Получение керамических волокон оксида алюминия биомиметическим методом с ультразвуковой интенсификацией пропитки целлюлозных темплатов

М.Ф. Бутман1, Н.Е. Кочкина2, В.В. Макаров1, А.В. Кнотько3
1Ивановский государственный химико-технологический университет, просп. Шереметьевский, 7, 153000, Иваново
2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук, ул. Академическая, 1, 153045, г. Иваново
3Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет, д. 1, стр. 3, Ленинские горы, 119991, Москва, ГСП-1
Аннотация
Предложен биотемплантный способ получения мезопористого волокнистого оксида алюминия с применением интенсифицирующего ультразвукового воздействия на пропитку целлюлозных волокнистых матриц раствором соли-прекурсора. В качестве матриц использовали целлюлозу древесной массы в виде листового материала и хлопка в виде ткани, в качестве прекурсора – сульфат алюминия. По завершении пропитки образцы отжимали на центрифуге, высушивали и обжигали при температурах 900 – 1200° C. Процесс получения волокон оксида алюминия, а также его структуру и свойства оценивали методами ДСК/ТГ, рентгенофазового анализа, оптической и сканирующей электронной микроскопии, адсорбции/десорбции азота. Показано, что интенсификация пропитки с помощью ультразвука способствует более высокой степени заполнения капиллярно-порового объема исходной волокнистой матрицы, а также значительно сокращает время пропитки. Установлено, что вне зависимости от способа пропитки биотемплата керамические волокна, полученные при температуре 900° C, представляют собой оксид алюминия в γ - фазе. Повышение температуры обжига до 1200° С приводит к трансформации образцов в α-корунд. Сформованные керамические волокнистые системы являются пористыми телами, состоящими из агрегированных частиц. Фибриллярная морфология волокон оксида алюминия повторяет таковую у исходных биотемплатов. Показатели по удельной поверхности и объему пор керамических волокон, полученных с применением ультразвука, имеют более высокие значения по сравнению с волокнами оксида алюминия, сформованными методом иммерсионного смачивания. Кроме того, использование ультразвука на стадии пропитки биотемплата способствует сужению распределения пор по размерам в образцах оксида алюминия.
Получена: 25 декабря 2014   Исправлена: 02 марта 2015   Принята: 03 марта 2015
Просмотры: 187   Загрузки: 30
Ссылки
1.
C. Zollfrank, P. Cromme, H. Scheel, M. H. Kostova, K. Gutbrod, S. Gruber, D. Van Opdenbosch. Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials. 1 (1), 13—25 (2012). DOI: 10.1680 / bbn.11.00002
2.
T. M. Ul'yanova, N. P. Krut'ko, L. V. Titova, E. S. Paemurd, S. V. Medichenko, O. Yu. Kalmychkova. Fibre Chemistry. 37 (5), 332—337 (2005). (in Russian) [Т. М. Ульянова, Н. П. Крутько, Л. В. Титова, Е. С. Паэмурд, С. В Медиченко, О. Ю. Калмычкова. Хим. волокна. 37 (5), 16—20 (2005).] DOI: 10.1007 / s10692‑006‑0004‑5
3.
M. Patel, B. K. Padhi. J. Mater. Sci. 25 (2), 1335—1343 (1990). DOI: 10.1007 / BF00585446
4.
M. Benitez-Guerrero, L. A. Perez-Maqueda, P. E. Sanchez-Jimenez, J. Pascual-Cosp. Microporous Mesoporous Mater. 185 (1), 167—178 (2014). DOI: 10.1016 / j.micromeso.2013.11.012
5.
A. N. Shigapov, G. W. Graham, R. W. McCabe, Jr H. K. Plummer. Appl. Catal. A 210 (1–2), 287—300 (2001). DOI: 10.1016 / S0926-860X (00) 00820—6
6.
T. Fan, B. Sun, J. Gu, D. Zhang, L. W. M. Lau. Scripta Mater. 53 (7), 893—897 (2005). DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2005.06.036
7.
K. E. Perepelkin. Structura i svoistva volokon. M. Chimiya. (1985) 208 p. (in Russian) [K. E. Перепелкин. Структура и свойства волокон. М. Химия. (1985) 208 с.]
8.
F. L. Alter Pesockii. Fhyzicheskiye metody intensifikacii krashenia i otdelki tekstilnykh materialov. M. Legkaya industriya. (1979) 71 p. (in Russian) [Ф. Л. Альтер Песоцкий. Физические методы интенсификации процессов крашения и отделки текстильных материалов. М. Легкая индустрия. (1979) 71 с.]
9.
T. J. Mason, J. P. Lorimer. Applied Sonochemistry: Uses of Power Ultrasound in Chemistry and Processing. Wiley-VCH. (2002) 303 p.
10.
GOST 27015—86. Paper and board. Methods for determining thickness, density and specific volume. (in Russian) [ГОСТ 27015—86. Бумага и картон. Методы определения толщины, плотности и удельного объема.]
11.
GOST 7629—93. Paper and board. Method for determination of ash. (in Russian) [ГОСТ 7629—93. Бумага и картон. Метод определения золы.]
12.
A. Majumdar, B. S. Butola, A. Srivastava. Materials and Design. 54, 295—300 (2014). DOI: 10.1016 / j.matdes.2013.07.086
13.
A. N. Braslavkii, V. V. Darvin, E. S. Roskin, S. N. Ivanova. Russ J Appl Chem. 43 (8), 1803—1810 (1970). (in Russian) [А. Н. Браславский, В. В. Дарвин, Е. С. Роскин, С. Н. Иванова. ЖПХ. 43 (8), 1803—1810 (1970).]
14.
T. J. Truex, R. H. Hammerle, R. A. Armstrong. Thermochimica Acta. 19 (3), 301—304 (1977). DOI: 10.1016 / 0040—6031 (77) 80005—1
15.
K. S. W. Sing, D. H. Everett, R. A. W. Haul, L. Moscou, R. A. Pierotti, J. Rouquerol, et al. Pure Appl. Chem. 57, 603—619 (1985). DOI: 10.1351 / pac198557040603
Цитирования
1.
Бутман М.Ф., Кочкина Н.Е., Михайлова А.Е., Овчинников Н.Л., Кнотько А.В., Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология 59(5), 47-53 (2016).