Спосіб отримання гідрофільних металевих наночастинок “електроімпульсна аквананотехнологія отримання гідрофільних металевих наночастинок”

Спосіб отримання гідрофільних металевих наночастинок, заснований на диспергуванні мета 3 дальшому розчиненні металу. Катодний осад металу отримують електрохімічним відновленням водних розчинів сульфату або хлориду металу на катоді при концентрації солі металу 20-20,2г/л. Для розчинення гідроокису металу, що утворюється при електролізі, у водний розчин солей металу додають солі амонія і/або мурашиної кислоти. Електроліз проводиться у ванній, що має два шари, - водний і масляний, межа розділу між якими підтримується на постійному рівні. Катод з осадом, що виділився на ньому, періодично переноситься з водного шару розчину в масляний органічний шар, де рихлий порошкоподібний осад металу змивається з електроду і диспергується. Недоліком способу є низька продуктивність і низька якість наночастинок унаслідок їх забруднення сторонніми домішками. Відомий спосіб отримання наночастинок електричним методом - шляхом електрохімічного диспергування металу електродів - анода і катода при зміні швидкості процесу розчинення металу в умовах циклічної зміни полярності електродів кожні 10сек, при зниженні напруги з 1,8 до 0,2 В, при використанні водного розчину органічної сполуки з концентрацією 0,1-100ммоль в літрі. При цьому метали вибирають з групи, що складається з Ag, Au, Co, Fe, Ni (Патент России №2238140. Способ получения коллоидных растворов металлов. МПК7 B01J13/00. Опубл. 20.10.2004). Недоліком способу є низька продуктивність, обумовлена дуже низькою потужністю електричного струму, що протікає через метал, а також низька якість наночастинок унаслідок їх забруднення сторонніми домішками. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб отримання гідрофільних металевих наночастинок, заснований на електроерозійному диспергуванні поверхні металевих гранул і електродів електричними розрядами у воді в реакторі, при цьому вода має питому електропровідність не більше 0,1мкСм/см, а воду із зваженими наночастинками, що мають розміри менше 100нм, багато разів направляють в реактор, не допускаючи збільшення концентрації іонів в розчині, і електризують наночастинки в полі електричних розрядів з високим градієнтом потенціалу, а над поверхнею колоїдного розчину створюють атмосферу з інертного газу, наприклад, аргону (Патент Україні на корисну модель №24391. Спосіб отримання колоїдних розчинів наночастинок металів. МПК (2006) B01J 13/00. Опубл. 25.06.2007, бюл. №9, 2007р.) Відомий спосіб не дозволяє отримувати наночастинки, що мають високу поверхневу щільність електричного заряду, що не дозволяє отримувати гідрофільні наночастинки, що володіють високим ступенем стійкості. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення стійкості гідрофільних наночастинок і розширення області їх застосування. Запропонований, як і відомий спосіб отримання гідрофільних металевих наночастинок заснований на диспергуванні металевих гранул імпульсами електричного струму у воді і електризації наночастинок і, відповідно до цієї пропозиції, створюють на поверхні наночастинок окисну плівку 44139 4 шляхом нагрівання наночастинок в плазмі електричних розрядів, створюють на поверхні наночасток гідроокисну плівку шляхом охолоджування наночастинок в рідині і формують навколо наночастинок оболонки з молекул води шляхом приєднання молекул води до електрично зарядженої поверхні наночастинок. На поверхні наночастинок створюють окисну плівку шляхом нагрівання наночастинок в плазмі електричних розрядів. Це створює умови для підвищення гідрофільності наночастинок. На поверхні наночастинок створюють гідроокисну плівку шляхом охолоджування наночасток в рідині. Це також створює умови для підвищення гідрофільності наночастинок. Електризацію наночастинок здійснюють шляхом приєднання до поверхні наночастинок електронів, емітованих за рахунок електронної емісії зі свіжоутворених мікроповерхонь гранул, що диспергуються. Це підвищує стійкість наночастинок і створює умови для підвищення їх гідрофільності. Навколо наночастинок формують оболонки з молекул води шляхом приєднання молекул води до електрично зарядженої поверхні наночастинок. Це робить наночастинки гідрофільними, підвищує їх стійкість і розширює область їх застосування за рахунок високої екологічної чистоти гідратованих наночастинок, що містять тільки матеріал наночастинок і воду без додаткових органічних речовинстабілізаторів. Молекули води утримуються навколо наночастинок за рахунок кулонівських сил, що виникають між молекулами води і зарядженою поверхнею наночастинки. Це підвищуєстійкість наночастинок. Високий ступінь електризації поверхні наночастинок забезпечується за допомогою вибухової електронної емісії зі свіжоутворених мікроповерхонь металевих гранул, що диспергуються, при диспергуванні поверхні металевих гранул електричними розрядами (див. Патент Україні на корисну модель №26345. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F 9/00. Опубл. 10.09.2007. Бюл. №14.). Оболонки з молекул води повністю або частково покривають поверхню наночастинок, що визначається величиною поверхневого заряду наночастинок. Із збільшенням заряду ступінь покриття поверхні наночастинок наногідратною оболонкою збільшується. Це дозволяє управляти ступенем гідрофільності наночастинок. Спосіб реалізують таким чином. Гідрофільні металеві наночастинки отримують диспергуванням поверхні металевих гранул, що знаходяться в деіонізованій воді, шляхом пропускання через гранули імпульсів електричного струму (див. Патент Україні на корисну модель №26345. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F 9/00. Опубл. 10.09.2007. Бюл. №14.). При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випаруваного металу, в точках контактів металевих гранул одна з одною виникають іскрові розряди, в яких здійснюється ерозійно-вибухове диспергування металу. У каналах розряду температура 5 44139 досягає 10тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Наночастинки з хмарах пари покриваються окисною плівкою. При попаданні у воду на поверхні наночастинок утворюється гідроокисна плівка. Це призводить до підвищення гідрофільності наночастинок. За рахунок електронної емісії зі свіжоутворених мікроповерхонь гранул наночастинки, що диспергуються, знаходячись якийсь час в потоці електронів, набувають на своїй поверхні електричного заряду. Ступінь електризації наночастинок залежить від щільності потоку електронів і від розмірів наночастинок. Вибухова електронна емісія створює потужні потоки електронів зі свіжоутворених поверхонь (див. Открытие №176 от 24 июня 1976г. Конюшая Ю.П. Открытия советских ученых. Часть 1. Физико-технические науки. Изд-во МГУ. 1988, с.287-288). При розділенні поверхонь під час руйнування матеріалу металевих гранул здійснюється розділення різнойменних зарядів, що призводить до утворення в областях розривів речовини електричного поля напруженістю до 107 В/см. Таке електричне поле вириває електрони з поверхні мате Комп’ютерна верстка Л. Купенко 6 ріалу. Це фізичне явище призводить до того, що наночастинки, знаходячись в потоках електронів, набувають поверхневого електричного заряду із знаком «мінус». Поверхневий електричний заряд наночастинок в потужних потоках електронів пропорційний розміру наночастинок, оскільки різні за розміром наночастинки набувають заряду в потоках електронів приблизно одної щільності. Оскільки молекулами води є диполі, у яких заряди із знаком «плюс» розташовані на ядрах водню, то вони за рахунок електростатичного поля обволікають електрично заряджені наночастинки металу, утворюючи оболонки з молекул води. Це ще більше збільшує гідрофільність наночастинок. Молекули води утримуються навколо наночастинок за рахунок кулонівських сил, що виникають між молекулами води і зарядженою поверхнею наночастинки. Кожна пара електронів на поверхні наночастинки утримує одну молекулу води. Чим більший поверхневий заряд мають наночастинки, тим щільніше наногідратні оболонки навколо наночастинок і, відповідно, вище гідрофільна здатність наночастинок і їх стійкість. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601