2Na2S2O3 + I2 ---------> 2NaI + Na2S4O6(V)
Таким образом, одному мл 0,1М Na2S2O3 отвечает получение 1,12 мл O3 при н.у.
Рисунок 3 - Спектр оптического поглощения воды, через которую пропускали озон-воздушную смесь, производимую на электрохимической установке, при величине тока 10 А, 25 А, 40 А, 60 А, 80 А
Исследование состава газовой фазы, получаемой на аноде, производилось методом УФ-спектроскопии. На рисунке 3 приведён УФ-спектр воды после насыщения озоно-кислородной смесью, получаемой на электрохимическом генераторе озона при токовых нагрузках: 10 А, 25 А, 40 А, 60 А, 80 А. Как следует из рисунка 3, в УФ-спектре наблюдается только одна полоса поглощения с максимумом при л=240-255 нм (т.н. полоса Гартли, характерная для озона). Следовательно, при указанных токовых нагрузках образуется чистая озон-кислородная смесь, не загрязненная ни окислами азота, ни фтором.
Рисунок 4 - ИК-спектр озон-воздушной смеси, выделяющейся на аноде электрохимического генератора.
Использованная в работе электрохимическая ячейка позволяет получать также и щелочные растворы пероксида водорода электровосстановлением молекулярного кислорода на катоде по суммарной реакции:
O2 + 2H2O + 2e -------------> 2H2O2 (VI)
По варианту получения щелочных растворов пероксида водорода анод из стеклоуглерода являлся катодом, в качестве электролита использовали растворы NaOH или NH4OH. В катодное пространство инжектировали поток воздуха со скоростью 41 л/ч. В таблице 2 представлены технологические режимы для получения щелочных растворов пероксида водорода.
Таблица 2 - Технологические режимы получения щелочных растворов пероксида водорода
|
Состав католита |
Токовая нагрузка, А |
Напряжение, В |
Выход по току H2O2,% |
Количество образующейся H2O2 мг/ч |
% содержание H2O2 в исходном растворе |
|
|
3% NaOH |
0,2 |
2 - 3 |
36,9 |
94,5 |
2,38 |
|
|
5% NaOH |
0,5 |
3-4 |
17,4 |
111 |
3 |
Рисунок 5 - Выполнение измерений на растровом электронном микроскопе в Центре коллективного пользования «Микроанализ» Технопарка Сколково
Выполнение измерений на растровом электронном микроскопе
Растровая электронная микроскопия основана на принципе формирования на объекте растра пучком сфокусированных электронов, каждая точка растра синхронизована с позицией точки на дисплее. Яркость этой точки на дисплее модулируется интенсивностью вторичных сигналов, возбуждённых электронным зондом в соответствующей точке объекта. Вторичные сигналы могут быть излучением вторичных электронов, отражённых электронов, оже-электронов, рентгеновских лучей и др., и, в соответствии с этим, на дисплее отображается картина участка поверхности в виде морфологической информации (вторичные и отражённые электроны), композиционного состава (рентгеновские лучи, оже-электроны) и т.д. Разрешение растрового электронного микроскопа зависит от яркости электронного зонда, коэффициента диффузии электронов зонда в объекте, среднего порядкового номера элементов в объекте, качества электронных линз и составляет в настоящее время в пределе 1 нм.
В настоящей УИР изменения поверхностных свойств ПЭТФ-ЯМ после обработки озоном регистрировали с применением растрового электронного микроскопа Quanta, находящегося в Центре коллективного пользования (ЦКП) «Микроанализ» Технопарка Сколково (рисунок 5).
Многофункциональный растровый электронный микроскоп с интегрированной системой фокусированного ионного пучка для структурной диагностики и автоматизированных исследований в промышленных и лабораторных условиях Quanta 200 3D DualBeam открывает новые возможности перед инженерами и исследователями. Сочетание возможностей традиционного РЭМ и фокусированного ионного пучка (ФИП) в одном приборе и позволяет дополнить аналитическую лабораторию трёхмерным анализом объектов на наноуровне. Уникальная особенность микроскопа Quanta 200 3D, отличающая его от других приборов - возможность создания микросечений, позволяющая изучить подповерхностную структуру образца непосредственно на месте, в камере микроскопа. Другими словами, Quanta 200 3D - это трёхмерный РЭМ.
Кроме того, сочетание в одном приборе таких возможностей, как система автоматизированного создания сечений, детекторов с адаптированной геометрией для высокого и низкого вакуума, вакуумной системы с переменным давлением, обеспечивающей отличное качество изображений непроводящих образцов и системы впрыска газа, существенно ускоряющей процесс травления, выделяют данный прибор в ряду РЭМ и ФИП систем.
3. Результаты и обсуждение
Потери массы
В таблицах 3, 4 приведены данные о потерях массы образцов ПЭТФ-ЯМ до и после обработки.
Таблица 3 - Результаты «сухого» озонирования образца ПЭТФ-ЯМ в течение различных промежутков времени при комнатной температуре.
|
Наименование |
Номер образца |
||
|
1 |
4 |
||
|
Масса до озонирования, г |
0,0236±0,0001 г |
0,0148±0,0001 г |
|
|
Масса после озонирования, г |
0,0231±0,0001 г |
0,0148±0,0001 г |
|
|
Потеря массы, % |
2,12 |
0,0 |
|
|
Время, минут |
60 |
20 |
|
|
Токовая нагрузка, А |
9,89 |
9,98 |
|
|
Внешние изменения |
Распался на части |
Не изменился |
Обнаружено, что обработка озоном образцов ПЭТФ-ЯМ на воздухе в течение одного часа приводит к образованию трещин и разрушению ЯМ. При этом масса образца уменьшилась на 2,12%.
Таблица 4 - Результаты «мокрого» озонирования образца ПЭТФ-ЯМ в течение различных промежутков времени при комнатной температуре.
|
Наименование |
Номер образца |
|||||
|
2 |
3 |
5 |
6 |
7 |
||
|
Масса до озонирования, г |
0,0230± 0,0001 |
0,0157± 0,0001 |
0,0129± 0,0001 |
0,0124± 0,0001 |
0,0125± 0,0001 |
|
|
Масса после озонирования, г |
0,0223± 0,0001 г |
0,0160± 0,0001 г |
0,0126± 0,0001 г |
0,01241± 0,0001 г |
0,0125± 0,0001 г |
|
|
Потеря массы, % |
3,0 |
(-1,9) |
2,3 |
0 |
0 |
|
|
Время, минут |
60 |
30 |
20 |
10 |
5 |
|
|
Токовая нагрузка, А |
9,89 А |
9,98 А |
9,84А |
29 А |
29,3 А |
|
|
Внешние изменения |
Не изменился |
Не изменился |
Не изменился |
Не изменился |
Не изменился |
Напротив, погружение образцов ЯМ в дистиллированную воду, в которую также осуществляли барботаж озон-воздушной смеси, не приводило к образованию видимых дефектов и разрушению образца ПЭТФ-ЯМ. Однако потери массы после одного часа обработки несколько увеличивались. Наиболее интересным оказался факт незначительного увеличения (на 1,9%) массы ПЭТФ-ЯМ после озонирования в воде в течение 30 минут. В течение первых 10 минут обработки уменьшения массы образцов не наблюдали.
Растровая электронная микроскопия
Рисунок 6 - Электронная микрофотография поверхности фрагмента образца ПЭТФ-ЯМ, выдержанного в потоке озон-воздушной смеси в течение одного часа при комнатной температуре
Как следует из результатов электронно-микроскопического анализа (рисунок 6 - 8), не наблюдается заметных изменений поровой структуры у образцов ПЭТФ-ЯМ, обработанных озоном в течение различных промежутков времени при комнатной температуре.
Рисунок 7 - Электронная микрофотография поверхности фрагмента образца ПЭТФ-ЯМ, выдержанного в потоке озон-воздушной смеси в течение 10 минут при комнатной температуре
Рисунок 8 - Электронная микрофотография поверхности фрагмента образца ПЭТФ-ЯМ, выдержанного в потоке озон-воздушной смеси в течение 5 минут при комнатной температуре
Результаты измерения элементного состава ПЭТФ-ЯМ методом рентген-энергодисперсного анализа (EDAX)
Рисунок 9 - Результаты элементного анализа поверхности образца ПЭТФ-ЯМ, обработанного в потоке озон-кислородной смеси в течение одного часа
Таблица 5 - Элементный состав поверхности фрагмента образца ПЭТФ-ЯМ после обработки в озон-кислородной смеси при комнатной температуре в течение одного часа
|
Элемент |
Содержание, % (вес.) |
Содержание, % (атомн.) |
Общее содержание, % |
Ошибка измерения |
|
|
Углерод |
67,72 |
73,65 |
147,08 |
0,02 |
|
|
Кислород |
32,28 |
26,35 |
47,29 |
0,03 |
Таблица 6 - Элементный состав поверхности фрагмента образца ПЭТФ-ЯМ после обработки в озон-кислородной смеси при комнатной температуре в течение 10 минут
|
Элемент |
Содержание, % (вес.) |
Содержание, % (атомн.) |
Общее содержание, % |
Ошибка измерения |
|
|
Углерод |
68,94 |
74,72 |
145,36 |
0,02 |
|
|
Кислород |
31,06 |
25,28 |
43,31 |
0,04 |
Таблица 7 - Элементный состав поверхности фрагмента образца ПЭТФ-ЯМ после обработки в озон-кислородной смеси при комнатной температуре в течение 5 минут
|
Элемент |
Содержание, % (вес.) |
Содержание, % (атомн.) |
Общее содержание, % |
Ошибка измерения |
|
|
Углерод |
67,85 |
73,76 |
172,31 |
0,01 |
|
|
Кислород |
32,15 |
26,24 |
54,99 |
0,03 |
Таким образом, результаты измерения элементного состава образцов ПЭТФ-ЯМ свидетельствуют о незначительных изменениях содержания атомов кислорода на поверхности исследованных образцов.
Выводы
1 Определена стойкость к воздействию озона ядерных микрофильтров на основе полиэтилентерефталатной плёнки. Установлено, что при комнатной температуре разрушение и потеря формы образца происходит в течение часа после начала обработки потоком озон-кислородной смеси. При проведении обработки образцов ПЭТФ-ЯМ в водной среде разрушения образцов не происходило.
2 Методом потери массы обнаружена незначительная тенденция к потере массы образцами ПЭТФ-ЯМ в результате обработки потоком озон-кислородной смеси как на воздухе, так и в водяной среде.
3 Методами растровой электронной микроскопии и элементного анализа (технология EDAX) не установлено существенных изменений в поровой структуре и в содержании кислорода на поверхности ПЭТФ-ЯМ.
Список использованных источников
1. Шатаева Л.К., Ряднова И.Ю., Нечаев А.Н., Сергеев А.В., Чихачёва И.П., Мчедлишвили Б.В. // Особенности смачивания и адсорбционных свойств трековых мембран на основе полиэтилентерефталата // Коллоидный журнал. - 2000. - Т. 62, № 1. - С. 126 - 132
2. Сергеев А.В., Нечаев А.Н., Первов Н.В., Власов С.В., Мчедлишвили Б.В. // Трековые мембраны как элемент темплейтного синтеза наноструктур. I. Модифицированные трековые мембраны // Серия. Критические технологии. Мембраны. - 2004. - № 1 (21). - С. 19 - 28
3. Потапова Г.Ф., Путилов А.В., Клочихин В.Л., Козлова Н.В., Курьянова Т.В., Демина О.В., Абрамов О.В., Абрамов В.О., Кузнецов В.М.. Озон-пероксидный электрохимический способ очистки природных и сточных вод на комбинированных катодах Ni-УГВМ // Конгресс ЭКВАТЭК: Вода, экология, технология. Сборник тезисов докладов. - 2000. - С. 403 - 404
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/