МОРФОЛОГИЯ И РАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫМ МЕТОДОМ

В работе приводятся результаты комплексного исследования морфологии, распределения по размерам, среднего размера, удельной поверхности и степени агломерации наночастиц SiO₂, полученных по плазменно-дуговой технологии из природного высококремнеземистого сырья (кварцита). Применялись методы динамического рассеяния света, просвечивающей электронной микроскопии, адсорбционный метод. Исследование показало, что при переработке в плазменной установке природного кварцита возможно получать полидисперсные наночастицы диоксида кремния с распределением 10–300 нм, средним размером 30 ± 7 нм, удельной поверхностью 71 ± 4 м²/г. При этом частицы склонны к агломерации в среднем по десять частиц. Для исследуемого порошка установлен дзета-потенциал –54 ± 9 мВ, что является полезным с прикладной точки зрения при планировании многокомпонентных систем на его основе. Исследуемый порошок может применяться в качестве упрочняющей добавки для изготовления строительных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками для создания объектов специального назначения.

1. Bak M., Molnár F., Németh R. Improvement of dimensional stability of wood by silica nanoparticles // Wood Material Science & Engineering. 2018. V. 14. № 1. P. 48–58.

2. Mofid S.A., Jelle B.P., Zhao X., et al. Utilization of size-tunable hollow silica nanospheres for building thermal insulation applications // Journal of Building Engineering. 2020. V. 31. P. 101336.

3. Cho S., Kruger J., van Rooyen A., et al. Rheology of 3D Printable Lightweight Foam Concrete Incorporating Nano-Silica // RILEM Bookseries. Springer International Publishing. 2019. P. 373–81.

4. Rana M.N., Islam M.N., Nath S.K., et al. Influence of chemical additive on the physical and mechanical properties of cement-bonded composite panels made from jute stick // Journal of Building Engineering. 2020. V. 31. P. 101358.

5. Jassam T.M., Kien-Woh K., Ng yang-zhi J., et al. Novel cement curing technique by using controlled release of carbon dioxide coupled with nanosilica // Construction and Building Materials. 2019. V. 223. P. 692–704.

6. Mohajerani A., Burnett L., Smith J, et al. Nanoparticles in Construction Materials and Other Applications, and Implications of Nanoparticle Use // Materials. 2019. V. 12. № 19. P. 3052.

7. Zhang X., Du X., Zhao X., et al. Durability and Interfacial Properties of Concrete with Nanosilica-Modified Mortar Cover // Journal of Materials in Civil Engineering. 2019. V. 31. № 6. P. 04019073.

8. Hou P., Cheng X., Qian J., et al. Effects and mechanisms of surface treatment of hardened cement-based materials with colloidal nanoSiO2 and its precursor // Construction and Building Materials. 2014. V. 53. P. 66–73.

9. Копаница Н.О., Саркисов Ю.С., Демьяненко О.В. Применение нанодисперсного кремнезема в производстве строительных смесей // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. №5. С. 140–150.

10. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. Москва : ИКЦ «Академкнига», 2006. 311 с.

11. Hong, F.C., Yan C. Synthesis and characterization of silicon oxide nanoparticles using an atmospheric DC plasma torch // Advanced powder technology. 2018. V. 29. № 2. P. 220–229.

12. Ильвес В.Г., Зуев М.Г., Соковин С.Ю. и др. Свойства аморфного нанопорошка диоксида кремния, полученного импульсным электронным испарением // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. № 12. С. 2439–2445.

13. Потапов В.В., Горев Д.С., Шалаев К.С. и др. Характеристики нанопорошков диоксида кремния, полученных криохимической вакуумной сублимацией золей // Химическая технология. 2015. № 10. С. 596–600.

14. Космачев П.В., Власов В.А., Скрипникова Н.К. Исследование структуры и свойств нанопорошка SiO2, полученного плазменным методом из природных сырьевых материалов // Известия вузов. Физика. 2017. Т. 60. № 2. С. 46–50.

15. Космачев П.В. Демьяненко О.В., Власов В.А. и др. Композиционные материалы на основе цемента с нанодисперсным диоксидом кремния // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 4 (63). С. 139–146.

16. Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. Adsorption of Gases in Multimolecular Layers // Journal of American Chemical Society. 1938. № 60 (2). P. 309–319.