Грядских Д.А. Синтез композиционных аффинных сорбентов с магнитными свойствами и их технологическое использование при изготовлении чумных иммунобиологических препаратов
Подождите немного. Документ загружается.
сорбента, наблюдается некоторое снижение величины удельной поверхности
сорбентов и увеличение объема пор.
В таблице 4 представлены структурные характеристики
хитозанкремнеземных магносорбентов, полученных методом формирования
пористой структуры кремнеземной матрицы в присутствии полимера
хитозана и оксалата железа.
Таблица 4. Характеристики магносорбентов в зависимости от
количества оксалата железа, используемого в синтезе
Массовое соотношение
компонентов синтеза Наименование
образца
SiO
2
Хитозан
Оксалат
железа
Время
гелеобра-
зования,
ч
Удельная
поверх-
ность, м
2
/г
Объем
пор,
см
3
/г
Диаметр
пор,нм
МХКС
3
5 1,5 3 4 70 1,63 37
МХКС
2,5
5 1,5 2,5 4 73 1,55 34
МХКС
2
5 1,5 2 4 78 1,35 30
При сравнительном анализе данных таблиц 3 и 4 следует отметить, что
с использованием в качестве компонента для синтеза сорбентов оксалата
железа получаемые магносорбенты имеют несколько меньшую удельную
поверхностью и большее значение объема пор. Это объясняется, по-
видимому, разрыхляющим и активирующим влиянием газообразных
продуктов, выделяющихся при разложении оксалата железа, с образованием
FeO, далее Fe
2
O
3
и магнетита.
В последующем проведены исследования по количественной оценке
магнитных свойств разработанных композиционных магносорбентов. При
этом использовали вибрационный метод. Для определения магнитных
свойств сорбент закреплялся на конце тонкого стержня из немагнитного
материала, который с помощью цангового зажима соединялся с
вибрационной системой, приводящей образец в колебательное движение.
Образец магносорбента располагался между
четырьмя измерительными
катушками, которые неподвижно закреплялись на полюсах электромагнита.
Магнитный момент сорбента определяли по магнитному моменту эталона–
пластинки из никеля.
Расчет удельной намагниченности проводили по следующей формуле:
Е
обр.
х m
эт.
М
уд.
=
Е
эт.
х m
обр.
(3)
где Е
эт.
,
m
эт.
- ЭДС и масса эталона;
Е
обр.
, m
обр.
– ЭДС и масса сорбента
Результаты проведенных исследований представлены в таблице 5.
Таблица 5. Магнитные свойства хитозанкремнеземных магносорбентов
Массовое соотношение
компонентов синтеза
Наименование
образца
SiO
2
Хитозан Fe
3
O
4
Удельная
поверх-
ность, м
2
/г
Удельная намагниченность
насыщения, МН, А х м
2
/кг
МХКС
2,5
5 1,5 2,5 68 17,4
МХКС
1,5
5 1,5 1,5 74 10,2
МХКС
0,5
5 1,5 0,5 82 4,3
Результаты исследований, представленные в таблице 5,
свидетельствуют, что величина удельной намагниченности насыщения
возрастает с увеличением содержания магнетита в составе композиционных
хитозанкремнеземных сорбентов.
На сканирующем электронном микроскопе IMZ–Т3000 проведены
исследования микроструктуры полученных композиционных
магносорбентов по сравнению с известными кремнеземными материалами,
такими как макропористое стекло МПС 200 ВГХ, силохром С–120 и
гидротермальный силохром по
методике, представленной в разделе
«Материалы и методы». При этом сорбент помещали в специальный
держатель из латуни, покрытый слоем графита. Затем образец вводили в
вакуумный пост прибора и на поверхность наносили слой никеля толщиной
80–100А
0
. На рисунке 2 представлены фотографии микроструктур
композиционного хитозанкремнеземного сорбента в сравнении с силохромом
С–120. Для силохрома С–120 характерна однородная глобулярная структура
с размером сросшихся корпускулярных частиц оксида кремния около 20 нм.
В отличие от силохрома, топография поверхности макропористого стекла
представлена губчатой структурой (рисунок 3). Измененную глобулярную
структуру имеет композиционный хитозанкремнеземный сорбент.
Особенностью его структуры является сочетание обширных участков
аморфных
образований с губчатой структурой.
1
2
Рисунок 2. Электронная микроскопия
1- композиционный хитозанкремнеземный магносорбент (МХКС
1,5
)
2- силохром С-120 Увеличение х10000
1
2
Рисунок 3. Электронная микроскопия
1. - макропористое стекло МПС 2000 ВГХ
2. - гидротермальный силохром С–120 Увеличение х10000
На приборе AQY–50 “Shimadzu” выполнены исследования по спектрам
диффузного отражения композиционных хитозанкремнеземных
магносорбентов в сравнении с аэросилом А–380 и аэросилогелем на основе
данного аэросила (рисунок 4,5). Установлено, что близкие спектры
диффузного отражения в диапазоне 550–700 нм имеют магнетит и
композиционный сорбент, содержащий 50% магнетита. С уменьшением
содержания магнетита в составе магносорбента наблюдается закономерное
уменьшение поглощения в
спектральной области 350–660 нм. По сравнению
с аэросилом и с аэрогелем увеличение количества хитозана и магнетита в
составе композиционных сорбентов приводит к разному увеличению
поглощения.
Полученные данные по спектрам диффузного отражения могут быть
использованы для оптимизации условий синтеза композиционных сорбентов,
а также их идентификации, количественного определения содержания
полимера хитозана в сорбционном
материале.
Разработана технология получения элементсодержащих кремнеземных
сорбентов на основе аэросила А–380 методом деструкционно-
эпитаксиального осаждения (ДЭО), ранее используемого для
модифицирования силикагеля такими химическими элементами, как медь,
цинк, кобальт, магний, марганец (В.Б. Алесковский, 2001).
Для синтеза элементсодержащих кремнеземных сорбентов к 4 г
аэросила А–380 добавляли 100 мл 0,15 М растворов соответствующих для
каждого отдельного синтеза
солей CuSO
4
, MgSO
4
, CoSO
4
, MnSO
4
, FeCl
2
в
0,25М растворе водного аммиака. Суспензию выдерживали в течение 24
часов при 230
о
С. Далее сорбент отмывали дистиллированной водой до
нейтральной реакции в промывных водах, высушивали при температуре 95-
110
о
С в течение 2 часов. Затем сорбент измельчали и методом рассева
выделяли фракцию с размером частиц 80–120 мкм.
Рисунок 4. Спектры диффузного отражения сорбентов
1. - аэросил А–380
2. - аэросилогель на основе аэросила А–380
3. - хитозан
4. - хитозанкремнеземный сорбент (ХКС
1,5
)
5. - хитозанкремнеземный сорбент (ХКС
0,75
)
6. - хитозанкремнеземный сорбент (ХКС
0,39
)
Количественный химический анализ полученных сорбентов
подтвердил образование поликремневых солей химических элементов, таких
как медь, магний, марганец, кобальт, и процесс образования
модифицированных кремнеземов согласуется с механизмом, предложенным
в работе В.Б. Алесковского (2001).
Рисунок 5. Спектры диффузного отражения сорбентов
1. - магнетит Fe
3
O
4
2. - магнитоуправляемый хитозанкремнеземный сорбент (МХКС
2,5
)
3. - магнитоуправляемый хитозанкремнеземный сорбент (МХКС
1,25
)
4. - магнитоуправляемый хитозанкремнеземный сорбент (МХКС
0,5
)
5. - магнитоуправляемый хитозанкремнеземный сорбент (МХКС0,
25
)
Так, при контакте кремнезема с аммиачным раствором сульфата меди
происходит ионный обмен: протоны гидроксильных групп кремнезема
замещаются комплексными ионами в соответствии с уравнением химической
реакции:
[SiO
2
]
x
HOH+[Cu(NH
3
)
4
]
2+
[SiO
2
]
x
O[Cu(NH
3
)
4
] +2H
+
(4)
Далее происходит гидролиз сорбированного аммиаката меди:
[SiO
2
]
x
O • [Cu(NH
3
)
4
] + 4H
2
O [SiO
2
]
x
O • Cu +4NH
4
OH (5)
В аммиачном растворе растворимость кремнезема увеличивается и при
этом накапливается растворенная кремниевая кислота. В растворе,
содержащем ионы меди и кремниевую кислоту, образуется силикат меди.
Cu
2+
+ H
2
SiO
3
CuSiO
3
+ 2H
+
(6)
Как известно, силикат меди - трудно растворимое соединение и в
процессе превращений на поверхности кремнезема начинается его
осаждение, что в целом заключает процесс деструкционно-эпитаксиального
осаждения. При высушивании сорбента с использованием в качестве основы
для синтеза непористого аэросила А–380 протекает сложный процесс
образования аморфно-корпускулярной структуры за счет конденсационных
процессов с
участием гидроксильных групп кремнезема.
В таблице 6 представлены структурные характеристики и содержание
некоторых химических элементов в составе сорбционных материалов.
Таблица 6. Характеристика сорбентов
Содержание химических элементов,
мг-ион/г SiO
2
Сорбенты
Удельная
поверхность,
м
2
/г
Суммарный
объем пор,
см
3
/г
Cu Mg Ca Co Mn Fe
Аэросилогель–Со
170 1,35 - - - 1,15 - -
Аэросилогель–Cu
164 1,40 1,2 - - - - -
Аэросилогель–Mg
175 1,30 - 1,13 - - - -
Аэросилогель–Ca
150 1,50 - - 1,1 - - -
Аэросилогель–Mn
160 1,42 - - - - 1,1 -
Аэросилогель–Fe
153 1,40 1,1
Данные таблицы 6 свидетельствуют о том, что хотя синтез
элементсодержащих кремнеземных сорбентов протекает в присутствии
разных по химическому составу веществ, однако при этом проявляется
общая закономерность в формировании пористой структуры.
Спектры диффузного отражения элементсодержащих образцов
кремнеземов, выполненные на спектрофотометре AQV–50 “Shimadzu” с
интегрирующей сферой относительно непоглощающего стандарта MgO,
представлены на (рисунок 6).
Наиболее активное влияние
химического модифицирования
кремнеземного сорбента проявилось в спектральной области 250–400 нм.
Спектр диффузного отражения кремнеземов, имеющих в составе кальций и
магний, близки к спектру аэросила А–380. Хромофорные металлы,
содержащиеся в элементсодержащих кремнеземах, приводят к резкому
увеличению поглощения в спектральной области 250–400 нм, причем
кобальт и марганец дают широкую полосу поглощения, а медь способствует
сдвигу
полосы поглощения в коротковолновую область. Полученные
результаты по спектрам диффузного отражения, на наш взгляд, можно
использовать для оптимизации условий синтеза элементсодержащих
сорбентов, их идентификации.
Таким образом, нами разработан синтез элементсодержащих
сорбентов с магнитным компонентом–магнетитом. Технология
получения магносорбентов соответствует приведенной ранее, с тем лишь
отличием, что на начальном этапе включают введение магнетита в
количестве от 0,5 до 2,5 г.
Рисунок 6. Спектры диффузного отражения сорбентов
1. - аэросилогель Са; 2.- аэросилогель Mg; 3. - аэросилогель
Cu;
4. - аэросилогель Co; 5. - аэросилогель Mn; 6. - аэросилогель A–380
Проведены исследования кислотных свойств поверхности
композиционных сорбентов, полученных методом формирования пористой
структуры кремнеземной матрицы в присутствии полимера хитозана, а также
элементсодержащих сорбентов, синтезированных методом деструкционно-
эпитаксиального осаждения.