Самоорганизация в оксигидратных системах циркония тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.21, кандидат химических наук Кострюкова, Анастасия Михайловна

• Кострюкова, Анастасия Михайловна
• кандидат химических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат химических наук Кострюкова, Анастасия Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Современные представления о системах оксигидратов тяжелых металлов.

1.1.1 Общая химия циркония.

1.1.2 Процесс образования оксигидрата циркония.

1.2 Генезис и периодические явления организации оксигидратных систем.

1.2.1 Генезис оксигидратных систем тяжелых металлов в процессе их структурирования.

1.2.2 Образование пейсмекеров в оксигидратных системах и бифуркации удвоения радиуса пейсмекеров.

1.3 Экспериментальные исследования свойств оксигидратов тяжелых металлов.

1.3.1 Окрашенность и синтез окрашенных оксигидратов.

1.3.2 Термические превращения оксигидратных систем циркония.

1.3.3 Термотроппый мезоморфизм оксигидрагных i елей.

1.4 Нелинейная динамика динамических систем.

1.4.1 Динамические системы.

1.4.2 Классификация динамических систем.

1.4.3 Атгракторы. Регулярные и странные аттракторы динамических систем.

1.4.4 Методы исследования динамических систем.

1.4.5 Сечения Пуанкаре.

1.4.5.1 Определение потока. Построение и свойства сечения Пуанкаре.

1.4.5.2 Различные тины сечений Пуанкаре.

1.5 Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Методика синтеза оксигидратов циркония.

2.2 Методы исследования электропроводности и возникновения тока в оксигидрагных системах циркония.

2.3 Методика термофавиметрического исследования образцов оксигидратов циркония.

2.4 Методика бактериологических исследований.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОД1ЮСТИ ОКСИГИДРАТНЫХ СИСТЕМ ЦИРКОНИЯ.

3.1 Исследование электропроводности оксигидратных систем циркония.

3.2 Влияние условий исследования электропроводности на окрашивание оксигидратных систем циркония.

3.3 Термогравиметрические исследования оксигидратов циркония

3.4 Выводы по результатам исследования электропроводности оксигидратных систем циркония.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКА САМООРГАНИЗАЦИИ В ОКСИГИДРАТНЫХ СИСТЕМАХ ЦИРК011ИЯ.

4.1 Возникновение тока самоорганизации в оксигидратных системах и кинетика возникновения тока как отражение температуры термотропного перехода.

4.2 Отображения первого возвращения как возможность обнаружения температуры термотропного перехода.

4.3 Термогравиметрические исследования оксигидратов циркония

4.4 Выводы по результатам исследования тока самоорганизации, возникающего в оксигидра1 пых системах.

ГЛАВА 5 ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ С ПОМОЩЬЮ ТОКА САМООРГАНИЗАЦИИ В ОКСИГИДРАТНЫХ

СИСТЕМАХ ЦИРКОНИЯ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Самоорганизация в оксигидратных системах циркония»

Актуальность работы

Амфотерпые оксигидраты тяжелых металлов часто интерпретируются как неорганические полимерные соединения. Процессы самоорганизации, идущие в оксигидратах тяжелых металлов при их формообразовании недостаточно изучены. Оксигидратные юли более разнообразны по составу и свойствам, чем кристаллические сорбенты и могут образовывать мезофазоподобные гелевые фазы [1]. Мезофазы могут возникать в результате изменения температуры. Температура фазового перехода является параметром системы, при переходе которого через определенные значения мезофаза резко меняет свои свойства. Изменение параметра вызывает потерю устойчивости одного состояния системы и переход ее в другое, отличное от первого, состояние. Подобные температуры обнаружены и для оксигидратов циркония [1].

Актуальность работы заключается в изучении процессов, протекающих при структурировании оксигидратов, что необходимо для получения более полного представления о механизме формирования оксигидратов тяжелых металлов.

Научнан новизна

В диссертационной работе впервые:

• Обнаружено и изучено возникновение электрического тока в оксигидратах циркония.

• Выявлены температуры гермотропного перехода мезофаз оксигидрата циркония.

• Исследовано антимикробное действие возникающего в оксигидратах тока.

Практическая ценность работы заключается в исследовании возникновения электрического тока в оксигидратных системах циркония. Данное явление можно использовать для обеззараживания водных растворов, как в медицине, так и в технологиях очистки природных и сточных вод.

Целью диссертационной работы является изучение процессов самоорганизации оксигидратных систем циркония, проявляющихся при исследовании электропроводности и при возникновении электрического тока в оксигидратах, а также выявление температур термотропного перехода.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи исследований:

• Изучить электропроводность оксигидратов циркония, их термолитические характеристики и окрашивание образцов.

• Исследовагь процессы возникновения электрического тока в оксигидратных системах циркония и провести термогравиметрический анализ данных оксигидратов.

• Установить температуры термотропного перехода мезофаз оксигидратных систем циркония.

• Выявить возможность антимикробного действия электрического тока, возникающего в оксигидратах.

Публикации

По теме диссертации опубликованы работы:

1. Кострюкова A.M. Электропроводность гелевых систем оксигидратов иттрия и циркония / Сухарев Ю.И., Сухарева И.Ю., Кострюкова A.M., Рябухин А.Г. // Известия Челябинского научного центра УрО PAII, 2003. - № 4. - С. 116-120.

2. Кострюкова A.M. Электрофоретические исследования периодических сорбциопных характеристик оксигидрата иттрия и циркония / Сухарев Ю.И., Сухарева И.Ю., Кострюкова A.M., Рябухин А.Г. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2003. -№ 4. - С. 121-124.

3. Кострюкова A.M. Теоретическое рассмотрение электрофорстических периодических характеристик гелей оксигидрата циркония / Сухарев Ю.И., Сухарева И.Ю., Кострюкова A.M., Марков Б. А. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2003. - №4. - С. 125— 129.

4. Кострюкова A.M. Особенности электропроводности оксигидратных систем иттрия и циркония и гелей кремневой кислоты / Сухарев Ю.И., Сухарева И.Ю., Рябухин А.Г., Кострюкова A.M., Зигапшина К.Р., Захаров

B.А. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2004. - № 2.

C. 130-135.

5. Кострюкова A.M. Электропроводность самоорганизации оксигидратных гелей / Сухарев Ю.И., Сухарева И.10., Кострюкова A.M. // Вес гник Уральского государственного технического университета - У ПИ, 2004.-№ 17 (47).-С. 202-207.

6. Кострюкова A.M. Экспериментальные фазовые диаграммы токовых характеристик гелевых систем оксигидрата циркония / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M., Марков Б.А. // Известия Челябинского научного центра УрО PAI I, 2005. - № 2. - С.58-62.

7. Кострюкова A.M. Отражение процессов самоорганизации гелевых систем оксигидрата циркония в фазовых диаграммах изменения электротока / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Известия Челябинского научного цен-фа УрО РАН, 2005. - № 2 - С.63-66.

8. Кострюкова A.M. Вариации тока самоорганизации гелевых оксигидратных систем циркония как отражение температуры / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2005. -№ 3. -С.45-48.

9. Кострюкова A.M. Отображения первого и второго возвращения тока самоорганизации как возможность обнаружения температуры термотропного перехода / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2005. -№ 3. -С.49-53.

10. Кострюкова A.M. Ток самоорганизации гелевых оксигидратных систем циркония и иттрия / Кострюкова A.M., Сухарева И. 10, Прохорова А.Ю. // Новые химические технологии: Произведено и применение. Сборник статей 17 Всероссийской научно-практической конференции-Пенза, 2005 -С.50 -52.

11. Кострюкова A.M. Экспериментальные отображения первого и второго возвращения токовых характеристик гелевых систем оксигидратов циркония / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Вестник Уральского государственного технического университета - У ПИ, 2005. - № 15 (67). - С. 23-28.

12. Кострюкова A.M. Самоорганизация гелевых оксигидратных систем циркония, представленная в отображениях первого и второго возвращения / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Вестник ЮУрГУ, серия «Математика, физика, химия» - Челябинск, 2005. - Вып. 6. - С. 167-173.

13. Кострюкова A.M. Жесткая турбулентность в гелевых оксигидратных системах циркония / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2006. -№ 1. -С.71-74.

14. Кострюкова A.M. Гомоклинические точки на отображениях второго возвращения гелевых оксигидратных систем циркония / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2006. -№ 1. -С.75-79.

15. Кострюкова A.M. О связи некоторых параметров самоорганизации оксигидратных гелей и их экспериментальном определении / Сухарев Ю.И.,

Марков Б.А., Прохорова А.Ю., Кострюкова A.M. // Известия Челябинского научного центра УрО PAII, 2006. - № 1. - С.85-89.

16. Кострюкова А.М Эффекты жесткой турбулентности в i елевых оксигидратных системах циркония / Сухарев Ю.И., Кострюкова A.M. // Сорбционные и хроматографические процессы, 2006. - Т. 6. - Вып. 6. -С. 950-953.

Заключение диссертации по теме «Химия твердого тела», Кострюкова, Анастасия Михайловна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследовано изменение электропроводности оксигидратов циркония. При подключении разности потенциалов инициируется ионный поток, и ионы среды связываются полимерной оксигидратной структурой, что способствует уменьшению электропроводности и увеличению упорядоченности оксигидрагпой системы. Анализ результатов термогравиметрических исследований образцов подтверждает, что происходит увеличение степени упорядоченности оксигидратов после исследования электропроводности.

2. Рассмотрено возникновение окрашенности образцов оксигидратных систем циркония после исследования электропроводности. Появление цветности может быть обусловлено как d-d переходами, так и дифракционным рассеиванием света на спиралеобразных фрагментах.

3. Обнаружено явление возникновения электрического тока в оксигидратах циркония. Рассмотрены различные типы кривых тока, отражающие процессы, протекающие в оксигидратной системе циркония.

4. На основе анализа кривых тока и результатов их математической обработки, а также термо1равиметрических исследований выявлены температуры термотропного перехода мезофаз оксигидратов циркония.

5. Ток, возникающий в оксигидратных системах циркония, обладает антимикробным действием и может применяться для обеззараживания в технологиях очистки природных и сточных вод.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Кострюкова, Анастасия Михайловна, 2006 год

1. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов / Под ред. Б. Н. Липсена. -11ер. с англ. М.: Мир, 1973. - 653 с.

2. Лесникович А. И., Свиридов В. В. К вопросу о структуре гидроокиси циркония // Изв. AII БССР, Сер. хим., 1971. № 4. - С. 46-51.

3. Сухарев Ю.И. Синтез и применение специфических оксигидратных сорбентов. М.: Онерюатомиздат, 1987. - 120 с.

4. Вассерман И. М., Фомина Е. А. Изучение хемостарения и вызываемого им аномального старения осадков на примере основного карбоната никеля // Журн. прикл. химии, 1961. Т. 34. - № 1. - С. 90-99.

5. Арсенин К. И., Малинко Л. А., Шека И. А. и др. Формирование и свойства твердой фазы гидроксида и оксида циркония // Укр. хим. жури., 1991. Т. 57. -№ 10.-С. 1027-1034.

6. Сухарев Ю.И., Потемкин В.А., Курмаев Э.З., Марков Б.А., Аптопенко И.В., Апаликова И.Ю. Автоволновые особенности полимеризации оксигидратных гелей тяжелых металлов // Журнал неорг. химии, 1999. Т. 44. -№ 6. - С. 917-924.

7. Сухарев Ю.И., Руднева В.В., Егоров Ю.В. Изменение некоторых свойств апплицированной и неапплицированной матриц оксигидрата циркония в процессе старения // Неорганические материалы. 1982. - Т. 18.-Выи.6. -С.983-987.

8. Сухарев Ю.И., Еюров Ю.В. Неорганические иониты типа фосфата циркония. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 132 с.

9. Сухарев Ю.И., Потемкин В.А., Марков Б.А., Бедов К.С., Короткова Е.А. Автоволиовые процессы формообразования оксигидратных гелей тяжелых металлов // Мат. моделир., 1999. Т. 11. -№ 12. - С. 77-86.

10. Мапдельброт Б. Фрактальная геометрия природы. М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 654 с.

11. Markov В.A., Sukharev Yu.I. Hydrodynamic Model of Active Gel Surrounding Media // Известия Челябинскою научного центра УрО РАИ, 2001.-№ 1.-С. 69-72.

12. Yu. I. Sukharev, В.А. Markov, Yu.V. Matveychuk The Analsis of the Structuring Processes in Polymer Oxyhydrate Gels // The Chemistry Preprint Server.

13. Sukharev Yu.I., Markov B.A. Physical-Chemical Polarization Nature of Living Gels of Heavy Metals Oxyhydrates // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2003. № 3. - С. 79-92.

14. Сухарев Ю.И., Апаликова И.10. Генезис формы гелевых солевых и окси1 идратных систем тяжелых металов в процессе их структурирования // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2003. -№ 1. С. 1-13.

15. Сухарев Ю.И. Физико-химические основы ионного апплицирования неорганических сорбентов на основе соединений ниобия, циркония, титана и железа / Дисс . докт. хим. наук. Новокузнецк, 1984. -360 с.

16. Апаликова И.Ю., Сухарев Ю.И., Рябухип А.Г. Ионообменные свойства сорбирующих полимеров на основе оксигидратов железа, апплицированных бихромаг-ионами // Извесшя Челябинского научного центра УрО РАН, 2001. -№ 2. С. 68-72.

17. Авдии В.В., Сухарев Ю.И., Мосунова Т.В., Ширшова II.С. Некоторые сорбционные особенности оксигидрата циркония // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2002. № 3. - С. 73-78.

18. Сухарев Ю.И., Авдин В.В., Дрязюва М.Ю., Артюшенко JI.E. Структурно-морфологические особенности оксигидрата иттербия // Известия Челябинского научного центра УрО PAII, 2002. № 3. - С. 93-97.

19. Апаликова И.Ю., Сухарев Ю.И., Рябухин А.Г. Сорбирующие полимеры на основе оксигидратов железа // Известия Челябинского научного центра УрО PAI I, 2000. № 3. - С. 68-73.

20. Лоскутов А.Ю., Михайлов А.С. Введение в синергетику. М.: Наука, 1990.-272 с.

21. Yu.I. Sukharev, В.А. Markov, I.V.Antonenko. Circular Autowave Pacemakers in Thin-layered Zirconium Oxyhydrate // Chemical Physics Letters,2002.-V. 356.-№ 1-2.-P. 55-62.

22. Сухарев Ю.И., Юдина Е.П., Лукьянчикова О.Б. Бифуркация удвоения периода пейсмекеров в гелевых оксигидратных системах // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2001. №4. - С. 128133.

23. Сухарев Ю.И., Юдина Е.П., Кругшова Т.Г., Платонова Т.В. Влияние магнитного и электрического полей на структурирование гелей оксигидрата иттрия // Известия Челябинского научного центра УрО РАН.2003.-Выи. З.-С. 76-84.

24. Сухарев Ю.И., Марков Б.А., Ангоненко И.В. Образование круговых автоволновых пейсмекеров в тонкослойных оксигидратных системах тяжелых металлов // Химическая физика и мезоскопия 2000. - Т.2. -№1.-С. 52-62.

25. Сухарев Ю.И., Лымарь А.А., Авдин В.В. Взаимосвязь оптических и структурных характеристик оксигидратов некоторых тяжёлых металлов // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2001. -№ 4. С. 53-57.

26. Табор М. Хаос и интегрируемость в нелинейной динамике. М.: Эдиториал УРСС, 2001.-320 с.

27. Feigenbaum M.J. Universal behavior in nonlinear systems // Physica, 1978. T.7D. - N. 16. - P. 67-68.

28. Сухарев Ю.И., Крупнова Т.Г., Егоров Ю.В. Структурные и реологические особенности гелей оксигидрата иггрия // Известия Челябинского научного центра УрО PAI1. 2001. - Вып. 3 - С. 60-64.

29. Сухарев Ю.И., Авдин В.В. Синтез и периодичность свойств аморфного окси! идрата лантана // Жури. неог. хим., 1999. Т.44. - № 7. - С. 1071-1077.

30. Сухарев Ю.И., Jlenn Я.II. О сорбционных характеристиках оксогидратов некоторых редкоземельных элементов // Неорганические материалы, 1995. -Т.31.-№12. -С. 1562-1566.

31. Авдин В.В., Сухарев Ю.И., Мосунова Т.В., Никитин Е.А. Синтез и свойства окрашенных гелей оксигидрата циркония // Известия Челябинского научного центра УрО PAI I, 2003. № 2. - С. 68-73.

32. Сухарев Ю.И., Егоров Ю.В., Потёмкин В.А., Авдин В.В., Крупнова Т.Г. Окрашивание оксигидратных гелей некоторых тяжелых металлов // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 1999. -№ 3. -С. 59-63.

33. Рейнтен Х.Т Строение и свойства адсорбентов и катализаторов. М, 1973.-322 с.

34. Мосунова Т.В. Формообразование оксигидратов циркония и иттрия в неравновесных условиях / Дисс. . канд. хим. наук. Челябинск: ЮУрГУ, 2005.-150 с.

35. Винфи А. Организующие центры химических волн в дву- и трехмерных средах. В кн.: Колебания и бегущие волны в химических системах / Под ред. A.M. Жаботинского. М.: Мир, 1988/ - 474 с.

36. Сухарев Ю.И., Авдин В.В., Крупнова Т.Г., Кузнецова В.А. Синтез окрашенных гелей оксигидратов лантана и иттрия // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2000. № 2. - С. 67-71.

37. Сухарев Ю.И., Миняева О.А. — Изучение полимеризации оксигидратных гелей гадолиниям // Коллоидный журнал. 1999. - Т. 61. - № 2.-С. 247-250.

38. Сухарев Ю.И., Авдин В.В., Лымарь А.А. Изучение процесса кислотного разложения оксигидрата лантана методами термогравиметрии и рентгеноструктурного анализа // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 1998. - Вып. 2. - С. 70-75.

39. Авдин В.В. Особенности эволюции аморфного оксигидрата лантана / Дисс. . канд. хим. наук. Челябинск: ЮУрГУ, 1998. - 170 с.

40. Серебренников В.В., Алексеенко Л. А. Курс химии редкоземельных элементов. -Томск: Изд-во ТГУ, 1963.-442 с.

41. Чалый В.П. Гидроокиси металлов. Киев.: Наукова думка, 1972.160 с.

42. Shafer M.W., Roy R. Rare-earth polymorphism and phase equilibria in rare-earth oxide-water systems //J. Amer. Ceram. Soc. 1959. - Vol. 42. -№ 11. -P. 563.

43. Миронов H.H. Об образовании основных солей и гидроокиси лантана // Жури, неорган, химии. 1966. - Т. XI. - Вып. 3. - С. 458.

44. Лужнова О.В. Влияние сдвиговых деформаций на строение и свойства оксигидратных гелей некоторых тяжелых металлов и РЗЭ / Дисс. . канд. хим наук. Челябинск: ЮУрГУ, 2003. - 143 с.

45. Координационная химия РЗЭ. / Под ред. Сницина В.И., Мартыненко Л.И. М.:Издательство Москов. Университета, 1979. - С.254.

46. Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж. Основные законы химии / Пер. с англ. М.: Мир, 1982. -Т.2. - 620с.

47. Миняева О.А. Изучение процессов формообразования и эволюции гелей оксигидратов иттрия и гадолиния: Дис. канд. хим. наук. Челябинск, 1998.-315с.

48. Хакен Г. Информация и самоорганизация/ Пер. с англ. М.: КомКпига, 2005. - 245 с.

49. Sato Т. The thermal decomposition of zirconium oxyhydroxide // J. Therm. Anal. Cal., 2002. V.69. - P. 255-265.

50. Антонепко И.В. Периодические свойства гелей оксигидрата циркония: Дисс. канд. хим. наук. Челябинск.: ЮУрГУ, 1999. - 170 с.

51. Сухарев Ю.И., Апгопепко И.В. Термические превращения структурированных гелей оксигидрата циркония // Известия Челябинского научного центра УрО PAII. 2002. - №4. - С. 131-136.

52. Чертов В.М., Оконная Н.Т. Исследование гидротермального модифицирования двуокиси циркония // Колл. журн., 1976. Т. 38. - №6. -С. 1208—1211.

53. Уэндланд У.У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978.528 с.

54. Гуль В.Е., Кулезнев B.II. Структура и механические свойства полимеров. М.: Высш. шк., 1979. - 352 с.

55. Круннова Т.Г. Мезофазонодобность гелей оксигидрата иттрия: Дис. канд. хим. наук. Челябинск, 2001. - 150 с.

56. Куличихин В.Г. Реологические свойства ЖК полимеров / в кн.: Жидкокристаллические полимеры / под ред. П.Л. Платэ. М.: Химия, 1988. -415 с.

57. Анищенко B.C. Знакомство с нелинейной динамикой: Лекции соросовского профессора: Учебн. пособие. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. - 144 с.

58. Мун Ф. Хаотические колебания: Вводный курс для научных работников и инженеров: Пер. с англ. -М.: Мир, 1990.-312 с.

59. Кузнецов С.П. Динамический хаос (курс лекций). М.: Паука, 2000.-325 с.

60. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистском подходе к турбулентности: Пер. с франц. М.: Мир, 1991. -368 с.

61. Бактериологический контроль питательных сред / Методические рекомендации. Хабаровск, 1974. - 120 с.

62. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. СПб.: Химия, 1995. -400 с.

63. Духип С.С., Дерягип Б.В. Электрофорез. -М.: Наука, 1976.-328 с.

64. Де Же В. Физические свойства жидкокристаллических веществ: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 386 с.

65. Цукрук В.В., Шилов В.В. Структура полимерных жидких кристаллов. Киев.: 11аукова думка, 1990. - 256 с.

66. Сухарев Ю.И., Марков Б.А. Нелинейность гелевых оксигидратных систем. Екатеринбург.: УрО РАН, 2005.-468 с.

67. Малипецкий Г.Г., Потапов А.Б. Современные проблемы нелинейной динамики. -М.: Едиториал УРСС, 2002.-360 с.

68. Родимин Е.М. Патент на изобретение «Антимикробный ионатор и способ приготовления лечебно-профилактического раствора» // № 2190573, С2 7 C02F1/467.