О расчете электрокинетического потенциала частиц в дисперсиях детонационного наноалмаза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведена оценка применимости различных приближений теории электрофореза для расчета электрокинетического потенциала в реальных нанодисперсных системах на примере полидисперсного водного золя термоокисленного детонационного наноалмаза, содержащего агрегаты наночастиц, в зависимости от концентрации и рН растворов фонового электролита (NaCl). Установлено, что при малых величинах потенциалов |ζW| < 25 мВ, найденных для первичных частиц в рамках модели Вирсемы, учет агрегирования частиц и пористости агрегатов практически не сказывается на величине электрокинетического потенциала. В интервале значений | ζW| 25–50 мВ наиболее достоверные величины электрокинетических потенциалов агрегатов, по-видимому, могут быть получены с использованием уравнения Миллера для ионопроводящих частиц с учетом их реальных пористостей при условии постоянства потенциала. При |ζW| > 50 мВ, зная реальные размеры агрегатов, в предположении их монолитности для расчета электрокинетических потенциалов можно использовать уравнение Овербека с найденными Ошимой аналитическими выражениями входящих в него функций f3(κr) и f4(κr).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Э. Ермакова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: anna.volkova@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Н. С. Чуйков

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: anna.volkova@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Волкова

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: anna.volkova@spbu.ruро
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Xu J., Chow E. Biomedical applications of nanodiamonds: From drug-delivery to diagnostics // SLAS Technology. 2023. V. 28. № 4. P. 214–222. https://doi.org/10.1016/j.slast.2023.03.007
  2. Wang X., Sang D., Zou L. et al. Multiple bioimaging applications based on the excellent properties of nanodiamond: A Review // Molecules. 2023. V. 28. P. 4063. https://doi.org/10.3390/molecules28104063
  3. Turcheniuk K., Mochalin V.N. Biomedical applications of nanodiamond // Nanotechnology. 2017. V. 28. P. 252001–252027. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa6ae4
  4. Pan F., Khan M., Ragab A.H. et al. Recent advances in the structure and biomedical applications of nanodiamonds and their future perspectives // Materials & Design. 2023. V. 233. P. 112179. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112179
  5. Kryshtal A.P., Mchedlov-Petrossyan N.O, Laguta A.N. et al. Primary detonation nanodiamond particles: Their core-shell structure and the behavior in organo-hydrosols // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. V. 614. P. 126079. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.126079
  6. Mchedlov-Petrossyan N.O., Kriklya N.N., Kryshtal A.P. et al. The interaction of the colloidal species in hydrosols of nanodiamond with inorganic and organic electrolytes // Journal of Molecular Liquids. 2019. V. 283. P. 849–859. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.095
  7. Mchedlov-Petrossyan N.O., Kriklya N.N., Laguta A.N., Osawa E. Stability of detonation nanodiamond colloid with respect to inorganic electrolytes and anionic surfactants and solvation of the particles surface in DMSO–H2O organo-hydrosols // Liquids. 2022. V. 2. P. 196–209. https://doi.org/10.3390/liquids2030013
  8. Kulvelis Yu.V., Shvidchenko A.V., Aleksenskii A.E. Stabilization of detonation nanodiamonds hydrosol in physiological media with poly(vinylpyrrolidone) // Diamond and Related Materials. 2018. V. 87. P. 78–89. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2018.05.012
  9. Соболева О.А. Устойчивость гидрозолей детонационных наноалмазов в присутствии солей и поверхностно-активных веществ // Коллоидный журнал. 2018. Т. 80. № 3. С. 338–343. https://doi.org/10.7868/S0023291218030114
  10. Сычёв Д.Ю., Жуков А.Н., Голикова Е.В., Суходолов Н.Г. Влияние простых электролитов на коагуляцию гидрозолей монодисперсного отрицательно заряженного детонационного наноалмаза // Коллоидный журнал. 2017. Т. 79. № 6. С. 785–791. https://doi.org/10.7868/S0023291217060118
  11. Gareeva F., Petrova N., Shenderova O., Zhukov A. Electrokinetic properties of detonation nanodiamond aggregates in aqueous KCl solutions // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2014. V. 440. P. 202–207. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2012.08.055
  12. Petrova N., Zhukov A., Gareeva F. et al. Interpretation of electrokinetic measurements of nanodiamond particles // Diamond & Related Materials. 2012. V. 30. P. 62–69. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2012.10.004
  13. Жуков А.Н., Гареева Ф.Р., Алексенский А.Е. Комплексное исследование электроповерхностных свойств агломератов детонационного наноалмаза в водных растворах КСl // Коллоидный журнал. 2012. Т. 74. № 4. C. 483–491.
  14. Швидченко А.В., Дидейкин А.Т., Жуков А.Н. Конденсация противоионов в гидрозолях монокристаллических частиц детонационного наноалмаза, полученных отжигом агломератов в атмосфере воздуха // Коллоидный журнал. 2017. Т. 79. № 4. С. 521–524. https://doi.org/10.7868/S0023291217040140
  15. Патент RU2599665C2, 15.10.2013.
  16. Волкова А.В., Белобородов А.А., Водолажский В.А. и др. Влияние рН и концентрации индифферентного электролита на агрегативную устойчивость водного золя детонационного алмаза // Коллоидный журнал. 2024. Т. 86. № 2. С. 169–192. https://doi.org/10.31857/S0023291224020031
  17. Lyklema J. Fundamental of Interface and Colloid Science V. 2. Solid-Liquid Interfaces. London: Academic Press. 1995.
  18. Ohshima H. A simple expression for Henry’s function for the retardation effect in electrophoresis of spherical colloidal particles // Journal of Colloid and Interface Science. 1994. V. 168. P. 269–271. https://doi.org/10.1006/jcis.1994.1419
  19. Wiersema P.H., Loeb A.L., Overbeek J.Th.G. Calculation of the electrophoretic mobility of a spherical colloid particle // Journal of Colloid and Interface Science. 1966. V. 22. P. 78–99. https://doi.org/10.1016/0021-9797(66)90069-5
  20. Overbeek J.T.G. Theorie der Elektrophorese // Fortschrittsberichte über Kolloide und Polymere. Kolloid-Beihefte. 1943. V. 54. № 7–9. P. 287– 364. https://doi.org/10.1007/bf02556774
  21. Ohshima H. Approximate analytic expression for the electrophoretic mobility of a spherical colloidal particle // Journal of Colloid and Interface Science. 2001. V. 239. P. 587–590. https://doi.org/10.1006/jcis.2001.7608
  22. Levine S., Neale G.H. The prediction of electrokinetic phenomena within multiparticle systems. I. Electrophoresis and electroosmosis // Journal of Colloid and Interface Science. 1974. V. 47. № 2. P. 520–529. https://doi.org/10.1016/0021-9797(74)90284-7
  23. Miller N.P., Berg J.C., O’Brien R.W. The electrophoretic mobility of a porous aggregate // Journal of Colloid and Interface Science. 1992. V. 153. № 1. P. 237–243. https://doi.org/10.1016/0021-9797(92)90315-D
  24. Neale G.H., Nader W.K. Prediction of transport processes within porous media: Diffusive flow processes within an homogeneous swarm of spherical particles // AIChE Journal. 1973. V. 19. P. 112–119. https://doi.org/10.1002/aic.690190116

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. ПЭМ-изображение первичных наночастиц ДНА.

Скачать (200KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость электрофоретической подвижности и электрокинетического потенциала (ζ S), рассчитанного по уравнению (2), от концентрации растворов хлорида натрия при естественном рН.

Скачать (52KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость электрофоретической подвижности и электрокинетического потенциала (ζS), рассчитанного по уравнению (2), от рН на фоне 10–3 М раствора NaCl.

Скачать (66KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости электрокинетического потенциала первичных частиц ДНА, рассчитанного в рамках различных приближений, от концентрации растворов хлорида натрия при естественном рН.

Скачать (55KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости электрокинетического потенциала первичных частиц ДНА, рассчитанного в рамках различных приближений, от рН на фоне 10–3 М раствора NaCl.

Скачать (65KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изображение частиц исходного водного золя ДНА (а) и численное распределение частиц по размерам (б) (на основании анализа порядка 250 частиц), полученные методом СЭМ.

Скачать (146KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость числа частиц от их радиуса в исходном водном золе ДНА, определенная методом ДРС.

Скачать (43KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости электрокинетического потенциала агрегатов ДНА, рассчитанного в рамках ячеечной модели, от концентрации растворов хлорида натрия при естественном рН (зависимости ζW – logC для первичных наночастиц и ζS– logC приведены в качестве максимально и минимально возможных абсолютных значений дзета-потенциала, соответственно).

Скачать (68KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимости электрокинетического потенциала агрегатов ДНА, рассчитанного в рамках ячеечной модели, от рН на фоне 10–3 М раствора NaCl (зависимости ζW – рН для первичных наночастиц и ζS – рН приведены в качестве максимально и минимально возможных абсолютных значений дзета-потенциала, соответственно).

Скачать (78KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025