а)                                        б)                                  в)

Рис.15. Распределение частиц магнитного материала по поверхности сорбента: а) активированный уголь (увеличение 40000), б) при использовании магнетита (увеличение 40000), б) магнитной жидкости (увеличение 20000)

Рис. 16. распределение частиц магнетита по размерам.

Из диаграммы следует, что наибольшее число частиц имеют размер 20-100 Å.

Данные электронной микроскопии говорят о том, что при синтезе магнитных сорбентов путем механического перемешивания частицы магнетита расположены вокруг сорбента неравномерно (особенно в случае с ионообменным сорбентом). Это можно объяснить тем, что заряд на поверхности частиц сорбента (особенно ионообменного (об этом говорится в литературе [26])) не одинаков в разных его областях. В образцах же приготовленных при осаждении магнетита на сорбенте можно наблюдать относительно равномерный слой магнетита вокруг сорбента. Причем мелкие частицы сорбента притягиваются друг к другу и между ними появляется как бы связующая цепь из частиц магнетита (около 20-30 частиц).

Согласно данным электронной микроскопии, в магнитных сорбентах, полученных при помощи пропитки магнитной жидкостью частицы магнитного материала равномерно распределены по поверхности сорбента (рис.16б,17). Это объясняется тем, что благодаря гетерогенному взаимодействию жидкость, содержащая в коллоидном состоянии магнитные частицы, имеет свободный доступ ко всей поверхности мельчайших частиц сорбента. Магнитная жидкость проникает в доступные поры и удерживается там, а также не вызывает укрупнения частиц за счет их слипания что наблюдается при использовании магнетита.

Рис.17.  Магнитный сорбент (активированный уголь + МЖ (водн., олеат ТЭА). Увеличение 6000.

Рис. 18. Распределение частиц феррофазы по размерам (МЖ с водной дисперсионной средой, стабилизатор – олеат ТЭА)

Рис.19. Распределение частиц феррофазы по размерам (МЖ с неводной дисперсионной средой (декан), стабилизатор – олеиновая кислота).

Как и в случае с магнетитом, наибольшее число частиц имеют размер 20-100 Å.

3.5. Удельная поверхность.

Исследования удельной поверхности при помощи методики 2.3.4. показали, что удельная поверхность активированных углей уменьшается при пропитке их магнитной жидкостью. Причем при использовании магнитной жидкости с водной дисперсионной средой поверхность углей с очень развитой поверхностью (около 2500 м2/г) уменьшается в 1,5 – 2 раза, а при использовании магнитной жидкости с неводной дисперсионной средой – в 10 раз. Концентрация магнитной жидкости в обоих случаях одинакова – 12 массовых процентов Fe. При использовании углей с меньшей удельной поверхностью (около 1000 м2/г) присутствие магнитной компоненты сказывается уже в меньшей степени (водные – уменьшается в 1,1 – 1,2 раза; неводные – в 2 раза). Однако относительно небольшая удельная поверхность некоторых гидроксоапатитов (около 30-40 м2/г) после пропитки увеличивается. Это вероятно связано с тем, что магнетит сам имеет высокоразвитую поверхность.

Таблица 3.

Данные об удельной поверхности сорбентов (по адсорбции воздуха)

            Однако, данные об удельной поверхности нескольких образцов, полученные по адсорбции азота, сильно расходятся с вышеописанными. Так, Sуд(СКТ) = 563,76м2/г, Sуд(СКТ + МЖ (водн., олеат ТЭА)) = 489,32 м2/г.

            Это расхождение можно объяснить тем, что при адсорбции воздуха большой вклад внесла адсорбция кислорода, которая методикой 2.3.4 не учитывается. В связи с этим, полученные данные о величине удельной поверхности по адсорбции воздуха оказались сомнительными.

            На рис.20 представлено распределение объема пор по значению эффективных радиусов. Площадь под кривой равна общему объему пор.

Рис. 20. Дифференциальная структурная кривая

● – активированный уголь (СКТ), ■ – активированный уголь (СКТ), пропитанный МЖ (водн., олеат ТЭА)

3.5.          Намагниченность.

Данным методом анализа исследовались образцы различных МЖ (дисперсионная среда, стабилизатор, возраст) и магнитные сорбенты.

Из данных о намагниченности насыщения была установлена линейная зависимость намагниченности насыщения от концентрации магнитного материала, т.е. чем больше массовая доля магнитного компонента в образце, тем выше намагниченность насыщения. Намагниченность насыщения сорбентов, полученных пропиткой сорбента магнитной жидкостью, оказалась выше, чем сорбентов, полученных механическим смешением с магнетитом. Увеличение концентрации магнитного материала (а, следовательно, и намагниченности насыщения) при прочих одинаковых условиях у пропитанных жидкостью образцов по сравнению с полученными механическим смешением с магнетитом можно объяснить тем, что за счет капиллярных сил жидкость, несущая магнитный материал, увлекается в объем сорбента.

            Анализируя рис.21 можно подтвердить данные количественного анализа о том, что присутствие сорбента несколько замедляет переход Fe3O4 в γ-Fe2O3, обладающий меньшими магнитными свойствами.

Таблица 4.

             Небольшое значение намагниченности насыщения у 5го образца (рис.22) обусловливается тем, что при прокаливании магнитный γ-Fe2O3 переходит в немагнитный α-Fe2O3. Реализацию этого перехода подтверждает так же рентгенофазовый анализ. На кривой этого же образца можно наблюдать слабо выраженную петлю гистерезиса, что говорит о неоднородности материала.

Рис.22. Кривая намагниченности насыщения образца №5.

Кривая намагниченности насыщения 6го образца отличается от остальных резкостью (рис.23). Этот факт говорит о мономерности частиц.

Рис.23. Кривая намагниченности насыщения образца №6.

3.7.          Дериватографическое исследование.

Дериватографическому исследованию подвергались активированный уголь, активированный уголь смешанный с магнетитом и активированный уголь пропитанный магнитной жидкостью (водн., олеат ТЭА).

Термическое разложение образцов начинается при температуре около 100ºС и заканчивается  при температуре 600ºС. Основная потеря массы образцов происходит в интервале 300-500ºС, где наблюдается сильный экзоэффект с максимумом вблизи 400ºС. Данный экзоэффект может соответствовать возгоранию угля. Кроме того, в этом же интервале температур расположен и экзоэффект, соответствующий разложению олеиновой кислоты (325-330ºС), и процессу перехода γ-Fe2O3 в α-Fe2O3 (460-510ºС).  В связи с этим мы не наблюдаем на рисунках 24-26 острого пика, а видим лишь результат наложения нескольких пиков. Кроме этого экзоэффекта мы наблюдаем еще один слабый эндоэффект около 120-150ºС на рисунках 25 и 26. Этот эффект, сопровождающийся небольшой потерей массы может быть связан с потерей сорбированной воды.

4.    Выводы.

ü           Предложен новый метод получения магнитных сорбентов, основанный на использовании полученных в ходе выполнения настоящей работы магнитных жидкостей (с магнитными оксидами железа в качестве дисперсионной фазы). Применение магнитных жидкостей позволяет варьировать свойства данных сорбентов в широких пределах.

ü           Методом электронно-микроскопического исследования показано, что разработанный способ получения магнитных сорбентов обеспечивает равномерное распределение частиц магнитного материала по поверхности сорбента, что свидетельствует о преимуществе предложенного способа перед используемыми ранее.

ü           Изучение изотерм адсорбции позволяет сделать предположение о капиллярном механизме взаимодействия сорбента и магнитной жидкости.

ü           Измерения удельной поверхности по адсорбции азота показали, что при пропитке сорбента магнитной жидкостью он приобретает ценные магнитные свойства без существенного изменения удельной поверхности.

Литература.

1. Павел Иванов, Радий Махлин, Николай Мошечков, Костный мозг очищают сепараторы // #"#">#"#">#"#">#"#">Подойницын Сергей Николаевич Разработка метода детоксикации организма путём гемосорбции с использованием магнитных сорбентов // #"#">#"#CCFFFF">

   400º