Коллоидный журнал

Экспериментально исследовано испарение капель водных растворов этанола разной концентрации при различной относительной влажности окружающего воздуха. С использованием скоростной микрофотосъемки прослежена динамика изменения размеров испаряющихся капель. Установлено, что относительная влажность окружающего воздуха существенно влияет на изменение диаметра капель водных растворов этанола. С использованием инфракрасной термографии исследовано изменение температуры испаряющихся капель. Показано, что уменьшение температуры испаряющихся капель с увеличением концентрации этанола характерно для всех исследованных значений относительной влажности воздуха. С увеличением относительной влажности воздуха минимальные значения температуры поверхности испаряющихся капель возрастают, а время испарения увеличивается. Выполнено обобщение полученных экспериментальных данных, которое может быть использовано при расчетах тепломассопереноса испаряющихся капель водных растворов этанола.

Синтезирован композитный аэрогель на основе восстановленного оксида графена и политетрафторэтилена в массовом соотношении 1 : 1 с супергидрофобной наружной поверхностью; его пористая структура исследована методом эталонной контактной порометрии (МЭКП). Порометрические кривые для октана и воды пересекаются в области мелких пор, что приводит к тому, что удельная поверхность аэрогеля в воде намного больше, чем в октане, несмотря на то что, как известно, октан практически идеально смачивает все материалы. Это явление, названное “супергидрофильностью”, объясняется набуханием образца в воде в области мезопор вследствие гидратации поверхностных групп –CO и –COH, идентифицированных с помощью инфракрасной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Таким образом, гранулы аэрогеля супергидрофобны снаружи и супергидрофильны внутри, в области мелких пор. Как следует из данных МЭКП, общая пористость аэрогеля, а также его удельная поверхность значительно больше, чем у сажи Vulcan XC-72 – стандартного носителя для Pt-катализатора в топливных элементах с протонообменной мембраной. Электровосстановление кислорода при навеске Pt на аэрогеле 28 мкг/см² изучали методом вращающегося дискового электрода (ВДЭ) в 0.5 М водном растворе H₂SO₄ и сравнивали с таковым на стандартном коммерческом катализаторе Pt (20%)/Vulcan XC-72. Показано, что предельные диффузионные токи на ВДЭ для Pt, электроосажденной на гидрофобно-гидрофильный аэрогель, значительно выше, чем для стандартного катализатора, что объясняется лучшим доступом кислорода к зоне реакции по сравнению c гидрофильной сажей Vulcan XC-72.

Исследованы числа переноса противоионов натрия, никеля и лантана в микропористых (средний радиус пор r = 2–3.4 нм) и макропористых (r = 16–27 нм) стеклах, не содержащих и содержащих магнетит в структуре матрицы. Установлено, что соотношение чисел переноса исследованных катионов в случае микропористых стекол определяется, в первую очередь, структурой вторичного кремнезема в поровых каналах. Для мембран из макропористых стекол значения чисел переноса катионов в поровом пространстве зависят от величины поверхностного заряда, а также от структуры двойного электрического слоя.

Исследовано влияние гравитации на осаждение субмикронных аэрозольных частиц с высокой плотностью в волокнистых фильтрах из вертикального и горизонтального (относительно направления вектора силы тяжести) потоков газа при малых числах Рейнольдса, Re≪1. На основе численного решения уравнений Стокса и конвективной диффузии рассчитаны коэффициенты захвата сферических частиц конечного размера модельными фильтрами с двух- и трехмерным полем течения и реальными фильтрами в зависимости от размера и плотности частиц, скорости и направления потока и с учетом осаждения частиц на обратной стороне волокон в восходящих потоках. Результаты расчетов подтверждаются проведенными экспериментами по осаждению субмикронных сферических серебряных частиц в сетках и волокнистых фильтрах.

Исследовано осаждение в фильтре аэрозольных частиц на волокнах, покрытых высокопористыми слоями радиально ориентированных иголочек, и осаждение на гладких волокнах частиц, покрытых иголочками. Рассчитано стоксово поле течения в модельном ряду параллельных волокон и около отдельной сферической частицы с иголочками. Найдена поправка к силе Стокса на сопротивление слоя иголочек на частице. В рамках аддитивного приближения рассчитаны силы ван-дер-ваальсова взаимодействия иголочек с частицей и волокном, и определены условия, при которых иголочки препятствуют осаждению частиц на волокнах.

Методом молекулярной динамики исследована индуцированная внешним полем перестройка конформационной структуры однородно заряженных полипептидов, адсорбированных на поверхности противоположно заряженной золотой наночастицы, направление поляризации которой изменялось с частотой, соответствующей сверхвысокочастотному электрическому полю. Рассчитаны зависимости средних угловых распределений атомов и радиальных распределений плотности атомов адсорбированного на поверхности наночастицы полиэлектролита. В ходе моделирования наблюдалось формирование кольцеобразной опушки из звеньев полиэлектролита, опоясывающей золотую наночастицу в ее экваториальной области. Плотность опушки адсорбированной полиэлектролитной макромолекулы на поверхности наночастицы зависела как от величины полного заряда наночастицы, так и от доли заряженных звеньев в макромолекуле.

Исследованы химический состав, структура и электрокинетические характеристики различных стеклообразных материалов – базовых силикатных и модифицированных в процессе варки стекла оксидами железа и никеля. Проанализировано влияние химического состава материала и структуры поверхности на положение изоэлектрической точки и величины электрокинетического потенциала для монолитных частиц (двухфазных стекол и кварцоидов) и микропористых образцов, полученных путем кислотного выщелачивания, в растворе индифферентного электролита NaCl. Изучено влияние специфически сорбирующихся ионов никеля на электрокинетические характеристики силикатных и никельсодержащих стеклообразных материалов.

Осаждением аммиаком из смешанного водного раствора FeCl₂ и FeCl₃ получены частицы магнетита, а из смешанной дисперсии магнетита и бентонита – частицы композита магнетит–бентонит. Дисперсии исследованы методами рентгенографии, просвечивающей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, динамического рассеяния света и электрофореза. В присутствии магнетита на дифрактограмме бентонита базальный рефлекс при 2θ = 6.06° смещается до 7.14°, что обусловлено обменом ионов K⁺, Na⁺ и Mg2⁺ на ионы Fe3⁺. Кроме того, на дифрактограмме появляются пики, соответствующие соединениям железа, а в ИК-спектре композитных частиц – полоса поглощения при 1405 см^–1, отвечающая связи Fe–O, что может указывать на формирование малых частиц магнетита и между слоями бентонита. Наряду с указанными изменениями при переходе от исходного бентонита к композиту магнетит–бентонит обнаружено повышение ζ-потенциала частиц от –35.1 до –25.7 мВ и уменьшение их размера от 300 до 220 нм. Последний эффект объяснен ионным обменом, удалением воды из межпакетного пространства, а также вкладом более мелких частиц магнетита. Для проверки функциональных возможностей полученных композитных частиц изучена адсорбция на них лекарственного вещества – казкаина, и показано, что его максимальная адсорбция достигает 74.65 мг/г. По результатам анализа кинетики адсорбции казкаина при разной температуре определены термодинамические параметры процесса, и установлено, что его можно описать кинетическим уравнением псевдовторого порядка. Наиболее приемлемой для описания механизма адсорбции является модель Ленгмюра.

Статья посвящена исследованию синтеза бромированного наноалмаза и его реакционной способности по отношению к N-нуклеофилам (противотуберкулезному препарату изониазиду и 2,4-динитрофенилгидразину). Показано, что бромированная поверхность наноалмаза может быть легко получена из гидрированной путем обработки бромом при нагревании и освещении видимым светом. В результате работы получен конъюгат наноалмаза с изониазидом как потенциальное средство для лечения туберкулеза.

Протомицеллы – новое понятие коллоидной науки, относящееся к мицеллоподобным агрегатам ПАВ в растворах. В отличие от обычных мицелл протомицеллы не требуют критической концентрации мицеллообразования (ККМ) и образуются постепенно путем адсорбции молекул или ионов ПАВ на солюбилизационном ядре при концентрациях значительно ниже ККМ. Полностью сформировавшаяся протомицелла выглядит как обычная мицелла с солюбилизатом. Протомицеллы могут образовываться на мономерах и димерах фталоцианинов. В настоящей работе спектрофотометрически исследовалась роль протомицелл в процессе мономеризации краунзамещенного фталоцианината магния (I) при концентрациях 0.38 и 1.2 мкМ в водном растворе додецилсульфата натрия (II). Разработаны эмпирические методы нахождения нового параметра – концентрации мономеризации (концентрации II, необходимой для запуска мономеризации I), и показано, что с увеличением концентрации I концентрация мономеризации уменьшается. Еще один новый параметр – концентрация II, отвечающая практическому завершению мономеризации I, – изучен в сравнении с ККМ II, для чего впервые произведено измерение ККМ (кондуктометрическим методом) в присутствии протомицелл. Последнее, как показано, приводит к понижению ККМ. Одновременно установлено, что концентрация завершения мономеризации в исследованной системе практически совпадает с ККМ.

Моделирование методом Монте-Карло в большом каноническом ансамбле было проведено с целью изучения заполнения многокомпонентных газовых гидратов структуры I бинарными газовыми смесями CO₂/CH₄, CO₂/N₂ и N₂/CH₄ различного состава при температуре 270 K и значениях давления до 70 атм. Присутствие азота в газовой смеси позволяет увеличить как селективность гидратного каркаса по отношению к CO₂, так и количество углекислого газа, заключенного в полостях гидрата, по сравнению с гидратом CO₂/CH₄. Несмотря на то, что гидрат N₂/CH₄ демонстрирует селективность к молекулам CH₄, азот может конкурировать с метаном, если газовая смесь содержит, по крайней мере, 70% N₂.

Изучена возможность расчета ионного состава мембраны и константы ионообменного равновесия в системе ионообменная мембрана–раствор, содержащей два сорта противоионов и общий коион, на основании концентрационных зависимостей удельной электропроводности мембраны в индивидуальных и смешанных растворах. Расчет выполнен для мембран МФ-4СК и МК-40 в смешанном растворе хлоридов кальция и натрия, и показано удовлетворительное согласие полученных значений с представленными в литературе. Данный подход применен для оценки константы ионообменного равновесия после модифицирования мембран МФ-4СК и МК-40 полианилином, и показана корреляция между результатами кондуктометрических исследований и оценки потоков противоионов при электродиализе смешанных растворов.

В рамках термодинамики неравновесных процессов, на основе предложенной автором ранее ячеечной модели заряженной мембраны, вычислены электродиффузионный коэффициент и диффузионная проницаемость ионообменной мембраны, рассматриваемые как кинетические коэффициенты матрицы Онзагера. Предполагается, что мембрана состоит из упорядоченной совокупности пористых заряженных частиц сферической формы, помещенных в сферические оболочки, заполненные раствором бинарного электролита. Аналитически решены краевые задачи для определения диффузионной проницаемости и электродиффузионного коэффициента такой мембраны в случае граничного условия Кувабары на поверхности ячейки. Рассмотрение ведется в рамках малого отклонения параметров системы от их равновесных значений при наложении внешних полей. Исследованы различные частные случаи полученных точных аналитических формул, в том числе бинарного симметричного электролита и идеально селективной мембраны. Показано, что электродиффузионный коэффициент катионообменной мембраны, который определяет плотность диффузионного тока при заданном перепаде концентрации электролита или плотность потока соли при заданном перепаде электрического потенциала, с увеличением концентрации электролита может, как и удельная электропроводность, монотонно расти от нуля (с точкой перегиба графика или без нее), а может и уменьшаться, достигая максимума при невысоких концентрациях электролита. Поведение интегрального коэффициента диффузионной проницаемости (при отсутствии тока) с ростом концентрации электролита зависит от соотношения между физико-химическими и геометрическими параметрами системы и может варьироваться от монотонного роста или монотонного падения во всем диапазоне концентраций до экстремальной зависимости с достижением максимума или минимума. Такое поведение находит свое подтверждение в экспериментах.