperature were analyzed using 1H NMR spectroscopy, cryoporometry, and quantum chemistry. A fraction of organics bound to silicas is immobile at temperatures higher than its freezing point since it does not contribute to 1H NMR spectra of static samples. Methane signal increases with temperature because of enhanced molecular mobility and structure changes in mobile water clusters bound in voids between silica nanoparticles in their aggregates. Stronger compaction of A-300 than that of stirred A-300/AM1 (due to a negative effect of AM1 nanoparticles preventing formation of tight contacts between A-300 nanoparticles) leads to a decrease in adsorption of methane onto dense A-300 alone. Stronger stirring of the A-300/AM1 blend (at h = 0.1 g/g) leads to enhanced adsorption of methane. This effect is due to enhanced mobility of the methane molecules with T, because at low temperatures these molecules are practically immobile in voids between nanoparticles and frozen or poorly mobile water clusters, which partially fill narrow pores (voids) in NPNP aggregates and agglomerates. Характеристики фазового состояния адсорбированного вещества при изменении температуры часто неизвестны из-за влияния эффектов ограниченного пространства в порах адсорбентов на связанные с поверхностью соединения. Теория адсорбции считает, что на поверхности или в порах адсорбентов адсорбат формирует флюид, плотность которого имеет промежуточное значение между плотностью газа и жидкости. Целью работы было изучение возможности перехода адсорбированных веществ в твердое состояние при температуре выше точки замерзания. Адсорбция растворителей (ацетон, этанол) на гидро-уплотненном кремнеземе A-300 и его смеси с гидрофобным AM1 (А-300, модифицированный диметилдихлорсиланом), адсорбция метана на гидратированных (h = 0.1 г/г) кремнеземах и поведение воды в зависимости от температуры были проанализированы с использованием ЯМР 1H спектроскопии, криопорометрии и квантовой химии. Часть органических соединений, адсорбированных на кремнеземе, является неподвижной при температурах выше точки их замерзания, и они не дают вклад в спектры ЯМР статических образцов. Сигнал метана растет с температурой вследствие повышения молекулярной подвижности и структурных изменений в кластерах подвижной воды, которые связаны в пустотах между наночастицами кремнезема, которые образуют агрегаты. Большее уплотнение A-300, чем A-300/AM1 (вследствие эффекта наночастиц AM1, которые препятствуют формированию прочных контактов между гидрофильными наночастицами А-300), приводит к уменьшению адсорбции метана. Более сильная механическая обработка A-300/AM1 (h = 0.1 г/г) усиливает адсорбцию метана. Этот эффект связан с повышением подвижности молекул метана с Т, поскольку при низких температурах эти молекулы практически неподвижны в пустотах между наночастицами и замороженными или слабо подвижными кластерами воды, которые частично заполняют узкие поры (пустоты) в агрегатах и агломератах NPNP. Характеристики фазового стану адсорбованої речовини при зміні температури часто невідомі через вплив ефектів обмеженого простору в порах адсорбентів на зв'язані з поверхнею сполуки. Теорія адсорбції вважає, що на поверхні або в порах адсорбентів адсорбат формує флюїд, густина якого має проміжне значення між густиною газу і рідини. Метою роботи було вивчення можливості переходу адсорбованих речовин у твердий стан при температурі вище точки замерзання. Адсорбція розчинників (ацетон, етанол) на гідро-ущільненому кремнеземі A-300 та його суміші з гідрофобним AM1 (А-300, модифікований диметилдихлорсиланом), адсорбція метану на гідратовані (h = 0.1 г/г) кремнеземи та поведінка води в залежності від температури були проаналізовані з використанням ЯМР 1H спектроскопії, кріопорометрії і квантової хімії. Частина органічних сполук, адсорбованих на кремнеземі, є нерухомою при температурах вище за їхню точку замерзання, і вони не дають внеску в спектри ЯМР статичних зразків. Сигнал метану зростає з температурою внаслідок підвищення молекулярної рухливості і структурних змін у кластерах рухливої води, які є зв’язаними у порожнинах проміж наночастинками кремнезему, що утворюють агрегати. Більше ущільнення A-300, ніж A-300/AM1 (внаслідок ефекту наночастинок AM1, які перешкоджають формуванню міцних контактів між гідрофільними наночастинками А-300), веде до зменшення адсорбції метану. Сильніша механічна обробка A-300/AM1 (h = 0.1 г/г) посилює адсорбцію метану. Цей ефект пов’язаний з підвищенням рухливості молекул метану з Т, оскільки при низьких температурах ці молекули практично нерухомі в пустотах між наночастинками і замороженими або слабко рухливими кластерами води, які частково заповнюють вузькі пори (порожннини) в агрегатах і агломератах NPNP. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2018-06-26 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/459 10.15407/hftp09.02.107 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 9 No. 2 (2018): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 107-123 Химия, физика и технология поверхности; Том 9 № 2 (2018): Химия, физика и технология поверхности; 107-123 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 9 № 2 (2018): Хімія, фізика та технологія поверхні; 107-123 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp09.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/459/459 Copyright (c) 2018 V. M. Gun'ko, V. V. Turov, T. V. Krupska |
| spellingShingle | пірогенний кремнезем гідрофобізований кремнезем організація зв’язаної води адсорбція метану адсорбція органічних розчинників низькотемпературна ЯМР 1H спектроскопія Gun'ko, V. M. Turov, V. V. Krupska, T. V. Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом |
| title | Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом |
| title_alt | Interfacial behavior of methane and organic solvents with low freezing points upon interaction with hydrophilic and hydrophobic nanosilicas Поведение метана и органических растворителей с низкой точкой замерзания на границах раздела при взаимодействии с гидрофильным и гидрофобным кремнеземом |
| title_full | Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом |
| title_fullStr | Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом |
| title_full_unstemmed | Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом |
| title_short | Міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом |
| title_sort | міжфазна поведінка метану і органічних розчинників з низькою точкою замерзання при взаємодії з гідрофільним та гідрофобним кремнеземом |
| topic | пірогенний кремнезем гідрофобізований кремнезем організація зв’язаної води адсорбція метану адсорбція органічних розчинників низькотемпературна ЯМР 1H спектроскопія |
| topic_facet | fumed silica hydrophobized nanosilica bound water organization methane adsorption organic solvent adsorption low-temperature 1H NMR spectroscopy пірогенний кремнезем гідрофобізований кремнезем організація зв’язаної води адсорбція метану адсорбція органічних розчинників низькотемпературна ЯМР 1H спектроскопія пирогенный кремнезем гидрофобизованный кремнезем организация связанной воды адсорбция метана адсорбция органических растворителей низкотемпературная ЯМР 1H спектроскопия |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/459 |
| work_keys_str_mv | AT gunkovm interfacialbehaviorofmethaneandorganicsolventswithlowfreezingpointsuponinteractionwithhydrophilicandhydrophobicnanosilicas AT turovvv interfacialbehaviorofmethaneandorganicsolventswithlowfreezingpointsuponinteractionwithhydrophilicandhydrophobicnanosilicas AT krupskatv interfacialbehaviorofmethaneandorganicsolventswithlowfreezingpointsuponinteractionwithhydrophilicandhydrophobicnanosilicas AT gunkovm povedeniemetanaiorganičeskihrastvoritelejsnizkojtočkojzamerzaniânagranicahrazdelaprivzaimodejstviisgidrofilʹnymigidrofobnymkremnezemom AT turovvv povedeniemetanaiorganičeskihrastvoritelejsnizkojtočkojzamerzaniânagranicahrazdelaprivzaimodejstviisgidrofilʹnymigidrofobnymkremnezemom AT krupskatv povedeniemetanaiorganičeskihrastvoritelejsnizkojtočkojzamerzaniânagranicahrazdelaprivzaimodejstviisgidrofilʹnymigidrofobnymkremnezemom AT gunkovm mížfaznapovedínkametanuíorganíčnihrozčinnikívznizʹkoûtočkoûzamerzannâprivzaêmodíízgídrofílʹnimtagídrofobnimkremnezemom AT turovvv mížfaznapovedínkametanuíorganíčnihrozčinnikívznizʹkoûtočkoûzamerzannâprivzaêmodíízgídrofílʹnimtagídrofobnimkremnezemom AT krupskatv mížfaznapovedínkametanuíorganíčnihrozčinnikívznizʹkoûtočkoûzamerzannâprivzaêmodíízgídrofílʹnimtagídrofobnimkremnezemom |