Қатты денелердің беттік қасиеттеріне ультракүлгін және иондайтын сәулеленудің әсері
1. ҚАТТЫ ДЕНЕЛЕРДІҢ БЕТТІК ҚАСИЕТТЕРІНЕ УЛЬТРАКҮЛГІН ЖӘНЕ ИОНДАЙТЫН СӘУЛЕЛЕНУДІҢ ӘСЕРІ
1.1 Тотықтың беттік қасиеттеріне сәулеленудің әсері
1.2 Адсорбенттердің беттік қасиеттеріне иондайтын сәулеленудің әрекеті
1.3 SiO2 гидроқышқылды жамылғысы
2. СЫНАҚ ӘДІСІ
2.1 Зерттеу нысандары
2.2 Вакуумдық.сынақ құрылғылары
2.3 Сәулеленудің көздері мен техникасы
3. ТОТЫҚТАРДЫҢ ҮСТІҢГІ ҚАБАТЫНДАҒЫ ГАММА АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР
3.1. g сәулесінің SiO2 гидроксилді жамылғыларына тигізетін әсерлері
4. ЕҢБЕК ҚОРҒАУ
5. СӘУЛЕЛЕНДІРІЛГЕН КРЕМНИЙ ҚОСТОТЫҒЫН АЛУДЫҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСІНЕ ЖОБАНЫ ДАЙЫНДАУ МЕН ЕНГІЗУДІҢ ШЫҒЫНДАРЫН ЕСЕПТЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1.1 Тотықтың беттік қасиеттеріне сәулеленудің әсері
1.2 Адсорбенттердің беттік қасиеттеріне иондайтын сәулеленудің әрекеті
1.3 SiO2 гидроқышқылды жамылғысы
2. СЫНАҚ ӘДІСІ
2.1 Зерттеу нысандары
2.2 Вакуумдық.сынақ құрылғылары
2.3 Сәулеленудің көздері мен техникасы
3. ТОТЫҚТАРДЫҢ ҮСТІҢГІ ҚАБАТЫНДАҒЫ ГАММА АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР
3.1. g сәулесінің SiO2 гидроксилді жамылғыларына тигізетін әсерлері
4. ЕҢБЕК ҚОРҒАУ
5. СӘУЛЕЛЕНДІРІЛГЕН КРЕМНИЙ ҚОСТОТЫҒЫН АЛУДЫҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСІНЕ ЖОБАНЫ ДАЙЫНДАУ МЕН ЕНГІЗУДІҢ ШЫҒЫНДАРЫН ЕСЕПТЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде иондайтын сәулеленудің әсерін зерттеуге және металл тотықтарының негізіндегі материалдардың технологиялық қасиеттеріне қатысты мәселелерге үлкен қызығушылық туындап отыр. Бұл түрлі тотығу жүйелері ортамен сәулеленудің жоғары температурасының әсеріне төзімді қатты денелердің негізін құрайтындығына байланысты. Оның үстіне түрлі керамикалық жүйелер мен ұнтақ металлургиясының технологиясы бойынша алынған жамылғылар 21 ғасырдың келешігі бар материалдар ретінде айтылуда. Міне сондықтан да осы жүйелерге деген қызығушылық кездейсоқ жағдай емес және бәрінен де бұрын олардың іс жүзіндегі мәнісі тұрғысынан да айқындалады. Осыған байланысты дамыған беті (керамика, шашылу материалдары) бар жүйелерді зерттеген кезде, көбінесе зерттеушілердің алдында үлкен көлемде беткейіндегі ақаулықтарды бөлу мәселесі тұрады. Қатты денелердің беттерін жетілдірудің тиімді тәсілдерінің бірі иондайтын сәулелену болып табылады. Бұл бәрінен бұрын қатты денелердің адсорбциондық, каталитистикалық және эмиссиялық сипаттарының өзгерісінде байқалады. Сәулелену радиациялық ақауларын тудырады, адсорбциялық сыйымдылықты, каталитикалық белсенділігін қарқынды түрде ұлғаюына жауапты жаңа орталықтардың пайда болуына жағдай жасайды, адсорбенттер мен катализаторлардың сұрыптылығының өзгеруін жүзеге асырады. Әсіресе бұл әрекет тотықты жартылай өткізгішті және диэлектрлік материалдарға әсер етеді, бұлар үшін әдеттегі термикалық құбылыстарды бірқатар ретке ұлғайтатын радиациялық-активтенген әсерлер белгілі[18].
Қатты дененің физикасы, физикалық химия, бет физикасы мен химиясы, радиациялық физика, радиациялық материалдарды тану тәрізді ғылымдардың тоғысында жатқан ғылыми бағыт соңғы кездері ғылымның келешегі бар, көп нәрсені ұсынатын ғылымның бірі болып келе жатыр. 1959 жылдан бастап радиацияның тотықты диэлектрлік және SiO2, Al2O3, BeO тәрізді жартылай өткізгішті адсорбенттердің қасиеттерінің ықпалына арналған жұмыстардың үлкен бір легі пайда болды [19]. Дегенмен бұл зерттеулер әрдайым тұтастай әрі логикалық қорытынды үлгіні қалыптастырған емес, оның үстіне түрлі зерттеушілердің нәтижелері қарама-қарсы сипатқа ие болды. Сондықтан да жүргізіліп отырған жұмыстың мақсаты бұрындары қарастырылған мәселелерді зерттеу ғана емес, сондай-ақ зерттеудің қазіргі әдістерімен алынған сынақ мәліметтерінің негізінде белгілі нәтижелерді жүйеге келтіру болып табылады.
Жұмыстың мақсаты - Электронды және кристалдық құрылымдармен ерекшеленетін тотықтардың бетінде иондайтын сәулеленудің (гамма-сәулелену) әсері кезінде қалыптасқан адсорбцияның белсенді орталықтарын сынақ түрінде зерттеу мен анықтау болып табылады. Алға қойылған мақсатқа жету үшін мынадай міндеттерді шешу қажет:
а) Алдын ала газ-қатты дене жүйесінің біріккен сәулеленуі жағдайларында сенімді сынақ нәтижелерін алуды қамтамасыз етуші вакуумды-сынақ құрылғыларының кешенін әзірлеу мен дайындау.
б) Температура мен қысымдардың кең ауқымды интервалында алдын ала өңдеудің температурасына байланысты беткей қалпының өзгеріс рөлін айқындау, адсорбирленген су мен гидроксилді топтардың мазмұны мен құрылымын, құрылым мен аралас құрамдық тотықтардың адсорбциондық белсенділігіне ықпалын анықтау.
в) Сәулеленудің әртүрлерінің әсерлері кезіндегі тотықтардың беттеріндегі адсорбцияның белсенді орталықтары мен жинақталу үрдістерінің кинетикалық және термодинамикалық көрсеткіштерін анықтау және олардың ықпалдарына салыстырмалы талдау жасау.
г) Парамагнитті орталықтардың табиғатын анықтау және де сәулеленген тотықтардың беттеріндегі адсорбцияның донорлық-акцептрлік белсенді орталықтарын қалыптастырудағы олардың рөлін анықтау.
д) Әртүрлі электронды және кристалдық қасиеттері бар молекулаларға арналған тотықтардың бетіндегі радиациялық бейімделгін адсорбцияның механизімін жасау.
Қазіргі кезде иондайтын сәулеленудің әсерін зерттеуге және металл тотықтарының негізіндегі материалдардың технологиялық қасиеттеріне қатысты мәселелерге үлкен қызығушылық туындап отыр. Бұл түрлі тотығу жүйелері ортамен сәулеленудің жоғары температурасының әсеріне төзімді қатты денелердің негізін құрайтындығына байланысты. Оның үстіне түрлі керамикалық жүйелер мен ұнтақ металлургиясының технологиясы бойынша алынған жамылғылар 21 ғасырдың келешігі бар материалдар ретінде айтылуда. Міне сондықтан да осы жүйелерге деген қызығушылық кездейсоқ жағдай емес және бәрінен де бұрын олардың іс жүзіндегі мәнісі тұрғысынан да айқындалады. Осыған байланысты дамыған беті (керамика, шашылу материалдары) бар жүйелерді зерттеген кезде, көбінесе зерттеушілердің алдында үлкен көлемде беткейіндегі ақаулықтарды бөлу мәселесі тұрады. Қатты денелердің беттерін жетілдірудің тиімді тәсілдерінің бірі иондайтын сәулелену болып табылады. Бұл бәрінен бұрын қатты денелердің адсорбциондық, каталитистикалық және эмиссиялық сипаттарының өзгерісінде байқалады. Сәулелену радиациялық ақауларын тудырады, адсорбциялық сыйымдылықты, каталитикалық белсенділігін қарқынды түрде ұлғаюына жауапты жаңа орталықтардың пайда болуына жағдай жасайды, адсорбенттер мен катализаторлардың сұрыптылығының өзгеруін жүзеге асырады. Әсіресе бұл әрекет тотықты жартылай өткізгішті және диэлектрлік материалдарға әсер етеді, бұлар үшін әдеттегі термикалық құбылыстарды бірқатар ретке ұлғайтатын радиациялық-активтенген әсерлер белгілі[18].
Қатты дененің физикасы, физикалық химия, бет физикасы мен химиясы, радиациялық физика, радиациялық материалдарды тану тәрізді ғылымдардың тоғысында жатқан ғылыми бағыт соңғы кездері ғылымның келешегі бар, көп нәрсені ұсынатын ғылымның бірі болып келе жатыр. 1959 жылдан бастап радиацияның тотықты диэлектрлік және SiO2, Al2O3, BeO тәрізді жартылай өткізгішті адсорбенттердің қасиеттерінің ықпалына арналған жұмыстардың үлкен бір легі пайда болды [19]. Дегенмен бұл зерттеулер әрдайым тұтастай әрі логикалық қорытынды үлгіні қалыптастырған емес, оның үстіне түрлі зерттеушілердің нәтижелері қарама-қарсы сипатқа ие болды. Сондықтан да жүргізіліп отырған жұмыстың мақсаты бұрындары қарастырылған мәселелерді зерттеу ғана емес, сондай-ақ зерттеудің қазіргі әдістерімен алынған сынақ мәліметтерінің негізінде белгілі нәтижелерді жүйеге келтіру болып табылады.
Жұмыстың мақсаты - Электронды және кристалдық құрылымдармен ерекшеленетін тотықтардың бетінде иондайтын сәулеленудің (гамма-сәулелену) әсері кезінде қалыптасқан адсорбцияның белсенді орталықтарын сынақ түрінде зерттеу мен анықтау болып табылады. Алға қойылған мақсатқа жету үшін мынадай міндеттерді шешу қажет:
а) Алдын ала газ-қатты дене жүйесінің біріккен сәулеленуі жағдайларында сенімді сынақ нәтижелерін алуды қамтамасыз етуші вакуумды-сынақ құрылғыларының кешенін әзірлеу мен дайындау.
б) Температура мен қысымдардың кең ауқымды интервалында алдын ала өңдеудің температурасына байланысты беткей қалпының өзгеріс рөлін айқындау, адсорбирленген су мен гидроксилді топтардың мазмұны мен құрылымын, құрылым мен аралас құрамдық тотықтардың адсорбциондық белсенділігіне ықпалын анықтау.
в) Сәулеленудің әртүрлерінің әсерлері кезіндегі тотықтардың беттеріндегі адсорбцияның белсенді орталықтары мен жинақталу үрдістерінің кинетикалық және термодинамикалық көрсеткіштерін анықтау және олардың ықпалдарына салыстырмалы талдау жасау.
г) Парамагнитті орталықтардың табиғатын анықтау және де сәулеленген тотықтардың беттеріндегі адсорбцияның донорлық-акцептрлік белсенді орталықтарын қалыптастырудағы олардың рөлін анықтау.
д) Әртүрлі электронды және кристалдық қасиеттері бар молекулаларға арналған тотықтардың бетіндегі радиациялық бейімделгін адсорбцияның механизімін жасау.
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1. Абляев Ш.А., Стародубцев С.В., Ерматов С.Е. Изменение адсорбционных свойств силикагеля под действием гамма-лучей. - Докл. АН СССР.: Т.129, 1959- 72 с.
2. Абляев Ш.А., Стародубцев С.В., Ерматов С.Е. Изменение адсорбционных свойств пористых тел под действием гамма-облучения. - Ташкент: Фан, Т.1, 1961- 174 с.
3. Аксенова Т.И., Ерматов С.Е., Тусеев Т. Исследование центров фотосорбции на SiO2 методом ИК-спектроскопии. – Алма-Ата: 1979- 190с.
4. Бобышев А.Н., Радциг В.А. Свободно-радикальные центры заданной структуры на поверхности диоксида кремния. - Кинетика и катализ: Т.31.1978- 925-930 с.
5. Волков А.В., Киселев А.В., Лыгин В.И. Исследование дегидрокслирования и спекания силикагелей методом ИК- спектроскопии. - Коллойд. журн: Т.41, 1979- 323 с.
6. Данчевская М.Н., Крейсберг В.А., Ракчеев В.А. Механизм воздействия поверхностно- активных веществ на процесс структурирования кремнезема. - Журн. физ. хим.: Т.62, №1, 1988- 122-127 с.
7. Данчевская М.Н., Овчинникова О.Т. Спектры ЭПР облученных гамма-лучами кремнезема. - Журн. физ. хим.: Т.62, №1, 1988-128-132 с.
8. Ерматов С.Е., Жуков Е.И., Тусеев Т. Изучение адсорбции водорода при облучении окислов кремнтя, алюминия, бериллия тяжелыми заряженными частицами. - Ташкент: Фан, 1974-84 с.
9. Ерматов С.Е. Исследование поверхностных свойств и природы центров адсорбции облученного кремнезема. – М.: 1972-42 с.
10. Ерматов С.Е., Жуков Е.И. Метод исследования адсорбции газа в двуокиси кремния при облучении заряженными частицами. - Изв. АН КазССР.: 1973-80с.
11. Ерматов С.Е., Тусеев Т., Сидоров Н.А. Масс-спектрометрические исследования процессов фотосорбции в системе SiO2.- Изв. АН КазССР.: 1975-12 с.
12. Ерматов С.Е., Тусеев Т. Температурная зависимость γ-адсорбционного эффекта на окисных адсорбентах. – М.: Наука, 1975-33 с.
13. Ерматов С.Е., Тусеев Т. Зависимость γ-адсорбционного эффекта от температуры предварительной тренировки двуокиси кремния. – Тащкент: Фан, 1974-67 с.
14. Ерматов С.Е., Тусеев Т. О роли гидроксильного покрова двуокиси кремния в фотосорбции кислорода. // Изв. АН КазССР, 1975-82 с.
15. Ерматов С.Е., Тусеев Т., Вахабов М. Радиационно-стимулированная адсорбция на поверхности SiO2 и BeO. – Ташкент: Фан, 1985-65-71 с.
16. Ерматов С.Е., Тусеев Т. Поверхностные радиационные эффекты на SiO2 и BeO. – Караганда: 1986- 72 с.
17. Ерматов С.Е., Тусеев Т., Вахабов М. Радиационные центры адсорбции на SiO2. - Изв. АН УзССР.: №1, 1990- 21-24 с.
18. Киселев В.Ф. Поверхные явления в полупроводниках и диэлектриках. – М.: Наука, 1974- 299 с.
19. Киселев В.Ф., Крылов О.В. Адсорбционные процессы на поверхности полупроводников и диэлектриков. – М.: Наука, 1976- 250 с.
20. Киселев В.Ф., Лыгин В.Н. ИК-спектры поверхностных соединений и адсорбированных молекул.- М.: Наука, 1972- 460 с.
21. Квливидзе В.И., Киселев В.Ф. Исследование состояния поверхности методом ЯМР.- М.: Наука, 1968- 302 с.
22. Кольцов С.И., Алесковский В.Б. Силикагель, его строение и химические свойства. – Л.: Наука, 1963- 96 с.
23. Киселев В.Ф., Лыгин В.И., Щепалин К.Л. Исследование химических свойств дегидроксилированной поверхности кремнезема методом ИК-спектроскопии.- М.: Наука, 1986- 1701-1706 с.
24. Кошеров Т.С. Исследование природы радиационных центров и механизма адсорбции газов на окисных адсорбентах спектрометрическим методом.- Алма-Ата: 1974- 21 с.
25. Крутоверцев С.А., Меньшиков С.Д., Сироткин С.И. и др. Влияние термообработки на состояние легирующих добавок в сорбционных пленках оксида кремния. – М.: Наука, 1990- 1642-1645 с.
26. Коротков Ф.П., Холмогоров В.Е. Фотосенсиблизированное разложение воды на поверхности силикагеля. – Новосибирск: Наука, 1974- 96 с.
27. Любимова О.И., Котов А.Г. Поверхностные центры γ-облученных силикагелей. Исследование методом ЭПР влияния адсорбции водорода и окиси азота. – М.: Химия выс. энергия, 1970-72 с.
28. Радциг А.А., Бобышев А.А. и др. Силадиоксирановые группировки на поверхности SiO2 .- Кинетика и катализ: Т.30, 1989- 1334-1342 с.
29. Покровский В.А., Морозов А.В. и др. Изучение активных центров поверхности тонких пленок диоксида кремния методом масс-спектрометрии вторичных ионов. – Журн. физ. хим.: Т.63, 1989- 3370-3373 с.
30. Солоницын Ю.П. Фотосорбционные процессы на оксидных адсорбентах. – М.: Наука, 1966- 435 с .
31. Тагиева М.М., Киселев В.Ф. Исследование воздействия излучения на свойства поверхности кремнезема. – М.: Наука, 1961-1381 с.
32. Теренин А.Н. ИК-спектры поверхностных соединении на силикатных соединениях. – М.: МГУ, 1957- 206 с.
33. Тусеев Т. Т. Влияние облучения на поверхностные свойства некоторых окислов. – Туркестан: 1992- 69 с.
34. Тусеев Т. Т. О кинетике фотоадсорбции на SiO2.- Туркестан: 1994-164 с.
1. Абляев Ш.А., Стародубцев С.В., Ерматов С.Е. Изменение адсорбционных свойств силикагеля под действием гамма-лучей. - Докл. АН СССР.: Т.129, 1959- 72 с.
2. Абляев Ш.А., Стародубцев С.В., Ерматов С.Е. Изменение адсорбционных свойств пористых тел под действием гамма-облучения. - Ташкент: Фан, Т.1, 1961- 174 с.
3. Аксенова Т.И., Ерматов С.Е., Тусеев Т. Исследование центров фотосорбции на SiO2 методом ИК-спектроскопии. – Алма-Ата: 1979- 190с.
4. Бобышев А.Н., Радциг В.А. Свободно-радикальные центры заданной структуры на поверхности диоксида кремния. - Кинетика и катализ: Т.31.1978- 925-930 с.
5. Волков А.В., Киселев А.В., Лыгин В.И. Исследование дегидрокслирования и спекания силикагелей методом ИК- спектроскопии. - Коллойд. журн: Т.41, 1979- 323 с.
6. Данчевская М.Н., Крейсберг В.А., Ракчеев В.А. Механизм воздействия поверхностно- активных веществ на процесс структурирования кремнезема. - Журн. физ. хим.: Т.62, №1, 1988- 122-127 с.
7. Данчевская М.Н., Овчинникова О.Т. Спектры ЭПР облученных гамма-лучами кремнезема. - Журн. физ. хим.: Т.62, №1, 1988-128-132 с.
8. Ерматов С.Е., Жуков Е.И., Тусеев Т. Изучение адсорбции водорода при облучении окислов кремнтя, алюминия, бериллия тяжелыми заряженными частицами. - Ташкент: Фан, 1974-84 с.
9. Ерматов С.Е. Исследование поверхностных свойств и природы центров адсорбции облученного кремнезема. – М.: 1972-42 с.
10. Ерматов С.Е., Жуков Е.И. Метод исследования адсорбции газа в двуокиси кремния при облучении заряженными частицами. - Изв. АН КазССР.: 1973-80с.
11. Ерматов С.Е., Тусеев Т., Сидоров Н.А. Масс-спектрометрические исследования процессов фотосорбции в системе SiO2.- Изв. АН КазССР.: 1975-12 с.
12. Ерматов С.Е., Тусеев Т. Температурная зависимость γ-адсорбционного эффекта на окисных адсорбентах. – М.: Наука, 1975-33 с.
13. Ерматов С.Е., Тусеев Т. Зависимость γ-адсорбционного эффекта от температуры предварительной тренировки двуокиси кремния. – Тащкент: Фан, 1974-67 с.
14. Ерматов С.Е., Тусеев Т. О роли гидроксильного покрова двуокиси кремния в фотосорбции кислорода. // Изв. АН КазССР, 1975-82 с.
15. Ерматов С.Е., Тусеев Т., Вахабов М. Радиационно-стимулированная адсорбция на поверхности SiO2 и BeO. – Ташкент: Фан, 1985-65-71 с.
16. Ерматов С.Е., Тусеев Т. Поверхностные радиационные эффекты на SiO2 и BeO. – Караганда: 1986- 72 с.
17. Ерматов С.Е., Тусеев Т., Вахабов М. Радиационные центры адсорбции на SiO2. - Изв. АН УзССР.: №1, 1990- 21-24 с.
18. Киселев В.Ф. Поверхные явления в полупроводниках и диэлектриках. – М.: Наука, 1974- 299 с.
19. Киселев В.Ф., Крылов О.В. Адсорбционные процессы на поверхности полупроводников и диэлектриков. – М.: Наука, 1976- 250 с.
20. Киселев В.Ф., Лыгин В.Н. ИК-спектры поверхностных соединений и адсорбированных молекул.- М.: Наука, 1972- 460 с.
21. Квливидзе В.И., Киселев В.Ф. Исследование состояния поверхности методом ЯМР.- М.: Наука, 1968- 302 с.
22. Кольцов С.И., Алесковский В.Б. Силикагель, его строение и химические свойства. – Л.: Наука, 1963- 96 с.
23. Киселев В.Ф., Лыгин В.И., Щепалин К.Л. Исследование химических свойств дегидроксилированной поверхности кремнезема методом ИК-спектроскопии.- М.: Наука, 1986- 1701-1706 с.
24. Кошеров Т.С. Исследование природы радиационных центров и механизма адсорбции газов на окисных адсорбентах спектрометрическим методом.- Алма-Ата: 1974- 21 с.
25. Крутоверцев С.А., Меньшиков С.Д., Сироткин С.И. и др. Влияние термообработки на состояние легирующих добавок в сорбционных пленках оксида кремния. – М.: Наука, 1990- 1642-1645 с.
26. Коротков Ф.П., Холмогоров В.Е. Фотосенсиблизированное разложение воды на поверхности силикагеля. – Новосибирск: Наука, 1974- 96 с.
27. Любимова О.И., Котов А.Г. Поверхностные центры γ-облученных силикагелей. Исследование методом ЭПР влияния адсорбции водорода и окиси азота. – М.: Химия выс. энергия, 1970-72 с.
28. Радциг А.А., Бобышев А.А. и др. Силадиоксирановые группировки на поверхности SiO2 .- Кинетика и катализ: Т.30, 1989- 1334-1342 с.
29. Покровский В.А., Морозов А.В. и др. Изучение активных центров поверхности тонких пленок диоксида кремния методом масс-спектрометрии вторичных ионов. – Журн. физ. хим.: Т.63, 1989- 3370-3373 с.
30. Солоницын Ю.П. Фотосорбционные процессы на оксидных адсорбентах. – М.: Наука, 1966- 435 с .
31. Тагиева М.М., Киселев В.Ф. Исследование воздействия излучения на свойства поверхности кремнезема. – М.: Наука, 1961-1381 с.
32. Теренин А.Н. ИК-спектры поверхностных соединении на силикатных соединениях. – М.: МГУ, 1957- 206 с.
33. Тусеев Т. Т. Влияние облучения на поверхностные свойства некоторых окислов. – Туркестан: 1992- 69 с.
34. Тусеев Т. Т. О кинетике фотоадсорбции на SiO2.- Туркестан: 1994-164 с.
1. ҚАТТЫ ДЕНЕЛЕРДІҢ БЕТТІК ҚАСИЕТТЕРІНЕ УЛЬТРАКҮЛГІН ЖӘНЕ ИОНДАЙТЫН
СӘУЛЕЛЕНУДІҢ ӘСЕРІ
1.1 Тотықтың беттік қасиеттеріне сәулеленудің әсері
1.2 Адсорбенттердің беттік қасиеттеріне иондайтын сәулеленудің әрекеті
1.3 SiO2 гидроқышқылды жамылғысы
2. СЫНАҚ ӘДІСІ
2.1 Зерттеу нысандары
2.2 Вакуумдық-сынақ құрылғылары
2.3 Сәулеленудің көздері мен техникасы
3. ТОТЫҚТАРДЫҢ ҮСТІҢГІ ҚАБАТЫНДАҒЫ ГАММА АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР
3.1. ( сәулесінің SiO2 гидроксилді жамылғыларына тигізетін әсерлері
4. ЕҢБЕК ҚОРҒАУ
5. СӘУЛЕЛЕНДІРІЛГЕН КРЕМНИЙ ҚОСТОТЫҒЫН АЛУДЫҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСІНЕ ЖОБАНЫ
ДАЙЫНДАУ МЕН ЕНГІЗУДІҢ ШЫҒЫНДАРЫН ЕСЕПТЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде иондайтын сәулеленудің әсерін зерттеуге және металл
тотықтарының негізіндегі материалдардың технологиялық қасиеттеріне қатысты
мәселелерге үлкен қызығушылық туындап отыр. Бұл түрлі тотығу жүйелері
ортамен сәулеленудің жоғары температурасының әсеріне төзімді қатты
денелердің негізін құрайтындығына байланысты. Оның үстіне түрлі керамикалық
жүйелер мен ұнтақ металлургиясының технологиясы бойынша алынған жамылғылар
21 ғасырдың келешігі бар материалдар ретінде айтылуда. Міне сондықтан да
осы жүйелерге деген қызығушылық кездейсоқ жағдай емес және бәрінен де бұрын
олардың іс жүзіндегі мәнісі тұрғысынан да айқындалады. Осыған байланысты
дамыған беті (керамика, шашылу материалдары) бар жүйелерді зерттеген кезде,
көбінесе зерттеушілердің алдында үлкен көлемде беткейіндегі ақаулықтарды
бөлу мәселесі тұрады. Қатты денелердің беттерін жетілдірудің тиімді
тәсілдерінің бірі иондайтын сәулелену болып табылады. Бұл бәрінен бұрын
қатты денелердің адсорбциондық, каталитистикалық және эмиссиялық
сипаттарының өзгерісінде байқалады. Сәулелену радиациялық ақауларын
тудырады, адсорбциялық сыйымдылықты, каталитикалық белсенділігін қарқынды
түрде ұлғаюына жауапты жаңа орталықтардың пайда болуына жағдай жасайды,
адсорбенттер мен катализаторлардың сұрыптылығының өзгеруін жүзеге асырады.
Әсіресе бұл әрекет тотықты жартылай өткізгішті және диэлектрлік
материалдарға әсер етеді, бұлар үшін әдеттегі термикалық құбылыстарды
бірқатар ретке ұлғайтатын радиациялық-активтенген әсерлер белгілі[18].
Қатты дененің физикасы, физикалық химия, бет физикасы мен химиясы,
радиациялық физика, радиациялық материалдарды тану тәрізді ғылымдардың
тоғысында жатқан ғылыми бағыт соңғы кездері ғылымның келешегі бар, көп
нәрсені ұсынатын ғылымның бірі болып келе жатыр. 1959 жылдан бастап
радиацияның тотықты диэлектрлік және SiO2, Al2O3, BeO тәрізді жартылай
өткізгішті адсорбенттердің қасиеттерінің ықпалына арналған жұмыстардың
үлкен бір легі пайда болды [19]. Дегенмен бұл зерттеулер әрдайым тұтастай
әрі логикалық қорытынды үлгіні қалыптастырған емес, оның үстіне түрлі
зерттеушілердің нәтижелері қарама-қарсы сипатқа ие болды. Сондықтан да
жүргізіліп отырған жұмыстың мақсаты бұрындары қарастырылған мәселелерді
зерттеу ғана емес, сондай-ақ зерттеудің қазіргі әдістерімен алынған сынақ
мәліметтерінің негізінде белгілі нәтижелерді жүйеге келтіру болып табылады.
Жұмыстың мақсаты - Электронды және кристалдық құрылымдармен ерекшеленетін
тотықтардың бетінде иондайтын сәулеленудің (гамма-сәулелену) әсері кезінде
қалыптасқан адсорбцияның белсенді орталықтарын сынақ түрінде зерттеу мен
анықтау болып табылады. Алға қойылған мақсатқа жету үшін мынадай
міндеттерді шешу қажет:
а) Алдын ала газ-қатты дене жүйесінің біріккен сәулеленуі
жағдайларында сенімді сынақ нәтижелерін алуды қамтамасыз етуші вакуумды-
сынақ құрылғыларының кешенін әзірлеу мен дайындау.
б) Температура мен қысымдардың кең ауқымды интервалында алдын ала
өңдеудің температурасына байланысты беткей қалпының өзгеріс рөлін айқындау,
адсорбирленген су мен гидроксилді топтардың мазмұны мен құрылымын, құрылым
мен аралас құрамдық тотықтардың адсорбциондық белсенділігіне ықпалын
анықтау.
в) Сәулеленудің әртүрлерінің әсерлері кезіндегі тотықтардың
беттеріндегі адсорбцияның белсенді орталықтары мен жинақталу үрдістерінің
кинетикалық және термодинамикалық көрсеткіштерін анықтау және олардың
ықпалдарына салыстырмалы талдау жасау.
г) Парамагнитті орталықтардың табиғатын анықтау және де сәулеленген
тотықтардың беттеріндегі адсорбцияның донорлық-акцептрлік белсенді
орталықтарын қалыптастырудағы олардың рөлін анықтау.
д) Әртүрлі электронды және кристалдық қасиеттері бар молекулаларға
арналған тотықтардың бетіндегі радиациялық бейімделгін адсорбцияның
механизімін жасау.
1. ҚАТТЫ ДЕНЕЛЕРДІҢ БЕТТІК ҚАСИЕТТЕРІНЕ
УЛЬТРАКҮЛГІН ЖӘНЕ ИОНДАЙТЫН СӘУЛЕЛЕНУДІҢ
ӘСЕРІ
1.1 Тотықтың беттік қасиеттеріне сәулеленудің әсері
Жарықтандырудың ықпалымен қатты денелердің адсорбциондық
қабілеттерінің өзгерісімен байланыстыруға болатын құбылыстар бұрыннан
белгілі нәрсе. Гетерогендік жүйелерді фотосорбциялық зерттеуді отызыншы
жылдары А.Н.Теренин бастаған. Сәуленің газ-қатты дене бөлімінің шекарасымен
өзара қатынасын қарастыра отырып, А.Н.Теренин осы өзара қарым-қатынас
кезінде сәуленің газдардың бейімделген десорбциясы немесе адсорбциясы орын
алуы мүмкін нәрсе, адсорбирленген молекулалардың фотодиссоциациясы және
адсорбенттің фотохимиялық ыдырауы. Осы құбылыстардың бәрі де сынақ түрінде
А.Н.Терениннің еңбектерінде көрініс береді, ал оның мектептері оның шолу
мақалаларында егежей-тегжейлі талқыланады. Шетелдік авторлардың
фотосорбциялық үрдістері бойынша мағлұматтар да бар.
Терениннің фотосорбция мектебінің еңбектерінде қолданылған негізгі
әдісі манометрикалық болып табылады. Манометрикалыққа қосымша ретінде
сондай-ақ масс-спектрометрикалық және ЭПР әдістері де пайдаланылды.
Жекелеген жағдайларда адсорбенттердің электрөткізгіштігі де өлшенді.
Сынаққа үлгілерді дайындау ең кем дегенде 400-450º температурада вакуумды
жылытумен оттегі атмосферасында олардың көп сағатты қыздыруынан тұрады.
Қысымды өлшеу үшін Пиранидің манометрі пайдаланылды[32].
Фотосорбциондық зерттеулер негізінен газдың (0,7-1)·10-2 бастапқы
қысымында жүргізілді.
Сәулеленудің көзі ретінде сынапты кварцті шамдар немесе балқыту
шамдары пайдаланылды.
Адсорбаттар ретінде жай газдар, ал фотосорбциондық зерттеулерде
негізінен оттегі, сутегі, метан, ал фотодиссоциацияны зерттеу кезінде
аммиак, су, шала тотық пайдаланылды.
SiO2 кремний қостотығында көміртегінің фотосорбциясы алғаш рет
[30,34] табылды. Оттегінің фотосорбциясы тек 250 нм кішірек толқын
ұзындығының аймағында адсорбенттің сәулеленуі кезінде ғана болады және
температураның жоғарылауына қарай төмендеп отырады. Оттегі фотосорбциясының
орталықтары гидроқышқылды топтардың фотодесорбциясының нәтижесінде пайда
болатын еркін радикалдар болып табылады. Сутегінің, метанның, сондай-ақ
судың және аммиактың фотосорбциясын табу бойынша жүргізілген арнайы іздеу
сынақтары дұрыс нәтижелер бермеді. Авторлар айтқандай, осы құбылыстар
спектрдың анағұрлым қысқа толқынды аймағында орын алады [30].
Келесі жұмыста көрсетілгеніндей сутегі адсорбирленген
молекулаларының фотодиссоциациясы мен дейтериясы 77 К кезіндегі УК-
сәулесімен сәулеленгенде силикагелдің бетінде болады [1,27]. ЭПР әдісімен
осы құбылыстарды зерттеген авторлардың айтуынша силикагельдің жұтатын
энергиялардың берілуі силикагелдердегі бар қоспалармен берілетін торлардың
ақауларында жүреді. Осы болжамды ерекше таза силикагельде қоспаның жинақы
құрамы ең кем дегенде 10%, сутегенің атомдары қалыптаспайды, сонымен қатар
бір мезгілде сутегі атмосферасындағы 77К кезінде УК-сәулемен сәулеленгеннен
кейін Davison-70 (1-2% қоспа) және КСК өндірістік силикагельдерінде
сутегі атомдарының ЭПР қарқынды дабылдары байқалады. Келесі бір еңбектерде
авторлар фотодиссоциацияға жауапты өтпелі металлдардың иондары болып
табылатындығын көрсете алды [26,27]. Өндірістік силикагельдер жағдайында
SiO2 –гі болатын темірдің иондары. Co2+ және V2O5 0,4-0,5% құрамында
ұстайтын SiO2 сәулесімен сәулелену кезінде авторлаp мынаны тапты: сұйық
азот температурасы кезінде сутегінің фотосорбциясы орын алады, оның
десорбциясы 100(С-тан жоғары қыздырған кезде пайда болады, бұл торлы
оттегімен немесе қоспа металдарының атомдарымен өзге де қосындыларының
қалыптасуымен түсіндіріледі.
Мына еңбекте көрсетілгеніндей, сәйкес келетін сенсибилизаторды ала
отырып, жағдай жасауға болады, мұнда сенсибилизаторды қамтымайтын қатты
дененің бетінде жүретін реакциялар болуы мүмкін[26].
SiO2 бетінде нафталиннің араласуымен судың фотоыдырауын зерттегенде
сутегі мен оттегінің бөлінуі байқалды, бұлар сұйық азоттың температурасына
дейін суыған кезде күшейе түседі. Су фотодиссоциациясы судың диссоциативті
үштік дәрежесі бар энергияның алмасу-резонансты өтуі нәтижесінде жүреді
[26].
Сәулелену барысында сутегі атомдарының жинақталу кинетикасын зерттеу
фотосентрибилизирленген диссоциация Н2(Д2) бірквантты үрдіс болып табылады.
Авторлардың жүргізген сутегі фотосенсибилизирленген
фотодиссоциациясының жүзеге асуына қажетті сәуле квантының ең аз дегендегі
энергиясын бағалау оның SiO2 –гі қоспа атомына байланысты екендігін
көрсетті. Сонымен, Co2+ және Ni2+ иондарымен Н(Д) атомдары (=360 нм
(Е=3,4эВ) бар сәуленің әсерінен қалыптасады, ал Cr3+ және Fe3+ Åмин=3,9-
4,1эВ иондарымен қалыптасады. Осылайша сутегі фотосенсибилизирленген
диссоциациясы орын алған кездегі пайда болған энергия еркін қалыптағы Н2
диссоциациясының энергиясынан төмен болады, 4,5эВ құрайды және де SiO2
тыйым салынған аумағының кеңдігі ~ 10 эВ-ке тең [26].
Алдын ала өңдеу температурасынан сәулелену кезінде сутегенің
шығыс тәуелділігін айта кетуге болады. Силикагельдің 200-ден 800 (С-қа
дейінгі алдын ала вакуумделген температурасын ұлғайта отырып, ЭПР әдісімен
тіркелген сутегінің шекті шоғырлануы қатарға дейін өрістейді десе де
болғандай. Бұл жайтты авторлар темірдің қоспа ионының валентті қалпының
өзгерумін түсіндіреді [27].
Сілті-галогендік кристалдарда тотықты адсорбенттерге тән
фотосорбциялардың негізгі заңдылықтары табылды, бөлме температурасындағы
әсердің қайта айналмау, жоғары температура кезіндегі адсорбенттер
қабілетінің регенерацияға қанықтығы, өзінің жұтылу жолақтарынан тыс алдын
ала сәулеленуге жадтың әсері.
1.2 Адсорбенттердің беттік қасиеттеріне иондайтын
сәулеленудің әрекеті
SiO2 (силикагель) адсорбционды қасиеттеріне гамма-сәулесінің
әсеріне арналған алғашқы еңбектер [1,10,22] жұмыстары болып табылады. Осы
еңбектерде алғаш рет сутегіге, оттегіге және өзге газдардың бір легіне
қатысты SiO2 адсорбциондық қабілетін арттыру болып табылды.
Ары қарай С.В.Стародубцев қызметкерлерінің еңбегінде целолиттер мен
алюмосиликаттарының да газдардың тұтастай бір легіне гамма-адсорбциондық
қабілеттерінің бар екендігі табылды.
ЖЖ-өріс жасайтын төменгі температуралы плазманың әрекетін зерттегенде
үстіңгі қабаты жақсы дамыған абсорбенттердің биік шама бойынша қосымша
адсорбциондық сыйымдылығы болады және гамма-сәулесінің кезінде де [10].
Осы еңбектерде зерттеудің негізгі тәсілі жабық жүйедегі қысымның
түсуін өлшеу, кинетиканы зерттеу тәсілі және радиациялық хемосорбциялы
гамма-адсорбцияның изотермі болып табылды. Мынадай жайттар анықталды,
адсорбенттің адсорбциондық сыйымдылығының дозалық тәуелділігі ретінде
әртүрлі газдар және өзге де қасиеттер өзге заттар үшін де жалпы болып
табылады.
В.Ф.Киселев пен М.М.Тагиева гамма-радиациясының SiO2 беттік қасиетіне
– аэросил мен кварц әсерін зерттеді [31]. Сәулеленудің ~106 сәулеленуінің
дозасында SiO2 рентген бет жағы қатты дегидратцияға ұшырайды, осының
ақырында су буына қатысты үлес қабілетінің төмендейтіндігі байқалады.
Шынында да, ЭПР спектрлеріндегі 77К кезіндегі SiO2 сәулеленуінде Н
атомдарының беттегі осы температуралар кезіндегі тұрақтанған қарқынды
дабылдары табылды.
ЭПР тәсілін зерттеушілер SiO2-ғы әртүрлі газдардың адсорбциясының
механизмін айқындау үшін және де сәулеленудің әртүрлерімен қалыптасқан
беттік ақаулардың табиғатын зерттеу үшін қолданды.
Гамма-сәулесімен сәулеленгенде ЭПР спектрінде күрделі бес құрамды
немесе үш құрамды дабылды байқауға болады. Сұйық азоттың температурасы
кезіндегі сәулеленуде SiO2-үстіңгі қабатында тұрақтанған сутегі атомдарынан
дублетті байқауға да болады. Сутегі атомдары SiO-Н байланысының үзілуі
нәтижесінде немесе тотықтың бетіндегі адсорбирленген судың радиолизінің
нәтижесінде пайда болады.
Қазіргі кезде SiO2-мен сәулеленген ЭПР спектрі бірқатар деңгейде
анықталған десе де болғандай. Сонымен ΔН = 5гс және g = 2.0020 бар орталық
дабылы SiO тәрізді макрорадикалдарына жазылады, ал ΔН = 44гс бар дублет Si-
Н2 топтарының радиолизінің нәтижесінде қалыптасқан Si-Н радикалына жатады.
Бұл туралы дублеттің асимметриялық сызығына айналуы куәлік береді, бұл
оттегімен байланыстан кейінгі асқын тоттыққа тән нәрсе. ΔН = 120 гс бар
дублет Si0(Si)= электронды радикалдармен түспеген SiOH(SiH) топтарындағы
сутегенің әрекетінің нәтижелері болып табылады. Екінші жағынан [12,28]
еңбектерінде құрамдас бөлшектің орталық дабылымен қоса отырып, қоспа
атомдарда орнықтырылған дұрыс саңылауларға жазылды, көбінесе алюминийдің
атомдарына.
Адсорбирленген молекулалардың SiO2-мен сәулеленген ЭПР спектріне
әсері зерттелді [27]. Осы еңбектерде Si және Si0 типіндегі қалыптасқан
беттік макрорадикалдардың айтарлықтай адсорбциондық қабілеті бар, оның
үстіне ол тотықтарды алдын ала өңдеудің температурасына, сәулелену дозасына
және адсорбирленген заттардың сұрыпына, сондай ақ реакция жүргізілетін
температураға байланысты. 1000ºС-қа дейінгі температурадағы адсорбенттің
бетінде тұрақтанатын сутегінің атомдары химиялық тұрғыдан белсенді болып
табылады.
SiO2–гі адсорбцияның аралас орталықтары туралы болжаулар жасалды.
АІ атомдарының және сутегінің адсорбциясының әртүрлі көлемін құрамында
қамтитын SiO2 сәулеленген спектрлерінің ЭПР салыстырмалы зерттеудің
нәтижесінде авторлар мынадай қорытындыға келді: ЭПР спектріндегі құрамдас
бөлшектердің бірі SiO2 дұрыс саңылауға қатысты, ол оттегінің атомында
орналасқан, алюминий атомымен көршілес және ол сутегі атомдары үшін
адсорбцияның орталығы болуы да мүмкін.
Осы мәселе сутегіге қарағанда адсорбциалық қабілеті мен үлгідегі
қосындылардың құрамының арасындағы байланыста дәлелденбеді. Бұл еңбекте
сондай-ақ алдын ала термоөңдеудің және сәулелену дозасының қоспасыз
силикагельдің адсорбциондық және парамагниттік қасиеттерінің әсері
зерттеледі. Сәулеленудің дозасын ұлғайтқан кезде парагмагниттік
орталықтардың жинақталған саны алдымен өрістейді, ал (20 Мрад дозасы
кезінде қанығуға қарай бет алады. 200-ден 400ºС-қа дейінгі дегидратация
температурасының өзгеруі сонымен қатар парамагниттік ортылықтар санының 2
есе ұлғаюын тудырады. Осы және өзге де қосымша адсорбциондық зерттеулер
Со60 гамма-кванттармен екі тотықты кремнийдің сәулеленуі кезінде туындайтын
SiO және Si сутегінің адсорбция радикалды орталықтары бар екендігіне
қорытынды жасауға мүмкіндік берді[2]. Бөлме температурасында сәулеленбеген
силикагель сутегісін адсорб жұтпайды. Сутегі тіпті УК-сәулеленуі кезінде де
сорылмайды, онда өзге де сәулеленулер де оның қарқынды сорылуын тудырады .
(n, ()- cәулеленуінің әрекеті КСК типіндегі силикагельдің сорылу
қасиеттеріне әсері зерттелді. Оттегі мен сутегінің барынша сорылуы (20 Мрад
дозасы кезінде басталады, ал бұдан да үлкен дозалар кезінде сорылу
орталығының радиациялық суытуы байқалады.
Реакторлы сәулелену парамагниттік ақауларды тудырып қалыптастыруы
мүмкін, олар (20 Мрад дозасында қанығады. Авторлар ойлағандай, нейтронды
ағым гамма-сәулесі жасайтын парамагнитті ортылықтарды қамтитын
парамагниттік орталықтарды құрайды.
Тотықтың беті бар ауыр зарядталған бөлшектердің өзара араласуына
[9,15] еңбектер арналған.
SiO2, Al2O3, BeO және өзге де жүйелер зерттелді, олар үшін О2, Н2,
СО2 жай газдарының радиациялық адсорбциясының негізгі заңдылықтары
анықталды.
Протондағыдай және (-сәуленуі кезіндегідей қанығудың қалпына жету
үшін сәулелену дозасының шамасы Н2, О2, СО2 қатарына дейін ұлғая түседі.
Жад әсері байқалады, яғни газдың сорылуының сәулеленуі тоқталған кезде
бірқатар уақыт бойы сыртқы радиациялық әсерсіз қалады.
Протонды сәулелену кезінде барлық зерттелген газдарға арналған
сорылудың бастапқы жылдамдығы (- бөлшектерімен сәулелену кезіндегіге
қарағанда үлкен болады. Авторлар осы әсерді бомбалайтын бөлшектердің
зарядтарындағы айырмашылықтармен бірге байланыстырады.
Рентген сәулелерімен SiO2 мен Al2O3 сәулеленген кезде байқалды,
сорылу кинетикасы рентгендік сәулелердің қаттылығына байланысты (-
сорылуындай және фотоадсорбциядағыдай заңдылықтарымен қарастырылады[24,29].
1.3 SiO2 гидроқышқылды жамылғысы
Кремнеземнің беттік қасиеттері мен құрылымы жөніндегі едәуір ақпарат
соңғы кездері спектралды әдістермен алынды, басты ретте тербеліс
спектроскопияларының әдісімен [6].
Жоғарыдисперсті кремнеземдердің беті SiCl4 жоғары температурадағы
гидролиз кезіндегі тетраэтоксисиланға арналған ортакремнийлі қышқылдың
молекулаларының ұюысуындағы силикагельдердің синтезделу барысында пайда
болатын гидроксильді топтармен жамылады. Бетте гидроксильді топтардың бар
екіндігі жөніндегі қорытынды бастапқыда силикагелдерді қыздыру кезіндегі
сулардың жоғалуын зерттеу негізінде жасалды. Ары қарай бұл ұсыныс
кремнеземдердің гидроксилді жамылғыларын инфрақызыл спектроскопия әдісімен
көптеген зерттеулерде нақтыланды.
Сулардың сорылған молекулалары ультрапорды құрамында ұстамайтын
кремнеземді ұзақ уақыт 25ºС-та тартудан кейін жоғалады деп есептеледі.
Вакуумда 200ºС-та әдетте қолданылатын тартылу су молекулалары
десорбцияларының үрдісін жылдамдатады, негізінен кремнеземнің бетіндегі
гидроксилді топтарына әсерін тигізбейді.
Бос және байланған гидроксилді топтар санының қарым-қатынасы
кремнеземді алу тәсіліне байланысты. Пирогенді тектің кремнеземдерінің
жағдайында беттік құрылымының үлкен реттілігінің арқасында гидроксилді
топтардың негізгі бөлігі бос жағдайда болады. Силикагель жағдайындағы
байланысқан гидроксилді топтардың үлкен көлемінің бар болуы оның бетінің
дамығын микроқұрылымымен берілуі мүмкін.
Кремнеземнің дегидроксилирленген беттік құрылымы мен қасиеті туралы
пікірлер бір-біріне қарама-қарсы. Осындай дегидроксилирленген беттегі
арнайы адсорбцияларға қабілетті молекулалардың адсорбциясының жылуы
гидроксилирленген беттегі адсорбцияның жылуынан төмен болады[8,31]. Шын
мәнінде құрылымдардың дегидроксилирленуі кезінде туындайтын қайта құрылу
мен құрылымды айғақтайтын тура мәліметтер жоқ. Кернеуленген құрылымдардың
және беттердің тұтасуының қалыптасуының негізі үстіңгі гидроксильді
топтардың беттерінің жоғалуының және шыны пластикалар көлемі қысқаруының
инфрақызыл спектроскопиясының әдісімен бірге зерттеудің нәтижелері болып
табылады. 25-тен 900º C дейінгі интервалды өңдегенде біртіндеп төмендеу
байқалады, ал 900º-тан кейін оның толық қайнағандығын көрсететін үлгі
көлемінің қысқаруы байқалады. Жоғары температурада өңдегенде кремнеземнің
бетінің қайта құрылуын көрсететін сондай-ақ кремнеземнің
дегидроксилирленуіне қарай гидроксильді топтардың таралуының әртектілігінің
ұлғаюы болады.
Дегидроксилирленген кремнеземнің беті бойынша гидроксильді топтардың
әрқалыпты таралуының нәтижесі бетте үлкен учаскелердің бар болуы, олар тек
силоксандық байланыстарға ие болады. Сонымен, дегидроксилирленген
кремнеземдердің беттеріндегі бензолдың адсорбциясын спектральды зерттеулер
мынаны көрсетеді: гидроксильді топтармен барлық учаскелерді толтырғаннан
кейін беттің дегидроксилирленген учаскелерінде адсорбция болуы мүмкін .
Бір-бірінен оңаша жатқан гидроксильді топтардың әртүрлі жолмен
қоюлануы кремнеземнің бетінде силоксандық көпірлердің пайда болуына
әкеледі, олардың кернеуі мен реакциондық қабілеттері әртүрлі болады.
Кванттық химияның әдістерімен кернеулі силоксандық көпірлердің қасиеттерін
есептегенде осы көпірлерді қоршап тұрған кремнеземнің бетінің босаңсуын
есептеу қиынға соғады. Осыған қоса силоксандық көпірлердің кернеулерін
біртіндеп алып тастау мүмкіндігін ескерген жөн. Кремнеземде осындай қайта
құру негізінен 120-180º шектеріндегі Si-O-Si бұрыштардың кедергісіз
өзгеруінің нәтижесінде мүмкін [16].
Кремнеземнің бетіндегі ақаулардың пайда болуы кезінде құрылымның
босаңсу энергиясын жуық шамамен есептеу мүкіндігі қарастырылған. Квантты-
химиялық есеп Si-O-Si көпірінің кернеуі үшін кремний атомының
электроноакцепторлық қасиеттерінің өсімі байқалады. Өз кезегінде көпір
оттегінде орналасқан молекулалары айнала энергиясының жоғарылуы осындай
кернеулі көпірдегі оттегінің донорлық қасиеттерін көрсетеді. Осындай
кернеулі силоксандық көпірлердің метоксилирлену мен регидроксилирлену
реакциясының энергиясының шамасы гидроксильді топтары бар осы реакциялар
жағдайына қарағанда үлкен .
Дегидроксилирленген кремнеземдердің бетінде кернеулі силоксандық
көпірлердің пайда болуы гидроксильді топтардың беттерінде қалған
қасиеттердің өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Дегидроксилирлену кезіндегі кремнеземнің бетінде қарастырылған
өзгерулермен бірге үстіңгі құрылымдардың өзге де типтері қалыптасуы мүмкін.
Кремнеземдердің дегидроксилирленуі бетте құрылымдық ақаулардың болдыратыны
рас, олардың бар болуы кремний тотығының көлемінде орын алады. Олардың
геометриялық көрсеткіштері беттегі силоксандық байланыстарының
көрсеткіштерінен айырмашылықтары бар, құрылымдық ақаулар пайда болады[13].
Дегидроксилирленудің жоғары дәрежелерінде силоксандық көпірлердің
пайда болуы қиындау, кремниқышқыл шөгіннің деформациясының қажеттілігі
нәтижесінде. Осындай жағдайда (=Si, = SiO) радикалдық және иондық (=Si+,
=SiO-) ақаулардың қалыптасуы бар гомолитикалық және гетеролитикалық
механизм бойынша Si-O-Si және О-Н байланыстарының ажырауымен силанольдық
топтары бұзылуы мүмкін. Мұндай нәрсенің қалыптасуы кремнеземді қоршаған
құрылымының үлкен бұзылуымен қатарласа келеді. Осыны есепке ала отырып,
4,5А –дан жоғары алынған гидроксилді топтар үшін силоксандық көпірлердің
қалыптасуы мүмкін емес, яғни жекелеген бұзылуларға қарағанда.
Әдебиетте осындай түрдің бетінде радикалды және иондық ақаулардың
қалыптасуы мен бар болуы туралы қарама-қарсы пікірлер бар. Кремнеземнің
дегидроксилирленуі кезіндегі осы ақаулардың қалыптасуына квантты-химиялық
талдау жүргізілді. Гомолитикалық механизм бойынша гидроксильдік топтардың
бұзылуы байланыстардың гетеролитикалық бұзылуына қарағанда қиындау. Осымен
бірге кремнеземдердің құрылымында радикалдық қалыптардың тұрақсыздығы
байқалады.
Дегидроксилирленген кремнеземдердің беттерінің электроды акцепторлық
қасиеттерін сыни зерттеулер мен есептеулердің нәтижелері соншалықты қарама-
қарсы шықты. Квантты химиялық есептерге қарағанда =Si+ типінің ақауының
күшті электронды акцепторлық қасиеттері бар. Дегенмен дегидроксилирленген
беті спектралды зерттеулер мұндай орталықтардың бар екендігін дәлелдемейді.
Тек 600-1200ºС-та қыздырылған аэросилдің бетінде әлсіз электродты
акцепторлы орталықтар табылды. Үстіңгі үшкоординирленген кремнийдің
электронды акцепторлық қасиеттерінің төмендеу себептерінің бірі оның
құрылымдық экрандануы, ол [17]-де қарастырылған тәрізді.
Si(OH)2 геминальды гидроксилді топтардың бұзылуы кезінде =Si=0
типіндегі құрылымдар қалыптасуы мүмкін. Мұндай типтің ақаулары кремнеземнің
бетінде айтарлықтай болады, геминальдық топтардың кішігірім ұйысуының
нәтижесінде, тіпті кремнеземнің бастапқы бетінде .
Дегидроксилирленген кремнеземдердің беттік құрылымдарын спектралды
зерттеулер аз ғана. Сонымен гидроксильді топтардың сутекті байланысымен
байланысты жоюды қалыптастыратын силоксанопты көпірлерді спектральды
әдістермен бақылау мүмкін емес . Тек 600-1200ºС-та өңделген аэросилдің
үлгілерінің спетрлерінде 888 және 908см жұтылуларының жаңа сызықтары
байқалады.
Осылайша, дегидроксилирленген кремнеземдер мен молекулалардың
хемосорбциясының спектральды пайда болулары кернеулі силоксандық
байланыстарды қамтитын жаңа реакциялық орталықтардың беттерінде айтарлықтай
шамада беттің реакциялық қабілетін айқындаушылардың пайда болғандығын
көрсетеді.
Дегидроксилирлену кезінде дислокацияндық құрылымдар кең ауқымда пайда
болуы мүмкіндігі ең бастысы кремнеземнің беті бойынша гидроксильдік
топтардың таралуының қасиеттерінің, бағыттарының әртүрлілігімен
айқындалады. Дегидроксилирленген беттің адсорбциондық қасиеттеріне бетте
қалған гидроксильді топтардың қалдықтарының өзгерісі әсер етеді. Беттің
электроды акцепторлық қасиеттері үлкен дәрежеде кремнеземді матрицаның
аралас орталығының айналысын құрылымдық ұйымдастыруға байланысты.
Тотығу материалдарының физикалық және химиялық қасиеттері көбінесе
олардың адсорбциондық қасиеттері айтарлықтай шамада дайындалу барысындағы
тотықтардың бетінің гидратациясының нәтижесінде пайда болған гидроксильді
жамылғылармен айқындалады. ОН-топтарының силикаттардың бетінде бар болуы 30-
жылдары А.В.Киселевтің еңбектерінде көрсетілген. Тотықтардың бетінде ОН-
топтарының бар екендігі инфрақызыл спектроскопияның және ядролық магнитті
резонанс әдістерімен алынды [18,19,20,23].
Өзінің және әдеби мәліметтердің негізінде В.Ф.Киселев мынадай болжам
айтқан болатын: 500-600-ге дейін және одан жоғары температураларда
бөлінетін судың әртүрлі тектері болады, атап айтқанда төменгі
температурада жоғалатын су гидроксильді топтармен немесе судың
адсорбирленген молекулаларымен байланысты болып келеді. Дегенмен суды бөлу
шектері туралы бірқалыпты шешім үшін ИҚ-спектрлері мен ЯМР спектрлерін
зерттеуге көңіл аудару қажет. SiO2 гидроксильді жамылғысының ИҚ-
спектрлеріне толықтай зерттеуді Теренин және оның шәкірттері жүргізді[32].
Бүкіл кремнеземдерге тән сипатты ерекшелік соның ішінде силикагель үшін де,
спектрді 3750см-1 тар қарқынды жолағының және төменгі жиілік жағынан 3680,
3550 және 3400-3500см-1 кең жолақтардың бар болуы, олардың қарқындылығы
дегидратацияның дәрежесіне байланысты болып келеді. 3750см-1 жолағы
оқшауланған, бірақ өзара әсер етпейтін гидроксильді топтармен жазылады.
Оқшауланған ОН-топтары термикалық жағынан төзімді келеді. 600-700ºС-қа
дейін 3750 см-1 жолағының қарқындылығы айтарлықтай өзгермейді, ол 1100ºС
кейін байқалады. Деформациялық тербелістер саласында оған 870 см-1 жолағы
сәйкес келеді. 3680 см-1 жолағы, бұл спектрде 400-700ºС-қа дейін сақталады,
әдетте гидроксильді топтармен жазылады, олар өзара сутегімен байланысты.
Айтарлықтай үлесті ОН-топтары қосуы мүмкін, олар тотықтың көлемінде болады
және де адсорбирленген молекулаларда болмайды.
3550 см-1 жолағы, алдын ала жорамалданғандай, адсорбирленген суға
қатысты болып келеді, сондай ақ ОН- үстіңгі топтарына, бұлар күшті
сутегімен ауытқиды. Осы жолақты кетіру шегі 300-500ºС- шектерінде
жатыр[30].
3400-3300 см-1 жолағын бүкіл зерттеушілерге қарағанда сутегінің
байланысымен қатысты судың адсорбирленген молекулаларымен жазуға болады
және де суды адсорбирленіп қойылған молекулаларымен де жазуға болады. Су
молекулаларының деформациондық тербелістерінің облысында оған 1620-1640 см-
1 жолағы сәйкес келеді.
3400-3300 см-1 жолағының қарқындылығы бөлме температурасын сорғаннан
кейін бірден төмендеп кетеді, дегенмен оны толықтай жоғалту тек 150-200ºС-
қа дейінгі SiO2 үлгісін қыздырғаннан кейін болады.
Жоғарыда айтылған жолақтардан басқа да 3750-3000 см-1 аймағында
үзіліссіз жұтылу байқалады, ол үлгіні қыздыру температурасын жоғарылатқан
кезде өлтіреді және өзара сутегінің байланысымен қатысты гидроксильды
топтармен жазылады.
SiO2 гидратты жамылғысы бойынша әдеби мағлұматтарды қарастыру
әзірлеудің әдісіне байланысты үлгінің дисперстілігін және қосындылардың бар
екендігін және әртүрлі нәтижелерге қол жеткізуге болады, мұнымен судың
және ОН-топтарының сорылған молекулаларының жоғалуының әртүрлі шектерімен
түсіндіріледі. Барлығы да Киселевтің артынша 400-500ºС-тан жоғары,
сіңдірілген су болмайды, ал гидроксильді жамылғы әлі де болса бұзыла
қоймайды[18,19].
SiO2 бетіндегі гидроксильді топтардың топографиясын ЯМР әдісімен
зерттеуге арналды [21]. Жедел шамалармен ЯМР екінші кезеңінің саналған
шамаларын салыстыру авторларға ең құрығында SiO2 бетінде болуы ықтимал
силанольдық учаскелердің бар екіндігін атауға мүмкіндік берді: А-типі -
бірегей ОН-топтары d= 5- 5.2 Aº пратондарының арасындағы ара қашықтығы
бар, олардың жалпы саны барлық беттегі гидроксилдердің 25% құрайды; 2) Б-
типі: с = 2,5-2,6Аº бірдей көрші атомдарға қатысты жұп гидроксильді топтар.
Барлық гидроксильдердің саны 30%-ды құрайды. 3) В-типі. Осы топтарда d =
2,5-2,6Аº мен Si бір атомымен қосылған 3 немесе одан көп гидроксильдердің
топтары бар. Осы топтарда ОН-топтарының 45% гидроксилдері бар. Осы
гидроксильдердің бір бөлігін сутегінің байланыстары өзараларында құрауы
мүмкін.
Адсорбирленген молекулалары бар кремнеземнің бетінің ОН-топтарының
әсеріне көптеген зерттеулер арналды. Бетте оқшауланған ОН-топтары физикалық
адсорбцияның орталықтары болып табылады, осымен қоса кремний оқшауланған
тотығының ОН- топтарының жұтылу жолағы аз жиіліктердің жағына қарай
араласады да ұлғая түседі. Айдағаннан кейін еркін гидроксильдердің жолағы
қайтадан қалпына келеді, яғни үрдістің кері сипаты бар. Егер оқшауланған ОН-
топтарын өткізудің жолақтарының бір немесе екі атомды молекулалардың
адсорбциялары кезіндегі араласу бірнеше жүздеген см-1 жетеді, бұл
адсорбцияланған молекулалармен беттік гидроксильді топтардың арасындағы
өзара әрекеттің энергиясының ұлғаюын көрсетеді. Ароматтық молекулалардың
адсорбциясы кезінде 3750 см-1 жолағын араластыру сутегі типті байланыстың
қалыптасуы бар үстіңгі ОН-топтарын қамтитын осы молекулалардың (-
электрондарының өзара әрекетінің есебінен түсіндіріледі. Оттегі мен азоттың
оқшауланған ОН-топтарымен өзара әрекетінде (( шамалы ғана өзгереді, Вандер-
Ваальстің типі тәрізді. Және ол осы молекулалардың квадрупольды
мезеттерімен айқындалады. (( мен десорбцияның жылуының арасында белгілі бір
байланыс бар екендігін тапты, яғни араласу адсорбция жылуының өсімімен
ұлғая түседі.
Осылайша: SiO2-ң беттік ОН-топтары физикалық адсорбцияның орталығы
болып табылады деп қорытынды жасауға болады.
2. СЫНАҚ ӘДІСІ
2.1 Зерттеу нысандары
Зерттеу нысандары мыналар болды: КСК типіндігі силикагель,
зертханалық жағдайда синтезделген қоспасыз силикагель – ерекше таза ЕТ,
люмиофорларға арналған маркілердің бериллий тотығы, сирек кездесетін
бөлшектердің тотығының және үйлесімінің ( алюминий тотығы: скандий тотығы,
эрбий тотығы, лантан тотығы, диспрозий тотығы. Бұл үлгілерден басқа,
жекелеген тәжірбиелерде SiO2 өзге де жетілдірулері де зерттелді, көбінесе
аэросильдер [15].
Кесте 2.1- Тотықтардың негізгі сипаттары
Үлгі м2г үлесті Å Құрылымдық су,Сілтеме
бет артықшылық мольм2
диаметрі
SiO2 320 200 4,78 26
(КСК)
SiO2 (ЕТ) 600 40 4,12 26
SiO2 (кварц) 50 бар
Силикагель(SiO2) – бұл қышқыл мен натрий силикатының өзара
араласқанда түзілетін кремнилі қышқылдың гелі. Силикагельдің шамасы көлемі
жағынан біртекті және бірдей етіп таратылған. Олардың көлемі алу мен өңдеу
әдістеріне байланысты. Ұсақ саңылаудан ірі саңылауға дейінгі берілген
үзікті құрылымның силикагелін алуға болады. Силикагелдің бөлшектері дұрыс
оралмаған тетраэдрлерден тұрады және электрлі-микроскопиялық зерттеулер
көрсеткендей шар тәрізді болады. Силикагелдің қаңқасы жай глобулдардан
тұрады, олардың арасындағы саңылаулар үзікті болады, олардың көлемдері мен
пішіндері дөңгелек бөлшектерді ораудың көлемі мен тығыздығына байланысты.
Бөлшектердің беті үзіктердің ішкір бетін көрсетеді және де силикагель
құрылымын реттеу гидрогель синерезистінің тереңдігін өлшеумен жүзеге
асырылады. Осы үрдістерді басқару жолдарының бірі қышқыл ортасын құру болып
табылады, оның жетілуінің қажетсіз сатысы гидрогелдің ескіруін болдырмайды
[22].
Инфрақызыл сәулелер үшін силикагель мөлдір. Кремний екі
тотығының тыйым салынған аймағының ені 8-11 эВ құрайды. Бұдан басқа
кремнийдің екі тотығында тыйым салынған аймақтың қоспа атомдарға, ақауларға
сәйкес келетін жергілікті деңгейлері болады. Силикагелдегі қоспалардың
үлкен бөлігі айтарлықтай дәрежеде қышқылды өңдегенде бөлінеді. Сынақ
жұмыстарында біз қолданған үлгілердің спектральды талдауының нәтижелері
кесте 2.2-де көрсетілген.
Кесте 2.2- Зерттелген үлгілердегі қоспалардың құрамы
Үлгі Қоспалар, салмағы %-бен
Al Fe Mn Ca Na Cu Si
SiO2 7(10-2 5(10-3 --- 1.5(10-37(10-2 1(10-2
(КСК)
SiO2 1(10-4 1(10-3 10-5 10-5 10-4 10-5 ---
(ЕТ)
Сынақ жүргізбестен бұрын, берілген температурада вакуумдық 8-9
сағаттық жаттығу, адсорбенттердегі органикалық ластануларды басуға арналған
оттегінде немесе ауада 6-8 сағат қыздырудан тұратын үлгілі вакуумдық-
жаттығу жүргізілді.
Манометрикалық зерттеулер үшін вакумдық құрылғылардың бірқатар
типтері жинақталды[33].
2.2 Вакуумдық-сынақ құрылғылары
Үлгілерге вакуумдық-температуралық жаттығу жүргізілген және фото-
және гамма-адсорбциялар зерттелген құрылғының екі қатар жатқан екі айдау
тармағы бар. Бұл тармақ ДРН-10 типіндегі және суыту тұзақтарынан және
майсыз жоғары вакуумды білікті цеолитті-бұрыштық адсорбциондық сорғыш пен
диффузиялық сорғыштан тұрады, бұл сурет 2.1 көрсетілген. Айдаудың екі
тәсілімен де өлшенген нәтижелерде айтарлықтай айырмашылық байқалмады,
сондықтан да көптеген сынақтарда біз ластанбаған вакуумдық сорғыш майының
еркін буын қолдандық , яғни бірінші тәсілді дұрыс көрдік.
Зарядталған бөлшектердің әсерімен радиациялық сорылу, гамма-сорылу
сынақтарын адсорбент-газ жүйесіндегі қысымды өлшеу және фотосорбция бойынша
жүргізілген сынақтардың бір бөлігі адсорбан ретінде пайдаланылған газбен
алдын ала түйіршектелген ЛТ-2 және ПМТ-2 типіндегі бергіштері бар ВИТ-1А,
ВТ-З, ВТ-2А манометрлерінің көмегімен жүзеге асырдық.
SiO2–не оттегінің фотосорбциясы бойынша сынақтардағы манометриялық
өлшеулер ЭПП-09 потенциометріндегі үзіліссіз жазбасы бар Пирани
манометрімен жүргізілді. Жұмыста Пирани манометрінің сызбасы жинақталып,
сынақтан өткізілді, онда әдеттегі аспаптар пайдаланылды. Бұл манометрдің
бірнешеден 10-4 Па дейінгі кең ауқымды өлшемі бар [4].
Жүйедегі температура термобудың көмегімен өлшенді: хромель-алюмель,
хромель-копель және платина-платинародий текті және ЭПП-09 бен ПСР-1-02
потенциометрлерінде жазылды. Зерттелген газдармен оттегі, су буы, метан,
көмірқышқыл газы, көміртегінің тотығы болды. Оттегі төмендегі реакцияның
әдістемесіне сәйкес 500 К жоғары температурадағы перманганаттың ыдырауымен
алынды:
2KMnO4 ( K2MnO2 + MnO2 + O2 . (2.1)
Сұйық азотпен суытылған тұзақ арқылы оттегіні өткізе отырып қосымша
түрде тазаладық. Газды алмастан бұрын, бастапқы өнім реакцияның басынан
бірнеше есе төменгі температурада бірнеше сағат дайындалды.
Сутегі тазартылған судың электролизімен алынды және палладийдың
қыздырылған қабырғасы арқылы диффузиямен және сұйық азотпен суытылған тұзақ
арқылы өткізумен қосымша түрде тазартылды.
Алынған газ ластанбауы үшін 3-4 сағат газ алуға арналған жүйеде
сақталынады, бұдан соң айдалып қайтадан алынады. Зерттеліп отырған газдар
ұқыпты тазаланса да, олардың құрамында бәрібір қоспалар қалып қояды.
Газдардың масс-спектрометриялық талдауы көрсеткініндей оттегінің құрамында
көмір қышқыл газы болады, ал сутегінің құрамында су буы болады [11].
Тәжірбиенің шарттарына байланысты кюветтің (қуыс) бірнеше типтері
қолданылды: фотосорбциялық зерттеулердегі кюветтер (қуыс) көлемі 30 х 15 х
2 мм2 бұрыштық шыныдан болмаса кварцты шыныдан дайындалады. Гамма және
радиациялық сору сынақтарында әдеттегі кварцтік шыныдан әзірленген кюветтер
пайдаланылды, яғни алдын ала қыздыру температурасына байланысты. Гамма-сору
зерттеулеріне арналған кюветтердің, сондай-ақ зарядталған бөлшектердің және
реакторлық сәулеленудің ықпалын зерттеу бойынша кюветтер олардың
ерекшеліктеріне қарай жіңішке қоршаулары болады, олар газды алдын ала
сәулеленген үлгілерге жіберу кезінде тоғысады.
Кварцтық кюветтер мен ампулалар вакуумдық жүйеге кварц-шыны
өткелдерінің көмегімен дәнекерленді. Гамма-сору сынақтарында 873 К және
1023 К температурасында қыздырылған үлгілері бар ампулалар гамма-
сәулеленудің алдында бірінші вакуумдық жүйеден ажыратылды, бұдан соң үлгі
шыны бөлігіне шашылды, бұл бөлік қайта ажыратылып гамма-құрылғының орталық
арнасына жіберілді, оның көлемі осындай операцияның қажеттілігін білдірді,
өйткені кварцы өткелдері бар ампулалар сыйыспады. Гамма және радиациялық
сору зерттеулеріндегі ампулалардың көлемі ( 180 мм3 құрады, ал фотосору
зерттеулерінде шамамен 10-15 мм3 құрады.
ИҚ-спектрлерін және оттегінің фото, гамма және радиациялық сорылуын
және өзге де газдардың (BeO, SiO2, La2O3 және т.б.) тотықтарында біріккен
зерттеулер кезінде пайдаланылған кюветтер сипатталған нәрселерге ұқсас.
Біздің зерттеулеріміздегі сәулеленген үлгілердің ИҚ-спектрлері тек
ажыратылған кюветтерде түсірілді [23].
Масс-спектрометриялық зерттеулерде кювет қолданылды, бұл
фотоманометриялық зерттеулерде пайдаланылғанға ұқсайды.
2.3 Сәулеленудің көздері мен техникасы
2.3.1. Ультракүлгінді (УК) сәулеленудің көзі
УК-сәулелену көзі ретінде желіге 220 және 120 вт сәйкес қуаты
бар дроссель арқылы жалғанатын ПРК-4, СВД-120А типіндігі сынап-кварцты
лампалар пайдаланылды. Спектрдің белгілі бір аймағының бөлінуіне арналған
фотосору спектралдық сипаттарын зертегенде УФС типіндегі сәуле жарық
сүзгіштері пайдаланылды. Сәулеленудің қарқындылығын реттеу көз бен үлгінің
арасындағы ара-қашықтықпен өлшенді.
2.3.2 Гамма-сәулеленудің көзі
γ-кванттарының көзі ретінде орталық арнадағы дозаның қуаты бар
РХМ-гамма 200 радсек. ИЯФ гамма-құрылғысы болды. Ондағы сәулеленудің көзі
Со радиоактивті изотоптың препараты. Доза ферросульфатты дозиметрия
әдісімен анықталды. Сәулеленудің дозасын мынадай формуламен шығаруға
болады:
D=k(MtR2 ,
(2.2)
R - ара қашықтық, метрмен, t - уақыт, сағатпен, М - изотоптың
белсенділігі, миллиокюримен, k( - дозаның қандай қуатының сағатына 1см
арақашықтықтағы 1 мкюри белсенділігімен дәлдік көзді құрайтынын көрсететін
үнемі-гаммасы.
2.3.3 Зарядталған бөлшектердің көзі
Зарядталған бөлшектердің көзі У-250 типіндігі ИЯФ НЯЦ ҚР
циклотроны болып табылады. Зат арқылы өтетін бөлшектерді тіркеу М-95
типіндегі аспаппен жүргізілді. Үлгісі бар және үлгісіз бөлшектердің ағымы
жасаған токтарды салыстыра отырып, заттың жұтқан бөлшектерінің көлемін
есептеп шығаруға болады. Бөлшектердің Флюенсі мынадай формуламен шығарылды:
Ф=СІ.1012 сбөлшек,
(2.3)
І – ток мка-мен, С- бөлшектің зарядына байланысты коэффициент.
2.3.4 Нейтронды сәулеленудің көзі
ВВР-К реакторы нейтрондар мен гамма-сәулелердің қуатты көзі
болып табылады. Көрсетілген қуатта (10 мегаватт) нейтрондардың барынша
ағымы белсенді аймақтың орталығында 4.1014нсм2.-ке тең болады; гамма
кванттар ағымының тәртібі де осындай. Біздің пайдаланған арнамызда жылу
нейтрондарының ағымы 6,6.1013нсм2.с құрады.
Алюминдік толтырушыны пайдаланумен калориметрикалық әдіспен
айқындалған аралас n, γ-сәулеленуінің жұтылған дозасының қуаты 0.255
Мгрсағ құрайды.
Дозаны калориметрикалық әдіспен айқындағанда жылу нейтрондарының
үлесі ( 5%, жылдамдары ( 10-15%, және гамма-сәулелену ( 80% құрайды.
2.4 Адсорбенттер мен гамма және фотосорбция үрдістерінің қасиеттерін
зерттеудің физикалық әдістері
2.4.1 Манометриялық әдіс
Манометриялық әдіс сезімтал әдістердің бірі болып табылады.
Сезімталдық бойынша онымен тек ЭПР және спектрометрикалық әдістер
салыстырылады, бұл әдістерді біз бірқатар есептерді шығару үшін қолдандық,
негізінен фото және гамма-адсорбция кинетикасын зерттеу үшін
пайдаландық[24]. Фотосорбирленген және гамма-адсорбирленген газдың көлемін
есептеп шығаруға мына формула пайдаланылды:
N = 3,3(1016((p(V,
(2.4)
N - сорылған газдың көлемі, молг, (p – қысымның түсуі мм рт ст, V- көлемі
мм3
Гамма-қондырғының орталық арнасындағы үлгілердің сәулеленуіндегі адсорбент-
адсорбаттардың біріккен сәулену кезіндегі қысымды өлшеу мен жазу алыстан
жүргізілді. Сынақтарымыздағы қысымды өлшеудегі жіберген қателік 5% құрайды.
2.4.2 Масс-спектрометриялық әдіс
Газдардың адсорбциясы мен десорбциясын зерттеуге уақыттың кез-
келген мезетінде газдың құрамына дұрыс әсер ететін және бөлшектер бойынша
газдың құрамына талдау жүргізуге мүмкіндік беретін талдау әдісін алу
маңызды болып табылар еді. Алға қойылған мәндеттерді қанағаттандыратын
әдістерден – спектральды, химиялық және масс-спектрометриялықтан біз
соңғысын таңдап алдық, оның мынадай артықшылығын есепке алдық: өте төменгі
қысымдарды өлшеу мүмкіндігі және құрамдары бойынша күрделі қоспаларға тез
талдау жасау, бұл біздің жүргізген зерттеулерімізде айтарлықтай орын
алады[29].
293-1073 К температурасының интервалындағы адсорбенттердің
термосорбция өнімдеріне талдау жасауға, сондай-ақ фотосорбция кезіндегі
гидроксильді жамылғының бұзылуына еңбекте айдаудың жоғары вакуумды
жүйесімен және 0-270 а.е.м аумағындағы масс-спектрлерінің
фоторегистрациясымен жабдықталған МСХ-4 типіндегі уақыт өткінші масс-
спектрометрі пайдаланылды. Құжаттық мәліметтермен аспаптың шешімі 140 а.е.м-
ді, ал сезімталдық криптон бойынша – 10-9 моль-ді құрайды.
Өзге вакуумдық құрылғылардан айырмашылығы масс-спетрометрінің айдау-
жіберу жүйесінің шыны көтергіштері болмады, металл майсыз вентильдердің
көмегімен жалғанды, бұлар дайындық барысында барлық құрылғылармен қатар 573-
673 К-ға дейін қыздырылды. Біздің тәжірбиемізде газды көлеміне қатысты
талдау керек болды, онда адсорбент-адсорбат жүйесінің тепе-теңдігі болады.
Газдың бір бөлігі өлшенетін көлемге жіберу жүйесі арқылы немесе газы бар
ампуладан өтеді, ол аспапқа жалғанған және жеке шыны қоршаумен қоршалған.
Газдың сандық құрамы тікелей өлшенетін көлемді толтырғаннан кейін талданды,
ал газдың жалпы қысымы қосымша түрде ПМТ-2 манометриялық шаммен тіркелді.
Газдардың бірге сорылу кезінде өте маңызды жайт барлық құрамдас бөлшектерге
арналған аспаптағы осы парциалды қысым кезіндегі соруды қанықтыру уақытын
анықтау болып табылады. Бұл жөнінде белгілі бір уақыт бойы тұрақтылықтың
шыңы бойынша айтуға болады.
2.4.3 Инфрақызыл спектроскопия
Табиғатта атомдар мен молекулалардың квантты энергетикалық
деңгейлерінің арасындағы өткелдердің нәтижесінде электромагнитті
сәулеленудің жұтылу үрдістерімен байланысты спектральды әдістер молекулярлы
деңгейде өзара араласу үрдістері туралы тікелей хабар береді. Спектральды
әдістердің арасында бетпен сорылуды зерттеуге қазіргі кезде инфрақызыл
спектроскопиясы кеңінен қолданылады, оның беттің әртүрлі тектегі химиялық
құрамына сезімталдығы жоғары [3].
Қазіргі кезде ИҚ-спектроскопиясы қатты дене бетінің физикасы мен
химиясының, көбінесе радиациялық сорылудың көптеген есептерін шешу
әдістерінің бірі болып табылады .
Karl Zeiss Jena фирмасының жұмысшы аумақтық жиілігі 500-4000 см-1
UR-20типіндегі ИҚ-спектрі қолданылды. Үстіңгі қосылулардың немесе сорылған
молекулалардың жұтылу жолағын бақылау үшін жарықтағы тотықтарды зерттеу
әдісі пайдаланылды.
ИҚ-сәулелерінің талауын азайтуға тотық ұнтақтарының бөлшектері көп
ретте елек арқылы өткізіліп, қысыммен жұқа таблеткалар арқылы қысымдалды.
Арнайы жинақталған пресс түрінде басылған таблеткалардың көлемдері 30
х 10 мм2 немесе үлгілердің сәулеленуі мен зерттеу шарттарына байланысты 35
х 15 мм2 құрайды. Тотық таблеткаларының қалыңдығы (0,1-0,2 мм.
Осылайша 1500 см-1 аумағында осы қалыңдықта силикагелдің үлгілерінің
35-45% өткізуге ие, ал 3500 см-1 аумағында 25-35%. Қысқа толқын аумағындағы
жарық айтарлықтай шашырағанда салыстыру шоғырында диафрагма қойылды.
2.4.4 Радиоспектроскопиялық әдіс
Иондайтын сәулелену кезіндегі зерттеліп отырған затта түзілетін
әртүрлі парамагнитті орталықтардағы еркін радикалдарды зерттеу үшін
дарициялық физика мен химияда электронды парамагнитті резонанс әдісі кең
қолданылады. Сәулеленген заттардағы электронды резонанс құрылымның
кристаллдың немесе аморфты заттардың сәулеленуіндегі түзілетін
бұзылуларымен алынған электродардың есебінен туындайды.
ЭПР спектрлерін кристаллдағы бұзылулардың құрылымы туралы сапалы
мағлұматтар алуға және ақаулардың сандарын сан жағынан анықтауға
пайдалануға болады.
ЭПР әдісімен біз алдын ала өңдеудің сәулеленуі мен температурасы
дозасының көлеміне байланысты гамма-кванттармен, зарядталған бөлшектермен,
реакторлы (n,γ)-сәуленуімен сәуле қабылдаған тотықтардағы радиациялық
ақауларға зерттеулер жүргіздік[27]. Сәулеленуден бұрын үлгілер көп сағаттық
термо-вакуумды өңдеуден өткізілді. Тәжірбиелердің бір легі үшін үлгілер 10-
3 -10 Па қысымында ажыратылды, ал забы бар үлгілердің біріккен сәулеленуі
бойынша тәжірбиелерінде ампулалардағы қысым 1-133 Па құрады. Осыдан соң
үлгілер сұйық азоты бар дьюарларда, болмаса бөлме температурасында
сәулеленді. Сорылулар мен ЭПР-спектрлерін зерттеу сәулелену кезінде ЗПР
қарқынды дабылын беретін молибденді шыныдан әзірлеген бір ампулада
жүргізілгендіктен өлшеуден бұрын ампулалар газбен жылытудың жеңіл жалынында
суытылды, осыған қоса үлгі ампуланың екінші ұшына жылжыды және сұйық
азотта, болмаса бөлме жылулығының құрамында болды. Сәулеленуден бұрын
тотықтардың үлгілері ампуланың суытылған бұрышына жиналды. Луч шынысынан
жасалған ампулалармен жұмыс істегенде суыту операциясы артықтау болады,
өйткені радиацияның әсерімен оның белсенділігі артпайды. ЭПР спектрлерін
алу үшін жұмысымызда РЗ-1301 (((3,2см) типіндегі және (((30 см) дециметрлік
ауқымындағы радиоспектрометрлер қолданылды.
Дифенилпикрилгидролиз бойынша үлгідегі буланбаған спиндерінің РЭ-1301
спектрометрінің сезімталдығы (1013 . Аспаптың айыру қабілеті 0,2 эрстедтті
құрады. ЭПР қалпы спетрінің сызықтарының ені, сондай-ақ өте жіңішке
құрылымның құрамдас бөлшектерінің арасындағы ыдыраудың көлемі өздігінен
жазатын құралдың диаграммалық таспасы бойынша есептелінді. ЭПР спектрлерін
жазу бөлме температурасында жүргізілді, болмаса СВЧ үнемі қуатындағы сұйық
азот температурасында жүргізілді. Жұмысымызда эталондық көздер ретінде
магний тотығындағы ДФПГ және Mn+2 пайдаланылды, олардың қалпы үлгіге
қарағанда берік түрде тіркелген, сондай-ақ парамагниттік бөлшектердің
белгілі көлемін қамтитын CuCl2(5H2O. g-сәулеленген SiO2 жайттары қалыпты
әдістемесі бойынша есептелінді. Осыған қоса эталондық көздер дьюарде,
болмаса тікелей спектрометрдің резонаторында болaды.
3. ТОТЫҚТАРДЫҢ ҮСТІҢГІ ҚАБАТЫНДАҒЫ ГАММА-
АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР
3.1. ( сәулесінің SiO2 гидроксилді жамылғыларына тигізетін
әсерлері
Cурет 3.1-н көрініп тұрғандай SiO2 (-сәулесі вакуумда спектрдің
түрін өзгертеді: оқшауланған және де сутекті байланысып жатқан гидроксилді
топтардың (3750, 3605 см-1) қарқындылығы төмендейді, судың деформациялық
тербілісінің аймағында жаңа жолақтар (1555, 1520, 1380 см-1) пайда болады.
Сурет 3.1- γ- сәулеленген SiO2-ң жұтылу ИҚ- спектрі
1- бастапқы спектр, 2- Dγ =0.024 МГр, 3-О2 (Тпр= 673 К)
(-кванттарымен сәулеленген SiO2 –ға (0.024 Мгр сәулелену дозасы)
көміртегін жіберу 3750 см-1 жолақтарының қарқындылығын төмендетеді. Бір
мезгілде жұтылудың (аз жиілікке қарай) бірнеше см-1 дейін барыншы араласуы
жүреді. SiO2 сәулеленген кезде жаңа жолақтардың пайда болуы мен оттегінің
жұтылуы оттегінің молекулалары қалған органикалармен реакцияға түседі, ол
сәулелену кезінде радиолизге ұшырайды және көлемнен үстіңгі қабатқа
диффундирлейді, осының нәтижесінде формиат тәрізді қосындылар мен
карбонатиондар түзіледі. Қайта түзілген формиат тәрізді қосындылар
айтарлықтай ыстыққа төзімді келеді – деформациялық тербелістер аймағындағы
жолақтар 573-773К температураларында жоғалып кетеді[14]. Еркін гидроксильді
топтартарды өткізу жолақтарын қалпына келтіру аз температурада жүзеге
асады. (-сәулеленген O2 (тек сәулелену ғана емес) ИҚ-спектрінде біз
оттегілі кремнийдің – оттегі тетраэдрінің бөліктерімен өзара байланыстарын
көре алмаймыз, өйткені бұл аймаққа органиканың тотығы немесе ОН-топтарының
оттегімен өзара байланысы кезінде түзілетін физикалық тұрғыдан
адсорбирленген судың жұтылу жолағы келіп түседі.
Осылайша (-сәулеленген SiO2 ИҚ-спектрлерін зерттеген кезде (-
сәулесінің әсерімен дегидроксилирлеу мен дегидратация үрдісі жүреді, ал
оттегінің (-адсорбциясы кезінде адсорбцияның өзге де түрлерімен қатар
қалған органиканың радиолиз үрдісі және беттегі оның қалдықтарының
диффузиясы әрі осы қалдықтардың оттегімен реакциясы жүреді, осының
нәтижесінде әртүрлі формиат тәрізді қосындылар түзіледі, сондай-ақ екі
тотықты кремнийдің бетінде берік түрде сорыла алатын сулар түзіледі[30].
3.2 Оттегі (-адсорбциясының SiO2 –ге температуралық тәуелділігі
SiO2 бетінің алдын ала температуралық белсенділігінің рөлін анықтау
үшін біз 4 температураны алдық: 473, 673, 873 және 1073К. Осы
температураларды алу мына түсініктерден туындады: жоғарыда анықтағанымыздай
473К температурасында SiO2 (өзге де тотықтардың да) бетінен сутегі
байланыстарының арқасында сорылған су молекулалары жоғалады, бірақ бетте
координациялық-байланысы бар су және толықтай гидроксильді топтар
сақталынып қалады.
673К алдын ала өңдеу температурасында бетте су молекулалары болмайды,
бұл молекулалар онымен координациялық байланыспен сабақтас жатады немесе ол
өте аз болады, ол бетте жүретін үрдістерде айтарлықтай рөл ойнамайды.
Әдебиетте SiO2 бетінен координациялық-байланысы бар судың жоғалуының
әртүрлі температуралық шектері келтірілсе де, біздіңше, 673К оның
десорбциясы үшін жеткілікті болып табылады. 873 К 1073К жоғары
температураларында тотықтың бетінің тек гидроксильді топтары болады,олар
өзара сутегінің байланыстарын түзеді, ал 1073 К температурасы кезінде
мұндай нәрсе болмайды.
Біз SiO2 -ң ОЧ, КСК маркасын , сондай-ақ Дегусси фирмасының
аэросилін зерттедік. Сәулеленуге қажетті үлгілер мындай жолмен дайындалды:
органикалық ластанулардың іздерін кетіру үшін алдын ала 6-8 сағат бойы
ауада немесе оттегіде жағылған SiO2 үлгілері бар ампулалар 6-8 сағат бойы
берілген температурадағы вакуумде шайқатылады. Ампулалар осылайша
дайындалды, бір мезгілде адсорбциондық зерттеулермен ЭПР-өлшеулері жүргізе
алу үшін.
Жаттығу біткеннен кейін ампулалар ажыратылды және бөлме
температурасында (-құрылғысында сәулеленді.
Сәулелену дозасы 0,003-тен 0,2 МГр дейін 0,0077МГрсағ доза қуатымен
өзгереді.
Үлгілері бар ампулалары сәулеленгеннен кейін вакуумдық жүйеге қосылды
және зерттеліп отырған газды үлгіден жұқа қоршаумен оқшауланған көлемге
жібергеннен кейін екінші рет вакуумдық жүйеден ажыратылады. Осыдан соң
жәйлап қоршаулар алынып газ бен қатты дене қосылды. Осымен қоса қысымның
болып жатқан өзгерісі ВИТ-2 типіндегі вакуумметрлердің көмегімен тіркелді.
SiO2 өлшемі біздің тәжірбиемізде 1 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
СӘУЛЕЛЕНУДІҢ ӘСЕРІ
1.1 Тотықтың беттік қасиеттеріне сәулеленудің әсері
1.2 Адсорбенттердің беттік қасиеттеріне иондайтын сәулеленудің әрекеті
1.3 SiO2 гидроқышқылды жамылғысы
2. СЫНАҚ ӘДІСІ
2.1 Зерттеу нысандары
2.2 Вакуумдық-сынақ құрылғылары
2.3 Сәулеленудің көздері мен техникасы
3. ТОТЫҚТАРДЫҢ ҮСТІҢГІ ҚАБАТЫНДАҒЫ ГАММА АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР
3.1. ( сәулесінің SiO2 гидроксилді жамылғыларына тигізетін әсерлері
4. ЕҢБЕК ҚОРҒАУ
5. СӘУЛЕЛЕНДІРІЛГЕН КРЕМНИЙ ҚОСТОТЫҒЫН АЛУДЫҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСІНЕ ЖОБАНЫ
ДАЙЫНДАУ МЕН ЕНГІЗУДІҢ ШЫҒЫНДАРЫН ЕСЕПТЕУ
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде иондайтын сәулеленудің әсерін зерттеуге және металл
тотықтарының негізіндегі материалдардың технологиялық қасиеттеріне қатысты
мәселелерге үлкен қызығушылық туындап отыр. Бұл түрлі тотығу жүйелері
ортамен сәулеленудің жоғары температурасының әсеріне төзімді қатты
денелердің негізін құрайтындығына байланысты. Оның үстіне түрлі керамикалық
жүйелер мен ұнтақ металлургиясының технологиясы бойынша алынған жамылғылар
21 ғасырдың келешігі бар материалдар ретінде айтылуда. Міне сондықтан да
осы жүйелерге деген қызығушылық кездейсоқ жағдай емес және бәрінен де бұрын
олардың іс жүзіндегі мәнісі тұрғысынан да айқындалады. Осыған байланысты
дамыған беті (керамика, шашылу материалдары) бар жүйелерді зерттеген кезде,
көбінесе зерттеушілердің алдында үлкен көлемде беткейіндегі ақаулықтарды
бөлу мәселесі тұрады. Қатты денелердің беттерін жетілдірудің тиімді
тәсілдерінің бірі иондайтын сәулелену болып табылады. Бұл бәрінен бұрын
қатты денелердің адсорбциондық, каталитистикалық және эмиссиялық
сипаттарының өзгерісінде байқалады. Сәулелену радиациялық ақауларын
тудырады, адсорбциялық сыйымдылықты, каталитикалық белсенділігін қарқынды
түрде ұлғаюына жауапты жаңа орталықтардың пайда болуына жағдай жасайды,
адсорбенттер мен катализаторлардың сұрыптылығының өзгеруін жүзеге асырады.
Әсіресе бұл әрекет тотықты жартылай өткізгішті және диэлектрлік
материалдарға әсер етеді, бұлар үшін әдеттегі термикалық құбылыстарды
бірқатар ретке ұлғайтатын радиациялық-активтенген әсерлер белгілі[18].
Қатты дененің физикасы, физикалық химия, бет физикасы мен химиясы,
радиациялық физика, радиациялық материалдарды тану тәрізді ғылымдардың
тоғысында жатқан ғылыми бағыт соңғы кездері ғылымның келешегі бар, көп
нәрсені ұсынатын ғылымның бірі болып келе жатыр. 1959 жылдан бастап
радиацияның тотықты диэлектрлік және SiO2, Al2O3, BeO тәрізді жартылай
өткізгішті адсорбенттердің қасиеттерінің ықпалына арналған жұмыстардың
үлкен бір легі пайда болды [19]. Дегенмен бұл зерттеулер әрдайым тұтастай
әрі логикалық қорытынды үлгіні қалыптастырған емес, оның үстіне түрлі
зерттеушілердің нәтижелері қарама-қарсы сипатқа ие болды. Сондықтан да
жүргізіліп отырған жұмыстың мақсаты бұрындары қарастырылған мәселелерді
зерттеу ғана емес, сондай-ақ зерттеудің қазіргі әдістерімен алынған сынақ
мәліметтерінің негізінде белгілі нәтижелерді жүйеге келтіру болып табылады.
Жұмыстың мақсаты - Электронды және кристалдық құрылымдармен ерекшеленетін
тотықтардың бетінде иондайтын сәулеленудің (гамма-сәулелену) әсері кезінде
қалыптасқан адсорбцияның белсенді орталықтарын сынақ түрінде зерттеу мен
анықтау болып табылады. Алға қойылған мақсатқа жету үшін мынадай
міндеттерді шешу қажет:
а) Алдын ала газ-қатты дене жүйесінің біріккен сәулеленуі
жағдайларында сенімді сынақ нәтижелерін алуды қамтамасыз етуші вакуумды-
сынақ құрылғыларының кешенін әзірлеу мен дайындау.
б) Температура мен қысымдардың кең ауқымды интервалында алдын ала
өңдеудің температурасына байланысты беткей қалпының өзгеріс рөлін айқындау,
адсорбирленген су мен гидроксилді топтардың мазмұны мен құрылымын, құрылым
мен аралас құрамдық тотықтардың адсорбциондық белсенділігіне ықпалын
анықтау.
в) Сәулеленудің әртүрлерінің әсерлері кезіндегі тотықтардың
беттеріндегі адсорбцияның белсенді орталықтары мен жинақталу үрдістерінің
кинетикалық және термодинамикалық көрсеткіштерін анықтау және олардың
ықпалдарына салыстырмалы талдау жасау.
г) Парамагнитті орталықтардың табиғатын анықтау және де сәулеленген
тотықтардың беттеріндегі адсорбцияның донорлық-акцептрлік белсенді
орталықтарын қалыптастырудағы олардың рөлін анықтау.
д) Әртүрлі электронды және кристалдық қасиеттері бар молекулаларға
арналған тотықтардың бетіндегі радиациялық бейімделгін адсорбцияның
механизімін жасау.
1. ҚАТТЫ ДЕНЕЛЕРДІҢ БЕТТІК ҚАСИЕТТЕРІНЕ
УЛЬТРАКҮЛГІН ЖӘНЕ ИОНДАЙТЫН СӘУЛЕЛЕНУДІҢ
ӘСЕРІ
1.1 Тотықтың беттік қасиеттеріне сәулеленудің әсері
Жарықтандырудың ықпалымен қатты денелердің адсорбциондық
қабілеттерінің өзгерісімен байланыстыруға болатын құбылыстар бұрыннан
белгілі нәрсе. Гетерогендік жүйелерді фотосорбциялық зерттеуді отызыншы
жылдары А.Н.Теренин бастаған. Сәуленің газ-қатты дене бөлімінің шекарасымен
өзара қатынасын қарастыра отырып, А.Н.Теренин осы өзара қарым-қатынас
кезінде сәуленің газдардың бейімделген десорбциясы немесе адсорбциясы орын
алуы мүмкін нәрсе, адсорбирленген молекулалардың фотодиссоциациясы және
адсорбенттің фотохимиялық ыдырауы. Осы құбылыстардың бәрі де сынақ түрінде
А.Н.Терениннің еңбектерінде көрініс береді, ал оның мектептері оның шолу
мақалаларында егежей-тегжейлі талқыланады. Шетелдік авторлардың
фотосорбциялық үрдістері бойынша мағлұматтар да бар.
Терениннің фотосорбция мектебінің еңбектерінде қолданылған негізгі
әдісі манометрикалық болып табылады. Манометрикалыққа қосымша ретінде
сондай-ақ масс-спектрометрикалық және ЭПР әдістері де пайдаланылды.
Жекелеген жағдайларда адсорбенттердің электрөткізгіштігі де өлшенді.
Сынаққа үлгілерді дайындау ең кем дегенде 400-450º температурада вакуумды
жылытумен оттегі атмосферасында олардың көп сағатты қыздыруынан тұрады.
Қысымды өлшеу үшін Пиранидің манометрі пайдаланылды[32].
Фотосорбциондық зерттеулер негізінен газдың (0,7-1)·10-2 бастапқы
қысымында жүргізілді.
Сәулеленудің көзі ретінде сынапты кварцті шамдар немесе балқыту
шамдары пайдаланылды.
Адсорбаттар ретінде жай газдар, ал фотосорбциондық зерттеулерде
негізінен оттегі, сутегі, метан, ал фотодиссоциацияны зерттеу кезінде
аммиак, су, шала тотық пайдаланылды.
SiO2 кремний қостотығында көміртегінің фотосорбциясы алғаш рет
[30,34] табылды. Оттегінің фотосорбциясы тек 250 нм кішірек толқын
ұзындығының аймағында адсорбенттің сәулеленуі кезінде ғана болады және
температураның жоғарылауына қарай төмендеп отырады. Оттегі фотосорбциясының
орталықтары гидроқышқылды топтардың фотодесорбциясының нәтижесінде пайда
болатын еркін радикалдар болып табылады. Сутегінің, метанның, сондай-ақ
судың және аммиактың фотосорбциясын табу бойынша жүргізілген арнайы іздеу
сынақтары дұрыс нәтижелер бермеді. Авторлар айтқандай, осы құбылыстар
спектрдың анағұрлым қысқа толқынды аймағында орын алады [30].
Келесі жұмыста көрсетілгеніндей сутегі адсорбирленген
молекулаларының фотодиссоциациясы мен дейтериясы 77 К кезіндегі УК-
сәулесімен сәулеленгенде силикагелдің бетінде болады [1,27]. ЭПР әдісімен
осы құбылыстарды зерттеген авторлардың айтуынша силикагельдің жұтатын
энергиялардың берілуі силикагелдердегі бар қоспалармен берілетін торлардың
ақауларында жүреді. Осы болжамды ерекше таза силикагельде қоспаның жинақы
құрамы ең кем дегенде 10%, сутегенің атомдары қалыптаспайды, сонымен қатар
бір мезгілде сутегі атмосферасындағы 77К кезінде УК-сәулемен сәулеленгеннен
кейін Davison-70 (1-2% қоспа) және КСК өндірістік силикагельдерінде
сутегі атомдарының ЭПР қарқынды дабылдары байқалады. Келесі бір еңбектерде
авторлар фотодиссоциацияға жауапты өтпелі металлдардың иондары болып
табылатындығын көрсете алды [26,27]. Өндірістік силикагельдер жағдайында
SiO2 –гі болатын темірдің иондары. Co2+ және V2O5 0,4-0,5% құрамында
ұстайтын SiO2 сәулесімен сәулелену кезінде авторлаp мынаны тапты: сұйық
азот температурасы кезінде сутегінің фотосорбциясы орын алады, оның
десорбциясы 100(С-тан жоғары қыздырған кезде пайда болады, бұл торлы
оттегімен немесе қоспа металдарының атомдарымен өзге де қосындыларының
қалыптасуымен түсіндіріледі.
Мына еңбекте көрсетілгеніндей, сәйкес келетін сенсибилизаторды ала
отырып, жағдай жасауға болады, мұнда сенсибилизаторды қамтымайтын қатты
дененің бетінде жүретін реакциялар болуы мүмкін[26].
SiO2 бетінде нафталиннің араласуымен судың фотоыдырауын зерттегенде
сутегі мен оттегінің бөлінуі байқалды, бұлар сұйық азоттың температурасына
дейін суыған кезде күшейе түседі. Су фотодиссоциациясы судың диссоциативті
үштік дәрежесі бар энергияның алмасу-резонансты өтуі нәтижесінде жүреді
[26].
Сәулелену барысында сутегі атомдарының жинақталу кинетикасын зерттеу
фотосентрибилизирленген диссоциация Н2(Д2) бірквантты үрдіс болып табылады.
Авторлардың жүргізген сутегі фотосенсибилизирленген
фотодиссоциациясының жүзеге асуына қажетті сәуле квантының ең аз дегендегі
энергиясын бағалау оның SiO2 –гі қоспа атомына байланысты екендігін
көрсетті. Сонымен, Co2+ және Ni2+ иондарымен Н(Д) атомдары (=360 нм
(Е=3,4эВ) бар сәуленің әсерінен қалыптасады, ал Cr3+ және Fe3+ Åмин=3,9-
4,1эВ иондарымен қалыптасады. Осылайша сутегі фотосенсибилизирленген
диссоциациясы орын алған кездегі пайда болған энергия еркін қалыптағы Н2
диссоциациясының энергиясынан төмен болады, 4,5эВ құрайды және де SiO2
тыйым салынған аумағының кеңдігі ~ 10 эВ-ке тең [26].
Алдын ала өңдеу температурасынан сәулелену кезінде сутегенің
шығыс тәуелділігін айта кетуге болады. Силикагельдің 200-ден 800 (С-қа
дейінгі алдын ала вакуумделген температурасын ұлғайта отырып, ЭПР әдісімен
тіркелген сутегінің шекті шоғырлануы қатарға дейін өрістейді десе де
болғандай. Бұл жайтты авторлар темірдің қоспа ионының валентті қалпының
өзгерумін түсіндіреді [27].
Сілті-галогендік кристалдарда тотықты адсорбенттерге тән
фотосорбциялардың негізгі заңдылықтары табылды, бөлме температурасындағы
әсердің қайта айналмау, жоғары температура кезіндегі адсорбенттер
қабілетінің регенерацияға қанықтығы, өзінің жұтылу жолақтарынан тыс алдын
ала сәулеленуге жадтың әсері.
1.2 Адсорбенттердің беттік қасиеттеріне иондайтын
сәулеленудің әрекеті
SiO2 (силикагель) адсорбционды қасиеттеріне гамма-сәулесінің
әсеріне арналған алғашқы еңбектер [1,10,22] жұмыстары болып табылады. Осы
еңбектерде алғаш рет сутегіге, оттегіге және өзге газдардың бір легіне
қатысты SiO2 адсорбциондық қабілетін арттыру болып табылды.
Ары қарай С.В.Стародубцев қызметкерлерінің еңбегінде целолиттер мен
алюмосиликаттарының да газдардың тұтастай бір легіне гамма-адсорбциондық
қабілеттерінің бар екендігі табылды.
ЖЖ-өріс жасайтын төменгі температуралы плазманың әрекетін зерттегенде
үстіңгі қабаты жақсы дамыған абсорбенттердің биік шама бойынша қосымша
адсорбциондық сыйымдылығы болады және гамма-сәулесінің кезінде де [10].
Осы еңбектерде зерттеудің негізгі тәсілі жабық жүйедегі қысымның
түсуін өлшеу, кинетиканы зерттеу тәсілі және радиациялық хемосорбциялы
гамма-адсорбцияның изотермі болып табылды. Мынадай жайттар анықталды,
адсорбенттің адсорбциондық сыйымдылығының дозалық тәуелділігі ретінде
әртүрлі газдар және өзге де қасиеттер өзге заттар үшін де жалпы болып
табылады.
В.Ф.Киселев пен М.М.Тагиева гамма-радиациясының SiO2 беттік қасиетіне
– аэросил мен кварц әсерін зерттеді [31]. Сәулеленудің ~106 сәулеленуінің
дозасында SiO2 рентген бет жағы қатты дегидратцияға ұшырайды, осының
ақырында су буына қатысты үлес қабілетінің төмендейтіндігі байқалады.
Шынында да, ЭПР спектрлеріндегі 77К кезіндегі SiO2 сәулеленуінде Н
атомдарының беттегі осы температуралар кезіндегі тұрақтанған қарқынды
дабылдары табылды.
ЭПР тәсілін зерттеушілер SiO2-ғы әртүрлі газдардың адсорбциясының
механизмін айқындау үшін және де сәулеленудің әртүрлерімен қалыптасқан
беттік ақаулардың табиғатын зерттеу үшін қолданды.
Гамма-сәулесімен сәулеленгенде ЭПР спектрінде күрделі бес құрамды
немесе үш құрамды дабылды байқауға болады. Сұйық азоттың температурасы
кезіндегі сәулеленуде SiO2-үстіңгі қабатында тұрақтанған сутегі атомдарынан
дублетті байқауға да болады. Сутегі атомдары SiO-Н байланысының үзілуі
нәтижесінде немесе тотықтың бетіндегі адсорбирленген судың радиолизінің
нәтижесінде пайда болады.
Қазіргі кезде SiO2-мен сәулеленген ЭПР спектрі бірқатар деңгейде
анықталған десе де болғандай. Сонымен ΔН = 5гс және g = 2.0020 бар орталық
дабылы SiO тәрізді макрорадикалдарына жазылады, ал ΔН = 44гс бар дублет Si-
Н2 топтарының радиолизінің нәтижесінде қалыптасқан Si-Н радикалына жатады.
Бұл туралы дублеттің асимметриялық сызығына айналуы куәлік береді, бұл
оттегімен байланыстан кейінгі асқын тоттыққа тән нәрсе. ΔН = 120 гс бар
дублет Si0(Si)= электронды радикалдармен түспеген SiOH(SiH) топтарындағы
сутегенің әрекетінің нәтижелері болып табылады. Екінші жағынан [12,28]
еңбектерінде құрамдас бөлшектің орталық дабылымен қоса отырып, қоспа
атомдарда орнықтырылған дұрыс саңылауларға жазылды, көбінесе алюминийдің
атомдарына.
Адсорбирленген молекулалардың SiO2-мен сәулеленген ЭПР спектріне
әсері зерттелді [27]. Осы еңбектерде Si және Si0 типіндегі қалыптасқан
беттік макрорадикалдардың айтарлықтай адсорбциондық қабілеті бар, оның
үстіне ол тотықтарды алдын ала өңдеудің температурасына, сәулелену дозасына
және адсорбирленген заттардың сұрыпына, сондай ақ реакция жүргізілетін
температураға байланысты. 1000ºС-қа дейінгі температурадағы адсорбенттің
бетінде тұрақтанатын сутегінің атомдары химиялық тұрғыдан белсенді болып
табылады.
SiO2–гі адсорбцияның аралас орталықтары туралы болжаулар жасалды.
АІ атомдарының және сутегінің адсорбциясының әртүрлі көлемін құрамында
қамтитын SiO2 сәулеленген спектрлерінің ЭПР салыстырмалы зерттеудің
нәтижесінде авторлар мынадай қорытындыға келді: ЭПР спектріндегі құрамдас
бөлшектердің бірі SiO2 дұрыс саңылауға қатысты, ол оттегінің атомында
орналасқан, алюминий атомымен көршілес және ол сутегі атомдары үшін
адсорбцияның орталығы болуы да мүмкін.
Осы мәселе сутегіге қарағанда адсорбциалық қабілеті мен үлгідегі
қосындылардың құрамының арасындағы байланыста дәлелденбеді. Бұл еңбекте
сондай-ақ алдын ала термоөңдеудің және сәулелену дозасының қоспасыз
силикагельдің адсорбциондық және парамагниттік қасиеттерінің әсері
зерттеледі. Сәулеленудің дозасын ұлғайтқан кезде парагмагниттік
орталықтардың жинақталған саны алдымен өрістейді, ал (20 Мрад дозасы
кезінде қанығуға қарай бет алады. 200-ден 400ºС-қа дейінгі дегидратация
температурасының өзгеруі сонымен қатар парамагниттік ортылықтар санының 2
есе ұлғаюын тудырады. Осы және өзге де қосымша адсорбциондық зерттеулер
Со60 гамма-кванттармен екі тотықты кремнийдің сәулеленуі кезінде туындайтын
SiO және Si сутегінің адсорбция радикалды орталықтары бар екендігіне
қорытынды жасауға мүмкіндік берді[2]. Бөлме температурасында сәулеленбеген
силикагель сутегісін адсорб жұтпайды. Сутегі тіпті УК-сәулеленуі кезінде де
сорылмайды, онда өзге де сәулеленулер де оның қарқынды сорылуын тудырады .
(n, ()- cәулеленуінің әрекеті КСК типіндегі силикагельдің сорылу
қасиеттеріне әсері зерттелді. Оттегі мен сутегінің барынша сорылуы (20 Мрад
дозасы кезінде басталады, ал бұдан да үлкен дозалар кезінде сорылу
орталығының радиациялық суытуы байқалады.
Реакторлы сәулелену парамагниттік ақауларды тудырып қалыптастыруы
мүмкін, олар (20 Мрад дозасында қанығады. Авторлар ойлағандай, нейтронды
ағым гамма-сәулесі жасайтын парамагнитті ортылықтарды қамтитын
парамагниттік орталықтарды құрайды.
Тотықтың беті бар ауыр зарядталған бөлшектердің өзара араласуына
[9,15] еңбектер арналған.
SiO2, Al2O3, BeO және өзге де жүйелер зерттелді, олар үшін О2, Н2,
СО2 жай газдарының радиациялық адсорбциясының негізгі заңдылықтары
анықталды.
Протондағыдай және (-сәуленуі кезіндегідей қанығудың қалпына жету
үшін сәулелену дозасының шамасы Н2, О2, СО2 қатарына дейін ұлғая түседі.
Жад әсері байқалады, яғни газдың сорылуының сәулеленуі тоқталған кезде
бірқатар уақыт бойы сыртқы радиациялық әсерсіз қалады.
Протонды сәулелену кезінде барлық зерттелген газдарға арналған
сорылудың бастапқы жылдамдығы (- бөлшектерімен сәулелену кезіндегіге
қарағанда үлкен болады. Авторлар осы әсерді бомбалайтын бөлшектердің
зарядтарындағы айырмашылықтармен бірге байланыстырады.
Рентген сәулелерімен SiO2 мен Al2O3 сәулеленген кезде байқалды,
сорылу кинетикасы рентгендік сәулелердің қаттылығына байланысты (-
сорылуындай және фотоадсорбциядағыдай заңдылықтарымен қарастырылады[24,29].
1.3 SiO2 гидроқышқылды жамылғысы
Кремнеземнің беттік қасиеттері мен құрылымы жөніндегі едәуір ақпарат
соңғы кездері спектралды әдістермен алынды, басты ретте тербеліс
спектроскопияларының әдісімен [6].
Жоғарыдисперсті кремнеземдердің беті SiCl4 жоғары температурадағы
гидролиз кезіндегі тетраэтоксисиланға арналған ортакремнийлі қышқылдың
молекулаларының ұюысуындағы силикагельдердің синтезделу барысында пайда
болатын гидроксильді топтармен жамылады. Бетте гидроксильді топтардың бар
екіндігі жөніндегі қорытынды бастапқыда силикагелдерді қыздыру кезіндегі
сулардың жоғалуын зерттеу негізінде жасалды. Ары қарай бұл ұсыныс
кремнеземдердің гидроксилді жамылғыларын инфрақызыл спектроскопия әдісімен
көптеген зерттеулерде нақтыланды.
Сулардың сорылған молекулалары ультрапорды құрамында ұстамайтын
кремнеземді ұзақ уақыт 25ºС-та тартудан кейін жоғалады деп есептеледі.
Вакуумда 200ºС-та әдетте қолданылатын тартылу су молекулалары
десорбцияларының үрдісін жылдамдатады, негізінен кремнеземнің бетіндегі
гидроксилді топтарына әсерін тигізбейді.
Бос және байланған гидроксилді топтар санының қарым-қатынасы
кремнеземді алу тәсіліне байланысты. Пирогенді тектің кремнеземдерінің
жағдайында беттік құрылымының үлкен реттілігінің арқасында гидроксилді
топтардың негізгі бөлігі бос жағдайда болады. Силикагель жағдайындағы
байланысқан гидроксилді топтардың үлкен көлемінің бар болуы оның бетінің
дамығын микроқұрылымымен берілуі мүмкін.
Кремнеземнің дегидроксилирленген беттік құрылымы мен қасиеті туралы
пікірлер бір-біріне қарама-қарсы. Осындай дегидроксилирленген беттегі
арнайы адсорбцияларға қабілетті молекулалардың адсорбциясының жылуы
гидроксилирленген беттегі адсорбцияның жылуынан төмен болады[8,31]. Шын
мәнінде құрылымдардың дегидроксилирленуі кезінде туындайтын қайта құрылу
мен құрылымды айғақтайтын тура мәліметтер жоқ. Кернеуленген құрылымдардың
және беттердің тұтасуының қалыптасуының негізі үстіңгі гидроксильді
топтардың беттерінің жоғалуының және шыны пластикалар көлемі қысқаруының
инфрақызыл спектроскопиясының әдісімен бірге зерттеудің нәтижелері болып
табылады. 25-тен 900º C дейінгі интервалды өңдегенде біртіндеп төмендеу
байқалады, ал 900º-тан кейін оның толық қайнағандығын көрсететін үлгі
көлемінің қысқаруы байқалады. Жоғары температурада өңдегенде кремнеземнің
бетінің қайта құрылуын көрсететін сондай-ақ кремнеземнің
дегидроксилирленуіне қарай гидроксильді топтардың таралуының әртектілігінің
ұлғаюы болады.
Дегидроксилирленген кремнеземнің беті бойынша гидроксильді топтардың
әрқалыпты таралуының нәтижесі бетте үлкен учаскелердің бар болуы, олар тек
силоксандық байланыстарға ие болады. Сонымен, дегидроксилирленген
кремнеземдердің беттеріндегі бензолдың адсорбциясын спектральды зерттеулер
мынаны көрсетеді: гидроксильді топтармен барлық учаскелерді толтырғаннан
кейін беттің дегидроксилирленген учаскелерінде адсорбция болуы мүмкін .
Бір-бірінен оңаша жатқан гидроксильді топтардың әртүрлі жолмен
қоюлануы кремнеземнің бетінде силоксандық көпірлердің пайда болуына
әкеледі, олардың кернеуі мен реакциондық қабілеттері әртүрлі болады.
Кванттық химияның әдістерімен кернеулі силоксандық көпірлердің қасиеттерін
есептегенде осы көпірлерді қоршап тұрған кремнеземнің бетінің босаңсуын
есептеу қиынға соғады. Осыған қоса силоксандық көпірлердің кернеулерін
біртіндеп алып тастау мүмкіндігін ескерген жөн. Кремнеземде осындай қайта
құру негізінен 120-180º шектеріндегі Si-O-Si бұрыштардың кедергісіз
өзгеруінің нәтижесінде мүмкін [16].
Кремнеземнің бетіндегі ақаулардың пайда болуы кезінде құрылымның
босаңсу энергиясын жуық шамамен есептеу мүкіндігі қарастырылған. Квантты-
химиялық есеп Si-O-Si көпірінің кернеуі үшін кремний атомының
электроноакцепторлық қасиеттерінің өсімі байқалады. Өз кезегінде көпір
оттегінде орналасқан молекулалары айнала энергиясының жоғарылуы осындай
кернеулі көпірдегі оттегінің донорлық қасиеттерін көрсетеді. Осындай
кернеулі силоксандық көпірлердің метоксилирлену мен регидроксилирлену
реакциясының энергиясының шамасы гидроксильді топтары бар осы реакциялар
жағдайына қарағанда үлкен .
Дегидроксилирленген кремнеземдердің бетінде кернеулі силоксандық
көпірлердің пайда болуы гидроксильді топтардың беттерінде қалған
қасиеттердің өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Дегидроксилирлену кезіндегі кремнеземнің бетінде қарастырылған
өзгерулермен бірге үстіңгі құрылымдардың өзге де типтері қалыптасуы мүмкін.
Кремнеземдердің дегидроксилирленуі бетте құрылымдық ақаулардың болдыратыны
рас, олардың бар болуы кремний тотығының көлемінде орын алады. Олардың
геометриялық көрсеткіштері беттегі силоксандық байланыстарының
көрсеткіштерінен айырмашылықтары бар, құрылымдық ақаулар пайда болады[13].
Дегидроксилирленудің жоғары дәрежелерінде силоксандық көпірлердің
пайда болуы қиындау, кремниқышқыл шөгіннің деформациясының қажеттілігі
нәтижесінде. Осындай жағдайда (=Si, = SiO) радикалдық және иондық (=Si+,
=SiO-) ақаулардың қалыптасуы бар гомолитикалық және гетеролитикалық
механизм бойынша Si-O-Si және О-Н байланыстарының ажырауымен силанольдық
топтары бұзылуы мүмкін. Мұндай нәрсенің қалыптасуы кремнеземді қоршаған
құрылымының үлкен бұзылуымен қатарласа келеді. Осыны есепке ала отырып,
4,5А –дан жоғары алынған гидроксилді топтар үшін силоксандық көпірлердің
қалыптасуы мүмкін емес, яғни жекелеген бұзылуларға қарағанда.
Әдебиетте осындай түрдің бетінде радикалды және иондық ақаулардың
қалыптасуы мен бар болуы туралы қарама-қарсы пікірлер бар. Кремнеземнің
дегидроксилирленуі кезіндегі осы ақаулардың қалыптасуына квантты-химиялық
талдау жүргізілді. Гомолитикалық механизм бойынша гидроксильдік топтардың
бұзылуы байланыстардың гетеролитикалық бұзылуына қарағанда қиындау. Осымен
бірге кремнеземдердің құрылымында радикалдық қалыптардың тұрақсыздығы
байқалады.
Дегидроксилирленген кремнеземдердің беттерінің электроды акцепторлық
қасиеттерін сыни зерттеулер мен есептеулердің нәтижелері соншалықты қарама-
қарсы шықты. Квантты химиялық есептерге қарағанда =Si+ типінің ақауының
күшті электронды акцепторлық қасиеттері бар. Дегенмен дегидроксилирленген
беті спектралды зерттеулер мұндай орталықтардың бар екендігін дәлелдемейді.
Тек 600-1200ºС-та қыздырылған аэросилдің бетінде әлсіз электродты
акцепторлы орталықтар табылды. Үстіңгі үшкоординирленген кремнийдің
электронды акцепторлық қасиеттерінің төмендеу себептерінің бірі оның
құрылымдық экрандануы, ол [17]-де қарастырылған тәрізді.
Si(OH)2 геминальды гидроксилді топтардың бұзылуы кезінде =Si=0
типіндегі құрылымдар қалыптасуы мүмкін. Мұндай типтің ақаулары кремнеземнің
бетінде айтарлықтай болады, геминальдық топтардың кішігірім ұйысуының
нәтижесінде, тіпті кремнеземнің бастапқы бетінде .
Дегидроксилирленген кремнеземдердің беттік құрылымдарын спектралды
зерттеулер аз ғана. Сонымен гидроксильді топтардың сутекті байланысымен
байланысты жоюды қалыптастыратын силоксанопты көпірлерді спектральды
әдістермен бақылау мүмкін емес . Тек 600-1200ºС-та өңделген аэросилдің
үлгілерінің спетрлерінде 888 және 908см жұтылуларының жаңа сызықтары
байқалады.
Осылайша, дегидроксилирленген кремнеземдер мен молекулалардың
хемосорбциясының спектральды пайда болулары кернеулі силоксандық
байланыстарды қамтитын жаңа реакциялық орталықтардың беттерінде айтарлықтай
шамада беттің реакциялық қабілетін айқындаушылардың пайда болғандығын
көрсетеді.
Дегидроксилирлену кезінде дислокацияндық құрылымдар кең ауқымда пайда
болуы мүмкіндігі ең бастысы кремнеземнің беті бойынша гидроксильдік
топтардың таралуының қасиеттерінің, бағыттарының әртүрлілігімен
айқындалады. Дегидроксилирленген беттің адсорбциондық қасиеттеріне бетте
қалған гидроксильді топтардың қалдықтарының өзгерісі әсер етеді. Беттің
электроды акцепторлық қасиеттері үлкен дәрежеде кремнеземді матрицаның
аралас орталығының айналысын құрылымдық ұйымдастыруға байланысты.
Тотығу материалдарының физикалық және химиялық қасиеттері көбінесе
олардың адсорбциондық қасиеттері айтарлықтай шамада дайындалу барысындағы
тотықтардың бетінің гидратациясының нәтижесінде пайда болған гидроксильді
жамылғылармен айқындалады. ОН-топтарының силикаттардың бетінде бар болуы 30-
жылдары А.В.Киселевтің еңбектерінде көрсетілген. Тотықтардың бетінде ОН-
топтарының бар екендігі инфрақызыл спектроскопияның және ядролық магнитті
резонанс әдістерімен алынды [18,19,20,23].
Өзінің және әдеби мәліметтердің негізінде В.Ф.Киселев мынадай болжам
айтқан болатын: 500-600-ге дейін және одан жоғары температураларда
бөлінетін судың әртүрлі тектері болады, атап айтқанда төменгі
температурада жоғалатын су гидроксильді топтармен немесе судың
адсорбирленген молекулаларымен байланысты болып келеді. Дегенмен суды бөлу
шектері туралы бірқалыпты шешім үшін ИҚ-спектрлері мен ЯМР спектрлерін
зерттеуге көңіл аудару қажет. SiO2 гидроксильді жамылғысының ИҚ-
спектрлеріне толықтай зерттеуді Теренин және оның шәкірттері жүргізді[32].
Бүкіл кремнеземдерге тән сипатты ерекшелік соның ішінде силикагель үшін де,
спектрді 3750см-1 тар қарқынды жолағының және төменгі жиілік жағынан 3680,
3550 және 3400-3500см-1 кең жолақтардың бар болуы, олардың қарқындылығы
дегидратацияның дәрежесіне байланысты болып келеді. 3750см-1 жолағы
оқшауланған, бірақ өзара әсер етпейтін гидроксильді топтармен жазылады.
Оқшауланған ОН-топтары термикалық жағынан төзімді келеді. 600-700ºС-қа
дейін 3750 см-1 жолағының қарқындылығы айтарлықтай өзгермейді, ол 1100ºС
кейін байқалады. Деформациялық тербелістер саласында оған 870 см-1 жолағы
сәйкес келеді. 3680 см-1 жолағы, бұл спектрде 400-700ºС-қа дейін сақталады,
әдетте гидроксильді топтармен жазылады, олар өзара сутегімен байланысты.
Айтарлықтай үлесті ОН-топтары қосуы мүмкін, олар тотықтың көлемінде болады
және де адсорбирленген молекулаларда болмайды.
3550 см-1 жолағы, алдын ала жорамалданғандай, адсорбирленген суға
қатысты болып келеді, сондай ақ ОН- үстіңгі топтарына, бұлар күшті
сутегімен ауытқиды. Осы жолақты кетіру шегі 300-500ºС- шектерінде
жатыр[30].
3400-3300 см-1 жолағын бүкіл зерттеушілерге қарағанда сутегінің
байланысымен қатысты судың адсорбирленген молекулаларымен жазуға болады
және де суды адсорбирленіп қойылған молекулаларымен де жазуға болады. Су
молекулаларының деформациондық тербелістерінің облысында оған 1620-1640 см-
1 жолағы сәйкес келеді.
3400-3300 см-1 жолағының қарқындылығы бөлме температурасын сорғаннан
кейін бірден төмендеп кетеді, дегенмен оны толықтай жоғалту тек 150-200ºС-
қа дейінгі SiO2 үлгісін қыздырғаннан кейін болады.
Жоғарыда айтылған жолақтардан басқа да 3750-3000 см-1 аймағында
үзіліссіз жұтылу байқалады, ол үлгіні қыздыру температурасын жоғарылатқан
кезде өлтіреді және өзара сутегінің байланысымен қатысты гидроксильды
топтармен жазылады.
SiO2 гидратты жамылғысы бойынша әдеби мағлұматтарды қарастыру
әзірлеудің әдісіне байланысты үлгінің дисперстілігін және қосындылардың бар
екендігін және әртүрлі нәтижелерге қол жеткізуге болады, мұнымен судың
және ОН-топтарының сорылған молекулаларының жоғалуының әртүрлі шектерімен
түсіндіріледі. Барлығы да Киселевтің артынша 400-500ºС-тан жоғары,
сіңдірілген су болмайды, ал гидроксильді жамылғы әлі де болса бұзыла
қоймайды[18,19].
SiO2 бетіндегі гидроксильді топтардың топографиясын ЯМР әдісімен
зерттеуге арналды [21]. Жедел шамалармен ЯМР екінші кезеңінің саналған
шамаларын салыстыру авторларға ең құрығында SiO2 бетінде болуы ықтимал
силанольдық учаскелердің бар екіндігін атауға мүмкіндік берді: А-типі -
бірегей ОН-топтары d= 5- 5.2 Aº пратондарының арасындағы ара қашықтығы
бар, олардың жалпы саны барлық беттегі гидроксилдердің 25% құрайды; 2) Б-
типі: с = 2,5-2,6Аº бірдей көрші атомдарға қатысты жұп гидроксильді топтар.
Барлық гидроксильдердің саны 30%-ды құрайды. 3) В-типі. Осы топтарда d =
2,5-2,6Аº мен Si бір атомымен қосылған 3 немесе одан көп гидроксильдердің
топтары бар. Осы топтарда ОН-топтарының 45% гидроксилдері бар. Осы
гидроксильдердің бір бөлігін сутегінің байланыстары өзараларында құрауы
мүмкін.
Адсорбирленген молекулалары бар кремнеземнің бетінің ОН-топтарының
әсеріне көптеген зерттеулер арналды. Бетте оқшауланған ОН-топтары физикалық
адсорбцияның орталықтары болып табылады, осымен қоса кремний оқшауланған
тотығының ОН- топтарының жұтылу жолағы аз жиіліктердің жағына қарай
араласады да ұлғая түседі. Айдағаннан кейін еркін гидроксильдердің жолағы
қайтадан қалпына келеді, яғни үрдістің кері сипаты бар. Егер оқшауланған ОН-
топтарын өткізудің жолақтарының бір немесе екі атомды молекулалардың
адсорбциялары кезіндегі араласу бірнеше жүздеген см-1 жетеді, бұл
адсорбцияланған молекулалармен беттік гидроксильді топтардың арасындағы
өзара әрекеттің энергиясының ұлғаюын көрсетеді. Ароматтық молекулалардың
адсорбциясы кезінде 3750 см-1 жолағын араластыру сутегі типті байланыстың
қалыптасуы бар үстіңгі ОН-топтарын қамтитын осы молекулалардың (-
электрондарының өзара әрекетінің есебінен түсіндіріледі. Оттегі мен азоттың
оқшауланған ОН-топтарымен өзара әрекетінде (( шамалы ғана өзгереді, Вандер-
Ваальстің типі тәрізді. Және ол осы молекулалардың квадрупольды
мезеттерімен айқындалады. (( мен десорбцияның жылуының арасында белгілі бір
байланыс бар екендігін тапты, яғни араласу адсорбция жылуының өсімімен
ұлғая түседі.
Осылайша: SiO2-ң беттік ОН-топтары физикалық адсорбцияның орталығы
болып табылады деп қорытынды жасауға болады.
2. СЫНАҚ ӘДІСІ
2.1 Зерттеу нысандары
Зерттеу нысандары мыналар болды: КСК типіндігі силикагель,
зертханалық жағдайда синтезделген қоспасыз силикагель – ерекше таза ЕТ,
люмиофорларға арналған маркілердің бериллий тотығы, сирек кездесетін
бөлшектердің тотығының және үйлесімінің ( алюминий тотығы: скандий тотығы,
эрбий тотығы, лантан тотығы, диспрозий тотығы. Бұл үлгілерден басқа,
жекелеген тәжірбиелерде SiO2 өзге де жетілдірулері де зерттелді, көбінесе
аэросильдер [15].
Кесте 2.1- Тотықтардың негізгі сипаттары
Үлгі м2г үлесті Å Құрылымдық су,Сілтеме
бет артықшылық мольм2
диаметрі
SiO2 320 200 4,78 26
(КСК)
SiO2 (ЕТ) 600 40 4,12 26
SiO2 (кварц) 50 бар
Силикагель(SiO2) – бұл қышқыл мен натрий силикатының өзара
араласқанда түзілетін кремнилі қышқылдың гелі. Силикагельдің шамасы көлемі
жағынан біртекті және бірдей етіп таратылған. Олардың көлемі алу мен өңдеу
әдістеріне байланысты. Ұсақ саңылаудан ірі саңылауға дейінгі берілген
үзікті құрылымның силикагелін алуға болады. Силикагелдің бөлшектері дұрыс
оралмаған тетраэдрлерден тұрады және электрлі-микроскопиялық зерттеулер
көрсеткендей шар тәрізді болады. Силикагелдің қаңқасы жай глобулдардан
тұрады, олардың арасындағы саңылаулар үзікті болады, олардың көлемдері мен
пішіндері дөңгелек бөлшектерді ораудың көлемі мен тығыздығына байланысты.
Бөлшектердің беті үзіктердің ішкір бетін көрсетеді және де силикагель
құрылымын реттеу гидрогель синерезистінің тереңдігін өлшеумен жүзеге
асырылады. Осы үрдістерді басқару жолдарының бірі қышқыл ортасын құру болып
табылады, оның жетілуінің қажетсіз сатысы гидрогелдің ескіруін болдырмайды
[22].
Инфрақызыл сәулелер үшін силикагель мөлдір. Кремний екі
тотығының тыйым салынған аймағының ені 8-11 эВ құрайды. Бұдан басқа
кремнийдің екі тотығында тыйым салынған аймақтың қоспа атомдарға, ақауларға
сәйкес келетін жергілікті деңгейлері болады. Силикагелдегі қоспалардың
үлкен бөлігі айтарлықтай дәрежеде қышқылды өңдегенде бөлінеді. Сынақ
жұмыстарында біз қолданған үлгілердің спектральды талдауының нәтижелері
кесте 2.2-де көрсетілген.
Кесте 2.2- Зерттелген үлгілердегі қоспалардың құрамы
Үлгі Қоспалар, салмағы %-бен
Al Fe Mn Ca Na Cu Si
SiO2 7(10-2 5(10-3 --- 1.5(10-37(10-2 1(10-2
(КСК)
SiO2 1(10-4 1(10-3 10-5 10-5 10-4 10-5 ---
(ЕТ)
Сынақ жүргізбестен бұрын, берілген температурада вакуумдық 8-9
сағаттық жаттығу, адсорбенттердегі органикалық ластануларды басуға арналған
оттегінде немесе ауада 6-8 сағат қыздырудан тұратын үлгілі вакуумдық-
жаттығу жүргізілді.
Манометрикалық зерттеулер үшін вакумдық құрылғылардың бірқатар
типтері жинақталды[33].
2.2 Вакуумдық-сынақ құрылғылары
Үлгілерге вакуумдық-температуралық жаттығу жүргізілген және фото-
және гамма-адсорбциялар зерттелген құрылғының екі қатар жатқан екі айдау
тармағы бар. Бұл тармақ ДРН-10 типіндегі және суыту тұзақтарынан және
майсыз жоғары вакуумды білікті цеолитті-бұрыштық адсорбциондық сорғыш пен
диффузиялық сорғыштан тұрады, бұл сурет 2.1 көрсетілген. Айдаудың екі
тәсілімен де өлшенген нәтижелерде айтарлықтай айырмашылық байқалмады,
сондықтан да көптеген сынақтарда біз ластанбаған вакуумдық сорғыш майының
еркін буын қолдандық , яғни бірінші тәсілді дұрыс көрдік.
Зарядталған бөлшектердің әсерімен радиациялық сорылу, гамма-сорылу
сынақтарын адсорбент-газ жүйесіндегі қысымды өлшеу және фотосорбция бойынша
жүргізілген сынақтардың бір бөлігі адсорбан ретінде пайдаланылған газбен
алдын ала түйіршектелген ЛТ-2 және ПМТ-2 типіндегі бергіштері бар ВИТ-1А,
ВТ-З, ВТ-2А манометрлерінің көмегімен жүзеге асырдық.
SiO2–не оттегінің фотосорбциясы бойынша сынақтардағы манометриялық
өлшеулер ЭПП-09 потенциометріндегі үзіліссіз жазбасы бар Пирани
манометрімен жүргізілді. Жұмыста Пирани манометрінің сызбасы жинақталып,
сынақтан өткізілді, онда әдеттегі аспаптар пайдаланылды. Бұл манометрдің
бірнешеден 10-4 Па дейінгі кең ауқымды өлшемі бар [4].
Жүйедегі температура термобудың көмегімен өлшенді: хромель-алюмель,
хромель-копель және платина-платинародий текті және ЭПП-09 бен ПСР-1-02
потенциометрлерінде жазылды. Зерттелген газдармен оттегі, су буы, метан,
көмірқышқыл газы, көміртегінің тотығы болды. Оттегі төмендегі реакцияның
әдістемесіне сәйкес 500 К жоғары температурадағы перманганаттың ыдырауымен
алынды:
2KMnO4 ( K2MnO2 + MnO2 + O2 . (2.1)
Сұйық азотпен суытылған тұзақ арқылы оттегіні өткізе отырып қосымша
түрде тазаладық. Газды алмастан бұрын, бастапқы өнім реакцияның басынан
бірнеше есе төменгі температурада бірнеше сағат дайындалды.
Сутегі тазартылған судың электролизімен алынды және палладийдың
қыздырылған қабырғасы арқылы диффузиямен және сұйық азотпен суытылған тұзақ
арқылы өткізумен қосымша түрде тазартылды.
Алынған газ ластанбауы үшін 3-4 сағат газ алуға арналған жүйеде
сақталынады, бұдан соң айдалып қайтадан алынады. Зерттеліп отырған газдар
ұқыпты тазаланса да, олардың құрамында бәрібір қоспалар қалып қояды.
Газдардың масс-спектрометриялық талдауы көрсеткініндей оттегінің құрамында
көмір қышқыл газы болады, ал сутегінің құрамында су буы болады [11].
Тәжірбиенің шарттарына байланысты кюветтің (қуыс) бірнеше типтері
қолданылды: фотосорбциялық зерттеулердегі кюветтер (қуыс) көлемі 30 х 15 х
2 мм2 бұрыштық шыныдан болмаса кварцты шыныдан дайындалады. Гамма және
радиациялық сору сынақтарында әдеттегі кварцтік шыныдан әзірленген кюветтер
пайдаланылды, яғни алдын ала қыздыру температурасына байланысты. Гамма-сору
зерттеулеріне арналған кюветтердің, сондай-ақ зарядталған бөлшектердің және
реакторлық сәулеленудің ықпалын зерттеу бойынша кюветтер олардың
ерекшеліктеріне қарай жіңішке қоршаулары болады, олар газды алдын ала
сәулеленген үлгілерге жіберу кезінде тоғысады.
Кварцтық кюветтер мен ампулалар вакуумдық жүйеге кварц-шыны
өткелдерінің көмегімен дәнекерленді. Гамма-сору сынақтарында 873 К және
1023 К температурасында қыздырылған үлгілері бар ампулалар гамма-
сәулеленудің алдында бірінші вакуумдық жүйеден ажыратылды, бұдан соң үлгі
шыны бөлігіне шашылды, бұл бөлік қайта ажыратылып гамма-құрылғының орталық
арнасына жіберілді, оның көлемі осындай операцияның қажеттілігін білдірді,
өйткені кварцы өткелдері бар ампулалар сыйыспады. Гамма және радиациялық
сору зерттеулеріндегі ампулалардың көлемі ( 180 мм3 құрады, ал фотосору
зерттеулерінде шамамен 10-15 мм3 құрады.
ИҚ-спектрлерін және оттегінің фото, гамма және радиациялық сорылуын
және өзге де газдардың (BeO, SiO2, La2O3 және т.б.) тотықтарында біріккен
зерттеулер кезінде пайдаланылған кюветтер сипатталған нәрселерге ұқсас.
Біздің зерттеулеріміздегі сәулеленген үлгілердің ИҚ-спектрлері тек
ажыратылған кюветтерде түсірілді [23].
Масс-спектрометриялық зерттеулерде кювет қолданылды, бұл
фотоманометриялық зерттеулерде пайдаланылғанға ұқсайды.
2.3 Сәулеленудің көздері мен техникасы
2.3.1. Ультракүлгінді (УК) сәулеленудің көзі
УК-сәулелену көзі ретінде желіге 220 және 120 вт сәйкес қуаты
бар дроссель арқылы жалғанатын ПРК-4, СВД-120А типіндігі сынап-кварцты
лампалар пайдаланылды. Спектрдің белгілі бір аймағының бөлінуіне арналған
фотосору спектралдық сипаттарын зертегенде УФС типіндегі сәуле жарық
сүзгіштері пайдаланылды. Сәулеленудің қарқындылығын реттеу көз бен үлгінің
арасындағы ара-қашықтықпен өлшенді.
2.3.2 Гамма-сәулеленудің көзі
γ-кванттарының көзі ретінде орталық арнадағы дозаның қуаты бар
РХМ-гамма 200 радсек. ИЯФ гамма-құрылғысы болды. Ондағы сәулеленудің көзі
Со радиоактивті изотоптың препараты. Доза ферросульфатты дозиметрия
әдісімен анықталды. Сәулеленудің дозасын мынадай формуламен шығаруға
болады:
D=k(MtR2 ,
(2.2)
R - ара қашықтық, метрмен, t - уақыт, сағатпен, М - изотоптың
белсенділігі, миллиокюримен, k( - дозаның қандай қуатының сағатына 1см
арақашықтықтағы 1 мкюри белсенділігімен дәлдік көзді құрайтынын көрсететін
үнемі-гаммасы.
2.3.3 Зарядталған бөлшектердің көзі
Зарядталған бөлшектердің көзі У-250 типіндігі ИЯФ НЯЦ ҚР
циклотроны болып табылады. Зат арқылы өтетін бөлшектерді тіркеу М-95
типіндегі аспаппен жүргізілді. Үлгісі бар және үлгісіз бөлшектердің ағымы
жасаған токтарды салыстыра отырып, заттың жұтқан бөлшектерінің көлемін
есептеп шығаруға болады. Бөлшектердің Флюенсі мынадай формуламен шығарылды:
Ф=СІ.1012 сбөлшек,
(2.3)
І – ток мка-мен, С- бөлшектің зарядына байланысты коэффициент.
2.3.4 Нейтронды сәулеленудің көзі
ВВР-К реакторы нейтрондар мен гамма-сәулелердің қуатты көзі
болып табылады. Көрсетілген қуатта (10 мегаватт) нейтрондардың барынша
ағымы белсенді аймақтың орталығында 4.1014нсм2.-ке тең болады; гамма
кванттар ағымының тәртібі де осындай. Біздің пайдаланған арнамызда жылу
нейтрондарының ағымы 6,6.1013нсм2.с құрады.
Алюминдік толтырушыны пайдаланумен калориметрикалық әдіспен
айқындалған аралас n, γ-сәулеленуінің жұтылған дозасының қуаты 0.255
Мгрсағ құрайды.
Дозаны калориметрикалық әдіспен айқындағанда жылу нейтрондарының
үлесі ( 5%, жылдамдары ( 10-15%, және гамма-сәулелену ( 80% құрайды.
2.4 Адсорбенттер мен гамма және фотосорбция үрдістерінің қасиеттерін
зерттеудің физикалық әдістері
2.4.1 Манометриялық әдіс
Манометриялық әдіс сезімтал әдістердің бірі болып табылады.
Сезімталдық бойынша онымен тек ЭПР және спектрометрикалық әдістер
салыстырылады, бұл әдістерді біз бірқатар есептерді шығару үшін қолдандық,
негізінен фото және гамма-адсорбция кинетикасын зерттеу үшін
пайдаландық[24]. Фотосорбирленген және гамма-адсорбирленген газдың көлемін
есептеп шығаруға мына формула пайдаланылды:
N = 3,3(1016((p(V,
(2.4)
N - сорылған газдың көлемі, молг, (p – қысымның түсуі мм рт ст, V- көлемі
мм3
Гамма-қондырғының орталық арнасындағы үлгілердің сәулеленуіндегі адсорбент-
адсорбаттардың біріккен сәулену кезіндегі қысымды өлшеу мен жазу алыстан
жүргізілді. Сынақтарымыздағы қысымды өлшеудегі жіберген қателік 5% құрайды.
2.4.2 Масс-спектрометриялық әдіс
Газдардың адсорбциясы мен десорбциясын зерттеуге уақыттың кез-
келген мезетінде газдың құрамына дұрыс әсер ететін және бөлшектер бойынша
газдың құрамына талдау жүргізуге мүмкіндік беретін талдау әдісін алу
маңызды болып табылар еді. Алға қойылған мәндеттерді қанағаттандыратын
әдістерден – спектральды, химиялық және масс-спектрометриялықтан біз
соңғысын таңдап алдық, оның мынадай артықшылығын есепке алдық: өте төменгі
қысымдарды өлшеу мүмкіндігі және құрамдары бойынша күрделі қоспаларға тез
талдау жасау, бұл біздің жүргізген зерттеулерімізде айтарлықтай орын
алады[29].
293-1073 К температурасының интервалындағы адсорбенттердің
термосорбция өнімдеріне талдау жасауға, сондай-ақ фотосорбция кезіндегі
гидроксильді жамылғының бұзылуына еңбекте айдаудың жоғары вакуумды
жүйесімен және 0-270 а.е.м аумағындағы масс-спектрлерінің
фоторегистрациясымен жабдықталған МСХ-4 типіндегі уақыт өткінші масс-
спектрометрі пайдаланылды. Құжаттық мәліметтермен аспаптың шешімі 140 а.е.м-
ді, ал сезімталдық криптон бойынша – 10-9 моль-ді құрайды.
Өзге вакуумдық құрылғылардан айырмашылығы масс-спетрометрінің айдау-
жіберу жүйесінің шыны көтергіштері болмады, металл майсыз вентильдердің
көмегімен жалғанды, бұлар дайындық барысында барлық құрылғылармен қатар 573-
673 К-ға дейін қыздырылды. Біздің тәжірбиемізде газды көлеміне қатысты
талдау керек болды, онда адсорбент-адсорбат жүйесінің тепе-теңдігі болады.
Газдың бір бөлігі өлшенетін көлемге жіберу жүйесі арқылы немесе газы бар
ампуладан өтеді, ол аспапқа жалғанған және жеке шыны қоршаумен қоршалған.
Газдың сандық құрамы тікелей өлшенетін көлемді толтырғаннан кейін талданды,
ал газдың жалпы қысымы қосымша түрде ПМТ-2 манометриялық шаммен тіркелді.
Газдардың бірге сорылу кезінде өте маңызды жайт барлық құрамдас бөлшектерге
арналған аспаптағы осы парциалды қысым кезіндегі соруды қанықтыру уақытын
анықтау болып табылады. Бұл жөнінде белгілі бір уақыт бойы тұрақтылықтың
шыңы бойынша айтуға болады.
2.4.3 Инфрақызыл спектроскопия
Табиғатта атомдар мен молекулалардың квантты энергетикалық
деңгейлерінің арасындағы өткелдердің нәтижесінде электромагнитті
сәулеленудің жұтылу үрдістерімен байланысты спектральды әдістер молекулярлы
деңгейде өзара араласу үрдістері туралы тікелей хабар береді. Спектральды
әдістердің арасында бетпен сорылуды зерттеуге қазіргі кезде инфрақызыл
спектроскопиясы кеңінен қолданылады, оның беттің әртүрлі тектегі химиялық
құрамына сезімталдығы жоғары [3].
Қазіргі кезде ИҚ-спектроскопиясы қатты дене бетінің физикасы мен
химиясының, көбінесе радиациялық сорылудың көптеген есептерін шешу
әдістерінің бірі болып табылады .
Karl Zeiss Jena фирмасының жұмысшы аумақтық жиілігі 500-4000 см-1
UR-20типіндегі ИҚ-спектрі қолданылды. Үстіңгі қосылулардың немесе сорылған
молекулалардың жұтылу жолағын бақылау үшін жарықтағы тотықтарды зерттеу
әдісі пайдаланылды.
ИҚ-сәулелерінің талауын азайтуға тотық ұнтақтарының бөлшектері көп
ретте елек арқылы өткізіліп, қысыммен жұқа таблеткалар арқылы қысымдалды.
Арнайы жинақталған пресс түрінде басылған таблеткалардың көлемдері 30
х 10 мм2 немесе үлгілердің сәулеленуі мен зерттеу шарттарына байланысты 35
х 15 мм2 құрайды. Тотық таблеткаларының қалыңдығы (0,1-0,2 мм.
Осылайша 1500 см-1 аумағында осы қалыңдықта силикагелдің үлгілерінің
35-45% өткізуге ие, ал 3500 см-1 аумағында 25-35%. Қысқа толқын аумағындағы
жарық айтарлықтай шашырағанда салыстыру шоғырында диафрагма қойылды.
2.4.4 Радиоспектроскопиялық әдіс
Иондайтын сәулелену кезіндегі зерттеліп отырған затта түзілетін
әртүрлі парамагнитті орталықтардағы еркін радикалдарды зерттеу үшін
дарициялық физика мен химияда электронды парамагнитті резонанс әдісі кең
қолданылады. Сәулеленген заттардағы электронды резонанс құрылымның
кристаллдың немесе аморфты заттардың сәулеленуіндегі түзілетін
бұзылуларымен алынған электродардың есебінен туындайды.
ЭПР спектрлерін кристаллдағы бұзылулардың құрылымы туралы сапалы
мағлұматтар алуға және ақаулардың сандарын сан жағынан анықтауға
пайдалануға болады.
ЭПР әдісімен біз алдын ала өңдеудің сәулеленуі мен температурасы
дозасының көлеміне байланысты гамма-кванттармен, зарядталған бөлшектермен,
реакторлы (n,γ)-сәуленуімен сәуле қабылдаған тотықтардағы радиациялық
ақауларға зерттеулер жүргіздік[27]. Сәулеленуден бұрын үлгілер көп сағаттық
термо-вакуумды өңдеуден өткізілді. Тәжірбиелердің бір легі үшін үлгілер 10-
3 -10 Па қысымында ажыратылды, ал забы бар үлгілердің біріккен сәулеленуі
бойынша тәжірбиелерінде ампулалардағы қысым 1-133 Па құрады. Осыдан соң
үлгілер сұйық азоты бар дьюарларда, болмаса бөлме температурасында
сәулеленді. Сорылулар мен ЭПР-спектрлерін зерттеу сәулелену кезінде ЗПР
қарқынды дабылын беретін молибденді шыныдан әзірлеген бір ампулада
жүргізілгендіктен өлшеуден бұрын ампулалар газбен жылытудың жеңіл жалынында
суытылды, осыған қоса үлгі ампуланың екінші ұшына жылжыды және сұйық
азотта, болмаса бөлме жылулығының құрамында болды. Сәулеленуден бұрын
тотықтардың үлгілері ампуланың суытылған бұрышына жиналды. Луч шынысынан
жасалған ампулалармен жұмыс істегенде суыту операциясы артықтау болады,
өйткені радиацияның әсерімен оның белсенділігі артпайды. ЭПР спектрлерін
алу үшін жұмысымызда РЗ-1301 (((3,2см) типіндегі және (((30 см) дециметрлік
ауқымындағы радиоспектрометрлер қолданылды.
Дифенилпикрилгидролиз бойынша үлгідегі буланбаған спиндерінің РЭ-1301
спектрометрінің сезімталдығы (1013 . Аспаптың айыру қабілеті 0,2 эрстедтті
құрады. ЭПР қалпы спетрінің сызықтарының ені, сондай-ақ өте жіңішке
құрылымның құрамдас бөлшектерінің арасындағы ыдыраудың көлемі өздігінен
жазатын құралдың диаграммалық таспасы бойынша есептелінді. ЭПР спектрлерін
жазу бөлме температурасында жүргізілді, болмаса СВЧ үнемі қуатындағы сұйық
азот температурасында жүргізілді. Жұмысымызда эталондық көздер ретінде
магний тотығындағы ДФПГ және Mn+2 пайдаланылды, олардың қалпы үлгіге
қарағанда берік түрде тіркелген, сондай-ақ парамагниттік бөлшектердің
белгілі көлемін қамтитын CuCl2(5H2O. g-сәулеленген SiO2 жайттары қалыпты
әдістемесі бойынша есептелінді. Осыған қоса эталондық көздер дьюарде,
болмаса тікелей спектрометрдің резонаторында болaды.
3. ТОТЫҚТАРДЫҢ ҮСТІҢГІ ҚАБАТЫНДАҒЫ ГАММА-
АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР
3.1. ( сәулесінің SiO2 гидроксилді жамылғыларына тигізетін
әсерлері
Cурет 3.1-н көрініп тұрғандай SiO2 (-сәулесі вакуумда спектрдің
түрін өзгертеді: оқшауланған және де сутекті байланысып жатқан гидроксилді
топтардың (3750, 3605 см-1) қарқындылығы төмендейді, судың деформациялық
тербілісінің аймағында жаңа жолақтар (1555, 1520, 1380 см-1) пайда болады.
Сурет 3.1- γ- сәулеленген SiO2-ң жұтылу ИҚ- спектрі
1- бастапқы спектр, 2- Dγ =0.024 МГр, 3-О2 (Тпр= 673 К)
(-кванттарымен сәулеленген SiO2 –ға (0.024 Мгр сәулелену дозасы)
көміртегін жіберу 3750 см-1 жолақтарының қарқындылығын төмендетеді. Бір
мезгілде жұтылудың (аз жиілікке қарай) бірнеше см-1 дейін барыншы араласуы
жүреді. SiO2 сәулеленген кезде жаңа жолақтардың пайда болуы мен оттегінің
жұтылуы оттегінің молекулалары қалған органикалармен реакцияға түседі, ол
сәулелену кезінде радиолизге ұшырайды және көлемнен үстіңгі қабатқа
диффундирлейді, осының нәтижесінде формиат тәрізді қосындылар мен
карбонатиондар түзіледі. Қайта түзілген формиат тәрізді қосындылар
айтарлықтай ыстыққа төзімді келеді – деформациялық тербелістер аймағындағы
жолақтар 573-773К температураларында жоғалып кетеді[14]. Еркін гидроксильді
топтартарды өткізу жолақтарын қалпына келтіру аз температурада жүзеге
асады. (-сәулеленген O2 (тек сәулелену ғана емес) ИҚ-спектрінде біз
оттегілі кремнийдің – оттегі тетраэдрінің бөліктерімен өзара байланыстарын
көре алмаймыз, өйткені бұл аймаққа органиканың тотығы немесе ОН-топтарының
оттегімен өзара байланысы кезінде түзілетін физикалық тұрғыдан
адсорбирленген судың жұтылу жолағы келіп түседі.
Осылайша (-сәулеленген SiO2 ИҚ-спектрлерін зерттеген кезде (-
сәулесінің әсерімен дегидроксилирлеу мен дегидратация үрдісі жүреді, ал
оттегінің (-адсорбциясы кезінде адсорбцияның өзге де түрлерімен қатар
қалған органиканың радиолиз үрдісі және беттегі оның қалдықтарының
диффузиясы әрі осы қалдықтардың оттегімен реакциясы жүреді, осының
нәтижесінде әртүрлі формиат тәрізді қосындылар түзіледі, сондай-ақ екі
тотықты кремнийдің бетінде берік түрде сорыла алатын сулар түзіледі[30].
3.2 Оттегі (-адсорбциясының SiO2 –ге температуралық тәуелділігі
SiO2 бетінің алдын ала температуралық белсенділігінің рөлін анықтау
үшін біз 4 температураны алдық: 473, 673, 873 және 1073К. Осы
температураларды алу мына түсініктерден туындады: жоғарыда анықтағанымыздай
473К температурасында SiO2 (өзге де тотықтардың да) бетінен сутегі
байланыстарының арқасында сорылған су молекулалары жоғалады, бірақ бетте
координациялық-байланысы бар су және толықтай гидроксильді топтар
сақталынып қалады.
673К алдын ала өңдеу температурасында бетте су молекулалары болмайды,
бұл молекулалар онымен координациялық байланыспен сабақтас жатады немесе ол
өте аз болады, ол бетте жүретін үрдістерде айтарлықтай рөл ойнамайды.
Әдебиетте SiO2 бетінен координациялық-байланысы бар судың жоғалуының
әртүрлі температуралық шектері келтірілсе де, біздіңше, 673К оның
десорбциясы үшін жеткілікті болып табылады. 873 К 1073К жоғары
температураларында тотықтың бетінің тек гидроксильді топтары болады,олар
өзара сутегінің байланыстарын түзеді, ал 1073 К температурасы кезінде
мұндай нәрсе болмайды.
Біз SiO2 -ң ОЧ, КСК маркасын , сондай-ақ Дегусси фирмасының
аэросилін зерттедік. Сәулеленуге қажетті үлгілер мындай жолмен дайындалды:
органикалық ластанулардың іздерін кетіру үшін алдын ала 6-8 сағат бойы
ауада немесе оттегіде жағылған SiO2 үлгілері бар ампулалар 6-8 сағат бойы
берілген температурадағы вакуумде шайқатылады. Ампулалар осылайша
дайындалды, бір мезгілде адсорбциондық зерттеулермен ЭПР-өлшеулері жүргізе
алу үшін.
Жаттығу біткеннен кейін ампулалар ажыратылды және бөлме
температурасында (-құрылғысында сәулеленді.
Сәулелену дозасы 0,003-тен 0,2 МГр дейін 0,0077МГрсағ доза қуатымен
өзгереді.
Үлгілері бар ампулалары сәулеленгеннен кейін вакуумдық жүйеге қосылды
және зерттеліп отырған газды үлгіден жұқа қоршаумен оқшауланған көлемге
жібергеннен кейін екінші рет вакуумдық жүйеден ажыратылады. Осыдан соң
жәйлап қоршаулар алынып газ бен қатты дене қосылды. Осымен қоса қысымның
болып жатқан өзгерісі ВИТ-2 типіндегі вакуумметрлердің көмегімен тіркелді.
SiO2 өлшемі біздің тәжірбиемізде 1 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz