АДСОРБЦИЯ ОКСИЭТИЛИРОВАННЫХ ИЗОНОНИЛФЕНОЛОВ НА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБКАХ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Аннотация
Одним из подходов к решению проблемы получения дисперсий углеродных нанотрубок является использование неионогенных поверхностно-активных веществ в процессах ультразвуковой обработки углеродных наноструктур в водных растворах. Эффективность диспергирующего и стабилизирующего действия неионогенных поверхностно-активных веществ определяется адсорбционным взаимодействием молекул поверхностно-активных веществ с графеновой поверхностью, исследование которого может выявить важные закономерности получения стабильных дисперсий углеродных нанотрубок при ультразвуковой обработке обработке в жидких средах. Целью данной работы было исследование адсорбции серии оксиэтилированных изононилфенолов с варьируемой средней степенью оксиэтилирования на одностенных и многостенных углеродных нанотрубках из водных растворов. Величина адсорбции неионогенных поверхностно-активных веществ на углеродных нанотрубках была рассчитана на основании изменения равновесной концентрации оксиэтилированных изононилфенолов в растворе в присутствии углеродного наномодификатора. Равновесная концентрация неионогенных поверхностно-активных веществ определялась методом абсорбционной спектроскопии. Установлено, что форма изотерм адсорбции оксиэтилированных изононилфенолов на углеродных нанотрубках из водных растворов до ультразвуковой обработки соответствует ленгмюровской изотерме адсорбции L2. Показано, что с увеличением средней степени оксиэтилирования значения максимальной адсорбции оксиэтилированных изононилфенолов снижаются. Очевидно, это связано с конформационными изменениями оксиэтиленовой цепи, оказывающими влияние на размер мицелл и структуру адсорбционного слоя. Установлено, что гидрофобное взаимодействие углеводородного радикала поверхностно-активных веществ с графеновой поверхностью является основным механизмом адсорбции оксиэтилированных изононилфенолов на углеродных нанотрубках. Получены и исследованы дисперсии углеродных нанотрубок в мицеллярных растворах неионогенных поверхностно-активных веществ. Показано, что ультразвуковая обработка приводит к изменению механизма адсорбции неионогенных поверхностно-активных веществ на углеродных нанотрубках.
Литература
Zeynalov E.B., Agaguseynova M.M., Salmanova N.I. Effect of nanocarbon additives on stability of polymer composites. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2020. V. 63. N 11. P. 4-12. DOI: 10.6060/ivkkt.20206311.6213.
Aloyev V.Z., Zhirikova Z.M., Tarchokova M.A. Effectiveness of use of nano fillers of different types in polymeric composites. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2020. V. 63. N 4. P. 81-85. DOI: 10.6060/ivkkt.20206304.6158.
Badamshina E.R., Gafurova M.P., Estrin Y.I. Modification of carbon nanotubes and synthesis o polymeric composites involving the nanotubes. Russ. Chem. Rev. 2010. V. 79. N 11. P. 945-979. DOI: 10.1070/RC2010v079n11ABEH004114.
Liu M., Younes H., Hong H., Peterson G.P. Polymer nanocomposites with improved mechanical and thermal properties by magnetically aligned carbon nanotubes. Polymer. 2019. V. 166. P. 81-87. DOI: 10.1016/j.polymer.2019.01.031.
Bricha M., El Mabrouk K. Effect of surfactants on the degree of dispersion of MWNTs in ethanol solvent. Colloids Surf. A. 2019. V. 561. P. 57-69. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2018.10.057.
Fernandes R.M.F., Dai J., Regev O., Marques E.F., Furo I. Block copolymers as dispersants for single-walled carbon nanotubes: modes of surface attachment and role of block polydispersity. Langmuir. 2018. V. 34. N 45. P. 13672-13679. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b02658.
Abreu B., Rocha J., Fernandes R.M.F., Regev O., Furo I., Marques E.F. Gemini surfactants as efficient dispersants of multiwalled carbon nanotubes: interplay of molecular parame-ters on nanotube dispersibility and debundling. J. Colloid Interface Sci. 2019. V. 547. P. 69-77. DOI: 10.1016/j.jcis.2019.03.082.
Dai J., Fernandes R.M.F., Regev O., Marques E.F., Furo I. Dispersing carbon nanotubes in water with amphiphiles: dispersant adsorption, kinetics, and bundle size distribution as defining factors. J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. N 42. P. 24386-24393. DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b06542.
Meng Y., Liao B., Pang H., Zhang J., Song L. Cyclodextrin-modified polycarboxylate superplasticizers as dispersant agents for multiwalled carbon nanotubes. J. Appl. Polym. Sci. 2019. V. 136. N 16. P. 47311. DOI: 10.1002/app.47311.
Dassios K.G., Alafogianni P., Antiohos S.K., Leptokaridis C., Barkoula N.-M., Matikas T.E. Optimization of soni-cation parameters for homogeneous surfactant-assisted dispersion of multiwalled carbon nanotubes in aqueous solutions. J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. N 13. P. 7506-7516. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b01349.
Van Nguyen H., Tun N.M., Rakov E.G. Dispersion of carbon nanomaterials in an aqueous medium using a triton X-100 surfactant. Russ. J. Inorg. Chem. 2015. V. 60. N 4. P. 536-540. DOI: 10.1134/S0036023615040166.
Chiodarelli N., De Volder M. High-throughput and consistent production of aqueous suspensions of single-wall carbon nanotubes. Carbon. 2019. V. 145. P. 757-763. DOI: 10.1016/j.carbon.2019.01.026.
Li Z., Kameda T., Isoshima T., Kobatake E., Tanaka T., Ito Y., Kawamoto M. Solubilization of single-walled carbon nanotubes using a peptide aptamer in water below the critical micelle concentration. Langmuir. 2015. V. 31. N 11. P. 3482-3488. DOI: 10.1021/la504777b.
Gataoullin A.R., Salina M.S., Bogdanova S.A., Galyametdinov Y.G. Production and stabilization of fullerene dispersions in liquid media in the presence of nonionic surfac-tants. Russ. J. Appl. Chem. 2013. V. 86. N 11. P. 1656-1662. DOI: 10.1134/S1070427213110050.
Bogdanova S.A., Ebel’ A.O., Gataoullin A.R., Zakirov I.M., Galyametdinov Y.G. Production of polymer papers modified with carbon nanotubes and nonionic surfactants. Nanotechnol. in Russia. 2014. V. 9. N 11-12. P. 630-637. DOI: 10.1134/S1995078014060044.
Gataullin A.R., Bogdanova S.A., Rakhmatullina A.P., Galyametdinov Y.G. Dispersion of carbon nanotubes in solutions of oxyethylated isononylphenols. Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. N 11. P. 1795-1803. DOI: 10.1134/S1070427217110118.
Soria-Sanchez M., Maroto-Valiente A., Guerrero-Ruiz A., Nevskaia D.M. Adsorption of non-ionic surfactants on hydrophobic and hydrophilic carbon surfaces. J. Colloid Interface Sci. 2010. V. 343. N 1. P. 194-199. DOI: 10.1016/j.jcis.2009.10.082.
Sa V., Kornev K.G. Analysis of stability of nanotube dispersions using surface tension isotherms. Langmuir. 2011. V. 27. N 22. P. 13451-13460. DOI: 10.1021/la2028466.
Arkhipov V.P., Bogdanova S.A., Idiyatullin Z.Sh., Lunev I.V., Filippov A.V. Dynamic and structural properties of oxyethylated isononylphenols. Mendeleev Commun. 2016. V. 26. N 4. P. 355-357. DOI: 10.1016/j.mencom.2016.07.030.
Bai Y., Lin D., Wu F., Wang Z., Xing B. Adsorption of Triton X-series surfactants and its role in stabilizing multi-walled carbon nanotube suspensions. Chemosphere. 2010. V. 79. N 4. P. 362-367. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2010.02.023.
Lechner C., Sax A.F. Towards atomic-level mechanics: Adhesive forces between aromatic molecules and carbon nanotubes. Appl. Surf. Sci. 2017. V. 420. P. 606-617. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.05.170.
Ganiev R.F., Fomin V.N., Bulychev N.A., Arutyunov I.A., Zubov V.P., Eisenbach S.D., Malyukova E.B. Effect of mechanical activation on the structure of adsorbed polymer layers on the surface of pigment particles in aqueous disperse systems. Dokl. Chem. 2008. V. 423. N 1. P. 305-308. DOI: 10.1134/S0012500808110104.
Yang K., Jing Q., Wu W., Zhu L., Xing B. Adsorption and conformation of a cationic surfactant on single-walled carbon nanotubes and their influence on naphthalene sorption. Envi-ron. Sci. Technol. 2010. V. 44. N 2. P. 681-687. DOI: 10.1021/es902173v.
