表面改性金刚石粉的溶解在水中的二氧化碳

Heidy Visbal,香奈儿Ishizaki Kozo Ishizaki

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AZojomo体积(ISSN 1833 - 122 x) 2010年12月6日

主题

文摘
关键字
介绍
实验
结果与讨论
漂移光谱特性
修改后的表面
反应机理和活化能
结论
承认
引用
详细联系方式

文摘

金刚石粉的表面改性(5 - 12µm)是通过使用一个有限公司₂disssolution。反应温度的影响进行了研究。钻石表面的漫反射傅里叶变换红外光谱(漂移)。四个化学结构;环氧树脂( ),脂肪醚(-C-O-C)以及甲基(ch₃)和methyne (ch)乐队被确定在钻石表面后治疗。乐队会按比例增加的总强度增加治疗的温度。51.2 kJ摩尔的活化能¹得到,这是化学吸收作用反应的能量。从结果得出甲酸甲酯(HCOOCH₃)被吸附在钻石表面的碳有两个不饱和键。

关键字

钻石粉、表面改性、化学吸收作用,有限公司₂解散,漫反射傅里叶变换红外光谱(漂移)

介绍

几项研究已经关注钻石粉表面改性。他们可以分为两个主要团体:修改在汽相(1 - 7)和液相(8 - 14)。修改在钻石表面的液相更适用于工业应用,因为可以使用常见的化学工程技术。另一个优势是,有机物质和有机官能团可以吸附在钻石表面,可以开发新的有机-无机功能材料。亚博网站下载硅烷偶联试剂[10],羧酸[9]已报告作为修改钻石表面的前兆。在上一期文章中,结果表明,甲醛溶液[14]可以修改钻石表面。通过这种治疗,甲酸甲酯是金刚石表面化学吸附。然而,即使这些化学方法需要溶剂或昂贵的化学物质激活反应。到目前为止,最常见的酸制造商是简单的二氧化碳(有限公司₂)。当这种溶解,它使碳酸(H₂有限公司₃)。众所周知,二氧化碳溶于纯水和其价值的溶解度小于0.039摩尔l¹在40°C。一旦溶解,有限的一小部分₂与水反应生成碳酸。“黏着二氧化碳”主要由水合氧化有限公司₂(aq)以及少量的碳酸。二氧化碳是一种极其丰富和廉价的资源,因为它是许多行业的废料,如石灰和水泥的生产,发酵的碳水化合物,大规模fossil-burning发电厂。它也可能是由集中太阳能,通过煅烧石灰石的800 - 900°C。因此如果二氧化碳单独可以使用修改的表面而不是昂贵的reactives,这将是一个有前途的工业应用。根据我们的知识没有人报道关于修改钻石表面使用碳酸水解决方案及其机制。本文的可行性修改金刚石粉的表面由解散有限公司₂在水里。金刚石表面处理后具有漫反射傅里叶变换红外光谱(漂移)。物种之间的反应形成公司的解散₂在水和钻石粉也进行了讨论。治疗进行了研究在几个反应温度。

实验

商业可用合成5 - 12µm粒度的金刚石粉松本Yushi-seiyaku有限公司有限公司是本研究中使用。首先,27个毫升蒸馏水与二氧化碳饱和(纯度99.9%)。然后,0.06克的金刚石粉的量是瓶内含有饱和解散公司₂。研究温度的影响,解决方案是在油浴加热回流60,80和100°C 3 h和连续搅拌。瓶内的液体的温度监控每20分钟,并保持不变。治疗后,解决方案提供了和洗几次蒸馏水和最后,粉干在烤箱在120°C 20 h。钻石的表面被漂移特征光谱使用8300年日本岛津公司傅立叶变换红外光谱仪配备Spectra-Tech漫反射率配件,triglycine硫酸盐(TGS)探测器和数据处理软件。三个样本的准备条件。漂移的三个不同部分样品的光谱范围4000 - 400厘米¹得到干燥的空气大气中没有稀释。对于每一个谱,256扫描累积4厘米的一项决议¹。光谱基线调整和平滑等处理执行使用一个OMNIC软件包。二阶导数光谱的吸光度光谱deconvoluted,山峰量化使用Jandel峰分离和分析软件PeakFit™4.0 (AISN软件有限公司、美国)日志(1 / R)单位。峰进行拟合,直到方与相关系数r²大于0.999 F标准和最佳值。

结果与讨论

漂移光谱特性

漫反射光谱漂移的钻石修改有限公司₂反应温度的函数给出了图1。这个图显示了原始金刚石粉的平均光谱(RD),和治疗后的钻石。提出了光谱的平均光谱。在纯天然钻石,只有two-phonon(或二阶)吸收过程(该地区广泛的乐队2300 - 2000厘米¹)是红外激活,但杂质或缺陷结构的存在使禁止单一声子模式成为红外活性[15 - 16]。因此两个乐队在该地区2300 - 2000厘米¹可以观察到光谱的钻石粉。其他小型乐队可以观察到在该地区1400 -1100厘米¹可能由于杂质或缺陷的钻石[16]。在公司₂化学处理的主要差异光谱中观察到的新乐队出现在3000 - 2800厘米的范围内¹和1600 - 400厘米¹(这些都是叠加的缺陷带观察原始钻石)。这些乐队的吸光度强度归一化强度的金刚石乐队从2250 - 2100厘米¹对于不同的反应温度图2所示。它可以被观察到的总强度乐队增加增加反应温度。后结果表明,样品准备在100°C显示最高的强度,研究治疗时间的影响,反应温度设定在这个温度。反褶积和执行所有的光谱样本的确定这两个地区的峰值在100°C 3 h图3所示。在图3(一个),记者碳氢键区域,4山峰明确大约在2962年,2924年、2893年和2855厘米¹是观察到的。在启频率区域,由于费米共振光谱是非常复杂的之间的? CH基本和组合或色彩,因此这些乐队可以分配给CH伸缩振动模式的甲基或methyne [19]。此外,这些乐队已经报道了甲酸甲酯的吸附粉末[20]。在该地区的1600 - 400厘米¹可以观察到四个主要山峰见图3 (b),宽带从1200到950厘米^{- 1}可以分配给醚伸展振动(?C-O-C)根据文献(3、7、10、16 - 19)。另外两个峰位于1260和810厘米¹是观察到的。这两个乐队可以分配给非对称和对称振动环氧化物()(17 - 19、21 - 25日)分别。通常强烈的乐队是由于不对称-C-O-C——拉伸和对称拉伸带通常是弱。然而-C-O-C——集团在环氧环和环变得越来越小,不对称-C-O-C -伸缩振动逐步向低波数移动,而对称-C-O-C -伸缩振动移动到更高的波数(21 - 24)。钻石有一个很小的晶格常数,所以氧气连着它也会高度紧张,可能表现出这种行为[22]。这可以解释为什么峰值为810厘米¹强度高于乐队位于1260厘米吗¹。一个额外的小高峰出现在光谱约1400厘米¹。这个峰值可以分配给碳酸盐(26 - 27)。

图1所示。常见的原始规模漂移光谱和化学改性金刚石粉有限公司₂在不同的温度下溶解3 h。

图2。归一化吸收带强度由地区作为反应温度的函数,3000 - 2800厘米¹1300 - 750厘米,b)¹。的总强度乐队增加增加反应温度。

图3。反褶积谱获得的钻石样品在100°C的3 h地区,3000 - 2800厘米¹b) 1300 - 750厘米¹

修改后的表面

基于四个化学单位获得的光谱结果;环氧树脂(),脂肪醚(-C-O-C -),甲基(ch₃)和methyne (ch),我们建议甲酸甲酯:连接到一个带有两个不饱和的表面碳价如下:其中C_年代代表钻石表面碳原子。

反应机理和活化能

当二氧化碳气体有限公司₂)溶于水(H₂O),它的分子往往坚持水分子以这样一种方式,他们形成碳酸分子(H₂有限公司₃)。碳酸是一种弱酸,一种酸中大多数分子是完全完整的在任何给定的时刻。但其中一些分子分离,存在两个溶解片段:带负电荷的HCO₃^{- - - - - -}离子和带正电的H⁺离子。H⁺离子负责acidity-the更高浓度的解决方案,解决方案是酸性更强。水分解反应,它已经表明,自由能变化的价值,因此电化学势,降低温度。下列反应催化照片报告的公司₂

有限公司₂(g) + 2 H₂O→HCOOH +½O₂

有限公司₂(g) + H₂O→一氧化碳+ O₂

有限公司₂(g) + 2 h₂O→CH₃哦+ 3/2O₂

有限公司₂(g) + 2 h₂O→CH₄+ 2啊₂

这些反应的电化学势的有限公司₂是受到温度变化的影响。甲醇(CH的形成₃哦)和甲醛(一氧化碳)是增强了温度。如果系统中形成甲醛和甲醇,甲醛可以生产甲酸甲酯作为解释之前的论文[13]。因此甲酸甲酯可以用化学方法吸收到钻石表面如下

这种机制是在协议与光谱数据。图4显示了ln的吸光度强度810厘米¹环氧带钻石峰面积归一化的和1 / T。反应的程度是依赖于温度的。从阿仑尼乌斯方程我们可以计算活化能,如公式1所示。

ln C = ln - E / RT (1)

其中一个是之前的指数因子E活化能,T的绝对温度、C反应产物的浓度和气体常数R。这个过程的活化能计算边坡的图4中所示的图按照方程(1),计算活化能是51.2 kJ摩尔¹。这个值是活化能在文献中报道的化学吸收作用机制(28 - 29日)。

图4。Ln归一化强度的810厘米¹环氧带与1 / T。活化能的计算是以这张图的斜率。

结论

实验结果表明,可以修改金刚石粉的表面使用一个有限公司₂解散。四种化学结构增加比例与反应温度和时间可以确认如下;环氧树脂(),脂肪醚(-C-O-C -), methyne (ch)和甲基(ch₃)。从获得的光谱结果和反应的活化能值(51.2 kJ摩尔¹),得出甲酸甲酯(HCOOCH₃)钻石表面化学吸附碳有两个不饱和键。

承认

作者是日本政府的财政支持使负债Heidy Visbal通过Monbukagakusho奖学金以及部分支持的研究通过21^圣世纪卓越中心(COE)程序的教育部,文化,体育,科学和技术。亚博老虎机网登录

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详细联系方式

Heidy Visbal
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134年Chudoji南城马基,每晚,600 - 8813年,日本京都

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Kozo Ishizaki
长冈理工大学
日本长冈,940 - 2188年新泻

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这篇文章也发表在印刷形式“材料和材料加工技术的进步”,11 [2](2009)57 - 62。亚博网站下载