Исследование пористой структуры и фотокаталитической активности наноструктурных композитов полианилина и диоксида титана
|
Скачать 95.47 Kb.
|
|
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НАНОСТРУКТУРНЫХ КОМПОЗИТОВ ПОЛИАНИЛИНА И ДИОКСИДА ТИТАНА М.Н. Загорный, А.В. Рагуля Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины 03142 Киев, ул. Кржижановского,3, Украина, ГСП Е-mail: maksimmaksim@bigmir.net Введение Повышенный интерес к композитам на основе полианилина и нанопорошков диоксида титана объясняется прежде всего спецефическими свойствами этого полимера. Полианилин, благодаря наличию системы сопряженных связей и особенностям химического состава проявляет склонность к моногочисленным обменным электронным процессам, образованию комплексов с переносом зарядов, обратимыми переходами проводник - полупроводник без существенного изменения главной молекулярной цепи. Возможность сочетания ценных технических характеристик полианилина и диоксида титана, а также появление новых уникальных физико-химических свойств в нанокомпозитах на их основе объясняет появление значительного количества работ, касающихся в частности фотокаталитических систем полианилин-диоксид титана [1 – 7]. В данном сообщении представлены результаты комплексного исследования пористой структуры и связанной с ней фотокаталитической активности полианилина и нанокомпозитов ПАн-ТiО2, синтезированных in situ методом окислительной радикальной полимеризации гидрохлорида анилина на поверхности наночастиц TiO2 анатазной модификации различной дисперсности. Объекты исследования. Для синтеза образцов полианилинов и нанокомпозитов в работе были использован были использованы порошки ТiО2 фирмы Аldriсh с размером частиц 5 нм (ТiО2-I), полученный в ИПМ НАН Украины методом неизотермического синтеза из гидроксида титана с размером частиц 25 нм (ТiО2-II) и порошок марки АV-01-SF фирмы Рrесhеzа с размером частиц 100 нм (ТiО2-III); в качестве мономера гидрохлорид анилина (ГХА), окислителя (NH4)2S2O8 В качестве красителей были использованы: метиленовый синий марки “чда” (МС) ТУ 6-09-29-76. Характеристики поверхностной структуры порошков ПАн и композитов ПАн-TiO2 – удельная поверхность по ВЕТ (SBET), объем микро и мезопор (Vmicro,Vmeso), средний диаметр пор (Dср) определяли методом низкотемпературной адсорбции азота при 77 К на установке ASAP-2000. Электронномикроскопические исследования порошков ПАн и его нанокомпозитов проводили с помощью электронного сканирующего микроскопа JSM-6450, Ultra Plus Carlo Zeiss (Германия); Фотокаталитическая активность порошков ПАн и ПАн-TiO2 оценивалaсь по степени обесцвечивания водных растворов МС, содержащих частицы ПАн и ПАн-TiO2 без и при УФ-облучении в течение 5 – 60 минут. Источником УФ-излучения служила ртутная лампа высокого давления марки СВД-120 А. Синтез ПАн и композитов ПАн-TiO2 Cинтез композитов ПАн осуществляли методом окислительной радикальной полимеризации гидрохлорида анилина в водном 1н HCl растворе cогласно методике [8]. Синтез композитов ПАн-TiO2 принципиально не отличался от такового для ПАн, только на первой стадии синтеза порошок TiO2 перетерали с водным раствором мономера в НСl и проводили ультразвуковую обработку в перед введением окислителя в реакционную систему. Результаты и их обсуждение Рис.1 Изотермы адсорбции-десорбции паров азота при 77 К на порошках полианилина: 1-ПАн-2; 2 – ПАн-3. Исследования адсорбции азота на порошках ПАн показывают, что они характеризуются изотермами адсорбции (рис.1), которые по классификации ВЕТ и UPAC (1985) относятся к IV типу изотерм адсорбции пористых твердых тел. Согласно классификации Де Бура [9] по форме и положению петли гистерезиса на кривых адсорбции-десорбции исследованные порошки ПАн могут рассматриваться как адсорбенты с пористой структурой, приближающиеся к модели с щелевидными порами и пластинками. Как следует из табл.1 все исследованные порошки ПАн обладают удельной поверхностью в области 25 – 35 м2/г и заметно отличаются по Vmeso и Dср. Таблица 1 Характеристики пористой структуры порошков полианилина
Примечание : * Синтез полимера осуществляли в шаровой мельнице Данные электронномикроскопических исследований порошков ПАн (рис. 2) показывают, что частицы полимеров представляют собой пластинки с размером 5070 нм, проявляют тенденцию к агрегированию с образованием щелевидных структур, причем тенденция к агрегированию сильнее выражена в случае допированного ПАн-2. Таблица 2 Характеристики пористой структуры порошков нанокомпозитов ПАн-ТiO2
Концентрация и дисперсность нанопорошков TiO2 оказывает существенное влияние на особенности пористой структуры нанокомпозитов, синтезированных в результате полимеризации ГХА в присутствии частиц неорганической фазы. Из данных представленных в таблице 2 следует, что с увеличением концентрации TiO2 - SBET и Vmeso возрастают и в большей степени при содержании TiO2-I (SBET=140 м2/г) и в наименьшей степени для композитов с TiO2-III (SBET=15,5 м2/г). Особенно отчетливо влияние размера частиц диоксида титана проявляется на сорбционную активность нанокомпозитов при концентрации TiO2 95 мас.%. В этом случае увеличивается вероятность перехода большего количества образующигося ПАн in situ в состояние тонких пленок. Рис.2 Электрономикроскопические изображения частиц полианилина при сканировании их поверхности ПАн-2 a б Рис.3 Электрономикроскопические изображения частиц порошков нанокомпозитов ПАн-ТiO2 (95 мас.%) при сканировании их поверхности а- ПАн-ТiO2 (S 140 м2/г; б-ПАн-ТiO2 (S 15,5 м2/г). Как показывают электронномикроскопические исследования порошков нанокомпозитов ПАн-TiO2-I (рис.3), структура их характеризуется наличием фазы из частиц TiO2 покрытых пленками, при чем система сильно агрегирована и образование из частиц размером 100 – 150 нм имеют поры размером 10 – 15 нм. Это может свидетельствовать так же о том, что поверхностные слои ПАн пористые, следовательно поверхность частиц TiO2 в определенной степени доступна для реагентов. Таблица 4 Cтепень обесцвечивания и содержание общего углерода в растворах МС после УФ облучения суспензий ПАн + ТiO2-I в течение 60 минут
Рис.5 Кинетика ультрафиолетового обесцвечивания метиленового синего в суспензиях нанокомпозитов полианилина ПАн-ТiO2 при содержании ТiO2 95 мас.%: 1- ПАн-ТiO2-I; 2 -ПАн-ТiO2-II; 3- ПАн-ТiO2-III. Ультрафиолетовое облучение суспензий порошков композитов ПАн в присутствии МС сопровождается сначала резким (в течение первых 10 минут), а затем незначительным уменьшением остаточной концентрации красителя. При чем степень обесцвечивания зависит в первую очередь от дисперсности и концентрации порошков TiO2 (рис.5, табл.4). При этом характер кинетических кривых для степени обесцвечивания растворов МС фактически такой же, как и для порошков ПАн и TiO2 [12]. Увеличение концентрации нанопорошка TiO2 в композите ПАн-TiO2, как это следует из табл.4 приводит к возростанию степени обесцвечивания растворов МС повышению фотокаталитической активности композитных порошков и увеличению содержания общего углерода в системах ПАн-TiO2, cвидетельствующих об усилении термоокислительной деструкции МС и образование продуктов деструкции МС. Выводы 1. Повышение дисперсности с 100 до 5 нм и концентрации порошков TiO2 95 мас.% в составе синтезированных композитов ПАн- ТіО2 сопровождается возростанием их параметров пористой структуры, особенно в случае композитов с размером частиц 5 нм. 2. Установлена кореляция между изменениями степени обесцвечивания растворов МС и его адсорбцией на поверхности частиц фотокатализатора. При этом максимальная скорость процессов наблюдается впервые 5 – 10 минут контакта компонентов и обусловлено окислительной деструкцией красителя. 3.Фотокаталитическая активность нанокомпозитов полианилина существенно определяется концентрацией и дисперсностью полупроводникового компонента системы и достигает мксимальной величины для композитов с концентрацией 98 мас.% и размером частиц TiO2 5нм. Полученные результаты объясняются на основе представлений об электронных переходах полупроводниковой пары ТіО2 – полианилин. Список литературы 1. Genies E.M., Boyle A.B., Lapkowski M., Tsintavis C. Polyaniline : A historical survay// Synth. Met. –1990. –Vol.36, №2. – Р. 139-182. 2. Li X., Wang G., Zu D. Surface properties of polyaniline- TiO2 composites// Applied Surface Science.– 2004. – Vol.229. – P. 395–401. 3. Li Z., Zhu Z., Wu Z., Harima Y., Zhang A., Tang H. Hybrid composites of conductive polyaniline and nanocrystalline titanium oxide prepared via self-assembling and graft polymerization// Polymer.– 2006. – Vol.47. – P. 7361–7367. 4. Li X., Wang D., Cheng G., Luo Q., An J., Wang Y. Preparation of polyaniline-modified TiO2 nanoparticles and their photocatalytic activity under visible light illumination// Applied Catalysis B: Environmental. — 2008. — Vol.81, №3–4 — Р. 267 — 273. 5. Liang H., Li X. Visible-induced photocatalytic reactivity of polymer sensitizer titania nanotube films// Applied Catalysis B: Environmental. — 2009. — Vol.86.— Р. 8 — 17. 6. Zhang H., Zhang R., Zhao J. Dramatic visible photocatalytic degradation performance due to synergetic effect of TiO2 with PANI// Environ. Sci. Technol. – 2008. – Vol.42. – P. 3803 – 3807. 7. Min S., Wang F., Hang Y. An investigation on synthesis and photocatalytic activity of polyaniline sensitized nanocrystalline TiO2 composites // J. Mater. Sci. — 2007. — Vol.42. — Р. 9966 — 9972. 8. Stejskal J., Gilbert R.G. Polyaniline. Preparation of a conducting polymer // Pure. Appl. Chem. —2002. — Vol.74, №5. — P. 857 — 867. 9. Грег С., Синг К. Адсорбция , удельная поверхность, пористость. М. : Мир. – 1970 . – 408 с. 10. Дтайлс У. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел / У. Дтайлс. — М.: Мир, 1986. — 488 c. 11. Робертс Дт., Касерно М. Основы органической химии. Т.2 . – М.: Химия, 1968 . – 550 c. 12. Жигоцкий А.Г., Рында Е.Ф., Мищук H. А., Кочкодан В.М., Рагуля А.В., Клименко В.П., Загорный М.Н. Исследование фотокаталитической активности нанопорошков диоксида титана// Журнал прикладной химии. — 2008. — т. 81, №12. — C. 1942 — 1948. 13. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Химия, 1980. 488 c. 14. Экологические аспекты современных технологий охраны водной среды /Под ред. В.В.Гончарука. Киев: Наукова думка, 2005. 400 с. 15. Жигоцкий А.Г.,. Загорный М.Н., Рагуля А.В., Pында Е.Ф., Мищук Н.А. Фотокаталитические свойства нанокомпозитов на основе полианилина и диоксида титана// Наноструктурное материаловедение. — 2009, N3 . — P. 88 — 92. 16. Trchova M., Tobolkova E., Stejskal J. FTIR spectroscopic and conductivity study of the thermal degradation of polyaniline//Polymer Degradation and Stability. — 2004. — Vol.86, №4. — Р. 179 — 185. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 |
Исследование дифракции света Эффект саморепродукции Рассеяние лазерного... Исследование объемной активности проб строительных материалов, используемых при строительстве жилья в г. Ейске |
|
Активности П 30 Психология неадаптивной активности. / Российский открытый университет. — М.: Тоо “Горбунок“, 1992. — 224 с |
 |
Исследование вариантов структуры комплекса 6 1 Обзор существующих... Применение драйвера usbxpress в качестве системного программного обеспечения пэвм 52 |
|
Исследование структурирования пространства в семье было одним из... Трансформация структуры пространства дома в локальных этнических группах (на примере болгар села Криничное Республики Украина и татар... |
|
Игровые технологии на уроках физики и внеклассных мероприятиях как... Сегодня большое внимание стали уделять развитию творческой активности и интереса у школьников к предметам. Проводятся различные конкурсы,... |
|
Х. Гендерные особенности целостной активности субъекта жизнедеятельности Параллельно множится ряд теоретических подходов, зачастую несопоставимых друг с другом. В итоге картина активности субъекта жизнедеятельности... |
|
Ступор или кома Снижение уровня активности цнс (сознания) всегда... ... |
|
Технология интегрированного обучения истории и литературы как одно... В статье рассмотрены такие вопросы: интегрированный урок как средство повышения активности обучающихся, структура, формы и типы таких... |
|
15 сила мотива и эффективность деятельности Как уже говорилось, одной из характеристик мотива является его сила. Она влияет не только на уровень активности человека, но и на... |
|
Как внутренний побудитель активности человека Сходство у большинства психологов наблюдается только в том, что почти все признают за потребностью функцию побуждения активности... |