Наноструктура адсорбційного шару полі (акрилової кислоти) на поверхні отриманого активованого вугілля
Анотація
Охарактеризовано наноструктуру адсорбційного шару полі (акрилової кислоти) (PAA) на поверхні HPA з мезопористим активованим вугіллям, отриману фізичною активацією залишку після надкритичної екстракції хмелю. Ця характеристика була проведена на основі аналізу визначення кількості адсорбованого полімеру, поверхневої щільності заряду та дзета-потенціалу твердих частинок (без і в присутності ПАА). Методи SEM, термогравіметричний, FTIR та MS дозволили вивчити морфологію твердої поверхні та вказати різні типи поверхневих груп HPA. Вивчали вплив рН розчину, а також молекулярну масу та концентрацію полімеру. Отримані результати показали, що найвищу адсорбцію на поверхні активованого вугілля виявляв PAA з меншою молекулярною масою (тобто 2000 Da) при рН 3. За таких умов полімерний адсорбційний шар складається з нанорозмірних спіралей PAA (злегка негативно заряджених), які щільно упаковані на позитивній поверхні ГПА. Крім того, можлива адсорбція полімерних макромолекул у тверді пори.
Передумови
Специфічна структура полімерного адсорбційного шару, сформованого на межі розділу твердої рідини, визначає поверхневі властивості колоїдної суспензії. Це дуже важливо для стабільності високодисперсної системи, яка часто зустрічається у багатьох сферах людської діяльності (тобто в екологічних, сільськогосподарських та промислових цілях) [1–8]. Можливість отримання бажаної структури полімерного шару на твердій поверхні випливає з того, що макромолекули можуть приймати велику кількість різних конформацій. Унікальна конформація полімерного ланцюга є наслідком обертання атомів або атомних груп навколо єдиного зв'язку. Він визначає поведінку полімеру в розчині та є результатом взаємодії макромолекул з молекулами розчинника.
На конформацію полімерних ланцюгів (особливо тих, що класифікуються як іонні полімери) може впливати безліч факторів, серед яких найважливішими є такі: рН та іонна сила розчину; температура; тип, молекулярна маса, концентрація та полідисперсність полімеру; і тип, чистоту та властивості поверхні твердого тіла. Змінюючи та контролюючи один або кілька параметрів, можна отримати тверду суспензію, що характеризується необхідною стабільністю для конкретного практичного застосування.
Як неіонні (тобто полі (етиленгліколь), полівінілпіролідон, полі (акрилова кислота) - його функціональні групи не зазнають дисоціації у водних розчинах), так і іонні (тобто полі (акрилова кислота), поліакриламід, поліамінокислоти, білки— їх макромолекули містять іонізовані групи) полімери використовуються при фундаментальних дослідженнях у системі, що містить оксиди мінералів [9–13]. Це були наступні: оксид кремнію (IV), оксид цирконію (IV), оксид титану (IV), оксид марганцю (IV), оксид алюмінію (III), оксид хрому (III) та оксид заліза (III). Природні та синтетичні цеоліти також широко вивчаються [14–16]. Такі системи мають широкий спектр можливих застосувань - у косметиці, фармацевтиці, виробництві фарб та медицині як компоненти імплантатів та носіїв ліків, а також у технологіях очищення води та обробці мінералів [16–21].
Активоване вугілля - це клас адсорбентів, важливих для багатьох практичних застосувань. Вони мають типово високорозвинену поверхню, значення якої може сягати 1500 м 2/г. Форма і розмір пір різноманітні. Вони можуть бути у формі відкритих каналів з обох сторін, у формі чорнильниці, V-подібної форми та прорізів, що мають паралельні або непаралельні стінки. Враховуючи розмір пір, їх поділяли на три типи: мікропористий (нижче 2 нм), мезопористий (2–50 нм) та макропористий (понад 50 нм) вуглець. Найчастіше використовуваною сировиною для приготування активованого вугілля є вугілля [22]. Інша сировина, яка використовується для масового виробництва, полягає в наступному: лушпиння кокосового горіха та деревина. В даний час відходи виробництва, такі як фруктові кісточки або шкаралупа горіхів, стають все більш важливими [23].