Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Пористая структура халькогелей
Рис 1. (A) Различные строительные блоки для постройки халькогелей ( синим отмечены атомы металла; красным - халькогенидов), (B) и (С) - гидрогель до и после сушки.

Халькогели – новый класс соединений для очистки воды и водорода

Ключевые слова:  аэрогель, периодика, сорбент, халькогель, экология

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

01 сентября 2007

Группе ученых из США впервые удалось получить аэрогели с каркасной структурой на основе сульфидов и селенидов металлов. Полученные материалы уже сейчас могут быть использованы для тонкой очистки воды, а в будущем смогут очищать водород для топливных ячеек.

На сегодняшний день большинство неорганических пористых материалов, разработанных для производства молекулярных сит, ионообменных фильтров и катализаторов, получают на основе оксидов металлов. Наиболее распространенными классами соединений, которые используются в промышленности для этих целей, являются цеолиты и алюмосиликаты. Аэрогели – принципиально другой класс пористых неорганических аморфных полимеров, в которых структурные блоки с размерами порядка нескольких десятков нанометров соединены в структуры с высокоразвитой поверхностью, очень малой плотностью и очень большими порами.

Суть разработанного в Арагонской Национальной лаборатории (государственный департамент США) метода получения высокопористых полупроводящих гелей заключается в соединении халькогенидных кластеров в каркасы через ионы металлов. Сначала готовят водные растворы, в которых присутствуют анионные комплексы халькогенидов, например [MQ4]4–, [M2Q6]4– и [M4Q10]4– (M = Ge, Sn; Q = S, Se) (рис. 1А). Затем при добавлении солей платины происходит образование протяженных полимерных каркасов, в которых все атомы связаны ковалентной связью. В ходе получения образующийся материал адсорбирует молекулы растворителя, и, таким образом, образуется гидрогель. После сушки полученного вещества в жестких условиях в атмосфере углекислого газ образуется аэрогель. Этот класс материалов и получил название "халькогели". Результаты просвечивающей электронной микроскопии показали наличие в халькогелях неупорядоченных пор.

Халькогели способны очень эффективно очищать воду, загрязненную тяжелыми металлами. Так, после очистки воды с содержанием ртути 645 ppm (ppm – «одна миллионная») десятью миллиграммами этого вещества в воде остается всего 0,04 ppm ионов ртути. Распространенные сейчас силикагели могут лишь приблизиться к подобному результату только после специальной модификации их поверхности серосодержащими лигандами.

Поскольку элементы, из которых состоят халькогели, находятся в одной группе с кислородом в периодической системе Д.И. Менделеева, исследователи надеются, что они смогут эффективно адсорбировать примеси в потоке водорода. Варьируя условия получения гелей, можно легко контролировать размеры и форму пор и, таким образом, селективно подбирать материал под определенные частицы примеси.

Гели имеют одно важное преимущество по сравнению с порошками. Поскольку большинство материалов легко «сцепляются» с гелями, это позволяет сохранять им аномально высокую площадь поверхности: один кубический сантиметр аэрогеля по площади поверхности равен футбольному полю. А чем больше поверхность, тем более эффективна очистка.

Кроме того, в отличие от оксидных материалов, халькогели обладают полупроводниковыми свойствами. Это открывает большие перспективы как для дальнейшего изучения этого класса уникальных материалов, так и для усовершенствования технологий их применения на практике. Первые исследования показали, что размеры пор в халькогелях могут меняться при воздействии излучения. Таким образом, чувствительностью и проницаемостью мембран на основе этого класса соединений можно будет легко управлять в режиме реального времени.

Перевод - С.Гутников (ФНМ МГУ)


Источник: Sciencemag



Комментарии
Павел Михайлович, 03 сентября 2007 16:56 
Конечно такое удление ртути впечатляет. Но раз уж речь о очистке воды возникает вопрос о том как эти халькоглеи приводить в рабочее состояние после эксплуатации, и если это невозможно то как их утилизировать...
А меня такая степень очистки настораживает. Не указан объём очищаемой воды, непонятна ёмкость полученного материала по ионам ртути. Да и вообще, намного проще обработать сероорганикой силикагель, чем сооружать халькогель, да ещё с платиной.
Shvarev Alexey Y, 05 сентября 2007 21:11 
Сульфидом натрия ртуть конешно проще удалять. И поверьте, не менее эффективно. Наверно в ФНМ студентам рассказывали о произведении растворимости. Там ищщо задачки с иксами такими, всякими. Но в Science вас не напечатают предложи вы такую ерунду. Есть ищщо хелатные ионообменные волокна (В Москве в ближайшем хозмаге за углом) с приличной емкостью и селективностью по отношению к тяжелым металлам а не только р-р-ртути. А вот сорбент на основе платины, это по богатому. Если найдете где такие фильтры по доллару, свистните мне, я из них платину добывать буду. Таперича давайте включим голову и подумаем. Заявленная емкость 6 ммоль на грамм, к слову, типичная для ионообменников. Но куды, скажите, куды ртуть там сорбируется? Ион ртути как никак имеет заряд +2. В "пору" он просто так не полезет ни за какие коврижки. Ему нужна подруга жизни с зарядом -2: сера. О банальном ионнном обмене речь не идет: нечему там обмениваться. Ответ похоже один - идет реакция с разрушением оного комплекса и образованием сульфида ртути. Интересно что же попадет в раствор. Но энто авторам статьи неинтересно.
Гудилин Евгений Алексеевич, 06 сентября 2007 10:04 
Мезопористый SiO2 с тиолами работает не хуже по эффективности, но не пакостит маточную жидкость.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

"Ложка дёгтя в бочке мёда"
"Ложка дёгтя в бочке мёда"

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Итоги Менделеевского Года
28 ноября в Фундаментальной библиотеке МГУ состоялось торжественное закрытие Международного года Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.