Кинетика роста наночастиц серы при их осаждении из водных растворов полисульфида кальция

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Растворы полисульфида кальция, приготовленные из механоактивированной серы, использованы для химического осаждения наночастиц серы (наносера) в водной среде и на разные подложки. Осажденные наночастицы были охарактеризованы с помощью лазерного анализатора размера частиц, рентгеновской дифракции, оптической микроскопии, инфракрасной и ультрафиолетовой спектрометрии. Установлено, что из полисульфида кальция в водной среде синтезируется орторомбическая фаза наносеры сферической морфологии со средним размером 20 нм, которая укрупняется со временем до микронных размеров со скоростью, которая увеличивается с ростом температуры. Впервые установлены кинетические закономерности роста наносеры. Обнаружено, что при осаждении на стеклянную подложку раствора полисульфида кальция наблюдается равномерное распределение наносеры в виде капель со средним размером 2 мкм, которые по мере высыхания преобразуются в кристаллы. Пропускание углекислого газа через раствор полисульфида кальция приводит к со-осаждению нанокомпозита серы с карбонатом кальция в фазах кальцита и витерита. При обработке пористой поверхности газобетона наносерой образуется устойчивое покрытие из гидрофобной серы, которая препятствует проникновению воды вглубь материала.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Массалимов

Уфимский университет науки и технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: ismail_mass@mail.ru
Россия, Уфа

Б. С. Ахметшин

Уфимский университет науки и технологий

Email: ismail_mass@mail.ru
Россия, Уфа

Б. И. Массалимов

Физический институт имени П.Н. Лебедева

Email: ismail_mass@mail.ru
Россия, Москва

Ф. Х. Уракаев

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН

Email: urakaev@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Сангалов Ю.А., Карчевский С.Г., Теляшев Р.Г. Элементная сера. Состояние проблемы и направления развития. Сера, высокосернистые соединения и композиции на их основе. Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2010. 136 c. ISBN 978-5-902159-23-0 http://inhp.ru/catalog/book/item/40
  2. Голубева И.А. // НефтеГазоХимия. 2015. № 1. С. 22. https://gaschemistry.ru/publications/2015/ngh%201%20golubeva.pdf (Golubeva I.A. // Oil & Gas Chemistry. 2015. No 1. P. 22)
  3. Wagenfeld J.-G., Al-Ali Kh., Almheiri S. et al. // Waste Manage. 2019. V. 95 (15 July). P. 78–89. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.06.002
  4. Катасонова О.Н., Савонина Е.Ю., Марютина Т.А. // Журн. аналит. химии. 2020. T. 75. № 2. С. 109–115. doi: 10.31857/S0044450220020073 https://sciencejournals.ru/cgi/getPDF.pl?jid=ankhim&year=2020&vol=75&iss=2&file=AnKhim2002007Katasonova.pdf (Katasonova O.N., Savonina E.Y., Maryutina T.A. // J. of Analytical Chemistry. 2020. Т. 75. No 2. С. 148.)
  5. Khan S., Amani S., Amani M. // Int J Org Chem. 2021. V. 11. No 1. P. 14. doi: 10.4236/ijoc.2021.111002
  6. Shi Q., Wu J. // Energy Fuels. 2021. V. 35. № 18. P. 14445. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c02229
  7. Cherumukkil S., Agrawal S., Jasra R.V. // ChemistrySelect. 2023. V. 8. No 10. P. e202204428 (21 pp). https://doi.org/10.1002/slct.202204428
  8. Уракаев Ф.Х., Булавченко А.И., Уралбеков Б.М. и др. // Коллоидн. журн. 2016. Т. 78. № 2. С. 193–202. doi: 10.7868/S0023291216020154 (Urakaev F.Kh., Bulavchenko A.I., Uralbekov B.M. et al. // Colloid Journal. 2016. V. 78. No 2. P. 210. https://doi.org/10.1134/S1061933X16020150)
  9. Nair K.K., Kumar R., Gopal M., Siddiqui W.A. // Mater Res Express. 2018. V. 5. No 2. P. 025007 (7 pp). https://doi.org/10.1088/2053-1591/aaa8bf
  10. Teng Y., Zhou Q., Gao P. // Crit Rev Env Sci Tec. 2019. V. 49. No 2. P. 2314. https://doi.org/10.1080/ 10643389.2019.1609856
  11. Krishnappa S., Naganna C., Rajan H.K. et al. // ACS OMEGA. 2021. V. 6. No 48. P. 32548. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c04047
  12. Kher L., Santoro D., Kelley K. et al. // Appl Microbiol Biot. 2022. V. 106. No 8. P. 3201. https://doi.org/10.1007/s00253-022-11872-8
  13. Nakabayashi K., Takahashi T., Watanabe K. et al. // Polymer. 2017. V. 126 (Sep22). P. 188–195. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.08.033
  14. Shi Y.-E., Zhang P., Yang D., Wang Z. // Chem Commun. 2020. V. 56. No 75. P. 10982. https://doi.org/10.1039/D0CC04341A
  15. Массалимов И.А., Массалимов Б.И., Ахметшин Б.С. и др. // Нанотехнологии в строительстве. 2020. Т. 12. № 2. С. 77. doi: 10.15828/2075-8545-2020-12-2-77-83 (Massalimov I.A., Massalimov B.I., Akhmetshin B.S. et al. // Nanotechnologies in Construction. 2020. V. 12. Nо 2. P. 77. doi: 10.15828/2075-8545-2020-12-2-77-83
  16. Fediuk R., Amran Y.H.M., Mosaberpanah M.A. et al. // Materials (Basel). 2020. V. 13. No 21. P. 4712 (23 pp). https://doi.org/10.3390/ma13214712
  17. Tan Z.L., Shi Y.L., Wei T.T. et al. // New J. Chem. 2020. V. 44. No 2. P. 466. https://doi.org/10.1039/C9NJ05035C
  18. Jin H., Sun Y., Sun Z. et al. // Coordin. Chem. ReV. 2021. V. 438. (1 July). P. 213913 (35 pp). https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.213913
  19. Khan N., Baláž M., Burkitbayev M. et al. // Appl Surf Sci. 2022. V. 601 (1 November). P. 154122 (15 pp). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154122
  20. Urakaev F.Kh. // IJCMSSE. 2011. V. 4. No 1. P. 69. https://doi.org/10.1504/IJCMSSE.2011.037353
  21. Rai M., Ingle A.P., Paralikar P. // Expert Rev Anti-Infe. 2016. V. 14. No 10. P. 969–978. https://doi.org/10.1080/14787210.2016.1221340
  22. Urakaev F.K., Abuyeva B.B., Vorobyeva N.A. et al. // Mendeleev Commun. 2018. V. 27. No 2. P. 161. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2018.03.017
  23. Массалимов И.А., Самсонов М.Р., Ахметшин Б.С. и др. // Коллоидн. журн. 2018. Т. 80. № 4. С. 424. doi: 10.1134/S0023291218040080 (Massalimov I.A., Samsonov M.R., Akhmetshin B.S. et al. // Colloid Journal. 2018. V. 80. No 4. P. 407. https://doi.org/10.1134/S1061933X18040087)
  24. Xu P.-F., Liu Z.-H., Duan Y.-H. et al. // Chem Eng J. 2020. V. 398 (15 October). P. 125293 (10 pp). https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125293
  25. Shankar S., Jaiswal L., Rhim J.-W. // Crit Rev Env Sci Tec. 2021. V. 51. No 20. P. 2329. https://doi.org/10.1080/10643389.2020.1780880
  26. Suleiman M., Al Ali A., Abu-Rayyan A. et al. // Mor. J. Chem. 2023. V. 14. No 2. P. 434. https://doi.org/10.48317/IMIST.PRSM/morjchem-v11i2.37722
  27. Yuan H., Liu Q., Fu J. et al. // J. Environ Sci. 2023. V. 124 (February). P. 319–329. https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.09.040
  28. Baloch H., Siddiqua A., Nawaz A. et al. // Gels. 2023. V. 9 (1 April). P. 284 (16 pp). https://doi.org/10.3390/gels9040284
  29. Массалимов И.А., Хусаинов А.Н., Зайнитдинова Р.М. и др. // Журн. прикл. химии. 2014. Т. 87. № 6. С. 705. (Massalimov I.A., Khusainov A.N., Zainitdinova R.M. et al. // Rus. J. of Applied Chemistry. 2014. V. 87. No 6. P. 700. https://doi.org/10.1134/S1070427214060068).
  30. Kharairan K., Zahraturriaz, Jalil Z. // Rasayan J. Chem. 2019. V. 12. No 1. P. 50. http://dx.doi.org/10.31788/RJC.2019.1214073
  31. Shamsipur M., Pourmortazavi S.M., Roushani M. et al. // Microchim Acta. 2011. V. 173 (15 March). P. 445–451. https://doi.org/10.1007/s00604-011-0581-8
  32. Meenatchi B., Renuga V. // Chemical Science Transactions Chem Sci Trans. 2015. V. 4. No 2. P. 577. https://doi.org/10.7598/cst2015.1028
  33. Suleiman M., Anas A.A., Hussein A. et al. // J. Mater. Environ. Sci. 2013. V. 5. No 6. P. 1029. http://www.jmaterenvironsci.com/Document/vol4/vol4_N6/139-JMES-554-2013-Warad.pdf
  34. Choudhury S.R., Dey K.K., Bera S., Goswami A. // J. Exp Nanosci. 2013. V. 8. No 3. P. 267. https://doi.org/10.1080/17458080.2012.667161
  35. Suleiman M., Al Ali A., Hussein A., Aref D. // An - Najah UniV. J. Res. (N. Sc.). 2016. V. 30. No 2. P. 303–322. doi: 10.35552/anujr.a.30.2.1281 https://journals.najah.edu/media/journals/full_texts/5_CWIkLbu.pdf
  36. Kouzegaran V.J., Farhadi K. // Micro Nano Lett. 2017. V. 12. No 5. P. 329. https://doi.org/10.1049/mnl.2016.0567
  37. Shankar S., Pangeni R., Park J.W., Rhim J.-W. // Mater Sci Eng C. 2018. V. 92 (1 November). P. 508. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.07.015
  38. Faten Z., Mustafa H., Muayad A.L.D. // J. Microb. Biochemistry Technol. 2018. V. 10. No 3. P. 56. https://doi.org/10.4172/1948-5948.1000397
  39. Suleiman M., Al-Masri M., Al Ali A. et al. // J. Mater. Environ. Sci. 2015. V. 6. No 2. P. 513–518. http://www.jmaterenvironsci.com/Document/vol6/vol6_N2/60-JMES-1108-2014-Suleiman.pdf
  40. Awwad A.M., Salem N.M., Abdeen A.O. // JAC. 2015. V. 11. No 3. P. 3426. https://doi.org/10.24297/jac.v11i3.869
  41. Salem N.M., Albanna L.S., Awwad A.M. // Environ Nanotechnol Monit Manag. 2016. V. 6 (December). P. 83–87. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2016.06.006
  42. Choudhury S.R., Ghosh M., Mandal A. et al. // Appl Microbiol Biotechnol. 2011. V. 90. No 2. P. 733–743. https://doi.10.1007/s00253-011-3142-5
  43. Bura-Nakić E., Marguš M., Jurašin D. et al. // Geochem Trans. 2015. V. 15. No 1. P. 25722648 (9 pp). https://doi.10.1186/s12932-015-0016-2
  44. Ghodke V.V., Athare A.E. // IJIRT. 2022. V. 9. No 3. P. 231–236. https://www.ijirt.org/master/publishedpaper/IJIRT156302_PAPER.pdf
  45. Paralikar P., Rai M. // IET Nanobiotechnol. 2018. V. 12. No 1. P. 25. https://doi.org/10.1049/iet-nbt.2017.0079
  46. Awwad A.M., Salem N.M., Abdeen A.O. // AdV. Mat. Lett. 2015. V. 6. No 5. P. 432–435. doi: 10.5185/amlett.2015.5792
  47. Salem N.M., Luma S.A., Abdeen A.O. et al. // J of Agricultural Science. 2016. V. 8. No 4. P. 179–185. doi: 10.5539/jas.v8n4p179
  48. Tripathi R.M., Rao R.P., Tsuzuki T. // RSC AdV. 2018. V. 8. No 63. P. 36345. https://doi.org/10.1039/C8RA07845A
  49. Liu G., Niu P., Yin L. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. No 22. P. 9070. https://doi.org/10.1021/ja302897b
  50. Левченко Л.М., Галицкий А.А., Косенко В.В., Сагидиллин А.К. // Журн. прикл. химии. 2015. Т. 88. No 9. С. 1257–1262. https://doi.org/10.1134/S1070427215090049 (Levchenko L.M., Galitskii A.A., Kosenko V.V., Sagidullin A.K. // J. of Applied Chemistry. 2015. V. 88. Nо 9. P. 1403.) https://doi.org/10.1134/S1070427215090049
  51. Garcia A.A., Druschel G.K. // Geochem Trans. 2014. V. 15 (06 August). P. 11 (11 pp). https://doi.org/10.1186/s12932-014-0011-z
  52. Gilbert B., Zhang H., Huang F. et al. // Geochem Trans. 2003. V. 4 (07 November). P. 20 (8 pp). https://doi.org/10.1039/B309073F https://doi.org/10.1186/1467-4866-4-20
  53. Szabó R., Lente G. // J. Math Chem. 2021. V. 59 (26 June). P. 1808. https://doi.org/10.1007/s10910-021-01265-z
  54. Массалимов И.А., Массалимов Б.И., Мустафин А.Г. // Нанотехнологии в строительстве. 2021. Т. 13. No 6. С. 343. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2021-13-6-343-349 (Massalimov I.A., Massalimov B.I., Mustafin A.G. // Nanotechnologies in construction. 2021. V. 13. No 6. P. 343. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2021-13-6-343-349
  55. Массалимов И.А., Чуйкин А.Е., Массалимов Б.И., Мустафин А.Г. // Нанотехнологии в строительстве. 2023. Т. 15. No 1. С. 27. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2023-15-1-27-36 (Massalimov I.A., Chuikin A.E., Massalimov B.I., Mustafin A.G. // Nanotechnologies in construction. 2023. V. 15. No 1. P. 27–36. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2023-15-1-27-36
  56. Choudhury S.R., Goswami A. // J. Appl Microbiol. 2012. V. 114. No 1. P. 1. doi: 10.1111/j.1365-2672.2012.05422.x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кривые интегрального распределения частиц серы по размерам после измельчения в центробежной мельнице: ○1 – исходная кривая; ●2 – после однократного измельчения; Δ3 – после двукратного измельчения; ▲4 – после трехкратного измельчения; □5 – после четырехкратного измельчения.

Скачать (271KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгенограммы исходной серы (светло-синяя линия, 1) и двукратно обработанной в центробежной мельнице (темно-красная линия, 2).

Скачать (132KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость интегральной ширины линии (135) серы от кратности обработки в центробежной мельнице.

Скачать (103KB)
Метаданные
5. Рис. 4. СЭМ-снимок частиц порошка из гидрозолей серы (а) и УФ-спектры частиц серы в разбавленных водных растворах (б): 0 – исходный полисульфид кальция, 1 – концентрация серы в растворе 0.7 г/л, 2 – 0.4 г/л, 3 – 0.04 г/л, 4 – 0.02 г/л.

Скачать (201KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Интегральное и дифференциальное распределение частиц серы в суспензии при 25°C в разные промежутки времени: (●1) – в момент образования, (○2) – через 100 мин.

Скачать (234KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости размеров частиц серы от времени, полученные при разных температурах: ●1 – при 25°C; ■2 – при 50°C; ▲3 – 75°C.

Скачать (51KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости логарифма размеров частиц серы от времени, полученные для разных температур: ●1 – при 25°C, ■2 – 50°C, ▲3 – 75°C.

Скачать (76KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изображение капли воды на поверхности газобетона: а – на поверхности необработанного газобетона; б – на поверхности газобетона, обработанного раствором полисульфида кальция.

Скачать (355KB)
Метаданные
10. Рис. П1. Кривые интегрального распределения частиц серы по размерам после измельчения в шаровой мельнице с различными диспергаторами: ○1 – исходная сера; ●2 – с крахмалом; Δ3 – с каолином; ▲4 – с аробиногалактаном; □5 – с аэросилом.

Скачать (233KB)
Метаданные
11. Рис. П2. Исходный (а) и разбавленный водой раствор полисульфида кальция (б, в).

Скачать (152KB)
Метаданные
12. Рис. П3. Зависимости интегральной ширины рентгеновских дифракционных линий серы от кратности обработки в центробежной мельнице.

Скачать (108KB)
Метаданные
13. Рис. П4. Зависимости микродеформаций по уширению линии (135) − (а), количества осадка − (б), плотности раствора − (в) и времени проведения реакции образования полисульфида кальция − (г) от кратности обработки серы в центробежной мельнице.

Скачать (326KB)
Метаданные
14. Рис. П5. Кривые ДСК разных образцов серы (тепловые эффекты в Дж/г): 1 – для исходной серы; 2 – для серы после двукратной обработки в центробежной мельнице; 3 – для наночастиц серы, осажденных из водных растворов полисульфида кальция.

Скачать (226KB)
Метаданные
15. Рис. П6. Рентгенограмма наночастиц серы.

Скачать (144KB)
Метаданные
16. Рис. П7. Рентгенограмма смеси серы и карбоната кальция, полученная пропусканием углекислого газа через раствор полисульфида кальция.

Скачать (206KB)
Метаданные
17. Рис. П8. Водоотталкивающие свойства поверхностей прессованных порошков наносеры (а) и нанокомпозита серы с карбонатом кальция (б).

Скачать (109KB)
Метаданные
18. Рис. П9. Изображения частиц, осажденных на стеклянную подложку из неразбавленного рабочего раствора полисульфида кальция, через различные промежутки времени: а – через 4 ч, б – через 24 ч, в – через 72 ч после нанесения.

Скачать (261KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».