RU2666441C1 - Способ получения интеркалированной поли-N-винилкапролактамом наноразмерной η-модификации оксида титана(IV) - Google Patents

Способ получения интеркалированной поли-N-винилкапролактамом наноразмерной η-модификации оксида титана(IV) Download PDF

Info

Publication number
RU2666441C1
RU2666441C1 RU2017143917A RU2017143917A RU2666441C1 RU 2666441 C1 RU2666441 C1 RU 2666441C1 RU 2017143917 A RU2017143917 A RU 2017143917A RU 2017143917 A RU2017143917 A RU 2017143917A RU 2666441 C1 RU2666441 C1 RU 2666441C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pvc
sample
phase
vinylcaprolactam
poly
Prior art date
Application number
RU2017143917A
Other languages
English (en)
Inventor
Олеся Иршатовна Тимаева
Галина Михайловна Кузьмичева
Ирина Петровна Чихачева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет"
Priority to RU2017143917A priority Critical patent/RU2666441C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2666441C1 publication Critical patent/RU2666441C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047Titanium dioxide
    • C01G23/053Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts
    • C01G23/0532Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts by hydrolysing sulfate-containing salts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F126/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F126/06Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L39/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L39/04Homopolymers or copolymers of monomers containing heterocyclic rings having nitrogen as ring member

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для приготовления порошкообразных образцов η-фазы состава TiO×HO, где n=0,9-2,0, с интеркаляцией поли-N-винилкапролактама (ПВК) в структуру η-фазы осуществляют следующие стадии. Смешивают водный раствор ПВК, имеющий концентрацию 1-10 мас. %, с сульфатом титанила TiOSO×HO или с сернокислым сульфатом титанила TiOSO×HSO×HO при массовом соотношении ПКВ:Tiот 1:9,2 до 1:9,4. Нагревают смесь от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 50-70 мин при постоянном перемешивании. Полученный порошок отделяют центрифугированием и сушат в сушильном шкафу. Изобретение позволяет получить новую интеркалированную поли-N-винилкапролактамом η-модификацию диоксида титана, обладающую антимикробной активностью. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к области химии, более конкретно к способу приготовления η-модификации состава TiO2-х×nH2O (где n=0,9-2,0), интеркалированного поли-N-винилкапролактамом (ПВК).
Впервые способ получения η-модификации, которая была названа η-TiO2 как новая модификация диоксида титана, был описан в документе [заявка на патент US 20060171877 A1, опубл. 03.08.2006]. Указанный способ основан на гидролизе прекурсора TiOSO4×xH2SO4×yH2O, содержащего TiO2 (с=100-260 г/л) и H2SO4 в соотношении TiO2:H2SO4, равном 0,7:3,0, при температуре до 120°С с использованием в качестве коагулянта HCl. Выход наноразмерной η-TiO2 составлял до 30%.
Тем же сульфатным методом получены образцы с η-модификацией в работах [патент RU 2463252 С1, опубл. 10.10.2012; Кузъмичева Г.М. и др. Наноразмерные модификации диоксида титана со структурами анатаза и η-TiO2: состав, микроструктура, свойства / Неорганические материалы, 2011, Т. 47, №7, с. 838-844]. Практический выход конечного продукта (наноразмерной η-фазы) был увеличен до 80%, а также был упрощен процесс получения конечного продукта за счет уменьшения количества технологических операций и исключения использования едких реагентов.
В работе [патент RU 2576054 С1, опубл. 27.02.2016] была осуществлена стабилизация η-модификации с использованием в качестве стабилизирующего агента сильных неорганических кислот (HClO4, HNO3, H2SO4, HCl, H2S2O7, HClO3) путем введения их в реакционную смесь до начала синтеза η-фазы из прекурсора TiOSO4×2H2O. Образцы с η-фазой были получены гидролизом водного раствора прекурсора TiOSO4×2H2O с концентрацией 0,45 М при температуре 95±2°С в течение 50 минут при постоянном перемешивании. Неорганические кислоты вносили в реакционную смесь до начала гидролиза в мольном соотношение кислота:Ti4+=3,3:1. Полученный порошок отделяли вакуумным фильтрованием, промывали дважды водой и ацетоном, а затем сушили на воздухе в сушильном шкафу (2 часа при 50°С).
Согласно данным, полученным в работах [Кузъмичева Г.М. Наноразмерные системы с оксидами титана(IV). Получение. Характеризация. Свойства. / Тонкие химические технологии, 2015, Т. 10, №6, с. 5-36; Inga G. Vasil'eva et al. On the nature of the phase «η-TiO2» / New Journal of Chemistry, 2016, V. 40, pp. 151-161], η-фаза имеет состав не TiO2, а TiO2-x×nH2O (где n=0,9-2,0) и квазислоистое строение, причем молекулы воды содержатся в межслоевом пространстве структуры η-фазы. Структура η-фазы описана как сверхструктура к структуре анатаза с примерно удвоенным параметром ячейки с: а~а 0, с~nc0 (а 0 и с0 - параметры тетрагональной элементарной ячейки анатаза пр. гр. I41/amd: а 0=3,777
Figure 00000001
, с0=9,501
Figure 00000001
; JCPDS 89-4921). Согласно расчетам экспериментально полученных фаз (свыше 100), параметр ячейки с η-фазы имеет разное значение (с=16-21
Figure 00000001
), что связано с разным содержанием молекул воды в межслоевом пространстве квазислоистой структуры [Кузъмичева Г.М. Наноразмерные системы с оксидами титана(IV). Получение. Характеризация. Свойства. / Тонкие химические технологии, 2015, Т. 10, №6, с. 5-36; Kuz'micheva G.M. et al. Peculiarities of the microstructure of a nanoscale modification of η-TiO2 / Crystallography Reports, 2014, V. 59, №6, pp. 1008-1014]: параметр ячейки с увеличивается с увеличением количества молекул воды.
Технический результат настоящего изобретения заключается в получении интеркалированной поли-N-винилкапролактамом (ПВК, C8H13NO) η-модификации состава TiO2-х×nH2O (где n=0,9-2,0). Предлагаемое изобретение не имеет аналогов, поскольку указанная интеркалированная η-модификация получена впервые.
Указанный технический результат достигается заявленным в настоящем изобретении способом, который не был реализован ранее. Предлагаемый способ приготовления порошкообразных образцов η-фазы состава TiO2-х×nH2O, где n=0,9-2,0, с интеркаляцией поли-N-винилкапролактама (ПВК) в структуру η-фазы включает следующие стадии: i) смешивание водного раствора ПВК с концентрацией ПВК 1-10 мас. % либо с сульфатом титанила TiOSO4×xH2O, либо с сернокислым сульфатом титанила TiOSO4×xH2SO4×yH2O при массовом соотношении ПВК:Ti4+ от 1:9,2 до 1:9,4, ii) нагревание смеси от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 50-70 минут при постоянном перемешивании, iii) отделение полученного порошка центрифугированием, iv) сушка порошка в сушильном шкафу.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения стадию iv) осуществляют в сушильном шкафу при температуре от 50-90°С в течение 1,5-3 часов. Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Водный раствор 1,04 моль/л сульфата титанила (квалификации не ниже ЧДА) исходного состава TiOSO4×xH2O нагревали от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Полученный порошок отделяли центрифугированием в течение 15 мин со скоростью 4000 об/мин, а затем сушили на воздухе в сушильном шкафу (1,5 часа при 90°С). рН реакционной среды (после центрифугирования) равен ~2÷3 (рН измеряли с помощью рН метра; приведено среднее значение измеренного большого числа образцов).
Пример 2
Водный раствор 0,67 моль/л сернокислого сульфата титанила (квалификации не ниже ЧДА) исходного состава TiOSO4×xH2SO4×yH2O нагревали от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Для осаждения оксида титана (IV) был использован водный раствор коагулянта KCl (0,0013 моль/л в конечном растворе). рН реакционной среды (после центрифугирования) равен ~2÷3. Полученный порошок отделяли центрифугированием в течение 15 мин со скоростью 4000 об/мин, а затем сушили на воздухе в сушильном шкафу (2 часа при 60°С).
Пример 3
Водный раствор ПВК (1 мас. %) смешивали с сульфатом титанила (квалификации не ниже ЧДА) исходного состава TiOSO4×xH2O с его концентрацией в конечной смеси 1,03 моль/л при массовом соотношении ПВК:TiOSO4×xH2O=1:9,2, нагревали от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 60 минут при постоянном перемешивании. Полученный порошок отделяют центрифугированием в течение 15 мин со скоростью 4000 об/мин, а затем сушат на воздухе в сушильном шкафу (2 часа при 70°С). рН реакционной среды (после центрифугирования) равен ~2÷3.
Пример 4
Водный раствор ПВК (10 мас. %) смешивали с сернокислым сульфатом титанила (квалификации не ниже ЧДА) исходного состава TiOSO4×xH2SO4×yH2O с его концентрацией в конечной смеси 0,66 моль/л при массовом соотношении ПВК:TiOSO4×xH2SO4×yH2O=1:9,2, нагревали от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 60 минут при постоянном перемешивании. Полученный порошок отделяли центрифугированием в течение 15 мин со скоростью 4000 об/мин, а затем сушили на воздухе в сушильном шкафу (1 час при 80°С). рН реакционной среды (после центрифугирования) равен ~2÷3.
Пример 5
Водный раствор ПВК (2 мас. %) смешивали с сульфатом титанила (квалификации не ниже ЧДА) исходного состава TiOSO4×xH2O с его концентрацией в конечной смеси 1,05 моль/л при массовом соотношении ПВК: TiOSO4×xH2O=1:9,4, нагревали от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 60 минут при постоянном перемешивании. Для доведения рН до значения 7 в реакционную среду был добавлен водный раствор KOH до нейтральной реакции. Полученный порошок отделяли центрифугированием в течение 15 мин со скоростью 4000 об/мин, а затем сушили на воздухе в сушильном шкафу (2 часа при 60°С).
Используемый в примерах 3-5 ПВК (молекулярная масса ~1×106 Да) был синтезирован в Государственном институте кровезаменителей и медицинских препаратов радиационной полимеризацией мономера N-винилкапролактама под действием γ-излучения 60Со и очищен пятикратным термоосаждением из водных растворов с декантацией низкомолекулярных фракций [авторское свидетельство №1613446, опубл. 15.12.1990].
Рентгенография. Рентгеновская съемка порошков с вращением проведена на дифрактометре HZG-4 (графитовый монохроматор): излучение CuKα, пошаговый режим (время набора импульсов 10 с, величина шага 0,02°, интервал углов 2θ=2-80°; Δθ=0,005°). Для обработки дифрактограмм и расчета характеристик субструктуры использована программа [«Программа для обработки дифрактограмм наноразмерных и аморфных веществ и расчет характеристик субструктуры», свидетельство регистрации программы для ЭВМ №2017610699, дата регистрации 16.01.2017]. Средние размеры кристаллитов оксида титана (IV) рассчитаны по формуле D=Kλ/βcosθ (формула 1), где 2θ~4-5° - малоугловое отражение для η-фазы, λ(Cu)=1,54051
Figure 00000001
- длина волны, β - интегральная ширина пика, эмпирический коэффициент К=0,9. Выбор дифракционного отражения с 2θ~4-5° для расчета среднего размера кристаллитов обусловлен связью этого отражения с межслоевым пространством квазислоистой структуры η-фазы и содержанием в нем молекул воды, связанных водородными связями с Ti-OH [Кузъмичева Г.М. Наноразмерные системы с оксидами титана(IV). Получение. Характеризация. Свойства. / Тонкие химические технологии, 2015, Т. 10, №6, с. 5-36]. Стандартное отклонение ±5%.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены дифрактограммы полученных порошков.
На фиг.1а приведена дифрактограмма порошка ПВК, полученного сушкой 2% водного раствора ПВК при комнатной температуре (25°С) до постоянного веса при комнатной температуре (25°С) до постоянного веса.
Образец 1 (фиг. 1б) - порошок, синтезированный в примере 1, и Образец 2 (фиг. 1в), - порошок, синтезированный в примере 2, (оба образца получены без добавления ПВК), содержат только η-фазу (характерные дифракционные отражения при угле дифракции 2θ~4-5° с d~22-19
Figure 00000001
и ~33° с d~2,7
Figure 00000001
) [US 20060171877 A1, опубл. 03.08.2006]. Отметим, что присутствие явно выраженного пика при 2θ~38° (межплоскостное расстояние d~2,4
Figure 00000001
) и асимметрии дифракционного отражения при 2θ-25° (d~3,5
Figure 00000001
) в сторону больших углов, свидетельствующее о присутствии примесной фазы анатаза в образцах с η-фазой [US 20060171877 A1, опубл. 03.08.2006], на дифрактограммах Образца 1 и Образца 2 замечено не было (с учетом чувствительности данного метода). Это означает, что получен однофазный образец. Межплоскостное расстояние малоуглового отражения η-фазы (величина d001,
Figure 00000001
), отвечающего за межкристаллитное пространство, соответственно d001=20
Figure 00000001
и d001=19
Figure 00000001
для Образца 1 и Образца 2; средние размеры кристаллитов, рассчитанные с использованием этого отражения, соответственно D=3,6(2) нм и D=3,5(2) нм.
Образец 3 (фиг. 1г) - порошок, синтезированный в примере 3, и Образец 4 (фиг. 1д) - порошок, синтезированный в примере 4 (оба образца получены с добавлением ПВК), содержат η-фазу [US 20060171877 A1, опубл. 03.08.2006]. Межплоскостное расстояние малоуглового отражения η-фазы (величина d001,
Figure 00000001
), отвечающего за межслоевое пространство соответственно d001=20,5
Figure 00000001
и d001=22,5
Figure 00000001
для Образца 3 и Образца 4, т.е. существенно больше, чем для Образца 1 и Образца 2, полученных без ПВК; размеры кристаллитов, рассчитанные для этого отражения соответственно D=3,0(1) нм и D=2,9(1) нм. Подобное смещение характерного малоуглового отражения в сторону меньших углов (с соответствующим увеличением межплоскостного расстояния и уменьшением размеров кристаллитов) выявлено и для других структур (например, поликристаллических монтмориллонита и вермикулита), вызванное интеркаляцией полимеров N-винилкапролактама и поли-N-винилкапролактама неорганических соединений в структуру слоистых соединений [Pazourkova L. et al. Montmorillonite and Vermiculite Modified by N-Vinylcaprolactam and Poly(N-Vinylcaprolactam) Preparation and Characterization / Сборник материалов конференции «Nanocon-2014», Брно, Чехия, 5-7 ноября, 2014; Герасин В. А. и др. Структура нанокомпозитов полимер Nа±монтмориллонит, полученных смешением в расплаве / Российские нанотехнологии, 2007, Т. 2, №1-2, с. 90-105].
Образец 5 (фиг. 2) - порошок, синтезированный в примере 5 (получен с добавлением ПВК и доведением рН до ~7 путем добавления раствора KOH до нейтральной реакции), содержит фазу со структурой анатаза с дополнительным дифракционным отражением при ~31° (d~2,89
Figure 00000001
) (на фиг. 2 указан стрелкой). Данное отражение наряду с малоугловым отражением при 2θ~4-5°, которое отсутствует на дифрактограмме Образца 5, характерно для η-фазы [US 20060171877 A1, опубл. 03.08.2006]. Этот пик при ~31° (d~2,89
Figure 00000001
) связан с изменением ориентации двух слоев анатаза (своеобразные политипные слои) друг относительно друга, между которыми находятся молекулы воды в структуре η-фазы, которая при данном значении рН не образовалась.
Сравнение дифрактограммы порошка ПВК (фиг. 1а) и дифрактограмм Образцов 1-5 (фиг. 1г-д, фиг. 2) свидетельствует об отсутствии дифракционных отражений, принадлежащих ПВК, а сдвиг малоуглового отражения (2θ~4-5°) на дифрактограммах Образца 3 и Образца 4 по сравнению с Образцом 1 и Образцом 2 указывает на присутствие ПВК в межслоевом пространстве кристаллической структуры η-модификации общего состава TiO2-х×nH2O с образованием интеркалированной фазы общего состава TiO2-х×(ПВК, mH2O), причем содержание ПВК больше в Образце 4 (по данным рентгенографического метода).
Данные РФЭС, ИК-спектроскопии, РСМА и CHNS-анализа подтверждают присутствие ПВК (C8H13NO)n (за его содержание отвечают элементы С, N, Н) в Образцах 3-5 (табл. 1-3).
Элементный анализ образцов выполнен на CHNS-анализаторе Euro Vector ЕА-3000 (Италия). Ошибка определения количества элемента С менее 0,3%, элементов Н и N менее 0,1%, элемента S менее 0,2%.
Согласно данным табл. 1, самое большое содержание элементов N, С, Н, связанное с присутствием в образцах ПВК, наблюдается в Образце 4, что подтверждает данные рентгенографии.
Figure 00000002
Количественный и качественный ренгеноспектралъный микроанализ (РСМА) выполнен на энергодисперсионном рентгеновском микроанализаторе INCA Penta FETx 3 фирмы OXFORD (Великобритания), установленным в высоковакуумной камере микроскопа электронного микроскопа высокого разрешения JSM 7500F. Калибровка прибора (6 итераций) осуществлялась по двум линиям К-серии стандартного образца кобальта. Количественный анализ элементов с атомным номером N≥3. проведен с использованием программы INCA Penta FET. Предел повторяемости результатов 0,05%.
Согласно данным табл. 2 в Образце 4 самое больше содержание углерода (в 2 раза больше, чем в Образце 3), связанное с составом ПВК, что подтверждает данные рентгенографии и результаты CHNS-анализатора.
Figure 00000003
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). Съемка РФЭ-спектров проведена на спектрометре PHOIBOS 150, Al Kα - излучение. Частицы порошка наносили на поверхность In фольги, при съемке спектров вакуум в камере спектрометра не превышал 2×10-9 Торр; мощность источника составляла 100 Вт. Спектры регистрировали в режиме постоянной энергии пропускания (120 эВ для обзорного спектра и спектров отдельных линий). Обзорный спектр записывался с шагом 0,5 эВ, спектры отдельных линий - с шагом 0,05 эВ; калибровка спектров проведена по пикам Au 4f7/2 (83,8 эВ) и Ag 3d5/2 (367,9 эВ) соответственно золота и серебра, закрепленных на держателе.
Согласно данным РФЭС, самое большое количество групп CN, содержащихся в ПВК, присутствует в Образце 4, что подтверждает данные рентгенографии, CHNS-анализатора и РСМА (табл. 3).
Figure 00000004
ИК-спектроскопия. ИК-спектры поглощения порошков в виде таблеток с KBr в диапазоне частот 4000-400 см-1 регистрировали на ИК-Фурье спектрометре Equinox 55 фирмы «Bruker», Германия. Разрешение прибора составляет 2 см-1, точность определение волнового числа - 0,1 см-1. Для количественной оценки содержания воды в образцах проводилось сравнение отношения интенсивности валентных колебаний воды υ(H2O) при 3470-3500 см-1 к интенсивности деформационных колебаний СН2-групп ПВК при ~1200 см-1 (δ(СН2)) [Chihacheva I.P. et al. Crystallography Reports, 2016, Vol. 61, №3, pp. 421-427].
В табл. 4 приведены максимумы полос поглощения (см-1) и их отнесение в ИК-спектрах Образцов 1-5. Согласно данным ИК-спектроскопии Образец 3 содержит в ~2 раза больше воды (фиг. 3а) по сравнению с Образцом 4. Полосы, относящееся к валентным колебания CH2-групп в полимерной цепочке (2923 и 2855 см-1) [Singh P. et al. Synthesis of Amphiphilic Poly(N-vinylcaprolactam) Using ATRP Protocol and Antibacterial Study of Its Silver Nanocomposite / Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry, 2012, Vol. 50, pp. 1503-1514] имеют одинаковую интенсивность, что указывает на неизменность полимерной цепочки в процессе синтеза Образца 3 и Образца 4. В Образце 3 полосы, отвечающие колебаниям SO4 2--групп, намного интенсивнее (в ~2 раза), по сравнению с Образцом 4: плечо 1200 см-1 (колебания бидентатной группы SO4 2-, т.е. связанной с атомом Ti с помощью двух атомов О), 1120 см-1 и 1072 см-1 (колебания монодентатной группы SO4 -2, т.е. связанной с атомом Ti через один атом О), [Wang X. et al. Probing of photocatalytic surface sites on SO4 2-/TiO2 solid acids by in situ FT-IR spectroscopy and pyridine adsorption / Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2006, Vol. 179, pp. 339-347; Yamaguchi T. Resent progress in solid superacid / Applied Catalysis, 1990, Vol. 61, pp. 1-25; Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. Москва, 2012], свидетельствующее о большем содержании групп SO4 2- в Образце 3 по сравнению с Образцом 4, что подтверждается данными CHNS-анализа (табл. 2).
Для Образца 4 полосы, отвечающие за колебания групп CH2 кольца капролактама ПВК (~1469 см-1 [Karimzadeh I. et al. Preparation and characterization of poly(vinylpyrrolidone)/polyvinyl chloride coated supermagnetic iron oxide (Fe3O4) nanoparticles for biomedical applications / Analytical & Bioanalytical Electrochemistry, 2016, Vol. 8, №5, pp. 604-614], ~1380 см-1 [Borodko Y. et al. Probing the Interaction of Poly(vinylpirrolidone) with Platinum Nanocrystals by UV-Raman and FTIR / J. Phys. Chem. B, 2006, Vol. 110, pp. 23052-23059]) имеют
Figure 00000005
интенсивность по сравнению с Образцом 3, что указывает на большее содержание ПВК в Образце 4 (фиг. 3а, б).
Самое большее количество воды характерно для Образца 5 (фиг.3в): в ~1,9 раз больше чем в Образце 3 и в ~3,8 раз больше чем в Образце 4, что подтверждает данные РФЭС (табл. 3).
Figure 00000006
1 - самое большее содержание групп ОН в Образце 5.
Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ). Электронно-микроскопические исследования образцов осуществлена на сканирующем электроном микроскопе JSM 7500F (методика подробно описана в работе [Оболенская Л.Н. и др. / Изв. Акад. наук. Серия химическая, 2012, №11, с. 2032]). Для анализа фотографий микроструктуры использована специализированная программа [«Программа обработки изображений фотографий электронной микроскопии» [«Программа для обработки ИК-спектров и соотнесения полос поглощения с эталонами», свидетельство регистрации программы для ЭВМ №2017611789, дата регистрации 09.02.2017].
На фиг. 4 приведены фотографии микроструктуры и распределение частиц по размерам для Образца 3 и Образца 4. Использование сернокислого сульфата титанила TiOSO4×xH2SO4×yH2O в процессе синтеза Образца 4 приводит к более монодисперсному распределению частиц по размерам с большим содержанием частиц с размером 20 нм (88%) (фиг. 4б). Для Образца 3 характерно полидисперсное распределение частиц по размерам (фиг. 4a) от 140 нм до 200 нм.
рН метрия. Измерения рН реакционных сред проведено до стадии центрифугирования на рН-метре АНИОН 7000 (Россия).
Антимикробная активность (АМА) полученных образцов изучена на двух видах микроорганизмов: грамположительные кокки Staphylococcus aureus и грамотрицательные палочки Escherichia coli, а также на дрожжевых грибах Candida albicans. Антимикробную активность определяли диско-диффузионным методом [Клинические рекомендации 2015-02 «Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам». - М., 2015, 161 с.]. Для исследования применяли культуры микроорганизмов, которые предварительно выращивали при температуре 37°С в течение 24 часов на скошенном мясо-пептонном агаре. Порошкообразные образца наносили на стандартные бумажные диски диаметром 6 мм, предварительно помещенные в чашки Петри на свежевысеянные питательные среды, которые затем загружали в термостат при 37°С на 48 часов. Учет результатов проводили по наличию или отсутствию роста бактерий вокруг лунок путем измерения диаметра зоны вокруг лунки в миллиметрах.
В табл. 5 приведены результаты изучения антимикробной активности образцов 1-5. Самой большой антимикробной активностью обладает Образец 4, синтезированный в примере 4 с
Figure 00000005
содержанием молекул ПВК в межслоевом пространстве структуры η-фазы, согласно всем применяемым методам исследования, по сравнению с Образцами 3 и 5. Образец 5 не обладает антимикробной активностью в отношению грибов Candida Albicans.
Figure 00000007

Claims (2)

1. Способ приготовления порошкообразных образцов η-фазы состава TiO2-x × nH2O, где n=0,9-2,0, с интеркаляцией поли-N-винилкапролактама (ПВК) в структуру η-фазы, включающий следующие стадии: i) смешивание водного раствора ПВК с концентрацией ПВК 1-10 мас. % либо с сульфатом титанила TiOSO4 × xH2O, либо с сернокислым сульфатом титанила TiOSO4 × xH2SO4 × yH2O при массовом соотношении ПВК:Ti4+ от 1:9,2 до 1:9,4, ii) нагревание смеси от комнатной температуры до температуры 90±5°С в течение 50-70 минут при постоянном перемешивании, iii) отделение полученного порошка центрифугированием, iv) сушка порошка в сушильном шкафу.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию iv) осуществляют в сушильном шкафу при температуре от 50-90°С в течение 1,5-3 часов.
RU2017143917A 2017-12-14 2017-12-14 Способ получения интеркалированной поли-N-винилкапролактамом наноразмерной η-модификации оксида титана(IV) RU2666441C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143917A RU2666441C1 (ru) 2017-12-14 2017-12-14 Способ получения интеркалированной поли-N-винилкапролактамом наноразмерной η-модификации оксида титана(IV)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143917A RU2666441C1 (ru) 2017-12-14 2017-12-14 Способ получения интеркалированной поли-N-винилкапролактамом наноразмерной η-модификации оксида титана(IV)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2666441C1 true RU2666441C1 (ru) 2018-09-07

Family

ID=63459733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143917A RU2666441C1 (ru) 2017-12-14 2017-12-14 Способ получения интеркалированной поли-N-винилкапролактамом наноразмерной η-модификации оксида титана(IV)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2666441C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469954C2 (ru) * 2011-01-21 2012-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА
CN103509331A (zh) * 2013-10-09 2014-01-15 四川大学 一种环保型自清洁水性聚氨酯及其制备方法
RU2540336C1 (ru) * 2013-12-04 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА, ДОПИРОВАННОГО ВАНАДИЕМ, АКТИВНОГО В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
EP2466664B1 (en) * 2009-08-11 2015-03-18 Ideal Star Inc. Method for producing a hole blocking layer and method for manufacturing a photoelectric conversion element comprising the hole blocking layer
RU2576054C1 (ru) * 2014-09-19 2016-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ η-TiO2

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2466664B1 (en) * 2009-08-11 2015-03-18 Ideal Star Inc. Method for producing a hole blocking layer and method for manufacturing a photoelectric conversion element comprising the hole blocking layer
RU2469954C2 (ru) * 2011-01-21 2012-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА
CN103509331A (zh) * 2013-10-09 2014-01-15 四川大学 一种环保型自清洁水性聚氨酯及其制备方法
RU2540336C1 (ru) * 2013-12-04 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА, ДОПИРОВАННОГО ВАНАДИЕМ, АКТИВНОГО В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
RU2576054C1 (ru) * 2014-09-19 2016-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ η-TiO2

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Salavati-Niasari et al. Synthesis, characterization, and morphological control of ZnTiO3 nanoparticles through sol-gel processes and its photocatalyst application
Tan et al. Synthesis of layered nanostructured TiO2 by hydrothermal method
Zinatloo-Ajabshir et al. Praseodymium oxide nanostructures: novel solvent-less preparation, characterization and investigation of their optical and photocatalytic properties
Mortazavi-Derazkola et al. Preparation and characterization of Nd 2 O 3 nanostructures via a new facile solvent-less route
Kahn et al. Size‐and shape‐control of crystalline zinc oxide nanoparticles: a new organometallic synthetic method
Tazikeh et al. Synthesis and characterization of tin oxide nanoparticles via the Co-precipitation method
Hedayati Fabrication and optical characterization of zinc oxide nanoparticles prepared via a simple sol-gel method
Wahab et al. The role of pH variation on the growth of zinc oxide nanostructures
Chen et al. Bismuth subcarbonate nanoparticles fabricated by water-in-oil microemulsion-assisted hydrothermal process exhibit anti-Helicobacter pylori properties
Mortazavi-Derazkola et al. New sodium dodecyl sulfate-assisted preparation of Nd 2 O 3 nanostructures via a simple route
CN105152139B (zh) 富勒烯样纳米结构体及其应用和制造方法
Rahimi-Nasarabadi et al. Preparation of nanosized chromium carbonate and chromium oxide green pigment through direct carbonation and precursor thermal decomposition
Mortazavi-Derazkola et al. New facile preparation of Ho 2 O 3 nanostructured material with improved photocatalytic performance
Fukuda et al. Kinetics and mechanisms of the thermal decomposition of copper (II) hydroxide: A consecutive process comprising induction period, surface reaction, and phase boundary-controlled reaction
Dumbrava et al. Synthesis and characterization of cadmium sulfide obtained at room temperature
Carja et al. Nanosized silver–anionic clay matrix as nanostructured ensembles with antimicrobial activity
Sun et al. Controllable synthesis and morphology-dependent photocatalytic performance of anatase TiO 2 nanoplates
Qu et al. Synthesis of octahedral ZnO mesoscale superstructures via thermal decomposing octahedral zinc hydroxide precursors
Sharma et al. 2-Pyridyl selenolates of antimony and bismuth: Synthesis, characterization, structures and their use as single source molecular precursor for the preparation of metal selenide nanostructures and thin films
Perumal et al. Synthesis and characterization studies of solvothermally synthesized undoped and Ag-doped TiO2 nanoparticles using toluene as a solvent
CN105738449B (zh) 二氧化锡-多酸复合气体传感材料及其制备方法
Kulkarni et al. Synthesis and characterization of uniform spherical shape nanoparticles of indium oxide
Salahuddin et al. Synthesis and characterization of ZnO nanotubes by hydrothermal method
Bai et al. Phase-controlled synthesis of orthorhombic and tetragonal AgGaSe 2 nanocrystals with high quality
CN101575117B (zh) 高度取向直径可调ZnS纳米棒阵列的溶剂热制备方法