Модифицированные наночастицами нитрида бора полиамидные ткани

Цель исследования. Исследование характеристик полиамидной ткани, модифицированной наночастицами нитрида бора, и оценка её фильтрационных свойств.

Методы. Спектры комбинационного рассеяния света измерялись на сканирующем рамановском микроспектрометре OmegaScope AIST-NT в ZXXZ̅ геометрии (λ = 532 нм, W = 25 мВт, спектральное разрешение 3 см^-1). Кристаллическая структура изучалась на рентгеновском дифрактометре GBC EMMA (Cu Ka, схема Брегга - Брентано, шаг 0,02°). Изучение фильтрационных свойств полиамидной ткани проводилось на спектрофотометре СФ 2000 в спектральном диапазоне 450-750 нм. Моделирование взаимодействия модифицированной полиамидной ткани с молекулами неорганического раствора было произведено в программном пакете Materials Studio 2020 с модулем Forcite.

Результаты. На спектрах комбинационного рассеяния и рентгеновских дифрактограммах ткани, модифицированной наночастицами нитрида бора, были выявлены пики в области 1360 см^-1 и 2θ = 27,32. Размер областей когерентного рассеяния составил 0,65 нм, что соответствует удвоенному межплоскостному расстоянию нитрида бора. Изменение оптической плотности фильтрата через ткань составило ΔD = 0,04, что соответствует увеличению прозрачности на 9,6%. Квантово-механическое моделирование показало, что между молекулами гидроксида железа и тканью действуют ван-дер-ваальсовы силы, а между гидроксидом железа и наночастицами нитрида бора - химические связи.

Заключение. Модификация полиамидной ткани методом Ленгмюра - Блоджетт приводит к более интенсивному спектральному профилю для упорядоченных покрытий, а метод погружения с ультразвуковым диспергированием подходит для объемных покрытий, позволяя наночастицам проникать внутрь структуры ткани. Эти результаты подтверждаются рентгеновской дифрактометрией. Также показана эффективность нитрида бора в улучшении сорбционных характеристик полиамидной ткани.

1. Ares P., Novoselov K.S. Recent advances in graphene and other 2DMaterials // Nano Materials Science. 2022. Vol. 4, is. 1. P. 3-9. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.002

2. Xie K., Fang J., Li L., Deng J., Chen F. Progress of graphite Carbon nitride with different dimensions in the photocatalytic degradation of dyes: A review // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 901. P. 163589. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163589

3. Noh Y., Aluru N.R. Ion transport in two-dimensional flexible nanoporous membranes // Nanoscale. 2023. Vol. 15, is. 26. P. 11090-11098. https://doi.org/10.1039/D3NR00875D

4. High-performance and ultra-robust triboelectric nanogenerator based on hBN nanosheets/PVDF composite membranes for wind energy harvesting / K. Zhao, Z. Gao, J. Zhou [et al.] // Chemical Engineering Journal. 2024. Vol. 500. P. 156709. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156709

5. Large-area graphene-nanomesh/carbon-nanotube hybrid membranes for ionic and molecular nanofiltration / Y.B. Yang, X.D. Yang, L. Liang, Y.Y. Gao, H.Y. Cheng, X.M. Li, [et al.] // Science. 2019. Vol. 364. P. 1057-1062. https://doi.org/10.1126/science.aau5321

6. Experimental realization of few layer two-dimensional MoS2 membranes of near atomic thickness for high efficiency water desalination / H. Li, T.J. Ko, M. Lee, H.S. Chung, S.S. Han, K.H. Oh [et al.] // Nano Letters. 2019. Vol. 19. P. 5194-5204. https://doi.org/10.1021/acs.nano-lett.9b01577

7. Highly stable graphene-oxide-based membranes with superior permeability / K.H. Thebo, X.T. Qian, Q. Zhang, L. Chen, H.M. Cheng, W.C. Ren // Nature Communications. 2018. No. 9. P. 1486. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03919-0

8. Evolution of nanopores in hexagonal Boron nitride / C. Dai, D. Popple, C. Su, J.H. Park, K. Watanabe, T. Taniguchi, [et al.] // Communications chemistry. 2023. Vol. 6, is. 1. P. 108. https://doi.org/10.1038/s42004-023-00899-1

9. Naclerio A.E., Kidambi P.R. A review of scalable hexagonal Boron nitride (hBN) synthesis for present and future applications // Advanced Materials. 2023. Vol. 35, is. 6. P. 2207374. https://doi.org/10.1002/adma.202207374

10. Single layer hexagonal boron nitride nanopores as high performance ionic gradient power generators / T.R. Liu, M.Y. Fung, L.H. Yeh, C.H. Chiang, J.S. Yang, P.C. Kuo [et al.] // Small. 2024. Vol. 20, is. 16. P. 2306018. https://doi.org/10.1002/smll.202306018.

11. Extending plasmonic enhancement limit with blocked electron tunneling by monolayer hexagonal Boron nitride / S. Chen, P. Li, C. Zhang, W. Wu, G. Zhou, C. Zhang [et al.] // Nano Letters. 2023. Vol. 23, is. 12. P. 5445-5452. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00404

12. Rist M., Greiner A. Bio-based electrospun polyamide membrane-sustainable multipurpose filter membranes for microplastic filtration // RSC Applied Polymers. 2024. Vol. 2. P. 642-655. https://doi.org/0.1039/D3LP00201B

13. Controllable-assembled functional monolayers by the Langmuir-Blodgett technique for optoelectronic applications / L. Heng, Y. Zheng, C. Zhong, L. Lin, K. Yang, Y. Liu [et al.] // Journal of Materials Chemistry. 2024. Vol. 12. P. 1177-1210. https://doi.org/10.1039/D3TC03591C

14. Кинетика коллоидной системы стабилизированного нитрида бора на водной субфазе / И.В. Локтионова, А.П. Кузьменко, А.И. Жакин, В.М. Емельянов, П.В. Абакумов, Ю.А. Неручев [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 211-223. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-211-223

15. Способ нанесения наночастиц гексагонального нитрида бора на поверхность филаментов синтетических волокон: пат. 2822287 Рос. Федерация, МПК D06M 11/80, B82Y 30/00 / Емельянов С.Г., Кузьменко А.П., Пугачевский М.А. [и др.]. № 2023128754; заявл. 07.11.2023; опубл. 03.07.2024, Бюл. № 19. 17 с.

16. Spectroscopic and microscopic evidence of 2D Boron nitride nanoflake interaction with doxorubicin / O. Gnatyuk, Г.И. Довбешко, A. Dementjev, K. Chernyakova, O. Yu. Posudievsky, I. M. Kupchak [et al.] // Optical Materials: X. 2024. Vol. 22. P. 100323 https://doi.org/10.1016/j.omx.2024.100323

17. Coated electrospun polyamide-6/chitosan scaffold with hydroxyapatite for bone tissue engineering / Xiaolian Niu, Miao Qin, Mengjie Xu, Liqin Zhao, Yan Wei, Yinchun Hu [et al.] // Biomedical Materials. 2021. Vol. 16. P. 025014. https://doi.org/10.1088/1748-605X/abd68a

18. Lahkar S., Kolan M.R. Spectroscopic and microscopic characterization of hexagonal Boron nitride /ed. by K. Deshmukh, M. Pandey, C.M. Hussain // Hexagonal Boron Nitride: Synthesis, Properties, and Applications. Elsevier, 2024. P. 179-202. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-18843-5.00018-5

19. Liu S., Shikhov I., Arns C. Mechanisms of pore-clogging using a high-resolution CFD-DEM colloid transport model // Transport in Porous Media. 2024. Vol. 151. P. 831-851. https://doi.org/10.1007/s11242-024-02072-1

20. Echeverria J., Alvarez S. The borderless world of chemical bonding across the van der Waals crust and the valence region // Chemical Science. 2023. Vol. 14(42). P. 11647-11688. https://doi.org/10.1039/D3SC02238B