Journal of Advanced Materials and Technologies

Цель работы – разработка способов оценки качества водных суспензий малослойных графенов с применением метода рамановской спектроскопии. Водные суспензии частиц малослойных графенов получены путем прямой эксфолиации природного графита под воздействием ультразвука в присутствии поверхностно-активных веществ. Проведена экспериментальная оценка эффективности некоторых методик анализа данных рамановской спектроскопии для определения среднего количества слоев графена и дефектности частиц малослойных графенов. Сделан вывод о возможности определения среднего количества слоев графена в водных суспензиях частиц малослойных графенов по соотношению интегральных интенсивностей и положению пиков G и 2D. Дополнительно предложено использовать параметр соотношения интегральных интенсивностей пиков D и G в качестве параметра, характеризующего дефектность частиц малослойных графенов. Приведены примеры использования данного подхода для оценки качества графеновых препаратов, полученных по различным технологиям с использованием усредненных функций распределения количества слоев в частицах и соотношения I_D/I_G. Показано, что препараты с минимальным количеством слоев имели минимальный размер частиц и высокую дефектность, в то время как препараты с более высоким количеством слоев – больший размер частиц при низкой дефектности.

Создание биоразлагаемых полимеров – одно из актуальных направлений в решении проблем накопления и переработки полимерных отходов. Разработка эффективных оксодобавок к полиолефиновому сырью рассматривается как один из наиболее перспективных способов обеспечения ускоренной деструкции полимерных отходов в природных условиях. Исследовано влияние наноструктурированных микросфер оксида железа, полученных методом пиролиза ультразвуковых аэрозолей, на ускоренное атмосферное старение полиэтилена. Для модификации полиэтилена были использованы микросферы двух типов: первый тип на основе рентгеноаморфного Fe₂O₃ (исходные микросферы после синтеза), второй тип на основе кристаллического Fe₂O₃ (термообработанные). Образцы полиэтилена, модифицированного микросферами, состаривали путем моделирования циклических климатических воздействий (температура, УФ, влажность). После ускоренного старения модифицированного микросферами полиэтилена методом инфракрасной спектроскопии обнаружена более высокая степень окисления поверхности. Показана сильная поверхностная эрозия полиэтилена с добавлением микросфер после старения, при этом необработанный полиэтилен сохранялся практически в неизменном виде. Представленное исследование показало, что модификация полиэтилена микросферами оксида железа после окончания срока службы материалов обеспечивает его ускоренное разложение под действием основных компонентов атмосферного воздействия: света, температуры и влажности. При модификации микросферами комплекс механических и технологических свойств полиэтилена остался на приемлемом уровне, что позволяет использовать разработанный материал для производства упаковочных, сельскохозяйственных и ландшафтных пленок, которые после окончания срока службы будут разлагаться в естественных условиях.

Представлены результаты исследований адсорбционной способности разработанного активированного углеродного материала (АМ), полученного двумя методами активации – с одним (АМ1) и двумя активаторами (АМ2) соответственно, а также его компактированных вариантов (АМК) с использованием в качестве связующих поливинилового спирта (ПВС), поливинилацетата (ПВА) и базальтового волокна (БВ) по отношению к типовым загрязнителям водных сред – органическим красителям и тяжелым металлам. Сорбционная способность углеродных материалов оценивалась по способности удаления молекул красителей – «метиленового синего» (МС) и «желтого «солнечного заката» (СЗ) с помощью спектрофотометрического анализа, а также ионов тяжелых металлов – свинца (Pb²⁺) с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии. В результате проведенных адсорбционных кинетических исследований установлена поглотительная способность исходного, активированных и компактированных материалов. Сорбционная емкость по свинцу для материалов карбонизат и АМК1 составила 71 и 65 мг/г соответственно, оптимальное время сорбции – 30 мин; для материалов АМ1, АМ2, АМК1/ПВС, АМК1/ПВА и АМК1/БВ – 65, 66, 49, 45, 42 мг/г соответственно, оптимальное время сорбции – 15 мин. Для красителей МС и СЗ получены значения емкости: 1000 – 2010 мг/г, 66 – 972 мг/г и 15 мин соответственно. Для анализа механизмов поглощения применялись эмпирические уравнения псевдо-первого и псевдо-второго порядка, Еловича и внутричастичной диффузии. Представленные результаты показывают возможность применения разработанного активированного углеродного материала в качестве эффективного сорбента органических и неорганических поллютантов из водных растворов.

Повышенное внимание исследователей к электропроводящим полимерам, в том числе к полианилину (ПАНИ), обусловлено широкими возможностями его применения при производстве суперконденсаторов, накопителей энергии, антикоррозионных покрытий, датчиков, сенсоров, элементов солнечных батарей, антимикробных материалов, сорбентов, покрытий, поглощающих электромагнитное излучение. Однако нестабильность свойств ПАНИ в ходе эксплуатации ограничивает практическое применение полимера. В связи с этим к настоящему времени предпринято множество попыток, позволяющих стабилизировать характеристики и увеличить срок службы полианилина. Например, разработаны новые композиционные материалы, сочетающие в себе ПАНИ и один или несколько других компонентов, среди которых углеродные наноматериалы (углеродные нанотрубки, графен, оксид графена, восстановленный оксид графена, мезопористый углерод), монтмориллонит, металлы, халькогениды, проводящие полимеры. Цель исследования – обобщить сведения, накопленные к настоящему времени об электропроводящем полианилине и его композитах с углеродными наноматериалами (УНМ), продемонстрировать их потенциал и будущие перспективы. Даны описания строения и свойств полимера. Рассмотрены химические и электрохимические подходы к синтезу ПАНИ и композитов на его основе, уделено внимание влиянию условий синтеза на структуру и свойства конечных продуктов реакции. Дана краткая характеристика областей применения полианилина и его композитов с УНМ.