Дипломная работа: Микроэмульсионный метод получения оксида цинка

Свойства материалов и систем, получаемых на основе ПАВ, можно регулировать не только изменением химического строения их молекул, но и взаимным влиянием в смесях, в которых компоненты взяты в различных соотношениях, а также при помощи добавок органических полярных веществ различной молекулярной массы и неорганических веществ – электролитов.

Например, прибавление к ПАВ, отнесенным к первой группе, различных веществ, вызывающих понижение ККМ, сопровождается повышением их моющей и солюбилизирующей способности.

Если к ПАВ, отнесенным к третьей группе, прибавлять полярные вещества и низшие гомологи, не образующие мицеллярных растворов, или различные ПАВ, отнесенные к первой группе, то растворимость этих веществ (ПАВ III-группы) увеличивается и процесс мицеллообразования в системе сдвигается в сторону более высоких концентраций. Свойства систем можно изменять, таким образом, до значений, присущих веществам, отнесенным ко второй группе и обладающих высокой моющей и солюбилизирующей способностью.

Выбор цетилтриметиламмония бромида (ЦТАБ) для получения микроэмульсий связан с тем, что в широкой области концентраций молекулы ЦТАБ образуют мицеллы сферической формы, а, кроме того, данный ПАВ является одним из наиболее изученных [34].

Рисунок 9 – Обратная мицелла ЦТАБ в трехкомпонентной системе

ЦТАБ (CTAB) – ЦетилТриметилАммоний Бромид (ЦТАБ) состоит из гидрофобного хвоста (цетила) и положительно заряженного четвертичного аммония, на конце которого находится бром (гидрофильная часть).

R-(CH₃ )₃ NBr,

где R – это цетил (C₁₆ H₃₃ ).

Радиус молекул ЦТАБ или мицелл, в составе которых, как целого, осуществляется диффузия молекул ЦТАБ, выразится формулой [34]:

R_ЦТАБ = R_В D_В / D_ЦТАБ ,

где R_В – радиус молекул воды, в расчетах принимается равным 1,42 Е; D_B – коэффициент диффузии воды; D_ЦТАБ – коэффициент диффузии ПАВ.

В отсутствие агрегирования эти размеры должны быть порядка размеров молекул ПАВ, и должны характеризовать мицеллы при наличии мицеллообразования.

1.4 Обсуждение выбранного направления и задачи исследований

Анализ информации, приведенной в разделах 1.1 – 1.3, позволяет в системном виде (в рамках обсуждения) сделать следующие заключения:

1) Наиболее перспективным и распространенными являются следующие ПАВ: додецилсульфат натрия (SDS), бис (2-этиленгексил) сульфосукцинат натрия (AOT), цетилтриметилбромид аммония (CTAB);

2) Химические реакции в мицеллярных системах – простой, перспективный, технологичный метод для получения, стабилизации и изучения наночастиц;

3) Применение в качестве ПАВ цетилтриметилбромида аммония обеспечивает получение сферических частиц с размером от 1 до 100 нм.

Анализ литературных и патентных данных в области изучения микроэмульсионного метода получения нанокристаллического оксида цинка указывает на недостаточность исследований в этой области.

Поэтому, в соответствии с целью, сформулированной во введении, и результатами анализа литературы, в дипломной работе последовательно решали следующие задачи:

1) изучали методы синтеза нанокристаллического оксида цинка;

2) определяли области применения люминофоров на основе оксида цинка и требования к этим люминофорам;

3) выбирали наиболее простые и приемлемые с экологической точки зрения методы синтеза;

4) синтезировали образцы люминофоров на основе оксида цинка;

5) проводили комплекс исследований полученных результатов.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Определение критической концентрации мицеллообразования поверхностно – активных веществ (ПАВ) различными методами

В водных растворах коллоидных ПАВ при очень низких концентрациях, соответствующих критической концентрации мицеллообразования (ККМ), образуются сферические мицеллы, которые содержат от 20 до 100 молекул и характеризуются узким распределением частиц по размерам. При увеличении концентрации ПАВ происходит переход мицеллы из одной формы в другую (цилиндрическую, дискообразную и т. д.) при соответствующей критической концентрации ККМ₂ , ККМ₃ и т. д.

В работе для определения ККМ используется кондуктометрический метод и метод, основанный на измерении поверхностного натяжения.

Кондуктометрическое определение ККМ основано на измерении концентрационной зависимости электропроводности растворов ионогенных ПАВ. В области концентраций до ККМ зависимости удельной и эквивалентной электропроводности от концентрации ПАВ соответствуют аналогичным зависимостям для растворов средних по силе электролитов. При концентрации, соответствующей ККМ, на графиках зависимостей наблюдается излом, обусловленный образованием сферических ионных мицелл. Подвижность ионных мицелл меньше подвижности ионов и, кроме того, значительная часть противоионов находится в плотном слое Гельмгольца, что существенно уменьшает электропроводность раствора ПАВ. Поэтому при увеличении концентрации ПАВ больше ККМ эквивалентная электропроводность более резко уменьшается, а возрастание удельной электропроводности значительно ослабляется.

По изменению удельной электропроводности χ можно также определить ККМ₂ (рисунок 10).

Поверхностное натяжение водных растворов ПАВ уменьшается с ростом концентрации вплоть до ККМ. Изотерма σ = f ( lnc_ПАВ ) в области низких концентраций ПАВ имеет криволинейный участок, на котором в соответствии с уравнением Гиббса адсорбция на межфазной границе возрастает с ростом концентрации. При определенной концентрации c_m криволинейный участок изотермы переходит в прямую с постоянным значением dσ / dlnc, т. е. адсорбция достигает постоянного и максимального значения. В этой области на межфазной границе формируется насыщенный мономолекулярный адсорбционный слой. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ (c_ПАВ > ККМ) в объеме раствора образуются мицеллы и поверхностное натяжение практически не изменяется. ККМ определяется по излому изотермы при выходе ее на участок, параллельной оси lnc.