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

 

Опал наизнанку
Опал наизнанку

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Нитрид-борные нанокомпозиты для доставки лекарств. 2D наноматериалы помогут создать портативную искусственную почку. Обзор по cтрейнтронике. Доставка лекарств с помощью борнитридных фуллеренов. Речные фуллерены. Научный хит-парад 2018 по версии APS

Лекция Константина Севернинова: от бактериального иммунитета к геномному редактированию
20 декабря состоялась лекция молекулярного биолога, профессора Константина Северинова.
На лекции обсуждались вопросы: какова природа генетических болезней, и сможем ли мы лечить их в ближайшем будущем; что такое система CRISPR-Cas, и как бактерии используют её для борьбы с вирусами, и как изучение этого необычного механизма привело к созданию мощного инструмента геномного редактирования.

Наносистемы: физика, химия, математика (2018, том 9, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume9/9-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Эффект лотоса
Никельшпарг Эвелина Ильинична
Кратко и поэтично об одном из самых известных эффектов, который так любят школьники и участники наноолимпиады - об эффекте лотоса...

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

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!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



грузоперевозки межгород подробнее
 
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.