Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок
This review analyses the authors’ recent and related works on electrokinetic properties and colloidal stability of aqueous suspension of multiwalled carbon nanotubes (CNTs) in the presence of surfactants and nanoparticles. Selected adsorptive properties of carbon nanotubes are also considered.The ap...
Saved in:
| Date: | 2020 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/537 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543917662535680 |
|---|---|
| author | Manilo, M. V. Lebovka, N. I. Barany, S. |
| author_facet | Manilo, M. V. Lebovka, N. I. Barany, S. |
| author_sort | Manilo, M. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:41Z |
| description | This review analyses the authors’ recent and related works on electrokinetic properties and colloidal stability of aqueous suspension of multiwalled carbon nanotubes (CNTs) in the presence of surfactants and nanoparticles. Selected adsorptive properties of carbon nanotubes are also considered.The applicability of classical theories of electrophoresis for description of electrophoretic mobility of carbon nanotubes is discussed. Examples on the ?-potential of CNTs in aqueous suspensions as a function of pH and concentration of electrolytes (KCl, CaCl2 and AlCl3) are given. Additions of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) cationic surfactant below the critical micelle formation concentration (CMC) values give a reduction and then an overcharging the CNT surface because of accumulation of the surfactant ions in the Stern layer. At concentrations above CMC the substantial drop in ? is observed. It is due to the shift of the shear plane toward solution as a result of formation of hemi-micelles on the surface. An increase in the mass ratio of artificial mineral Laponite (Lap) in suspension (X) from 0 to 0.4 results in a monotonic decrease of the ?-potential of CNT + Lap hybrids with reaching its plateau value ? –32 mV at X ? 0.4 that corresponds to the ? of “pure” Lap platelets. This evidences the high surface coverage of nanotubes surface with Lap at X ? 0.4.The major methods to improve the dispersibility of carbon nanotubes, their colloidal stability and adsorptive properties are briefly discussed, namely: stabilization in mixtures of water and organic solvents; functionalization by chemical treatment; stabilization by additives of surfactants or polymers and hybridization by addition of supplementary stabilizing nanoparticles. CNTs can be significantly debundled in “good” solvents, such as 1-cyclohexyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylformamide, or N-methyl-2-pyrrolidone. It is demonstrated that the dispersibility of CNTs is a complex function of the type of surfactant, its concentration and the surfactant/CNTs ratio. The optimum concentration of CTAB to achieve homogeneous aqueous dispersion of carbon nanotubes was identified to be near the CMC. Additions of CTAB significantly modify the size distribution of CNTs and a sharp transition from small primary aggregates to large secondary aggregates at concentrations above CMC is observed. At optimal concentration of Lap the nanotube particles get well stabilized, and a stepwise increase of sedimentation stability is observed.We have shown also that CNT + Lap hybrids can be effectively used for removal of methylene blue dye from aqueous systems. The kinetics and mechanisms of adsorption are elucidated. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:54Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-537 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:07Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5372022-06-29T10:02:41Z A short review on regulation of stability of aqueous suspensions of carbon nanotubes Краткий обзор по регулированию стабильности водных суспензий углеродных нанотрубок Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок Manilo, M. V. Lebovka, N. I. Barany, S. carbon nanotubes aqueous suspension colloidal stability zeta potential surfactants hybrids вуглицеві нанотрубки водяна суспензія колоїдна стабільність поверхнево-активні речовини гібриди углеродные нанотрубки водные суспензии коллоидная стойкость зета-потенциал поверхностно-активные вещества гибриды This review analyses the authors’ recent and related works on electrokinetic properties and colloidal stability of aqueous suspension of multiwalled carbon nanotubes (CNTs) in the presence of surfactants and nanoparticles. Selected adsorptive properties of carbon nanotubes are also considered.The applicability of classical theories of electrophoresis for description of electrophoretic mobility of carbon nanotubes is discussed. Examples on the ?-potential of CNTs in aqueous suspensions as a function of pH and concentration of electrolytes (KCl, CaCl2 and AlCl3) are given. Additions of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) cationic surfactant below the critical micelle formation concentration (CMC) values give a reduction and then an overcharging the CNT surface because of accumulation of the surfactant ions in the Stern layer. At concentrations above CMC the substantial drop in ? is observed. It is due to the shift of the shear plane toward solution as a result of formation of hemi-micelles on the surface. An increase in the mass ratio of artificial mineral Laponite (Lap) in suspension (X) from 0 to 0.4 results in a monotonic decrease of the ?-potential of CNT + Lap hybrids with reaching its plateau value ? –32 mV at X ? 0.4 that corresponds to the ? of “pure” Lap platelets. This evidences the high surface coverage of nanotubes surface with Lap at X ? 0.4.The major methods to improve the dispersibility of carbon nanotubes, their colloidal stability and adsorptive properties are briefly discussed, namely: stabilization in mixtures of water and organic solvents; functionalization by chemical treatment; stabilization by additives of surfactants or polymers and hybridization by addition of supplementary stabilizing nanoparticles. CNTs can be significantly debundled in “good” solvents, such as 1-cyclohexyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylformamide, or N-methyl-2-pyrrolidone. It is demonstrated that the dispersibility of CNTs is a complex function of the type of surfactant, its concentration and the surfactant/CNTs ratio. The optimum concentration of CTAB to achieve homogeneous aqueous dispersion of carbon nanotubes was identified to be near the CMC. Additions of CTAB significantly modify the size distribution of CNTs and a sharp transition from small primary aggregates to large secondary aggregates at concentrations above CMC is observed. At optimal concentration of Lap the nanotube particles get well stabilized, and a stepwise increase of sedimentation stability is observed.We have shown also that CNT + Lap hybrids can be effectively used for removal of methylene blue dye from aqueous systems. The kinetics and mechanisms of adsorption are elucidated. В этом обзоре анализируются недавние работы авторов и близкие работы по электрокинетических свойствам и коллоидной утойчивости водных суспензий многослойных углеродных нанотрубок (CNTs) в присутствии поверхностно-активные веществ (ПАВ) и наночастиц. Дано рассмотрение также адсорбционных свойств углеродных нанотрубок.Обсуждается применение классических теорий электрофореза для описания электрофоретической подвижности углеродных нанотрубок. Приведены примеры ?-потенциала CNTs в водных суспензиях как функция рН и концентрации электролитов (KCl, CaCl2 и AlCl3). Добавление катионной поверхностно-активного вещества цетилтриметиламмония бромида (CTAB) ниже значений критической концентрации мицеллообразования (CMC) приводит к уменьшению, а затем к перезарядке поверхности CNTs путем накопления ионов CTAB в слое Штерна. При концентрациях выше CMC наблюдается значительное падение ?-потенциала. Это связано с смещением плоскости сдвига в сторону раствора в результате образования на поверхности полумицелл. Увеличение массового соотношения искусственного минерала Лапонит (Lap) в суспензии (X) от 0 до 0.4 приводит к монотонному снижению ?-потенциала гибридов УНТ + Лап с достижением плато ? –32 мВ при X ? 0.4, что соответствует ? «чистых» пластинок Lap. Это свидетельствует о высоком покрытия поверхности нанотрубок с помощью Lap при X ? 0.4.Коротко обсуждаются основные методы улучшения диспергованости углеродных нанотрубок, их коллоидная устойчивость и адсорбционные свойства, а именно: стабилизация в смесях воды и органических растворителей; функционализация химической обработкой; стабилизация добавками поверхностно-активного вещества или полимеров и гибридизация путем добавления дополнительных стабилизирующих наночастиц. CNTs могут быть значительно отделены в «хороших» растворителях, таких как 1-циклогексил-2-пирролидон, N, N-диметилформамид или N-метил-2-пирролидон. Продемонстрировано, что диспергируемые CNTs является сложной функцией типа ЮАР, его концентрации и соотношения ЮАР/CNTs. Оптимальная концентрация CTAB для достижения однородной водной дисперсии углеродных нанотрубок была определена вблизи CMC. Добавление CTAB значительно модифицируют распределение по размерам CNTs и наблюдается резкий переход от малых первичных агрегатов к большим вторичным агрегатам при концентрациях выше CMC. При оптимальной концентрации Lap частицы нанотрубок хорошо стабилизируются и наблюдается ступенчатое повышение стабильности осаждения.Мы также показали, что гибриды CNTs + Lap могут эффективно использоваться для удаления красителя метиленового синего из водных систем. Освещены кинетика и механизмы адсорбции. У цьому огляді аналізуються нещодавні роботи авторів та споріднені роботи щодо електрокінетичних властивостей та колоїдної стійкості водних суспензій багатошарових вуглецевих нанотрубок (CNTs) у присутності поверхнево-активних речовин (ПАР) та наночастинок. Дано розгляд також адсорбційних властивостей вуглецевих нанотрубок.Обговорюється застосування класичних теорій електрофорезу для опису електрофоретичної рухливості вуглецевих нанотрубок. Наведено приклади ?-потенціалу CNTs у водних суспензіях як функція рН та концентрації електролітів (KCl, CaCl2 та AlCl3). Додавання катіонної поверхнево-активної речовини цетилтриметиламмонію броміду (CTAB) нижче значень критичної концентрації міцелоутворення (CMC) призводить до зменшення, а потім до перезарядження поверхні CNTs шляхом накопичення іонів CTAB в шарі Штерна. При концентраціях вище CMC спостерігається значне спадання ?-потенціалу. Це пов’язано зі зрушенням площини зсуву в бік розчину в результаті утворення на поверхні напівміцел. Збільшення масового співвідношення штучного мінералу Лапоніт (Lap) у суспензії (X) від 0 до 0.4 призводить до монотонного зниження ?-потенціалу гібридів УНТ + Лап із досягненням його плато ?-32 мВ при X ? 0.4, що відповідає ? «чистих» пластинок Lap. Це свідчить про високе покриття поверхні нанотрубок за допомогою Lap при X ? 0,4.Коротко обговорюються основні методи поліпшення диспергованості вуглецевих нанотрубок, їхня колоїдна стійкість та адсорбційні властивості, а саме: стабілізація в сумішах води та органічних розчинників; функціоналізація хімічною обробкою; стабілізація добавками поверхнево-активної речовини або полімерів та гібридизація шляхом додавання додаткових стабілізуючих наночастинок. CNTs можуть бути значно відокремлені в «гарних» розчинниках, таких як 1-циклогексил-2-піролідон, N,N-диметил-формамід або N-метил-2-піролідон. Продемонстровано, що диспергованість CNTs є складною функцією типу ПАР, його концентрації та співвідношення ПАР / CNTs. Оптимальна концентрація CTAB для досягнення однорідної водної дисперсії вуглецевих нанотрубок була визначена поблизу CMC. Додавання CTAB значно модифікують розподіл за розмірами CNTs і спостерігається різкий перехід від малих первинних агрегатів до великих вторинних агрегатів при концентраціях вище CMC. При оптимальній концентрації Lap частинки нанотрубок добре стабілізуються і спостерігається ступінчасте підвищення стабільності осадження. Ми також показали, що гібриди CNTs + Lap можуть ефективно використовуватися для видалення барвника метиленового синього з водних систем. Висвітлено кінетику та механізми адсорбції. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-02-24 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/537 10.15407/hftp11.01.144 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 1 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 144-159 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 1 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 144-159 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 1 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 144-159 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/537/540 Copyright (c) 2020 M. V. Manilo, N. I. Lebovka, S. Barany |
| spellingShingle | вуглицеві нанотрубки водяна суспензія колоїдна стабільність поверхнево-активні речовини гібриди Manilo, M. V. Lebovka, N. I. Barany, S. Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок |
| title | Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок |
| title_alt | A short review on regulation of stability of aqueous suspensions of carbon nanotubes Краткий обзор по регулированию стабильности водных суспензий углеродных нанотрубок |
| title_full | Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок |
| title_fullStr | Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок |
| title_full_unstemmed | Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок |
| title_short | Короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок |
| title_sort | короткий огляд про регулювання стабільності водних суспензій вуглецевих нанотрубок |
| topic | вуглицеві нанотрубки водяна суспензія колоїдна стабільність поверхнево-активні речовини гібриди |
| topic_facet | carbon nanotubes aqueous suspension colloidal stability zeta potential surfactants hybrids вуглицеві нанотрубки водяна суспензія колоїдна стабільність поверхнево-активні речовини гібриди углеродные нанотрубки водные суспензии коллоидная стойкость зета-потенциал поверхностно-активные вещества гибриды |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/537 |
| work_keys_str_mv | AT manilomv ashortreviewonregulationofstabilityofaqueoussuspensionsofcarbonnanotubes AT lebovkani ashortreviewonregulationofstabilityofaqueoussuspensionsofcarbonnanotubes AT baranys ashortreviewonregulationofstabilityofaqueoussuspensionsofcarbonnanotubes AT manilomv kratkijobzorporegulirovaniûstabilʹnostivodnyhsuspenzijuglerodnyhnanotrubok AT lebovkani kratkijobzorporegulirovaniûstabilʹnostivodnyhsuspenzijuglerodnyhnanotrubok AT baranys kratkijobzorporegulirovaniûstabilʹnostivodnyhsuspenzijuglerodnyhnanotrubok AT manilomv korotkijoglâdproregulûvannâstabílʹnostívodnihsuspenzíjvuglecevihnanotrubok AT lebovkani korotkijoglâdproregulûvannâstabílʹnostívodnihsuspenzíjvuglecevihnanotrubok AT baranys korotkijoglâdproregulûvannâstabílʹnostívodnihsuspenzíjvuglecevihnanotrubok AT manilomv shortreviewonregulationofstabilityofaqueoussuspensionsofcarbonnanotubes AT lebovkani shortreviewonregulationofstabilityofaqueoussuspensionsofcarbonnanotubes AT baranys shortreviewonregulationofstabilityofaqueoussuspensionsofcarbonnanotubes |