Ενεργοποίηση της επιφάνειας ανόργανων σφαιρικών νανοδοχείων με σκοπό τη δημιουργία αιωρημάτων με βέλτιστες ρεολογικές ιδιότητες

Abstract

Συντέθηκαν κενές σφαίρες διοξειδίου του τιτανίου και οξειδίου δημητρίου-μολυβδαινίου με την τεχνική sol-gel. Αρχικά, μέσω πολυμερισμού, παρασκευάστηκαν σφαίρες πολυστυρενίου, οι οποίες εν συνεχεία χρησιμοποιήθηκαν ως καλούπια για τη σύνθεση των κούφιων ανόργανων νανοσφαιρών. Ως πρόδρομα αντιδραστήρια για το ανόργανο κέλυφος των νανοσφαιρών χρησιμοποιήθηκαν το ισοπροποξείδιο του τιτανίου Ti{OCH(CH3)2}4 για τα νανοδοχεία διοξειδίου του τιτανίου και το ακετολοακετονικό δημήτριο (Ce(III)acac) και το μολυβδαινικό νάτριο (Na2MoO4) για τα νανοδοχεία οξειδίου δημητρίου-μολυβδαινίου. Oι νανόσφαιρες δημιουργήθηκαν μέσω των αντιδράσεων υδρόλυσης και πολυσυμπύκνωσης στην επιφάνεια των σφαιρών του πολυστυρενίου. Για τη δημιουργία των νανοδοχείων από διοξείδιο του τιτανίου έγινε προσπάθεια απόρριψης των πολυμερικών πυρήνων με κατάλληλο διαλύτη. Οι κενές σφαίρες δημιουργήθηκαν τελικά, μέσω θερμικής επεξεργασίας των δειγμάτων στους 450ο C. Στη συνέχεια ακολούθησε επεξεργασία των νανοδοχείων με οξύ και βάση ώστε να έχουμε την επανεμφάνιση επιφανειακών υδροξυλίων. Λόγω έλλειψης χρόνου δεν ακολούθησε η επιφανειακή τροποποίηση των δειγμάτων. Αντίστοιχα, για τη δημιουργία των νανοδοχείων οξειδίου δημητρίου –μολυβδαινίου, ακολούθησε θερμική επεξεργασία των σύνθετων νανοσφαιρών στους 500ο C με αποτέλεσμα την απομάκρυνση του οργανικού πυρήνα. Ο χαρακτηρισμός των σφαιρών έγινε με SEM, FT-IR, TGA, και XRD. Οι κούφιες πλέον νανόσφαιρες οξειδίου δημητρίου μολυβδαινίου τροποποιήθηκαν επιφανειακά με σκοπό τη βέλτιστη διασπορά τους σε οργανικούς διαλύτες όπως ακετόνη, αιθανόλη. Χρησιμοποιήθηκε το αμινοπροπυλοτριαιθόξυ σιλάνιο (APTES) για την τροποποίηση των νανοσφαιρών ενώ υδατικό διάλυμα αμμωνίας προστέθηκε στο σύστημα ως καταλύτης. Η διεξαγωγή του πειράματος έγινε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και στους 50ο C. Ακολούθησε μελέτη FT-IR για την επιβεβαίωση της επιτυχίας της τροποποίησης και στη συνέχεια μέτρηση του ζ-δυναμικού των δύο δειγμάτων σε αιθανόλη και νερό, καθώς και τιτλοδότηση για τη μελέτη του ζ-δυναμικού συναρτήσει του pH των διασπορών. Τα αποτελέσματα των δύο δειγμάτων συγκρίθηκαν μεταξύ τους και διαπιστώθηκε η καθοριστική επίδραση της θερμοκρασίας στην επιτυχία της δράσης της τροποποίησης εντός των διαλυτών. Σε κάθε περίπτωση τα αποτελέσματα αναλύονται και επεξηγούνται.

Hollow titanium dioxide and cerium molybdenum oxide nanospheres have been successfully synthesized by the sol-gel method. At first, polystyrene spheres were synthesized through polymerization reactions , which were used as templates for the preparation of the inorganic nanocontainers. Titanium isopropoxide Ti{OCH(CH3)2}4, cerium acetylacetonate (Ce(III)acac) and sodium molybdate (Na2MoO4) were used as the precursors for the inorganic shell of the titanium dioxide and the cerium molybdenum oxide nanocontainers, respectively. The nanospheres were prepared through the hydrolysis and polycondensation reactions on the polystyrene spheres surface. Efforts have been made for the removal of the polymeric cores with a good solvent in order to produce hollow titania spheres. Finally, titania nanocontainers were prepared through calcination. Subsequently, the hollow spheres were treated with an acid or base for the recurrence of the surface hydroxyl groups. Due to lack of time the surface modification did not follow. The cerium molybdenum nanocontainers were produced through calcination, through which the polystyrene cores were completely removed. The properties of all samples were determined by SEM, FT-IR, TGA and XRD. The hollow cerium molybdenum spheres were modified for their best dispersion in organic solvents as acetone and ethanol. Aminopropyltriethoxysilane (APTES) was used for the surface modification and an ammonia solution as the catalyst of the reaction. The experiment was carried out at room temperature and at 50o C. The FT-IR method confirmed the success of the modification experiment and the z-potential measurement in ethanol and in water as well as the titration of the samples followed. The results of the two samples were compared and it was confirmed tha the temperature played a key role in the success and in the result of the modification into the solvents. In every case the results are analysed and discussed.