Влияние сорбции метиленового голубого и фиолетового кристаллического и последующей термообработки на сохранность фазы гидросиликата у гидросиликатных нанотрубок состава Mg3Si2O5(OH)4

Ключевые слова: гидросиликатные нанотрубки, адсорбция, фазовый анализ, метиленовый голубой, фиолетовый кристаллический

На данный момент активно исследуются свойства различных нанотубулярных структур, как углеродных, так и неорганических. Одним из перспективных направлений является использование подобных структур в качестве наноконтейнеров для хранения и транспортировки различных веществ. Важным условием для подобного рода материалов является сохранность фазового состава при взаимодействии с транспортируемым веществом, например при адсорбции. Поэтому было принято решение провести исследование влияния сорбции органических веществ на фазовый состав неорганических нанотрубок. Также рассматривался вопрос удаления данных веществ после сорбции путем длительного нагревания выше их тепературы разложения

В качестве материала для исследования были выбраны гидросиликатные нанотрубки состава Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄ со структурой хризотила после проведения сорбции органических красителей: метиленового голубого и фиолетового кристаллического. Данные красители широко используются как в промышленных, так и медицинских целях. Например, фиолетовый кристаллический применяется в бактериологии в методе окрашивания по Граму для выявления грамоположительных бактерий, в составе раствора Ниссера, окрашивающего дифтерийные палочки, в красителе Вейгерта, применяющемся в гистологии для окраски эластичных тканей. [1] Метиленовый голубой находит применение в качестве антисептика для лечения различных инфекций, антидота. Фотосенсибилизатора в онкологии, при лечении болезни Альцгеймера [2].

Сорбция проводилась в течение 72 часов в растворах красителей концентрацией 200 мг/л и 250 мг/л соответственно. Перед сорбцией был проведен рентгенофазовый анализ для подтверждения фазового состава и последующего сравнения.

Рентгенофазовый анализ гидросиликатов магния проводился при комнатных условиях на дифрактометре ДРОН-3. Образец наносили на специальную кварцевую подложку, предварительно покрытую вазелином для надежного сцепления с исследуемым порошком. Съемка производилась при углах 2θ от 5° до 75° в непрерывном режиме с шагом по углу 0,02. В качестве источника рентгеновского излучения использовалась рентгеновская трубка с медным анодом, длина волны излучения 0,154 нм (Кα-линия меди). Идентификацию пиков на дифрактограмме проводили с помощью программного комплекса PDWin4.0. Данная программа предназначена для работы с базой порошковых дифракционных данных, которая основана на картотеке PDF2. Порошковый дифракционный файл (PDF) представляет собой коллекцию однофазных рентгенограмм в виде таблиц относительных интенсивностей линий рентгеновского спектра и межплоскостных расстояний. Обработка результатов производилась с помощью программы Excel.

По результатам рентгенофазового анализа образцов были построена дифрактограмма и было подтверждено образование нужного состава и структуры. Пики синтезированных образцов соответствуют аналогичным пикам стандартного образца базы данных #43–662 (рисунок 1).

Рис. 1. Рентгеновская дифрактограмма синтезированного образца с указанием пиков соответствующих гидросиликату состава Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

Следующим этапом работы было получение рентгеновских дифрактограмм нанотрубок сорбировавших метиленовый голубой. Помимо этого, образцы гидросиликатных наночастиц после сорбции были подвергнуты температурной обработке в сушильном шкафу (T=250C) в течение 24 часов для потенциального удаления сорбированного метиленового голубого (температура разложения метиленового голубого = 105C). Таким образом, данные образцы вместе с необработанными образцами после сорбции были исследованы с помощью рентгенофазового анализа для выявления структурных изменений.

Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы исходного образца гидросиликата Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄ , образца, после сорбции метиленового голубого и образца сорбировавшего метиленовый голубой, подверженного последующей термообработке (T=250C): 1 — исходный образец, 2 — образец после термообработки, 3 — образец до термообработки

Из этого можно сделать вывод, что существует возможность полностью выделить продукты сгорания органического красителя метиленового голубого из гидросиликата магния при этом, не разрушив структуру.

Аналогичным образом был проведен анализ нанотрубок после сорбции фиолетового кристаллического. Температура и время термообработки не менялась, т. к. температура разложения фиолетового кристаллического равна 215C.

По результатам рентгенофазового анализа образцов нанотрубок после взаимодействия с раствором фиолетового кристаллического и образцов с последующей термообработкой также была установлена полная сохранность фазы гидросиликата (рисунок 3).

Рис. 3. Рентгеновские дифрактограммы исходного образца гидросиликата Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄ , образца, после сорбции фиолетового кристаллического и образца сорбировавшего фиолетовый кристаллический, подверженного последующей термообработке (T=250C): 1 — исходный образец, 2 — образец после термообработки, 3 — образец до термообработки

Из этого можно сделать вывод, что, как и в случае с метиленовым голубым, существует возможность полностью выделить продукты сгорания органического красителя из гидросиликата магния при этом не разрушив их структуру.

Путем длительного нагревания свыше температуры разложения красителей проведено потенциальное удаление метиленового голубого и фиолетового кристаллического с поверхности образцов после сорбции. Методом рентгенофазового анализа подтверждено сохранение структуры нанотрубок как после сорбции, так и после нагревания. Таким образом, доказана возможность удаления красителя метиленового голубого с поверхности и из внутренних каналов неорганических гидросиликатных нанотрубок без разрушения их структуры при длительном нагревании свыше температуры разложения.

Полная сохранность фазы гидросиликата в образцах нанотрубок после взаимодействия с растворами красителей говорит о возможности использования гидросиликатных нанотрубок магния в качестве наноконтейнеров для хранения и транспортировки органических красителей.

Литература:

1. Фрайштат, Д. М. Реактивы и препараты для микроскопии: Справочник / Д. М. Фрайштат. — М: Химия, 1980. — 480 c.
2. Gravitz, L. Drugs: A tangled web of targets / L. Gravitz // Nature. — 2011. — Vol. 475.