Vol 59, No 2 (2023)
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ
Молекулярно-ситовой эффект при адсорбции цианида золота на углеродных адсорбентах
Abstract
Исследованы структурно-энергетические характеристики ряда промышленных и опытных образцов микропористых углеродных адсорбентов для технологии цианидного извлечения золота. Из результатов анализа структурно-энергетических характеристик микропористых углеродных адсорбентов сделан вывод, что наиболее эффективными являются адсорбенты с шириной микропор около ~Х0 = 1.1–1.2 нм. Адсорбционная селективность таких адсорбентов объясняется молекулярно – ситовыми эффектами по отношению к цианидному комплексу золота [Au(CN2)]–.
Адсорбция хорошо растворимых органических соединений на диатомите
Abstract
Изучены адсорбционно-структурные характеристики диатомита и поверхностная плотность заряда диатомита в диапазоне рН раствора 1–14. Обнаружено, что знак заряда поверхности диатомита меняется с положительного (в диапазоне рН 1–5.5) на отрицательный (в диапазоне рН 5.5–14) при рНТНЗ 5.5. Изучена адсорбция на диатомите хорошо растворимого в воде анионного органического соединения – эозина Н. Обнаружено, что при увеличении рН раствора и при уменьшении величины поверхностной плотности заряда диатомита адсорбция эозина Н на диатомите уменьшается. Предложен вероятный механизм адсорбции анионных органических соединений на диатомите.
ДСК исследование фазовых переходов в полимерных композитах этилцеллюлоза/бентонит
Abstract
Методом механического диспергирования проведена модификация этилцеллюлозы частицами бентонитовой глины. Полученные композиционные пленочные материалы этилцеллюлоза/бентонит охарактеризованы методами оптической микроскопии и дифракции рентгеновских лучей. С помощью дифференциальной сканирующей калориметрии исследовано термическое поведение полученных пленок и порошка исходного полимера. Установлено, что введение бентонита приводит к снижению характеристических температур стеклования и плавления полимерного материала.
Сорбция борной кислоты анионообменными волокнами ФИБАН
Abstract
В работе проведено исследование сорбции борной кислоты из водных растворов волокнами марки ФИБАН (“Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси”, Беларусь), имеющими в своем строении функциональные аминогруппы. Установлена возможность использования волокнистых материалов ФИБАН А-1, А-5 и А-6 для извлечения соединений бора из водных растворов. Согласно кинетическим кривым сорбции отмечена высокая скорость сорбции борной кислоты высоко- и низкоосновными анионообменниками. Также в работе оценены некоторые равновесные характеристики сорбции аналита исследуемыми сорбентами. Выявлен сложный многовариантный механизм поглощения борной кислоты волокнами ФИБАН А-1 и А-5, который включает как хемосорбционное поглощение H3BO3 аминогруппами сорбентов в области низких концентраций, так и возможность образования и закрепления в фазе ионообменника полиборатов в области высоких концентраций (сверхэквивалентная сорбция).
Очистка водных сред от ионов свинца криогелем на основе оксида графена, модифицированного лигносульфонатом: кинетические исследования
Abstract
В статье изучена кинетика адсорбции ионов свинца из водных растворов в статических условиях на новом нанокомпозиционном материале – оксид графена/лигносульфонат (ОГ/ЛС). Адсорбционная емкость нанокомпозита по отношению к ионам свинца составила 179 мг/г при времени извлечения 20 мин. Экспериментальные кинетические зависимости были обработаны в координатах моделей псевдо-первого и -второго порядка, Еловича, а также диффузионных моделей – Морриса и Вебера и модели Бойда. Проведенные расчеты позволили сделать вывод, что модель псевдо-второго порядка наиболее точно описывает адсорбцию ионов Pb2+ на ОГ/ЛС (R2 = 0.999). При этом величина расчетной адсорбционной емкости составила 182.52 мг/г. Согласно диффузионным моделям, сорбция не лимитируется диффузией, однако скорость процесса ограничивается диффузией через пленку, образующуюся на поверхности сорбента. Таким образом, можно сделать вывод о пленочно-диффузионном механизме адсорбции ионов Pb2+ на ОГ/ЛС с вкладом в общую скорость процесса взаимодействия “сорбат–сорбат”. Полученные результаты позволяют утверждать, что нанокомпозит ОГ/ЛС является перспективным сорбентом в процессах удаления ионов тяжелых металлов из загрязненных гидрогеосистем, и может рассматриваться как эффективное решение обеспечения экологической безопасности окружающей среды.
Об извлечении серебра и меди из водных растворов с использованием наводороженного палладия
Abstract
Изучена степень извлечения серебра и меди из растворов их солей атомарным водородом, находящимся в Pd, а также условия их наиболее полного извлечения. Концентрация Ag+ составляла 12.67 и 0.635 г/л, а Cu2+ – 1.145 и 1.527 г/л. Время нахождения Pd в растворе составляла 1 час. Электрохимическое наводораживание Pd проводилось в 1 М растворе NaOH при 30 мА/см2 в течение 9 мин до полного насыщения водородом, при котором Н: Pd составляло 0.73. Установлено, что система PdH обладает способностью эффективно извлекать серебро (и медь) со 100% выходом в случае, если количество водорода в Pd превосходит количество Ag в растворе. Основным условием для этого являются разбавленные по серебру (по меди) растворы и большая рабочая поверхность образцов Pd. Установлено, что химическое осаждение серебра на PdH сопровождается образованием у поверхности коллоидного серебра, которое может быть выделено из раствора. Главным условием этого является малое содержание водорода в образце (Н : Pd < 0.3). Результатом этого является снижение скорости диффузии водорода к поверхности раздела образец-раствор, а время существования коллоида возрастает.
НАНОРАЗМЕРНЫЕ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ
Физическая модель электродного материала для гибридных конденсаторов
Abstract
В данной работе представлены модель электродного материала для гибридного конденсатора и экспериментально подтвержденные пути улучшения параметров ячеек, такие как увеличение энергоемкости ячейки, увеличение рабочего напряжения в ячейках с водным электролитом до 2.6 В, в два раза превышающий потенциал разложения воды, уменьшение внутреннего сопротивления. Также приведена технология изготовления электродных материалов для гибридных конденсаторов и обоснован ее выбор.
ИК-спектроскопические исследования адсорбированной воды и изменения структуры в гидрофобных и гидрофильных микрофильтрационных мембранах
Abstract
В работе методами ИК-спектроскопии НПВО исследованы влияния адсорбированной воды на структурную эволюцию в ПВДФ слое композитных гидрофобной МФФК-3 и гидрофильной МФФК-3Г мембранах. Установлено, что молекулы адсорбированной воды инициируют конформационную перестройку полимерных молекул ПВДФ слоя гидрофильной мембраны, в то же время конформация полимерных молекул ПВДФ слоя гидрофобной мембраны не претерпевает изменения. Проведена деконволюция полос поглощения валентных колебаний ОН-групп с использованием четырех гауссинов. По частотам пиков гауссинов была рассчитана энергия и выполнена классификация Н-связей адсорбированной воды. Показано, что структура адсорбированной воды с энергиями водородных связей Е(ОН) = 42.8 кДж/моль, энергией Е(ОН) = 35.7 кДж/моль, Е(ОН) = 17.9 кДж/моль, Е(ОН) = 14 кДж/моль представляет собой “кластеры” с тремя или четырьмя Н-связями. Величины энергий Е(ОН) = 17.9 кДж/моль, Е(ОН) = 10.6 кДж/моль, Е(ОН) = 16.8 кДж/моль и Е(ОН) = 14 кДж/моль отвечают ОН-связям димерных и мономерных молекул воды. Сделан вывод, что структура адсорбированной воды в ПВДФ слое может быть охарактеризована смешенной моделью водородных связей, состоящей из мономерных, димерных молекул и ассоциатов-кластеров с энергиями Н-связей от 10.6 о 42.8 кДж/моль. Сравнительный анализ ИК-спектров НПВО водонасыщенных образцов указывает на то, что молекулы адсорбированной воды в межфазном пространстве ПВДФ “полимер–вода” гидрофобной мембраны не образуют слой связанной воды, а в гидрофильной мембране вода входит в структуру молекул, образуя слой связанной воды.
Влияние химической модификации поверхности оксисиланами на изменение структурно-фазового состояния высокопористых оксигидроксидов алюминия при отжиге до 1200°C
Abstract
Методами термического анализа исследованы изменения состава и физико-химических свойств пористых монолитных 3D наноструктур оксигидроксидов алюминия (ПМОА) химически модифицированных в парах метилтриметоксисилана. Определены условия формирования и состав кремнийорганических соединений на поверхности ПМОА, подтверждена высокая степень гидролиза (91%) алкокси-групп модификатора при хемоадсорбции. Исследована зависимость состава пористой нанокомпозитной структуры Al2O3–SiO2 от условий химической и термической обработки. Описано общее изменение химического состава нанокомпозита при использовании разного времени отжига в диапазоне от 100 до 1200°C.
Исследование характеристик термоинтерфейса на основе графена для охлаждения интегральных микросхем
Abstract
Проведено исследование термоинтерфейса на основе двумерной аллотропной модификации углерода (графен), представленной в виде порошка, для охлаждения интегральных микросхем. Определены эмпирическим методом такие физические свойства термоинтерфейса как теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность, плотность. Представлен процесс теплопередачи в наиболее эффективном образце термоинтерфейса при работе интегральных микросхем в системе инженерного анализа (CAE) ANSYS. Описана перспективность применения спрессованного порошка графена в качестве термоинтерфейса с целью исключения использования связующего вещества. В статье также проведено сравнение с наиболее эффективным типом термоинтерфейсов применяемых в настоящее время.
Тепловые эффекты в смесях борной кислоты с алюминием после пластического деформирования под высоким давлением
Abstract
Методом ДСК и термогравиметрии исследовали термостимулированные процессы в смесях борной кислоты (БК) с алюминием после пластического деформирования под давлением 0.5–4.0 ГПа. В исходной БК в диапазоне 20–200°С происходит отщепление воды, сопровождающееся эндотермическим эффектом. В деформированных смесях БК–Al = 50–50 на термограммах ДСК регистрировали эндопроцесс в диапазоне 20–200°С, экзопроцесс в диапазоне 200–550°С, экзопроцесс окисления алюминия при 620°С и эндопроцесс плавления алюминия при 656°С. На барических зависимостях параметров термических процессов в деформированных смесях присутствовали экстремумы при давлениях 1.0 и 2.5 ГПа, которые связывали с изменениями в электронной структуре алюминия, вызванные воздействием высокого давления. Такие изменения могут сохраняться в деформированных смесях после завершения обработки под давлением и проявляться при нагревании за счет формирования в смесевых образцах двойных электрических слоев.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ
Окалиностойкость порошковых композитов “силицид титана Ti5Si3–алюминид титана TiAl3”
Abstract
Исследована микроструктура, фазовый состав и стойкость к окислению при нагреве на воздухе в интервале температур 600–1100°С композитов, синтезированных в режиме безгазового горения реакционных порошковых смесей титана, алюминия и кремния. Также исследованы силицид Ti5Si3 и триалюминид титана TiAl3, синтезированные из двухкомпонентных смесей. Продукты горения трехкомпонентных смесей содержат Ti5Si3 и TiAl3, соотношение которых зависит от содержания алюминия в реакционных смесях. Окалиностойкость синтезированных порошковых композитов в большей степени определяется микроструктурой гранул, чем их фазовым составом. Определен состав реакционной порошковой смеси, продукты горения которой имеют окалиностойкость в 1.5–3 раза выше, чем продукты горения остальных исследованных составов.
Коррозионное поведение аморфного сплава Fe80.22Si8.25Nb10.09Cu1.44 в щелочных растворах c добавками роданида калия
Abstract
Изучено электрохимическое и коррозионное поведение аморфного металлического сплава (АМС) Fe80.22Si8.25Nb10.09Cu1.44 в щелочных водных растворах с добавками роданида калия. При концентрациях КSCN 0.5; 1.0; 10.0 мМ отмечено увеличение скоростей электродных процессов (стимулирование) по сравнению с фоновым раствором. При концентрации 5.0 мМ наблюдается торможение как катодного, так и анодного процессов (ингибирование). Это объяснено в рамках механизма электрохимических процессов и особенностей строения материала электрода. Исследовано изменение механических свойств АМС после воздействия щелочной среды состава 0.5 М КОН + yмM KSCN, где y = 0.5; 1.0; 5.0, 10.0. Установлено изменение шероховатости поверхности. Изменяется характер разрушения от хрупкого скола, без воздействия среды, до пластического, с ветвлением трещин, образованием складчатых структур для всех используемых растворов. При воздействии раствора 0.5 М КОН + 5 мM KSCN наблюдается двукратное снижение предела прочности и модуля Юнга. Рост концентрации KSCN приводит к увеличению микротвердости поверхности.
Физико-химические особенности биокоррозии меди и изделий на ее основе микроскопическими грибами
Abstract
Коррозионная стойкость конструкционных материалов стала одним из важнейших вопросов в электронной промышленности. В частности, биоповреждения и биокоррозия приводят к отказам при эксплуатации и большим экономическим потерям. В настоящей работе изучена биокоррозия меди и базовых материалов, применяющихся для производства печатных плат. Необратимое изменение свойств и разрушение текстолита и стеклотекстолита, используемых в составе электрорадиоизделий и контактирующих с медью, часто обусловливает нарушения работоспособности приборов и оборудования. В работе сделана попытка объяснить роль биопленок микроскопических грибов как основного фактора микологической коррозии меди в составе некоторых изделий электронной промышленности.
Циклоалифатическая эпоксидная матрица в разработке антикоррозионных покрытий, содержащих различные модифицирующие добавки
Abstract
Изучено влияние условий отверждения, природы наполнителя и органического модификатора на физико-механические свойства покрытий на основе циклоалифатической эпоксидной матрицы, наполненной слюдой-мусковитом и TiO2. Представлена зависимость значений твердости и угла смачивания от количества отвердителя полиэфирамина (20–50 мас. %). Изучено влияние природы отвердителя и добавок измельченного гранита и микросфер SiO2 на значения твердости, адгезии, прочности при ударе и изгибе эпоксидного покрытия. Определены четыре оптимальных состава эпоксидных покрытий для изучения термической устойчивости и антикоррозионных свойств. Показано, что покрытия, содержащие олигоэтоксисилоксаны в качестве органического модификатора, характеризуются низкой степенью защиты от коррозии.
Антибактериальные и коррозионные свойства композиционных электрохимических покрытий на основе сплава олово–никель
Abstract
Получены композиционные электрохимические покрытия на основе сплава олово-никель с композитом типа “ядро SiO2–оболочка TiO2”. Изучены коррозионные свойства покрытий в 3% растворе хлорида натрия. Изучены антибактериальные свойства покрытий по отношению к штаммам Escherichia coli ATCC 8739 и Staphylococcus aureus ATCС 6538. Установлено, что для придания поверхности антибактериальных свойств минимальная концентрация композита в электролите должна составлять 4 г/дм3.