|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Влияние наночастиц диоксида кремния на физико-химические свойства силикатных матриц НИР
- Руководитель НИР: Сердан А.А.
- Участники НИР: Литманович Е.А., Сердан (младший) А.А., Харлов А.Е.
- Подразделение: Кафедра химии нефти и органического катализа
- Срок исполнения: 1 января 2012 г. - 31 декабря 2014 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 12-03-00625-а
- Номер ЦИТИС: 01201257946
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Энергоэффективность и энергосбережение
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.35 Поверхностные явления. Адсорбция. Хроматография. Ионный обмен
- 31.15.37 Химия коллоидов. Дисперсные системы
-
Ключевые слова:
коллоидные системы. наночастицы. супрамолекулярная химия
-
Описание:
Проект направлен на изучение физической химии поверхности нанодисперсного диоксида кремния и взаимодействия наночастиц SiO2 и оксидов металлов с силикатными матрицами: 1) на изучение влияния размера и свойств поверхности наночастиц чистого диоксида кремния и модифицированных наночастицами металлов на физико-химические процессы, протекающие при их взаимодействии с силикатной матрицей, в результате которых у поверхности наночастиц образуются структуры с новыми свойствами, ведущие к изменению свойств самих матриц; 2) на изменение характеристик силикатной матрицы в результате взаимодействия с наночастицами SiO2: структура, химическая стойкость, прочность, водопроницаемость и др. механические, химические, оптические, электрические и магнитные свойства; 3) построение модели взаимодействия наночастиц SiO2 с компонентами силикатной системы (силикаты кальция, алюминия, железа и др.)
-
Основные результаты:
Проведены эксперименты по изучению влияния наночастиц SiO2 на характеристики силикатных матриц с различным соотношением содержания компонентов. Наночастицы SiO2 (в виде золей и нанопорошков) выделены из природных гидротермальных растворов и водных растворов силикатов натрия по двухстадийной технологической схеме: мембранное концентрирование и криохимическая вакуум-сублимационная сушка золей SiO2 и получение нанопорошков. Нанопорошки и золи SiO2 с различными размерами частиц, зарядом поверхности, удельной поверхностью, средним диаметром пор введены в силикатные системы в количестве от 0,0001 до 1,0 масс.%. Ввод наночастиц проведен таким образом, чтобы частицы равномерно распределялись по объему матрицы. Взаимодействие введенных наночастиц с матрицей (силикатами кальция, алюминия, железа и др.) изучено по структуре образующихся комплексов, изменению их механических, химических, оптических, электрических и магнитных свойств в зависимости от массового процента нанодобавки. Изучено влияния размера и свойств поверхности наночастиц чистого диоксида кремния и модифицированного наночастицами металлов на физико-химические процессы, протекающие при их взаимодействии с силикатной матрицей, в результате которых у поверхности наночастиц образуются структуры с новыми свойствами, ведущие к изменению свойств самих матриц. На основе экспериментальных данных предложена модель взаимодействия наночастиц SiO2 с компонентами силикатной системы (силикаты кальция, алюминия, железа и др.)
- Добавил в систему: Сердан Анхель Анхелевич (ст.)
Соисполнители НИР
| НИГТЦ ДВО РАН | Соисполнитель |
| ФГУ ВПО «КамчатГТУ» | Соисполнитель |
| КамГУ им.В.Беринга | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 3 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Влияние наночастиц диоксида кремния на физико-химические свойства силикатных матриц |
| Результаты этапа: 1. Гидротермальные растворы – новый источник сырья для получения аморфных кремнеземов, в том числе в ультрадисперсных формах – золей и нанопорошков SiO2. Ультрафильтрационное мембранное концентрирование и получение стабильных водных золей кремнезема; ультрафильтрация обеспечивает достаточно низкое содержание примесей и стабильность водных золей кремнезема вплоть до самых высоких содержаний SiO2. Извлечение кремнезема из гидротермальных растворов проводили методами коагуляции, флокуляции и др. Для получения нанодисперсных форм кремнезема на основе гидротермальных растворов нами предложен такой технологический подход: нуклеация и поликонденсация ортокремниевой кислоты при определенных рН, температуре, ионной силе гидротермального раствора для формирования наночастиц кремнезема заданных размеров. 2. Криохимическую вакуумную сублимацию золей кремнезема применена для получения нанопорошков с высокой удельной поверхностью до 500 м2/г, средним диаметром пор 2-10 нм, высокой концентрацией поверхностных силанольных групп. 3. Установлен эффект повышения прочности мелкозернистых бетонов при вводе добавок нанопорошка и золя SiO2 до 72%. При этом расход нанодобавки SiO2 относительно расхода цемента в 10-100 раз меньше расхода микрокремнезема для достижения равного эффекта повышения прочности. Это объясняется высокой удельной поверхностью и высокой удельной энергией поверхности нанокремнезема по сравнению с микрокремнеземом. Влияние добавки золя кремнезема на прочность бетонов оказалось сильнее по сравнению с добавкой нанопорошка при равном содержании SiO2. 4. Наблюдаются значительные изменения при направленном усилении характеристик бордюрных изделий 300.30.32 на основе крупнозернистого бетона: прочности при сжатии, водо -, морозо -, трещиностойкости, уменьшение пористости поверхности - с добавкой золя нанокремнезема начиная от 0,05 масс.% по расходу цемента. 5. Добавка нанопорошка SiO2 0,001-1 масс.% от расхода извести повышает прочность силикатного кирпича до 20%. Повышение морозостойкости при расходе SiO2 0,01-0,05 масс.% составляет 2,5 раза (от 30 циклов до 75). При применении нанокремнезема в производстве полистиролбетона достигнуто повышение прочности при сжатии на 61%. 6. С учетом результатов экспериментов, полученных различными авторами, по повышению прочности бетонов при вводе наночастиц, разных по химическому составу и концентрации, данных по структуре бетона, полученных с применением методов нанотехнологий, также данных экспериментов по повышению прочности бетонов, выполненных нами, можно выделить основной фактор, обусловливающий механизм повышения прочности бетона при вводе наночастиц – за счет большой удельной поверхности (S/m = от 50 до 500-1000 м2/г) наночастицы SiO2 активизируют реакции гидратации силикатов кальция и изменение структуры геля (C-S-H gel). | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".