Хімія, фізика та технологія поверхні, 2018, 9 (2), 176-189.

Синтез та властивості магніточутливих наноструктур із карбонізованою поверхнею



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.02.176

P. P. Gorbyk, N. V. Kusyak, A. L. Petranovskaya, E. I. Oranskaya, N. V. Abramov, N. M. Opanashchuk

Анотація


Метою роботи є синтез нових магніточутливих наноструктур з карбонізованою поверхнею на основі однодоменного магнетиту та дослідження їх властивостей.

Методи дослідження – спектрофотометрія, рентгенофазовий аналіз, ІЧ-Фурʼє спектроскопія, метод теплової десорбції азоту, адсорбція метиленового синього, вібраційна магнітометрія.

Результати. Розроблено методику карбонізації поверхні наночастинок магнетиту та нанокомпозиту магнетит/SiO2. Встановлено оптимальні технологічні параметри карбонізації та органічну речовину для імпрегнування – полігель CS (карбомер 934). Досліджено процеси адсорбції метиленового синього на поверхнях наноструктур, встановлено залежність адсорбційної ємності від вмісту вуглецю на поверхні нанокомпозитів. Методом рентгеноструктурного аналізу засвідчено, що в процесі карбонізації зберігається фаза магнетиту та в процесі відпалу виникає незначна кількість фази γ-Fe2O3,наявність якої істотно не впливає на магнітні властивості зразків. Досліджено процеси адсорбції метиленового синього, показано, що адсорбційна ємність поверхні НК зростає зі збільшенням кількості вуглецю в покритті та залежить від хімічної природи органічної речовини, яку використовували для імпрегнації. Найвищі показники адсорбційної ємності А = 24.9 мг/г досягнуто на НК Fe3O4/С при використанні для імпрегнації карбомера 934. Встановлено, що за певних умов поверхня карбонізованих НК Fe3O4/SiO2/С може містити вуглецеві та кремнеземні «острівці». Така будова поверхні може бути актуальною з точки зору гідрофільно-гідрофобного балансу та розширення можливостей її функціоналізації. Екпериментально виміряні коерцитивна сила, питома намагніченість насичення, залишкова питома намагніченість та відносна залишкова намагніченість синтезованих ансамблів НЧ Fe3O4 та НК Fe3O4/С, Fe3O4ол.к-та, Fe3O4СS, Fe3O4/SiO2СS. Результати роботи можуть бути використані при створенні нових магнітокерованих засобів адресної доставки лікарських препаратів та сорбційних матеріалів різного функціонального призначення.


Ключові слова


карбонізація; вуглецеві покриття; поверхня; магнетит; магніточутливі нанокомпозити; адсорбція

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Peredery M.A, Noskova Yu.A., Karasyova M.S, Konovalov P.N. New carbon sorbents for priority areas of application. Solid Fuel Chemistry. 2009. 6: 36. [in Russian].

2. Nikolaev V.G, Mikhalovsky S.V, Gurina N.M. Modern enterosorbents and mechanisms of their action. Efferent therapy. 2005. 11(4): 3. [in Russian].

3. Yang K., Zhu L., Xing B. Adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons by carbon nanomaterials. Environ. Sci. Technol. 2006. 40(6): 1855. https://doi.org/10.1021/es052208w

4. Belyaeva O.A., Semenov V.G. Application of enterosorption in complex therapy of liver diseases. Pharmacy. 2003. 30: 7. [in Russian].

5. Tarasevich Yu.I. Carbon-mineral sorbents: their production, properties and application in water treatment. Water Chemistry and Technology. 1989. 11(9): 789. [in Russian].

6. Yan-Hui Li, Shuguang Wang, Zhaokun Luan, Jun Ding, Cailu Xu, Dehai Wu. Adsorption of cadmium(II) from aqueous solution by surface oxidized carbon nanotubes. Carbon. 2003. 41(5): 1057. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(02)00440-2

7. Gunko V.M., Zarko V.I., Turov B.V., Goncharuk E.V. Regularities of the behavior of nanomaterials in different media, caused by the structure of the surface and the morphology of particles. In: Physicochemistry of nanomaterials and supramolecular structures. V. 1. (Kiyv: Naukova Dumka, 2007) 157. [in Russian].

8. Gogots E.G., Tishchenko N.V., Gogotsi A.G, Protsenko L.S., Buddhine O.N. Comparison of adsorptive properties of carbon materials depending on method of their synthesis. Material Science of Nanostructures. 2015. 2–4: 92. [in Russian].

9. Gorbyk P.P, Turov V.V. Nanomaterials and nanocomposites in medicine, biology, ecology. (Kyiv: Naukova Dumka, 2011). [in Russian].

10. Mischenko V.M., Cartel M.T., Lutsenko V.A., Nikolaichuk A.D., Kusyak N.V., Korduban O.M., Gorbyk P.P. Magnetosensitive adsorbents based on activated carbon: synthesis and properties. Surface. 2010. 2(17): 276. [in Ukrainian].

11. Turanska S.P., Kaminsky A.N., Kusjak N.V., Turov V.V., Gorbyk P.P. Synthesis, properties and application of magnetodirected adsorbents. Surface. 2012. 4(19): 266. [in Russian].

12. Mischenko V.M., Gorbyk P.P., Mahno S.M., Mazurkevich R.V., Abramov M.V. Synthesis and magnetic properties of composites type of carbon nanotube/magnetite and activated carbon/magnetite. Surface. 2015. 7(22): 227. [in Ukrainian].

13. Abramov M.V., Gorbyk P.P., Bohatyryov V.M. Magnetic properties of carbon-nickel nanocomposites. Surface. 2016. 8(23): 223. [in Ukrainian].

14. Gorbyk P.P. Nanocomposites with functions of biomedical nanorobots: synthesis, properties, application. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2013. 11(2): 323. [in Russian].

15. Semko L.S, Gorbyk P.P., Storozhuk L.P., Dzyubenko L.S., Dubrovin I.V., Oranska O.I. The modifiding of magnetite by silica. Physics and Chemistry of Solid State. 2007. 8(3): 526. [in Ukrainian].

16. Semko L.S., Gorbyk P.P., Dubrovin I.V., Abramov N.V., Sirenko O.G., Usov D.G., Oranska O.I. Reception and study of laminate nanocomposites magnetite/silicon dioxide. Ukrainian Chemical Journal. 2009. 75(1): 37. [in Ukrainian].

17. Abramov M.V., Kusyak A.P., Kaminskiy O.M., Turanska S.P., Petranovska A.L., Kusyak N.V., Gorbyk P.P. Magnetosensitive Nanocomposites Based on Cisplatin and Doxorubicin for Application in Oncology. Horizons in World Physics. 2017. 293: 1.

18. European Pharmacopoeia. 2001. Carbomers: 306.

19. Borisenko N.V., Bogatyrev V.M., Dubrovin I.V., Abramov N.V., Gaeva M.V., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of magnetosensitive nanocomposites based on iron oxide and silicon. In: Physicochemistry of nanomaterials and supramolecular structures. V. 1. (Kiyv: Naukova Dumka, 2007) 394. [in Russian].

20. Petranovska A.L., Abramov N.V., Turanska S.P., Gorbyk P.P., Kaminskiy A.N., Kusyak N.V. Adsorption of cis-dichlorodiammineplatinum by nanostructures based on single-domain magnetite. J. Nanostruct. Chem. 2015. 5(3): 275. https://doi.org/10.1007/s40097-015-0159-9

21. Interstate Standard (GOST 4453-74). Active adsorpting powder charcoal. Specifications. http://docs.cntd.ru/document/gost-4453-74.

22. Keltsev N.V. Fundamentals of adsorption technology. (Moscow: Chemistry, 1984). [in Russian].

23. Parfitt G.D., Rochester C.H. Adsorption from solution at the solid/liquid interface. (London, New York: Academic Press, 1983).

24. Abramov N.V., Turanska S.P., Kusyak A.P., Petranovska A.L., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of magnetite/hydroxyapatite/doxorubicin nanocomposites and magnetic liquids based on them. J. Nanostruct. Chem. 2016. 6(3): 223. https://doi.org/10.1007/s40097-016-0196-z




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.02.176

Copyright (©) 2018 P. P. Gorbyk, N. V. Kusyak, A. L. Petranovskaya, E. I. Oranskaya, N. V. Abramov, N. M. Opanashchuk