1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Коллоидный журнал
  4. T. 85, № 4, 2023

Коллоидный журнал, 2023, T. 85, № 4, стр. 410-423

Влияние содержания магнетита и специфичности ионов никеля(II) на электрокинетические свойства композитов на основе пористых кремнеземных частиц

А. В. Волкова 1, *, Е. С. Лопатина 1, Е. В. Соловьева 1, Л. Э. Ермакова 1

1 Санкт-Петербургский государственный университет
199034 Санкт-Петербург, Университетская наб. 7-9, Россия

* E-mail: anna.volkova@spbu.ru

Поступила в редакцию 02.05.2023
После доработки 27.05.2023
Принята к публикации 30.05.2023

Аннотация

Получены порошки магнетита и его композитов на основе частиц макропористого высококремнеземного стекла с различным содержанием Fe3O4. Методами РФА, РФЭС и спектроскопии КРС подтверждено образование фазы магнетита во всех железосодержащих образцах. Методами СЭМ и ЭДС исследована морфология и элементный состав поверхности композитных пористых частиц. Установлено, что наблюдается различная степень модифицирования внешней поверхности пористых кремнеземных частиц. Показано, что в растворах индифферентного электролита положение изоэлектрической точки (ИЭТ) и значения дзета-потенциала композитов совпадают. Для композитных частиц наблюдаются две изоэлектрические точки на зависимостях дзета-потенциала от рН растворов хлорида никеля. В разбавленных растворах, содержащих специфически сорбирующийся ион никеля, и значениях рН меньше рНИЭТ-2 на электрокинетические свойства композитных частиц в первую очередь оказывает влияние содержание фазы магнетита в композитном порошке, а при достаточно высоких концентрациях ионов Ni2+ их специфичность по отношению к оксидным поверхностям.

Список литературы

  1. Feijoo S., González-Rodríguez J., Fernández L. et al. Fenton and photo-Fenton nanocatalysts revisited from the perspective of life cycle assessment // Catalysts. 2020. V. 10. № 1. P. 23. https://doi.org/10.3390/catal10010023

  2. Shariatinia Z., Esmaeilzadeh A. Hybrid silica aerogel nanocomposite adsorbents designed for Cd(II) removal from aqueous solution // Water Environment Research. 2019. V. 91. № 12. P. 1624–1637. https://doi.org/10.1002/wer.1162

  3. Kondrashova N.B., Shamsutdinov A.S., Batueva T.D. et al. Preparation and properties of iron oxide doped mesoporous silica systems // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2020. V. 30. P. 2081–2088. https://doi.org/10.1007/s10904-019-01370-2

  4. Viter R., Geveluk S., Smyntyna V., Doycho I. Optical properties of nanoporous glass filled with TiO2 nanostructures // Optica Applicata. 2012. V. XLII. № 2. P. 307–313. https://doi.org/10.5277/oa120208

  5. Zapotoczny B., Dudek M.R., Guskos N. et al. FMR study of the porous silicate glasses with Fe3O4 magnetic nanoparticles fillers // Journal of Nanomaterials. 2012. V. 2012. P. 341073. https://doi.org/10.1155/2012/341073

  6. Burak Ertuş E., Vakifahmetoglu C., Öztürk A. Enhanced methylene blue removal efficiency of TiO2 embedded porous glass // Journal of the European Ceramic Society. 2021. V. 41. № 2. P. 1530–1536. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.09.047

  7. Мазурин О.В., Роскова Г.П., Аверьянов В.И., Антропова Т.В. Двухфазные стекла: структура, свойства, применение. Ленинград: Наука, 1991. 276 с.

  8. Enke D., Janowski F., Schwieger W. Porous glasses in the 21st century—a short review // Microporous and Mesoporous Materials. 2003. V. 60. № 1–3. P. 19–30. https://doi.org/10.1016/S1387-1811(03)00329-9

  9. Inayat A., Reinhardt B., Herwig J. et al. Recent advances in the synthesis of hierarchically porous silica materials on the basis of porous glasses // New Journal of Chemistry. 2016. V. 40. № 5. P. 4095–4114. https://doi.org/10.1039/C5NJ03591K

  10. Konate A., He X., Zhang Z. et al. Magnetic (Fe3O4) nanoparticles reduce heavy metals uptake and mitigate their toxicity in wheat seedling // Sustainability. 2017. V. 9. № 5. P. 790. https://doi.org/10.3390/su9050790

  11. Makarchuk O.V., Dontsova T.A., Astrelin I.M. Magnetic nanocomposites as efficient sorption materials for removing dyes from aqueous solutions // Nanoscale Research Letters. 2016. V. 11. P. 161. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1364-2

  12. Nidheesh P.V. Heterogeneous Fenton catalysts for the abatement of organic pollutants from aqueous solution: A review // RSC Advances. 2015. V. 5. № 51. P. 40552–40577. https://doi.org/10.1039/C5RA02023A

  13. Rehman A., Daud A., Warsi M.F. et al. Nanostructured maghemite and magnetite and their nanocomposites with graphene oxide for photocatalytic degradation of methylene blue // Materials Chemistry and Physics. 2020. V. 256. P. 123752. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123752

  14. Arsalani S., Guidelli E.J., Silveira M.A. et al. Magnetic Fe3O4 nanoparticles coated by natural rubber latex as MRI contrast agent // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019. V. 475. P. 458–464. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.11.132

  15. Толмачева В.В, Апяри В.В., Кочук Е.В., Дмитриенко С.Г. Магнитные сорбенты на основе наночастиц оксидов железа для выделения и концентрирования органических соединений // Журнал аналитической химии. 2016. Т. 71. № 4. С. 339–356. https://doi.org/10.1134/S1061934816040079

  16. Першина А.Г., Сазонов А.Э., Мильто И.В. Использование магнитных наночастиц в биомедицине // Бюллетень сибирской медицины. 2008. № 2. С. 70–78.

  17. Zhao D.L., Zhang H.L., Zeng X.W. et al. Inductive heat property of Fe3O4/polymer composite nanoparticles in an ac magnetic field for localized hyperthermia // Biomed. Materials. 2006. V. 1 № 4. P. 198–201. https://doi.org/10.1088/1748-6041/1/4/004

  18. Yiu H.H.P., Keane M.A., Lethbridge Z.A.D. et al. Synthesis of novel magnetic iron metal-silica (Fe-SBA-15) and magnetite-silica (Fe3O4-SBA-15) nanocomposites with a high iron content using temperature-programed reduction // Nanotechnology. 2008. V. 19. № 25. P. 255606. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/25/255606

  19. Juang R.-S., Chien C.-C., Yao C.-L. et al. Preparation of magnetically recoverable mesoporous silica nanocomposites for effective adsorption of urea in simulated serum // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2018. V. 91. P. 22–31. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2018.05.022

  20. Kim J.H., Cha B.J., Kim Y.D., Seo H.O. Kinetics and thermodynamics of methylene blue adsorption on the Fe-oxide nanoparticles embedded in the mesoporous SiO2 // Advanced Powder Technology. 2020. V. 31. № 2. P. 816–826. https://doi.org/10.1016/j.apt.2019.11.036

  21. Hong Y., Cha B.J., Kim Y.D., Seo H.O. Mesoporous SiO2 particles combined with Fe oxide nanoparticles as a regenerative methylene blue adsorbent // ACS Omega. 2019. V. 4. № 6. P. 9745−9755. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00726

  22. Mazilu I., Ciotonea C., Chirieac A. et al. Synthesis of highly dispersed iron species within mesoporous (Al‑)SBA-15 silica as efficient heterogeneous Fenton-type catalysts // Microporous Mesoporous Mater. 2017. V. 241. P. 326–337. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2016.12.024

  23. Tao C., Zhu Y. Magnetic mesoporous silica nanoparticles for potential delivery of chemotherapeutic drugs and hyperthermia // Dalton Transactions. 2014. V. 43. № 41. P. 15482–15490. https://doi.org/10.1039/c4dt01984a

  24. El-Boubbou K., Ali R., Al-Zahrani H. et al. Preparation of iron oxide mesoporous magnetic microparticles as novel multidrug carriers for synergistic anticancer therapy and deep tumor penetration // Scientific Reports. 2019. V. 9. P. 9481. https://doi.org/10.1038/s41598-019-46007-z

  25. Huang H., Ji Y., Qiao Z. et al. Preparation, characterization, and application of magnetic Fe-SBA-15 mesoporous silica molecular sieves // J. Autom. Methods Manage. Chem. 2010. V. 2010. P. 323509. https://doi.org/10.1155/2010/323509

  26. Стовпяга Е.Ю., Еуров Д.А., Курдюков Д.А. и др. Синтез кластеров оксидов железа в мезопорах монодисперсных сферических частиц кремнезема // Физика твердого тела. 2017. Т. 59. № 8. С. 1598–1603.

  27. Surowieca Z., Wiertel M., Budzynski M. et al. Magnetite nanowires in MCM-41 type mesoporous silica templates // Journal of Non-Crystalline Solids. 2008. V. 354. № 35−39. P. 4271–4274. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2008.06.032

  28. Napolsky K., Eliseev A., Knotko A. Preparation of ordered magnetic iron nanowires in the mesoporous silica matrix // Materials Science and Engineering: C. 2003. V. 23. № 1−2. P. 151–154. https://doi.org/10.1016/S0928-4931(02)00252-7

  29. Cuello N.I., Oliva M.I., Rodriguez Torres C.E. et al. Study on magnetite nanoparticles embedded in mesoporous silica obtained by a straightforward and biocompatible method // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2020. V. 145. P. 109535. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2020.109535

  30. Карсакова Ю.В., Тихомирова Т.И. Магнитные сорбенты на основе химически модифицированных кремнеземов: получение и свойства // Сорбционные и хроматографические процессы. 2018. Т. 18. № 6. С. 846–852. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2018.18/612

  31. Munasir N., Setyaningsih S., Yanasin et al. Phase and magnetic properties of Fe3O4/SiO2 natural materials-based using polyethylene glycol media // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 515. № 1. P. 012017. https://doi.org/10.1088/1757-899X/515/1/012017

  32. Богачев Ю.В., Гареев К.Г., Матюшкин Л.Б. и др. Исследование суспензии наночастиц магнетита методами фотометрии и ЯМР-релаксометрии // Физика твердого тела. 2013. Т. 55. № 12. С. 2313–2317.

  33. Elmi Ch., Brigatti M.F., Guggenheim S. et al. Crystal chemistry and surface configurations of two polylithionite-1M crystals // American Mineralogist. 2014. V. 99. № 10. P. 2049–2059. https://doi.org/10.2138/am-2014-4908

  34. Zhu Y., Yue M., Natarajan V. et al. Efficient activation of persulfate by Fe3O4@β-cyclodextrin nanocomposite for removal of bisphenol A // RSC Advances. 2018. V. 8. № 27. P. 14879–14887. https://doi.org/10.1039/C8RA01696H

  35. Chi Y., Yuan Q., Li Y. et al. Synthesis of Fe3O4@SiO2-Ag magnetic nanocomposite based on small-sized and highly dispersed silver nanoparticles for catalytic reduction of 4-nitrophenol // Journal of Colloid and Interface Science. 2012. V. 383. № 1. P. 96–102. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.06.027

  36. Choi Y., Kim T., Lee H. et al. Bottom-up plasma-enhanced atomic layer deposition of SiO2 by utilizing growth inhibition using NH3 plasma pre-treatment for seamless gap-fill process // Scientific Reports. 2022. V. 12. P. 15756. https://doi.org/10.1038/s41598-022-20201-y

  37. Shebanova O.N., Lazor P. Raman spectroscopic study of magnetite (FeFe2O4): A new assignment for the vibrational spectrum // Journal of Solid State Chemistry. 2003. V. 174. № 2. P. 424–430. https://doi.org/10.1016/S0022-4596(03)00294-9

  38. Slavov L., Abrashev M.V., Merodiisk T. et al. Raman spectroscopy investigation of magnetite nanoparticles in ferrofluids // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010. V. 322. № 14. P. 1904–1911. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.01.005

  39. Testa-Anta M., Ramos-Docampo M.A., Comesana-Hermo M.A. et al. Raman spectroscopy to unravel the magnetic properties of iron oxide nanocrystals for biorelated applications // Nanoscale Advances. 2019. V. 1. № 6. P. 2086–2103. https://doi.org/10.1039/C9NA00064J

  40. Ермакова Л.Э., Кузнецова А.С., Антропова Т.В., Волкова А.В. Структурные и электрокинетические характеристики высококремнеземных пористых стекол в растворах хлорида никеля // Коллоидный журнал. 2021 Т. 83. № 4. С. 394–403. https://doi.org/10.31857/S0023291221030046

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Коллоидный журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал