ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Мета роботи – вивчити вплив добавок катіонної поверхнево-активної речовини – бензетоній хлориду, та рН вихідних розчинів, на основі яких готували суспензії, на електроповерхневі властивості діоксиду титану рутильної модифікації в його водних суспензіях, та виявити зміни у співвідношенні між позитивно та негативно зарядженими поверхневими гідроксильними групами внаслідок адсорбції молекул поверхнево-активної речовини.

У дослідженнях використано порошок діоксиду титану рутильної модифікації, поверхня якого модифікована неорганічними оксидами (4 % Al₂O₃ і 2 % SiO₂), а також прищепленими вуглеводневими сполуками з метою формування необхідних властивостей та регулювання гідрофобно-гідрофільного балансу, із середнім діаметром частинок 0.23±0.03 мкм та питомою поверхнею 14.6 м²/г. Бензетоній хлорид – промислова поверхнево-активна речовина, яку широко використовують для регулювання колоїдно-хімічних властивостей багатьох дисперсних систем. За результатами проведених досліджень адсорбції бензетоній хлориду на діоксиді титану виявлено, що добавки бензетоній хлориду до водних суспензій діоксиду титану суттєво впливають на його електроповерхневі властивості. Використовуючи 2–рК модель подвійного електричного шару та багатоступінчасту модель адсорбції поверхнево-активних речовин на твердій поверхні встановлено, що адсорбція молекул бензетоній хлориду зумовлює зменшення кількості поверхневих нейтральних гідроксильних груп та перерозподіл поверхневих позитивно та негативно заряджених гідроксильних груп. Характер перерозподілу цих груп залежить від рН вихідних водних розчинів, на основі яких приготовлені суспензії діоксиду титану. За характером впливу адсорбції молекул бензетонію на електроповерхневі властивості діоксиду титану в його водних суспензіях можна виділити три ділянки на їхній залежності від рН вихідних розчинів: перша у межах від рН ≈ 2 до рН ≈ 5, друга у межах від рН ≈ 5 до рН ≈ 9 і третя у межах від рН ≈ 9 до рН ≈ 12. Аналіз залежності адсорбції молекул бензетоній хлориду від рН вихідних розчинів показує, що на першій ділянці адсорбція дещо зростає, на другій – майже не залежить, а на третій – суттєво зростає із збільшенням рН вихідних розчинів. Величини адсорбції бензетоній хлориду на діоксиді титану, теоретично передбачені згідно запропонованої моделі, добре узгоджуються із експериментальними результатами.

Збільшення концентрації бензетоній хлориду в суспензіях передбачає зміщення ізоелектричної точки досліджуваних суспензій діоксиду титану в лужну область. Одержані результати добре узгоджуються із експериментальними результатами дослідження залежності дзета-потенціалу суспензій діоксиду титану від концентрації бензетоній хлориду.

Встановлені залежності дозволяють цілеспрямовано регулювати властивості водних суспензій діоксиду титану для одержання необхідних технологічних композицій.

1. Farrokhpay S. A review of polymeric dispersant stabilization of titanium pigment. Adv. Colloid Interface Sci. 2009. 151(1–2): 24. https://doi.org/10.1016/j.cis.2009.07.004

2. Rusanov A.I. The development of the fundamental concepts of surface thermodynamics. Colloid Journal. 2012. 74(2): 136. https://doi.org/10.1134/S1061933X1202010X

3. Parks G.A. The isoelectric points of solid oxides, solid hydroxides, and hidroxo complex systems. Chem. Rev. 1965. 65(2): 177. https://doi.org/10.1021/cr60234a002

4. Rosen M.I., Kunjappu J.T. Surfactants and Interfacial Phenomena. (N.Y.: John Wiley & Sons., 2012). https://doi.org/10.1002/9781118228920

5. Holmberg K., Jönsson B., Kronberg B., Lindman B. Surfactants and Polymers in Aqueous Solution. (Chichester: John Wiley & Sons, Ltd., 2003).

6. Tadros T. Polymeric surfactants in disperse systems. Adv. Colloid Interface Sci. 2009. 147–148: 281. https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.10.005

7. Paria S., Khilar K.C. A review on experimental studies of surfactant adsorption at the hydrophilic solid-water interface. Adv. Colloid Interface Sci. 2004. 110(3): 75. https://doi.org/10.1016/j.cis.2004.03.001

8. Atkin R., Craig V.S.J., Wanless E.J., Biggs S. Mechanism of cationic surfactant adsorption at the solid-aqueous interface. Adv. Colloid Interface Sci. 2003. 103(3): 219. https://doi.org/10.1016/S0001-8686(03)00002-2

9. Tishchenko Yu.V., Glazunova I.V., Filonenko Yu.Ya., Petukhova G.A. Quantitative characteristics of active sites on the surface of sorbents produced by the modification of kaolinite with chlorosilanes. Russ. J. Phys. Chem. A. 2007. 81(6): 978. https://doi.org/10.1134/S0036024407060246

10. Kuchek A.E., Gribanova E.V. The acid-base characteristics of the surface of α-Al₂O₃: Potentiometry and wetting methods. Russ. J. Phys. Chem. A. 2007. 81(3): 387. https://doi.org/10.1134/S0036024407030156

11. Lanin S.N., Vlasenko E.V., Kovaleva N.V., Zung F.T. The adsorption properties of titanium dioxide. Russ. J. Phys. Chem. A. 2008. 82(12): 2152. https://doi.org/10.1134/S0036024408120315

12. Kuz'micheva G.M., Savinkina E.V., Belogorokhova L.I., Mavrin B.N., Flid V.R., Yakovenko A.G., Belogorokhov A.I. The characteristics of the nanosized η-TiO₂ polymorph. Russ. J. Phys. Chem. A. 2011. 85(6): 1037. https://doi.org/10.1134/S0036024411060203

13. Golikova E.V., Chernoberezhsky Yu.M., Johanson O.M. On correlation of aggregate stability and integral electro-surface characteristics of oxide dispersions. Colloid J. 2000. 62(5): 596. [in Russian].

14. Volkova A.V., Ignat'eva Yu.A., Ermakova L.E. Electrosurface characteristics of bulk titanium dioxide in solutions of simple electrolytes. III. Effect of multiply charged cations on adsorption and electrokinetic parameters of TiO₂. Colloid J. 2011. 73(6): 753. https://doi.org/10.1134/S1061933X11060196

15. Volkova A.V., Ermakova L.E., Bogdanova N.F., Tarabukina E.A., Sidorova M.P. Electrosurface characteristics of titanium dioxide in solutions of simple electrolytes: I. Effect of nature of counterions on adsorption and electrokinetic parameters of TiO₂. Colloid J. 2010. 72(6): 743. https://doi.org/10.1134/S1061933X10060037

16. Bogdanova N.F., Ermakova L.E., Sidorova M.P. Electrosurface characteristics of titanium dioxide in solutions of simple electrolytes: II. Calculation of electrical double layer parameters of TiO₂ from adsorption and electrokinetic measurements. Colloid J. 2010. 72(6): 749. https://doi.org/10.1134/S1061933X10060049

17. Petryshyn R.S., Yaremko Z.M., Soltys M.N. Effects of surfactants and pH of medium on zeta potential and aggregation stability of titanium dioxide suspensions. Colloid J. 2010. 72(4): 517. https://doi.org/10.1134/S1061933X10040125

18. Chen Y., Li W., Zhang X. Adsorption behavior of carboxymethyl starch on titanium dioxide surfaces. Colloid J. 2011. 73(2): 267. https://doi.org/10.1134/S1061933X11020189

19. Lange K.R. Surfactants: A Practical Handbook. (Cincinnati: Hanser/Gardner Publications, 1999).

20. Dukhin S.S., Deriaguine B.V. Surface and Colloid Science: Electrokinetic Phenomena. (N.Y.: Plenum Press, 1974).

21. Zhebentyaev A.I. Spectrophotometric determination of decamethoxine with eosin. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved., Khim. Khim. Tekhnol. 1984. 27(4): 412. [in Russian].

22. Petryshyn R.S., Yaremko Z.M., Soltys M.M. Determination of the ionization constants for surface hydroxyl groups of modified titanium dioxide in its aqueous suspensions. Him. Fiz. Technol. Poverhni. 2013. 4(2): 165. [in Ukrainian].

23. Zhang R., Somasundaran P. Advances in adsorption of surfactants and their mixtures at solid/solution interfaces. Adv. Colloid Interface Sci. 2006. 123–126: 213. https://doi.org/10.1016/j.cis.2006.07.004