Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза
The paper presents the results of a study of the physical and chemical properties of narrow fractions of diamond nanopowders with a low content of non-diamond carbon grade ASUD-99. Six fractions with different average diameters of diamond particle aggregates from 28.785 to 3.891 μm were obtained by...
Saved in:
| Date: | 2020 |
|---|---|
| Author Affiliations: |
|
| Keywords: | keywords |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/707 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Surface |
| Download file: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291866703265792 |
|---|---|
| author | Ільницька, Г. Д. Логінова, О. Б. Смоквина, В. В. Зайцева, І. М. Довга, О. В. |
| author_facet | Ільницька, Г. Д. Логінова, О. Б. Смоквина, В. В. Зайцева, І. М. Довга, О. В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Г. Д. Ільницька",
"institution": "Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної академії наук України"
},
{
"author": "О. Б. Логінова",
"institution": "Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної академії наук України"
},
{
"author": "В. В. Смоквина",
"institution": "Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної академії наук України"
},
{
"author": "І. М. Зайцева",
"institution": "Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної академії наук України"
},
{
"author": "О. В. Довга",
"institution": "Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Ільницька, Г. Д. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-03-01T11:03:55Z |
| description | The paper presents the results of a study of the physical and chemical properties of narrow fractions of diamond nanopowders with a low content of non-diamond carbon grade ASUD-99. Six fractions with different average diameters of diamond particle aggregates from 28.785 to 3.891 μm were obtained by separating a 0.2 % aqueous suspension of the initial powders by the sedimentation method. It has been found that the smallest aggregates consist of larger particles with a smaller specific surface area and a lower interaction energy between them. This conclusion is confirmed by a decrease in the porosity of the obtained aggregates. So, if the pore volume in the largest aggregates of diamond particles is 0.859 ml/g, then in the smallest 0.550 ml/g, while the pore radius of diamond aggregates in different fractions changes insignificantly.
Separation in a magnetic field at different currents of diamond nanopowders with a specific magnetic susceptibility of 0.52×10-8 m3 kg, treated with a solution of 5 % iron chloride, made it possible to obtain five fractions that differ from each other in specific magnetic susceptibility (c) – from magnetic fractions with c = 4.30×10-8 m3/kg to diamagnetic – with c = –0.11×10-8 m3/kg. It is shown that the modification of diamond nanopowders with iron ions increases the separation selectivity and makes it possible to isolate diamagnetic powders. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2020.12.161 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2020. Вып. 12(27). С. 161–168 161
УДК 621.921.343 doi: 10.15407/Surface.2020.12.161
FEATURES OF THE PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF
NARROW FRACTIONS OF AGGREGATES OF DIAMOND
NANOPOWDERS MODIFIED WITH IRON IONS
H.D. Ilnytska, O.B. Loginova, V.V. Smokvyna, I.M. Zaitseva, О.V. Dovha
V. Bakul Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine,
2, Avtozavodska str., Kyiv, 04074, Ukraine, e-mail:izaitseva@ukr.net
The paper presents the results of a study of the physical and chemical properties of
narrow fractions of diamond nanopowders with a low content of non-diamond carbon grade
ASUD-99. Six fractions with different average diameters of diamond particle aggregates from
28.785 to 3.891 μm were obtained by separating a 0.2 % aqueous suspension of the initial
powders by the sedimentation method. It has been found that the smallest aggregates consist of
larger particles with a smaller specific surface area and a lower interaction energy between
them. This conclusion is confirmed by a decrease in the porosity of the obtained aggregates. So,
if the pore volume in the largest aggregates of diamond particles is 0.859 ml/g, then in the
smallest 0.550 ml/g, while the pore radius of diamond aggregates in different fractions changes
insignificantly.
Separation in a magnetic field at different currents of diamond nanopowders with a
specific magnetic susceptibility of 0.52×10-8 m3 kg, treated with a solution of 5 % iron chloride,
made it possible to obtain five fractions that differ from each other in specific magnetic
susceptibility () – from magnetic fractions with = 4.30×10-8 m3/kg to diamagnetic – with =
–0.11×10-8 m3/kg. It is shown that the modification of diamond nanopowders with iron ions
increases the separation selectivity and makes it possible to isolate diamagnetic powders.
Keywords: diamond nanopowders, separation by sedimentation method and in a magnetic field,
aggregates, specific surface area, specific magnetic susceptibility.
Introduction
Scientific progress stimulates the intensive development of all new nanomaterials with
the aim of their implementation in technical fields directly related to biology, medicine, and
environmental ecology. Among nanomaterials, carbon nanotubes and diamond powders of static
and detonation synthesis are of particular interest. A significant surge in research in the field of
nanomaterials science is due to the fact that this problematic revealed a number of gaps not only
in understanding the nature of the features of materials in the nanostate, but also in its
technological implementation.
As is known, diamond is a monovalent form of a polycarbonic substance formed by
carbon atoms in the state of sp3-hybridization, with a molecular structure in the form of a three-
dimensional network [1]. On going from diamond single crystals to detonation synthesis
nanopowders, the sizes of carbon macromolecules can take values from several centimeters or
millimeters to several angstroms [2]. The small size of the particles of diamond nanopowders
determines their large specific surface area, which leads to an increase in the free surface energy
of the system, as a result of which spontaneous aggregation of particles occurs.
Currently manufactured nanodispersed diamond powders have a wide range of cluster
sizes: from 4 to 100 nm. Such powders are widely used for the manufacture of polishing
suspensions, pastes, adsorbents, catalysts for the oxidation of carbon monoxide, electrodes for
chemical current generators, carriers of drugs [3–6]. When creating such nanomaterials and
162
products from them, the same grain size and the same composition of the functional coating of
their surface are of great importance. Thus, the use of carbon nanomaterials as carriers of drugs
requires the development of methods for modifying their surface. A significant obstacle in the
creation of suspensions and pastes based on nanodispersed diamond powders is their high
tendency to aggregation.
In the last ten years, the Institute of Superhard Materials of the National Academy of
Sciences of Ukraine has been carrying out research to study the physicochemical and surface
properties of submicron and nanodispersed diamond powders of static and detonation synthesis.
It has been established that their physicochemical properties are related to the chemical
composition of the surface and the nature of their functional groups [7-10]. In this regard, the
development of methods for increasing the selectivity of the separation of nanodispersed
diamond powders of static and detonation synthesis and the isolation of diamagnetic fractions are
of scientific interest.
Research materials and methods
The studies were carried out on nanodispersed powders of detonation synthesis diamond
(SND powder) of the ASUD-99 grade with a low content of non-diamond carbon produced by
the company "ALIT", obtained by gas-phase catalytic deposition of hydrocarbons on a nickel-
magnesium catalyst [11]. In the initial powders, the total content of impurities and inclusions in
the form of an non-combustible residue was determined from the difference in the masses of the
studied powder before and after combustion at a temperature of (900 ± 10) °C.
To obtain diamond nanopowders of the same size, the process of separating SND powder
into fractions according to the size of diamond particle aggregates was carried out. The
separation process was carried out by the methods of dynamic sedimentation in centrifuges with
additives of surfactants. Centrifugation was carried out at a rotation speed of 900 to 3000 rpm.
Separation of 0.2 % aqueous suspension of diamond powders by sedimentation method made it
possible to obtain six fractions of different particle size distribution.
To obtain magnetic and nonmagnetic fractions, further separation of the isolated fractions
of diamond nanopowders in the form of a 0.2 % aqueous suspension was carried out in a
magnetic field at a current of 1 A. To increase the selectivity of the process, iron ions were
applied by adsorption from the solution to the surface of the powders. For application, a 5 %
solution of ferric chloride was used, the optimal concentration of which was established
experimentally. The separation was carried out on an electromagnetic installation using metal
balls with a diameter of 5 and 10 mm at a current from 0.1 A to 1.5 A and a corresponding
magnetic field strength from 1 to 20 kA/m. After separation, diamond nanopowders of magnetic
and non-magnetic fractions were subjected to chemical treatment in hydrochloric acid to remove
iron ions. After chemical treatment, all fractions were thoroughly washed to neutral waters and
dried. According to the method developed at the Institute of Superhard Materials of the National
Academy of Sciences of Ukraine [12], before and after chemical cleaning, the specific magnetic
susceptibility () was measured in them.
The estimation of the average size of aggregates of diamond particles and their size
distribution was carried out on the basis of data obtained using a laser microanalyzer of grain
size LMS-30 («Seishin», Japan). Physicochemical studies of the powder surface were carried out
by nitrogen adsorption at low temperatures by the BET method. The degree of hydrophilicity
was estimated from the change in the value of the free energy of saturation of the surface of the
powders with water vapor [13].
Results of studies
Separation of an aqueous suspension of initial SND powder containing aggregates with
an average size of 12.525 μm by the sedimentation method made it possible to obtain six
163
fractions of different particle size distribution, which differed in the average aggregate size from
28.785 to 3.891 μm. The separation results are shown in Table 1.
Figure 1 shows the results of the size distribution of the initial powder and two extreme
fractions, isolated by centrifugation, with an average aggregate size of 28.785 μm and 3.891 μm.
As follows from Figure 1, two maxima are observed on the histogram of the initial powder,
which indicates its inhomogeneity. The first maximum corresponds to the aggregate size of 4
μm, and the second – 30–40 μm. On the histogram of powders with an average aggregate size d
= 28.785 μm, a maximum is observed in the range from 10 to 100 μm. Moreover, the content of
such particles is at the level of 70 %. For powders with an average aggregate size d = 3.891 μm,
a maximum is observed in the range from 1 to 10 μm, and the content of such particles is 75 %.
Thus, separation by the sedimentation method allows one to obtain more uniform powders in
terms of the size of diamond particle aggregates.
Table 1. Results of separation of SND powder
Fraction mass Characteristics of fractions Fraction
carat % average aggregate size, μm aggregate content,%
1 10.23 29.8 28.785 70
2 18.82 54.84 22.533 78
3 2.92 8.51 11.280 81
4 1.37 3.99 7.932 59
5 0.22 0.64 7.278 64
6 0.76 2.22 3.891 75
the initial 34.32 100.00 12.525
a b c
Fig. 1. Size distribution of SND powder aggregates of different fractions:
а – the initial with d =12.525 μm, b – fraction with d.= 28.785 μm,
c – fraction with d = 3.891 μm
Physicochemical characteristics of the initial diamond powder and the isolated fractions
No. 1, 3 and 6 (see Table 1) are presented in Table 2. It follows from Table 2 that the specific
surface area of the studied diamond powders is different. If for the initial diamond powder the
specific surface area was 177.5 m2/g, for the fraction with the largest aggregate size it increased
to 187.3 m2/g, and for the fraction with the smallest agglomerate size it was 120 m2/g. In
accordance with Figure 1, the smallest aggregates consist of larger diamond particles with a
lower interaction energy between them (Table 2). This conclusion is confirmed by a decrease in
the porosity of the aggregates. If the pore volume in the largest aggregates of diamond particles
is 0.859 ml/g, then in the smallest ones it is 0.550 ml/g, while the pore radius of aggregates of
diamond particles in different fractions changes insignificantly. In Figure 3, the specific surface
area and pore volume are compared for diamond particles of uniform size in fractions 1, 3, and 6.
164
Thus, the sedimentation method presents the possibility of separating the initial SND
powder into fractions with narrow ranges of particle sizes with different physicochemical
characteristics.
Table 2. Physicochemical characteristics of diamond powder different fractions
Fraction Specific surface
area, m2/g
Pore
volume,
ml/g
Pore
radius,
Å
Adsorption
energy, kJ/mol
Average
aggregate size,
μm
1 187.3 0.858 91.6 12.275 22.533
3 142.5 0.682 95.7 11.780 7.932
6 120.0 0.550 94.7 7.864 3.891
the initial 177.5 0.813 93.3 11.633 12.525
The results of separation of the initial diamond powders in a magnetic field are presented
in Table 3. As follows from Table 3, the diamond powders, separated into magnetic and non-
magnetic fractions, differ in the magnitude of the specific magnetic susceptibility and particle
sizes. The non-magnetic fraction contains powders with = 0.31×10-8, m3/kg, the powders of the
magnetic fraction have an an average diamond particle aggregate size 5.378, and in the non-
magnetic fraction – 13.209 μm.
а b
Fig. 2. Specific surface area (a) and pore volume (b) different fractions (No. 1, 3 and 6)
of homogeneous diamond particles
Table 3. Results of separation of initial diamond powder in a magnetic field
Fraction Average aggregate size, μm Specific magnetic susceptibility,
×10-8, m3/kg
magnetic 5.378 1.0
non-magnetic 13.209 0.31
the initial 12.000 0.52
The results of separation in a magnetic field of the initial diamond powders treated with
iron chloride before and after chemical cleaning are presented in Table 4. As can be seen from
Table 4, both before and after chemical cleaning, the powders of both fractions differ in value .
So, before chemical cleaning for the magnetic fraction, it was 7.31×10-8 m3/kg, and for the non-
magnetic fraction – 3.27×10-8 m3/kg. After chemical purification, was 4.24×10-8 m3/kg for the
magnetic fraction, and –0.31×10-8 m3/kg for the non-magnetic fraction. Thus, the treatment of
diamond particles with a solution of ferric chloride makes it possible to obtain diamagnetic
powders from powders of the nonmagnetic fraction.
165
Table 4. Results of separation of diamond powder treated with iron chloride
Average aggregate size, μm Specific magnetic susceptibility,
×10-8, m3/kg
Fraction
before chemical
treatment
after chemical
treatment
before chemical
treatment
after chemical
treatment
magnetic 2.833 10.625 7.31 4.24
non-
magnetic
5.808 9.414 3.27 –0.31
Further separation of magnetic diamond powders treated with a 5% solution of ferric
chloride was carried out at a current from 0.1 A to 1.5 A, and a corresponding magnetic field
from 1 to 20 kA/m. The results of the separation of diamond powders in magnetic fields of
different strengths are presented in Table 5. As can be seen from Table 5, the initial diamond
powders with a specific magnetic susceptibility of 0.52×10-8 m3/kg were divided into five
fractions, differing in value from 30×10-8 to –0.11×10-8 m3/kg. In this case, the average size of
the agglomerates of diamond particles after chemical cleaning ranged from 18.931 to 13.868 μm.
Table 5. Results of separation of diamond powders in magnetic fields of different strengths
Fraction mass Tension,
kA/m
Fraction
carat %
Average
aggregate size,
μm
Specific magnetic
susceptibility, ×10-8,
m3/kg
1 magnetic 1 3.5 7 4.30
5 magnetic 2 7.5 15
18.931 3.81
10 magnetic 3 6.0 12 15.939 1.62
15 magnetic 4 10.5 21 14.547 0
20 non-magnetic 22.5 45 13.868 –0.11
the initial 50.0 100 15.185 0.52
Figure 3 shows the dependence of the specific magnetic susceptibility of diamond
powders of the obtained fractions and the average size of aggregates of diamond particles on the
magnetic field strength. As follows from Fig. 3, with an increase in the magnetic field strength,
aggregates of diamond particles of smaller size with a lower value of are precipitated. At a
magnetic field strength 20 kA/m, diamagnetic powders with = –0.11×10-8 m3/kg are released.
Fig. 3. Dependence of the specific magnetic susceptibility (1) and the average size of aggregates
of diamond particles (2) on the magnetic field strength
After the separation of diamond powders in a magnetic field of different strengths,
physicochemical characteristics were obtained for diamonds of the following fractions: magnetic
1, magnetic 3, non-magnetic, and initial. The results of the determinations are presented in Table
166
6. As follows from Tables 5 and 6, with an increase in the specific magnetic susceptibility of
diamond nanopowders, the average size of aggregates of diamond particles increases and their
physicochemical characteristics increase.
Table 6. Physicochemical characteristics of diamond powders after separation in a magnetic
field
Fraction
Characteristics of fractions
magnetic 1 magnetic 3
non-
magnetic
the
original
Average aggregate size, μm 18.931 15.939 13.868 14.956
Non-combustible residue, % 0.615 0.532 0.491 0.575
Specific surface area, m2/g 224.7 189.2 164.6 171.6
Pore volume, ml/g 0.870 0.751 0.694 0.807
Pore radius, Å 97.4 95.1 93.7 94.5
Free energy of surface saturation with
water vapor, J/g-mol
114.6 112.9 98.7 107.5
Сonclusions
Thus, as a result of the separation of detonation synthesis diamond powders of the
ASUD-99 grade with a low content of non-diamond carbon into a number of fractions by the
methods of dynamic precipitation in centrifuges, powders with a narrow range of aggregate sizes
were obtained. It was found that small aggregates consist of larger diamond particles with a
lower interaction energy between them, and larger ones – of small particles with a higher
interaction energy.
Separation of powders in a magnetic field using metal balls in aqueous suspensions with
an initial value of the specific magnetic susceptibility of 0.52×10-8 m3/kg made it possible to
obtain nanodispersed powders with different specific magnetic susceptibility from 0.52×10-8 to
–0.11×10-8 m3/kg and the average diameter of the aggregates of the particles of the extreme
fractions, differing from each other by about 30 %. The modification of diamond nanopowders
with iron ions made it possible to increase the separation selectivity and to isolate diamagnetic
fractions.
References
1. Turcheniuk K., Mochalin V.N. Biomedical Applications of Nanodiamond (Review).
Nanotechnology. 2017. 28(25): 252001–252027.
2. Rosenholm J.M., Vlasov I.I., Burikov S.A., Dolenko T.A., Shenderova O.A.
Nanodiamond-Based Composite Structures for Biomedical Imaging and Drug Delivery
(Review). J. Nanosci. Nanotechnol. 2015. 15(2): 959–971.
3. Schrand Amanda M., Ciftan Hens Suzanne A., Shenderova Olga A. Nanodiamond
Particles: Properties and Perspectives for Bioapplications. Critical Reviews in Solid State
and Material Sciences. 2009. 34(1): 18.
4. Krueger A. The structure and reactivity of nanoscale diamond. J. Mater. Chem. 2008. 18:
1485.
5. Swati Chauhan, Neha Jain, Upendra Nagaich. Nanodiamonds with powerful ability for
drug delivery and biomedical applications: Recent updates on in vivo study and patents.
Journal of Pharmaceutical Analysis. 2020. 10(1): 1–12.
6. Detonation nanodiamonds. Technology, structure, properties and applications / ed.
A.Ya. Vul, O. A. Shenderova. (SPb.: FTI im. A.F. Ioffe, 2016). [in Russian].
7. Vorobev A.E., Vorobev K.A. Nanodiamonds. Monograph. – M.: Mir nauki, 2018. – 160
s. – Access mode: http://izd-mn.com/PDF/34MNNPM18.pdf, free.
167
8. Bogatyreva G.P., Marinich M.A., Bazaliy G.A., Gvyazdovskaya V.L. Obtaining elite
grades of diamond powders of submicro- and nano-range. In: Synthesis, sintering and
properties of superhard materials. (Kyiv, 2005). P. 63. [in Russian].
9. Novikov N.V., Bogatyreva G.P. Nanodiamonds of static and detonation synthesis and
prospects for their applications. J. Superhard materials. 2008. 30: 73. [in Russian].
10. Oleinik G.S., Bochechka A.A. On the mechanism of forming nanosized particles of
diamond detonation synthesized from explosive decomposition products. J. Superhard
materials. 2008. 30. 143. [in Russian].
11. State Standard of Ukraine. (DSTU 3292-95).
12. М88 Ukraine 90.256-2004. Method of determining the specific magnetic susceptibility of
powders of superhard materials. (SHM). (Kyiv: ISM NANU, 2004). [in Russian].
13. Bogatyreva G.P., Marinich M.A., Bazaliy G.A. Influence of various methods of
modifying diamond micro- and submicropowders on the energy state of their surface. In:
Physicochemical bases of formation and modification of micro- and nanostructures: Int.
scient. conf. (Kharkov: NFTC MON and NAS of Ukraine, 2008). P.299. [in Russian].
ОСОБЛИВОСТІ ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
ВУЗЬКИХ ФРАКЦІЙ АГРЕГАТІВ НАНОПОРОШКІВ
АЛМАЗУ МОДИФІКОВАНИХ ІОНАМИ ЗАЛІЗА
Г.Д. Ільницька, О.Б. Логінова, В.В. Смоквина, І.М. Зайцева, О.В. Довга
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля Національної академії наук України,
вул. Автозаводська, 2, Kиїв, 04074, Україна, e-mail:izaitseva@ukr.net
Мета роботи – розробка способу підвищення селективності розділення
нанодисперсних порошків алмазу статичного і детонаційного синтезу і виділення
діамагнітних фракцій.
Вихідні порошки алмазу детонаційного синтезу марки АСУД-99 з низьким вмістом
неалмазного вуглецю поділяли на ряд фракцій методами динамічного осадження в
центрифугах для отримання фракцій з вузьким діапазоном розмірів агрегатів. Оцінювали
середній розмір агрегатів алмазних частинок, їх розподіл за розмірами та проводили
фізико-хімічні дослідження поверхні порошків отриманих фракцій. Встановлено, що
дрібні агрегати складаються з більших алмазних частинок з меншою енергією взаємодії
між ними, а більші – з дрібних частинок з більш високою енергією взаємодії.
Для отримання магнітних і немагнітних фракцій подальше розділення порошку
алмазу у вигляді 0,2 % водної суспензії проводили в магнітному полі. Підвищити
селективність розділення і виділити діамагнітні фракції дозволило модифікування
нанопорошків алмазу іонами заліза (використовували 5 % розчину хлориду заліза). Після
розділення нанопорошки алмазу магнітної і немагнітної фракцій піддавалися хімічній
обробці в соляній кислоті для видалення іонів заліза, потім всі фракції ретельно
промивалися до нейтральних вод і висушувалися. До і після хімічного очищення в них була
виміряна питома магнітна сприйнятливість.
Розділення порошків в магнітному полі з застосуванням металевих куль у водних
суспензіях з вихідним значенням питомої магнітної сприйнятливості 0,52×10-8 м3/кг
дозволило отримати нанодисперсні порошки з різною питомою магнітною
168
сприйнятливістю від 0,52×10-8 до –0,11×10-8 м3/кг і середнім діаметром агрегатів
частинок крайніх фракцій, що відрізняються між собою приблизно на 30 %.
Ключові слова: нанопорошки алмазу, розділення седиментаційним методом і в
магнітному полі, агрегати, питома поверхня, питома магнітна сприйнятливість
ОСОБЕННОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
УЗКИХ ФРАКЦИЙ АГРЕГАТОВ НАНОПОРОШКОВ
АЛМАЗА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИОНАМИ ЖЕЛЕЗА
Г.Д. Ильницкая, О.Б. Логинова, В.В. Смоквина, И.Н. Зайцева, Е.В. Довгая
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля Национальной академии наук
Украины, ул. Автозаводская, 2, Kиев, 04074, Украина, e-mail:izaitseva@ukr.net
Цель работы – разработка способа повышения селективности разделения
нанодисперсных порошков алмаза статического и детонационного синтеза и выделение
диамагнитных фракций.
Исходные порошки алмаза детонационного синтеза марки АСУД-99 с низким
содержанием неалмазного углерода разделяли на ряд фракций методами динамического
осаждения в центрифугах для получения фракций с узким диапазоном размеров
агрегатов. Оценивали средний размер агрегатов алмазных частиц, их распределение по
размерам и проводили физико-химические исследования поверхности порошков
полученных фракций. Установлено, что мелкие агрегаты состоят из более крупных
алмазных частиц с меньшей энергией взаимодействия между ними, а более крупные – из
мелких частиц с более высокой энергией взаимодействия.
Для получения магнитных и немагнитных фракций дальнейшее разделение порошка
алмаза в виде 0,2 % водной суспензии проводили в магнитном поле. Повысить
селективность разделения и выделить диамагнитные фракции позволило
модифицирование нанопорошков алмаза ионами железа (использовали 5 % раствора
хлорида железа). После разделения нанопорошки алмаза магнитной и немагнитной
фракций подвергались химической обработке в соляной кислоте для удаления ионов
железа, затем все фракции тщательно промывались до нейтральных вод и
высушивались. До и после химической очистки в них была измерена удельная магнитная
восприимчивость.
Разделение порошков в магнитном поле с применением металлических шаров в
водных суспензиях с исходным значением удельной магнитной восприимчивостью
0,52×10-8 м3/кг позволило получить нанодисперсные порошки с разной удельной
магнитной восприимчивостью от 0,52×10-8 до –0,11×10-8 м3/кг и средним диаметром
агрегатов частиц крайних фракций, отличающихся между собой приблизительно на
30 %.
Ключевые слова: нанопорошки алмаза, разделение седиментационным методом и в
магнитном поле, агрегаты, удельная поверхность, удельная магнитная восприимчивость
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-707 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T17:17:52Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/97/bde2ab1b79778f6fd76ac9bc4985e897.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7072021-03-01T11:03:55Z Features of the physicochemical properties of narrow fractions of aggregates of diamond nanopowders modified with iron ions Особенности физико-химических свойств узких фракций агрегатов нанопорошков алмаза модифицированных ионами железа Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза Ільницька, Г. Д. Логінова, О. Б. Смоквина, В. В. Зайцева, І. М. Довга, О. В. diamond nanopowders separation by sedimentation method and in a magnetic field aggregates specific surface area specific magnetic susceptibility нанопорошки алмаза разделение седиментационным методом и в магнитном поле агрегаты удельная поверхность удельная магнитная восприимчивость нанопорошки алмазу розділення седиментаційним методом і в магнітному полі агрегати, питома поверхня питома магнітна сприйнятливість The paper presents the results of a study of the physical and chemical properties of narrow fractions of diamond nanopowders with a low content of non-diamond carbon grade ASUD-99. Six fractions with different average diameters of diamond particle aggregates from 28.785 to 3.891 μm were obtained by separating a 0.2 % aqueous suspension of the initial powders by the sedimentation method. It has been found that the smallest aggregates consist of larger particles with a smaller specific surface area and a lower interaction energy between them. This conclusion is confirmed by a decrease in the porosity of the obtained aggregates. So, if the pore volume in the largest aggregates of diamond particles is 0.859 ml/g, then in the smallest 0.550 ml/g, while the pore radius of diamond aggregates in different fractions changes insignificantly. Separation in a magnetic field at different currents of diamond nanopowders with a specific magnetic susceptibility of 0.52×10-8 m3 kg, treated with a solution of 5 % iron chloride, made it possible to obtain five fractions that differ from each other in specific magnetic susceptibility (c) – from magnetic fractions with c = 4.30×10-8 m3/kg to diamagnetic – with c = –0.11×10-8 m3/kg. It is shown that the modification of diamond nanopowders with iron ions increases the separation selectivity and makes it possible to isolate diamagnetic powders. Цель работы – разработка способа повышения селективности разделения нанодисперсных порошков алмаза статического и детонационного синтеза и выделение диамагнитных фракций. Исходные порошки алмаза детонационного синтеза марки АСУД-99 с низким содержанием неалмазного углерода разделяли на ряд фракций методами динамического осаждения в центрифугах для получения фракций с узким диапазоном размеров агрегатов. Оценивали средний размер агрегатов алмазных частиц, их распределение по размерам и проводили физико-химические исследования поверхности порошков полученных фракций. Установлено, что мелкие агрегаты состоят из более крупных алмазных частиц с меньшей энергией взаимодействия между ними, а более крупные – из мелких частиц с более высокой энергией взаимодействия. Для получения магнитных и немагнитных фракций дальнейшее разделение порошка алмаза в виде 0,2 % водной суспензии проводили в магнитном поле. Повысить селективность разделения и выделить диамагнитные фракции позволило модифицирование нанопорошков алмаза ионами железа (использовали 5 % раствора хлорида железа). После разделения нанопорошки алмаза магнитной и немагнитной фракций подвергались химической обработке в соляной кислоте для удаления ионов железа, затем все фракции тщательно промывались до нейтральных вод и высушивались. До и после химической очистки в них была измерена удельная магнитная восприимчивость. Разделение порошков в магнитном поле с применением металлических шаров в водных суспензиях с исходным значением удельной магнитной восприимчивостью 0,52×10-8 м3/кг позволило получить нанодисперсные порошки с разной удельной магнитной восприимчивостью от 0,52×10-8 до –0,11×10-8 м3/кг и средним диаметром агрегатов частиц крайних фракций, отличающихся между собой приблизительно на 30 %. Мета роботи – розробка способу підвищення селективності розділення нанодисперсних порошків алмазу статичного і детонаційного синтезу і виділення діамагнітних фракцій. Вихідні порошки алмазу детонаційного синтезу марки АСУД-99 з низьким вмістом неалмазного вуглецю поділяли на ряд фракцій методами динамічного осадження в центрифугах для отримання фракцій з вузьким діапазоном розмірів агрегатів. Оцінювали середній розмір агрегатів алмазних частинок, їх розподіл за розмірами та проводили фізико-хімічні дослідження поверхні порошків отриманих фракцій. Встановлено, що дрібні агрегати складаються з більших алмазних частинок з меншою енергією взаємодії між ними, а більші – з дрібних частинок з більш високою енергією взаємодії. Для отримання магнітних і немагнітних фракцій подальше розділення порошку алмазу у вигляді 0,2 % водної суспензії проводили в магнітному полі. Підвищити селективність розділення і виділити діамагнітні фракції дозволило модифікування нанопорошків алмазу іонами заліза (використовували 5 % розчину хлориду заліза). Після розділення нанопорошки алмазу магнітної і немагнітної фракцій піддавалися хімічній обробці в соляній кислоті для видалення іонів заліза, потім всі фракції ретельно промивалися до нейтральних вод і висушувалися. До і після хімічного очищення в них була виміряна питома магнітна сприйнятливість. Розділення порошків в магнітному полі з застосуванням металевих куль у водних суспензіях з вихідним значенням питомої магнітної сприйнятливості 0,52×10-8 м3/кг дозволило отримати нанодисперсні порошки з різною питомою магнітною сприйнятливістю від 0,52×10-8 до –0,11×10-8 м3/кг і середнім діаметром агрегатів частинок крайніх фракцій, що відрізняються між собою приблизно на 30 %. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-12-03 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/707 10.15407/Surface.2020.12.161 Surface; No. 12(27) (2020): Surface; 161-168 Поверхность; № 12(27) (2020): Поверхность; 161-168 Поверхня; № 12(27) (2020): Поверхня; 161-168 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2020.12 en https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/707/704 Авторське право (c) 2020 Г.Д. Ільницька, О.Б. Логінова, В.В. Смоквина, І.М. Зайцева, О.В. Довга |
| spellingShingle | нанопорошки алмазу розділення седиментаційним методом і в магнітному полі агрегати питома поверхня питома магнітна сприйнятливість Ільницька, Г. Д. Логінова, О. Б. Смоквина, В. В. Зайцева, І. М. Довга, О. В. Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза |
| title | Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза |
| title_alt | Features of the physicochemical properties of narrow fractions of aggregates of diamond nanopowders modified with iron ions Особенности физико-химических свойств узких фракций агрегатов нанопорошков алмаза модифицированных ионами железа |
| title_full | Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза |
| title_fullStr | Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза |
| title_full_unstemmed | Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза |
| title_short | Особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза |
| title_sort | особливості фізико-хімічних властивостей вузьких фракцій агрегатів нанопорошків алмазу модифікованих іонами заліза |
| topic | нанопорошки алмазу розділення седиментаційним методом і в магнітному полі агрегати питома поверхня питома магнітна сприйнятливість |
| topic_facet | diamond nanopowders separation by sedimentation method and in a magnetic field aggregates specific surface area specific magnetic susceptibility нанопорошки алмаза разделение седиментационным методом и в магнитном поле агрегаты удельная поверхность удельная магнитная восприимчивость нанопорошки алмазу розділення седиментаційним методом і в магнітному полі агрегати питома поверхня питома магнітна сприйнятливість |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/707 |
| work_keys_str_mv | AT ílʹnicʹkagd featuresofthephysicochemicalpropertiesofnarrowfractionsofaggregatesofdiamondnanopowdersmodifiedwithironions AT logínovaob featuresofthephysicochemicalpropertiesofnarrowfractionsofaggregatesofdiamondnanopowdersmodifiedwithironions AT smokvinavv featuresofthephysicochemicalpropertiesofnarrowfractionsofaggregatesofdiamondnanopowdersmodifiedwithironions AT zajcevaím featuresofthephysicochemicalpropertiesofnarrowfractionsofaggregatesofdiamondnanopowdersmodifiedwithironions AT dovgaov featuresofthephysicochemicalpropertiesofnarrowfractionsofaggregatesofdiamondnanopowdersmodifiedwithironions AT ílʹnicʹkagd osobennostifizikohimičeskihsvojstvuzkihfrakcijagregatovnanoporoškovalmazamodificirovannyhionamiželeza AT logínovaob osobennostifizikohimičeskihsvojstvuzkihfrakcijagregatovnanoporoškovalmazamodificirovannyhionamiželeza AT smokvinavv osobennostifizikohimičeskihsvojstvuzkihfrakcijagregatovnanoporoškovalmazamodificirovannyhionamiželeza AT zajcevaím osobennostifizikohimičeskihsvojstvuzkihfrakcijagregatovnanoporoškovalmazamodificirovannyhionamiželeza AT dovgaov osobennostifizikohimičeskihsvojstvuzkihfrakcijagregatovnanoporoškovalmazamodificirovannyhionamiželeza AT ílʹnicʹkagd osoblivostífízikohímíčnihvlastivostejvuzʹkihfrakcíjagregatívnanoporoškívalmazumodifíkovanihíonamizalíza AT logínovaob osoblivostífízikohímíčnihvlastivostejvuzʹkihfrakcíjagregatívnanoporoškívalmazumodifíkovanihíonamizalíza AT smokvinavv osoblivostífízikohímíčnihvlastivostejvuzʹkihfrakcíjagregatívnanoporoškívalmazumodifíkovanihíonamizalíza AT zajcevaím osoblivostífízikohímíčnihvlastivostejvuzʹkihfrakcíjagregatívnanoporoškívalmazumodifíkovanihíonamizalíza AT dovgaov osoblivostífízikohímíčnihvlastivostejvuzʹkihfrakcíjagregatívnanoporoškívalmazumodifíkovanihíonamizalíza |