Impact sodium salts on colloidal and rheological characteristics of nanosilica/water/electrolyte system

Л.С. Андрійко; В.М. Гунько; A.І. Maринін; O.В. Гончарук

doi:10.15330/pcss.26.1.84-90

Автор(и)

Л.С. Андрійко Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України, Київ, Україна
В.М. Гунько Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України, Київ, Україна
A.І. Maринін Національний університет харчових технологій, Київ, Україна
O.В. Гончарук Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.1.84-90

Ключові слова:

нанокремнезем, електроліти, водні суспензії, дзета потенціал, розподіл частинок за розмірами

Анотація

Досліджено вплив солей натрію (хлоридів, йодидів, нітратів) на поведінку частинок нанокремнезему у водному середовищі. Визначено залежності ключових фізико-хімічних характеристик колоїдної системи нанокремнезем/вода/електроліт: дзета-потенціалу, розподілу частинок за розмірами та реологічних властивостей, від вмісту електроліту та твердої фази. Дзета-потенціал для всіх систем не нижче -20 В. Зі зміною концентрації солі відбувається зменшення значення ζ, що наближається до нуля. Виявлено, що процеси адсорбції та іонного обміну внаслідок взаємодії катіонів Na⁺ з поверхнею нанокремнезему можуть змінювати поведінку системи при концентраціях електроліту в межах 0,001-0,1 М. що проявляється в коагуляції первинних частинок та пептизації агломератів. Присутність електролітів призводить до додаткового структурування розчинника та збільшення в’язкості суспензії порівняно з суспензією нанокремнезему без солі. Найбільше значення в’язкості для концентрованих суспензій кремнезему в присутності NaI корелює з даними про збільшення гідродинамічного радіуса частинок (агрегатів) у присутності NaI у низькоконцентрованих суспензіях кремнезему. Водночас у присутності нітрату натрію кремнеземні суспензії мають найменшу в’язкість. У колоїдній системі нанокремнезем/вода/електроліт, коли концентрація твердої фази перевищує 7,5 мас.% і під впливом натрію хлориду та йодиду, реопексія спостерігається вже через три дні зберігання.

Посилання

R. K. Iler, The Chemistry of Silica (NY, Wiley Interscience, 1979).

A. A. Chuiko (Ed.) Medical Chemistry and Clinical Application of Silicon Dioxide (Kiev, Nauk. Dumka, 2001) (in Russian).

V. M. Gunko, L. S. Andriyko, V. I. Zarko, A. I. Marynin, V. V. Olishevskiy, W. Janusz, Effects of dissolved metal chlorides on the behavior of Silica nanoparticles in aqueous media, Central European J. Chem, 12(4), 480, (2014); https://doi.org/10.2478/s11532-013-0386-1.

R. J. Hunter, Zeta potential in Colloid Science: Principles and Applications (Academic Press, 1981).

M. Kosmulski, Positive electrokinetic charge of silica in the presence of chlorides, J. Colloid Interface Sci, 208(2), 543 (1998); https://doi.org/10.1006/jcis.1998.5859.

J. Lyklema, Fundamentals of Interface and Colloid Science, Vol. 1, (Academic Press, 1991).

C. Pfeiffer, C. Rehbock, D. Hühn, C. Carrillo-Carrion, D. J. de Aberasturi, V. Merk, S. Barcikowski, W.J. Parak, , Interaction of colloidal nanoparticles with their local environment: the (ionic) nanoenvironment around nanoparticles is different from bulk and determines the physico-chemical properties of the nanoparticles, J. R. Soc., Interface, 11(96), 20130931 (2014); ttps://doi.org/10.1098/rsif.2013.0931.

M. Kosmulski, J. B. Rosenholm, High ionic strength electrokinetics, Ad. Colloid Interface Sci, 112(1-3), 93 (2004); https://doi.org/10.1016/j.cis.2004.09.005.

G. V. Franks, Zeta Potentials and Yield Stresses of Silica Suspensions in Concentrated Monovalent Electrolytes: Isoelectric Point Shift and Additional Attraction, J. Colloid Interface Sci, 249 (1), 44 (2002); https://doi.org/10.1006/jcis.2002.8250.

L. S. Аndriyko, V. I. Zarko, А. I. Маrynin, V. V. Olishevskyi, А. А. Кravchenko, Е. M. Demjanenko, Zeta potential and aggregation degree of silica nanoparticles in presents of dissolved metal chlorides in aqueous media, Nanosist. Nanomater. Nanotehnol, 13(3), 389 (2015).

L.S. Andriyko, V.I. Zarko, V.M. Gun’ko, A.I. Marynin, V.V.Olishevskiy, E. Skwarek, Electrical and physical characteristics of silica nanoparticles in aqueous media affected by cations Na+, Ba2+, and Al3+, Adsorpt. Sci. Technol .33(6-8), 601 (2015); https://doi.org/10.1260/0263-6174.33.6-8.601.

M. Kosmulski, Surface Charging and Points of Zero Charge, (CRC Press, Boca Raton, FL, 2009).

S. K. Milonjic L. S. Cerovi, D. M. Cokeša, S. Zec, The influence of cationic impurities in silica on its crystallization and point of zero charge, J. Colloid Interface Sci, 309(1), 115 (2007); https://doi.org/10.1016/j.jcis.2006.12.033.

T. Zuyi, Z. Hongxia, Acidity and alkali metal adsorption on the SiO2-aqueous solution interface, J Colloid Interface Sci, 252(1), 15 (2002); https://doi.org/10.1006/jcis.2002.8277.

V. M. Gun’ko, V. I. Zarko, R. Leboda, E. Chibovski, Aqueous suspension of fumed oxides: particle size distribution and zeta potential, Adv. Colloid Interface Sci, 91(1), 1 (2001); https://doi.org/10.1016/S0001-8686(99)00026-3.

L. Musilová, A. Mráček, V. Kašpárková et al, Effect of Hofmeister Ions on Transport Properties of Aqueous Solutions of Sodium Hyaluronate, J. Mol. Sci, 22(4), 1932 (2021); https://doi.org/10.3390/ijms22041932

Casimiro, C. Weijers, D. Scheepers, Z. Borneman, K. Nijmeijer, Kosmotropes and chaotropes: Specific ion effects to tailor layer-by-layer membrane characteristics and performances, J. Membr. Sc, 672, 121446 (2023); https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.121446.

H.A. Barnes, J. Nonnewton. Thixotropy – a review, Fluid Mech, 70(1-2), 1 (1997); https://doi.org/10.1016/S0377-0257(97)00004-9.

T. van Vliet, J. Lyklema, Rheology. In J. Lyklema (Ed.), Fundamentals of Colloid and Interface Science. Vol. IV: Particulate Colloids (pp. 6.1-6.88) (Elsevier, 2005)

O.V. Goncharuk, L.S. Andriyko, M.L. Malysheva, O.I. Korotychc, A.I. Marynin, V. I. Zarko, A. I. Ukrainets, V. M. Gun’ko. Influence of Indifferent Electrolytes on Formation of Coagulative Structures in Aqueous Silica Dispersions, French-Ukrainian Journal of Chemistry, 5(2), 40 (2017); https://doi.org/10.17721/fujcV5I2P40-48.

M J. Kadhim, M. I. Gamaj, Estimation of the Diffusion Coefficient and Hydrodynamic Radius (Stokes Radius) for Inorganic Ions in Solution Depending on Molar Conductivity as Electro-Analytical Technique-A Review, J. of Chem. Rev, 2(3), 182 (2020); https://doi.org/10.33945/SAMI/JCR.2020.3.5.