Кластеризація води в міжчастинковому просторі гідрофобного нанокремнезему АМ-1

The processes occurring in hydrated powders and concentrated suspensions of hydrophobic silica were studied by 1H NMR spectroscopy. It is shown that a mixture of methyl silica and water with a hydration of less than 1 g / g is a wet powder, where water is in the form of submicron clusters filling the interparticle voids of nanosilica, and the interfacial energy is directly proportional to the amount of added water. It was found that at high water concentrations there is a spontaneous increase in the size of water structures, which is accompanied by a sharp decrease in interfacial energy, that may reflect the disappearance of narrow interparticle voids or their filling with air. It is shown that aqueous suspensions of AM-1 are easily mixed with a weakly polar organic solvent chloroform, forming a stable suspension with close the amounts both of water and chloroform. It was revealed that the aqueous suspension of methyl silica has high thixotropic properties, which depend on the time and the magnitude of the applied mechanical loads.Методом 1Н ЯМР спектроскопії було досліджено процеси, що відбуваються в гідратованих порошках і концентрованих суспензіях гідрофобного кремнезему. Показано, що суміш метилкремнезему та води при гідратованості менше 1 г/г являє собою вологий поршок, де вода знаходиться у вигляді субмікронних кластерів, що заповнюють міжчастинкові проміжки нанокремнезему, а міжфазна енергія прямо пропорційна кількості води, що додається. Виявлено, що при великих концентраціях води відбувається спонтанне збільшення розміру водних структур, яке супроводжується різким зменшенням міжфазної енергії, що може відображати зникнення вузьких міжчастинкових зазорів або заповнення їх повітрям. В роботі показано, що водні суспензії АМ-1 легко змішуються із слабополярним органічним розчинником хлороформом, формуючи стійку суспензію, де кількість води та хлороформу може бути близьким. Виявлено, що водна суспензія метилкремнезему має високі тиксотропні властивості, які залежать від часу та від величини прикладених механічних навантажень

Interaction of Red Blood Cells with Fumed SiO2, Al2O3/SiO2 and TiO2/SiO2 by Light Scattering Measurements

The interaction of human red blood cells (RBCs) with fumed silica and fumed X/SiO2 (X = Al2O3, TiO2) at different concentrations of X oxide was studied by flow cytometry and photon correlation spectroscopy. The light scattering of RBCs affected by oxides in conjunction with the hemolysis degree showed that mixed oxides (X/SiO2), in general, had less membranotoxic effect than pure silica. The interaction of RBCs with fumed silica and other mixed oxides is a convenient model to examine membranotoxicity and biocompatibility of disperse materials. Flow cytometry and photon correlation spectroscopy are informative methods to study the mechanism of hemolysis induced by solid micro- or nanoparticles.Методами проточної цитометрії та лазерної кореляційної спектроскопії досліджено взаємодію еритроцитів людини з пірогенними оксидами – немодифікованим кремнеземом і змішаними оксидами X/SiO2 (X = Al2O3, TiO2) з різним вмістом X. Результати вимірювання параметрів світлорозсіювання у поєднанні з визначенням ступеня гемолізу еритроцитів свідчать, що змішані оксиди в цілому проявляють меншу мембранотоксичну дію у порівнянні з немодифікованим кремнеземом. Взаємодія еритроцитів людини з пірогенним кремнеземом та іншими змішаними оксидами є зручною моделлю для тестування мембранотоксичності/біосумісності дисперсних матеріалів. Проточна цитометрія і лазерна кореляційна спектроскопія є інформативними методами для вивчення механізму гемолізу, індукованого твердими частинками.Методами проточной цитометрии и лазерной корреляционной спектроскопии изучено взаимодействие эритроцитов человека с пирогенными оксидами – немодифицированным кремнеземом и смешаными оксидами X/SiO2 (X = Al2O3, TiO2) с разным содержанием X. Результаты измерения параметров светорассеяния совместно с определением степени гемолиза эритроцитов свидетельствуют, что смешанные оксиды в целом обладают меньшим мембранотоксическим действием в сравнении с немодифицированным кремнеземом. Взаимодействие эритроцитов человека с пирогенным кремнеземом и другими смешаными оксидами можно рассматривать как удобную модель для испытания дисперсных материалов на мембранотоксичность/ биосовместимость. Проточная цитометрия и лазерная корреляционная спектроскопия являются информативными методами для изучения механизма гемолиза, индуцированного твердыми частицами

Zeta Potential and Degree of the Aggregation of Nanoparticles of the Pyrogenic Silica in the Presence of the Dissolved Metal Chlorides in the Aqueous Medium

The effects of univalent metals’ chlorides (LiCl, NaCl, KCl) at different concentrations (0.001–0.1 M) on the behaviour of nanosilica (0.5–5 wt.%) in aqueous medium are analysed using photon correlation spectroscopy (particle size distribution—PSD) and electrophoresis (zeta potential, ζ). The shift of dissociation constant (Kα) estimated for fumed silica hydroxyl sites is observed. Such a change in the pKα value is established via quantum-chemical study of the electrolyte–silica surface interaction. The correlation dependence associated with pKα, an effective diameter, and ζ-potential of silica nanoparticles is demonstrated.Методою фотон-кореляційної спектроскопії досліджено вплив концентрації (0,001–0,1 M) хлоридів лужних металів (LiCl, NaCl, KCl) на ступінь аґреґації та дзета-потенціял частинок пірогенного кремнезему (0,5–5% мас.) у водному середовищі. На основі результатів квантово-хемічного моделювання взаємодії розчинів електролітів із поверхнею кремнезему проведено оцінювання величини зсуву константи дисоціяції (рKα) силанольних груп поверхні у присутності гідратованих йонів таких солей. Показано кореляційну залежність між цією величиною, значеннями ефективного діяметра та дзета-потенціялом наночастинок кремнезему, що досліджувався у зазначених розчинах.Методом фотон-корреляционной спектроскопии исследовано влияние концентрации (0,001–0,1 M) хлоридов щелочных металлов (LiCl, NaCl, KCl) на степень агрегации и дзета-потенциал частиц пирогенного кремнезёма (0,5–5 масс.%) в водной среде. На основании результатов квантово-химического моделирования взаимодействия растворов электролитов с поверхностью кремнезёма оценены величины сдвига константы диссоциации (pKα) силанольных групп поверхности в присутствии гидратированных ионов таких солей. Показана корреляционная зависимость между этой величиной, значениями эффективного диаметра и дзета-потенциала наночастиц исследуемого кремнезёма в указанных растворах

Властивості аморфного кремнезему, синтезованого із мідеплавильних шлаків

З техногенних відходів мідеплавильного виробництва синтезовано високодисперсні порошки аморфного кремнезему (діоксиду кремнію) чистотою 99,98 % з використанням фториду амонію. Аморфний стан отриманих зразків кремнезему було підтверджено рентгеноструктурним аналізом. Встановлено, що гранулометричний склад SiO2 у водному середовищі в основному представлений агрегатами (100- 220 нм) і агломератами агрегатів (1300 та 5500 нм). Показано, що збільшення часу ультразвукової обробки не впливає істотно на бі- або тримодальний характер гранулометричного складу. Ефективний діаметр Def агломератів частинок кремнезему зменшується в 3 рази протягом перших 10 хв ультразвукової обробки. При подальшому збільшенні часу обробки Def істотно не змінюється, а коливається навколо деякого конкретного значення. ІЧ спектри зразків кремнезему мають характерні смуги, пов'язані з коливаннями вигину Si–O–Si при 468 см – 1 (інтенсивні) та O–Si–O при 800 см – 1 (середньої інтенсивності), а також смуги, пов'язані з коливаннями розтягу Si–O–Si в діапазоні 1000-1200 см – 1, які відповідають за реакційну здатність. Встановлено, що процес термічної десорбції з поверхні зразка SiO2 протікає в кілька етапів, з найбільш інтенсивним виділенням таких основних летких продуктів: O (m/z 16), OH (m/z 17), H2O (m/z 18) та CO (m/z 28). Текстурні характеристики синтезованих порошків визначали методом низькотемпературної адсорбції азоту. Показано, що форма ізотерми адсорбції та петлі гістерезису відповідає текстурній пористості агрегатів непористих наноматеріалів. Ізотерма адсорбції добре лінеаризована, що дозволило розрахувати питому площу поверхні за методами BET (64 м2/г) і Ленгмюра (93 м2/г), загальний об'єм пор, мікропор і загальну площу мікропор.Highly dispersed powders of amorphous silica (silicon dioxide) with a purity of 99.98 % using ammonium fluoride were synthesized from the man-made waste of copper-smelting production. The amorphous state of the obtained silica samples was confirmed by XRD analysis. It was found that the particle size distribution of SiO2 in an aqueous medium is mainly represented by aggregates (100-220 nm) and agglomerates of aggregates (1300 and 5500 nm). It is shown that an increase in the time of ultrasonic treatment does not significantly affect the bi- or trimodal character of the particle size distribution. The effective diameter Def of agglomerates of silica particles decreases by 3 times during the first 10 min of ultrasonic treatment. With a subsequent increase in the processing time, Def does not change significantly, but fluctuates around some specific value. IR spectra of silica samples have characteristic bands related to bending vibrations of Si–O–Si at 468 cm – 1 (intense) and O–Si–O at 800 cm – 1 (average intensity), as well as bands related to stretching vibrations of Si–O–Si in the range 1000-1200 cm – 1, which are responsible for the reactivity. It was found that the process of thermal desorption from the surface of the SiO2 sample proceeds in several stages, with the most intense release of the following main volatile products: O (m/z 16), OH (m/z 17), H2O (m/z 18), and CO (m/z 28). The textural characteristics of the synthesized powders were determined by the method of low-temperature nitrogen adsorption. It is shown that the shape of the adsorption isotherm and the hysteresis loop corresponds to the texture porosity of aggregates of non-porous nanomaterials. The adsorption isotherm is well linearized, which made it possible to calculate the specific surface area according to BET (64 m2/g) and Langmuir (93 m2/g), the total pore volume, micropores, and the total area of micropores

Electrical and Physical Characteristics of Silica Nanoparticles in Aqueous Media Affected by Cations Na, Ba and Al

The influence of metal cations which have various valences [mono-(Na + ), bi-(Ba 2+ ) and trivalent (Al 3+ )] at different concentrations (0.001–0.1M) on the behaviour of nanosilica (0.5%wt. and 5%wt.) in aqueous media is analyzed using both photon correlation spectroscopy (particle-size distribution) and electrophoresis (zeta potential, ζ). The zeta potential and the particle-size distribution with respect to the particle volume of nanosilica was found to strongly depend on the silica content, concentration, and valence of cations of dissolved salts. An increase in the latter can cause a change in the sign of the zeta potential