References

powder

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)

1997-308X2412-8767

НИТУ "МИСИС"

10.17073/1997-308X-2016-4-11-16

powder-250

Research Article

Процессы получения и свойства порошков

Production Processes and Properties of Powders

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ НАНОПОРОШКОВ СИСТЕМЫ ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3 В ВОДНОЙ СРЕДЕ ПРИ РАЗЛИЧНОМ pH

STUDYING OF THE DISSOLUTION PROCESS OF ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3 NANOPOWDERS SYSTEM IN AQUEOUS MEDIA AT DIFFERENT pH

Макарова

Е. Н.

Makarova

E. N.

аспирант кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин»

postgraduate student, Department «Materials, technologies and design of machines»

Katimak59@gmail.com

Анциферова

И. В.

Antsiferova

I. V.

докт. техн. наук, профессор кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин», кафедры «Менеджмент и маркетинг»

Dr. Sci. (Eng.), prof., Department «Materials, technologies and design of machines», Department «Management and marketing»

iranciferova@yandex.ru

Пермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic University (PNRPU)Russian Federation

2016

02022017

041116

2017

Макарова Е.Н., Анциферова И.В.

Makarova E.N., Antsiferova I.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://powder.misis.ru/jour/article/view/250

Исследованы нанопорошки систем ZrO2–Y2O3–CeO2 и ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3 с целью изучения влияния pH дисперсионной среды на растворимость частиц нанопорошков сложного состава в водной среде после мембранной фильтрации и центрифугации для получения в дальнейшем стабильных дисперсий, необходимых для токсикологических исследований наночастиц. Методом оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой измерены концентрации элементов, оставшихся в супернатанте после пробоподготовки, включающей в себя мембранную фильтрацию и центрифугацию. Установлено, что наибольшей агрегативной устойчивости дисперсии нанопорошка без добавки Al2O3 соответствует оптимальный диапазон pH = 5,5÷9,5, а с добавкой Al2O3 – область pH = 7,0. Полученные результаты свидетельствуют, что при диспергировании данных порошков происходит образование гидрозоля оксогидроксида иттрия, который растворяется при pH < 6,0. При растворении в воде порошка с добавкой Al2O3 в нейтральной среде образуется гидроксид алюминия, в кислой (pH < 6) – его заменяют основные растворимые соли алюминия, а в щелочной (pH > 7) – амфотерный гидроксид алюминия растворяется из-за образования алюминатов.

The paper examines nanopowders of ZrO2–Y2O3–CeO2 and ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3 systems in order to study the influence of a dispersion medium pH on the solubility of complex nanopowder particles in aqueous media after filtration and centrifugation for preparation of stable dispersions for further toxicological tests of nanoparticles. The concentration of elements remaining in the supernatant after sample preparation which includes membrane filtration and centrifugation is determined by inductively coupled plasma optical emission spectrometry. The paper defines main characteristics of dispersions of synthesized nanopowders such as the point zero of charge and zeta potential. It is found that the highest aggregate stability of nanopowder dispersion without Al2O3 additive lies in the optimal pH range from 5,5 to 9,5, while the highest aggregate stability of nanopowder dispersion with Al2O3 additive is at pH = 7,0. The obtained results indicate that dispersion of these powders leads to formation of yttrium oxyhydroxide hydrosol dissolved at pH < 6,0. Aluminum hydroxide is formed when the powder with Al2O3 additive is dissolved in neutral aqueous media, while in acidic media (pH < 6) basic soluble salts are formed instead of aluminum hydroxide, and in alkaline media (pH > 7) amphoteric aluminum hydroxide is dissolved due to the formation of aluminates

наночастицыразмерстепень агломерациисистема ZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3биоинертная керамикарастворениеводные дисперсиигидрозоль оксогидроксида иттрияагрегативная устойчивостьметод оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмойтоксичностьнанотоксикологиявысокоскоростная седиментацияпрактические рекомендации

nanoparticlessizeagglomeration degreeZrO2–Y2O3–CeO2–Al2O3systembioinert ceramicssolubilityaqueous dispersionsyttrium oxyhydroxide hydrosolaggregate stability inductively coupled plasma optical emissiontoxicitynanotoxicologydifferential centrifugal sedimentationpractical recommendations

References1

Chevalier J., Gremillard L. What future for zirconia as a biomaterial? // Biomaterials. 2006. Vol. 27. Р. 535—543.

Chevalier J., Gremillard L. What future for zirconia as a biomaterial? Biomaterials. 2006. Vol. 27. Р. 535—543.

Chevalier J. Ceramics for medical applications: A picture for the next 20 years // J. Eur. Ceram. Soc. 2009. Vol. 29. Р. 1245—1255.

Chevalier J. Ceramics for medical applications: A picture for the next 20 years. J. Eur. Ceram. Soc. 2009. Vol. 29. Р. 1245—1255.

Palmero P. Structural ceramic nanocomposites; a review of properties and powders’ synthesis methods // Nanomaterials. 2015. Vol. 5. Р. 656—696.

Palmero P. Structural ceramic nanocomposites; a review of properties and powders’ synthesis methods. Nanomate-rials. 2015. Vol. 5. Р. 656—696.

Antsiferova I.V. The potential risks of exposure of nano-dispersed metal and non-metallic powders on the environment and people // World Appl. Sci. J. 2013. Vol. 22 (special issue on techniques and technologies). P. 34—39.

Antsiferova I.V. The potential risks of exposure of nanodispersed metal and non-metallic powders on the environment and people. World Appl. Sci. J. 2013. Vol. 22 (special issue on techniques and technologies). P. 34—39.

Antsiferova I.V. Nanomaterials and potential environmental risks // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2011. Vol. 52. No. 1. P. 127—131.

Antsiferova I.V. Nanomaterials and potential environmental risks. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2011. Vol. 52. No. 1. P. 127—131.

Elsaesser A., Howard C.V. Toxicology of nanoparticles // Adv. Drug Delivery Rev. 2012. Vol. 64. Р. 129—137.

Elsaesser A., Howard C.V. Toxicology of nanoparticles. Adv. Drug Delivery Rev. 2012. Vol. 64. Р. 129—137.

Uliana De Simone, Elisa Roda, Cinzia Signorini, Teresa Coccini. An integrated in vitro and in vivo testing approach to assess pulmonary toxicity of engineered cadmium-doped silica nanoparticles // Am. J. Nanomater. 2015. Vol. 3. No. 2. P. 40—56.

Uliana De Simone, Elisa Roda, Cinzia Signorini, Teresa Coccini. An integrated in vitro and in vivo testing approach to assess pulmonary toxicity of engineered cadmium-doped silica nanoparticles. Am. J. Nanomater. 2015. Vol. 3. No. 2. P. 40—56.

Shvedova A.A., Kisin E.R., Mercer R., Murray A.R., John-son V.J., Potapovich A.I. Unusual inflammatory and fib-rogenic pulmonary responses to single-wall carbone nanotubes in mice // Am. J. Phisiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2005. Vol. 298. No. 5. P. 698—708.

Shvedova A.A., Kisin E.R., Mercer R., Murray A.R., John-son V.J., Potapovich A.I. Unusual inflammatory and fib-rogenic pulmonary responses to single-wall carbone nanotubes in mice. Am. J. Phisiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2005. Vol. 298. No. 5. P. 698—708.

Warheit D.B., Laurence B.R, Reed K.L, Roach D.H, Reynolds A.M., Webb T.R. Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats // Toxicol. Sci. 2004. Vol. 77. No. 1. P. 117—125.

Warheit D.B., Laurence B.R, Reed K.L, Roach D.H, Reynolds A.M., Webb T.R. Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats. Toxi-col. Sci. 2004. Vol. 77. No. 1. P. 117—125.

Порозова С.Е., Макарова Е.Н., Кульметьева В.Б. Влияние малых добавок Al2O3 на свойства керамики системы ZrO2—Y2O3—CeO2 // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2015. Т. 17. No. 2 (4). С. 874—880.

Porozova S.E., Makarova E.N., Kul’met’eva V.B. Vliyanie malykh dobavok Al2O3 na svoistva keramiki sistemy ZrO2—Y2O3—CeO2. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2015. Vol. 17. No. 2 (4). P. 874—880.

Makarova E., Antsiferova I., Antsiferov V., Suzdaleva G., Nagibina N., Esaulova I. Study of agglomeration process of nanocrystalline powder ZrO2—2Y2O3—4CeO2 in aqueous media by means of dynamic light scattering technique // Res. J. Pharm., Biol. Chem. Sci. 2016. Vol. 7. No. 2. P. 1553—1562.

Makarova E.N., Antsiferova I.V. Factors influencing the stability of aqueous dispersions of nanocrystalline systems ZrO2—2Y2O3—4CeO2 optionally modified with Al2O3. Preparing for the future in-vivo studies // Res. J. Pharm., Biol. Chem. Sci. 2016. Vol. 7. No. 1. P. 1086—1098.

Белова И.А., Саркисян И.С., Попова И.В. Киенская К.И. Влияние нитрата натрия на агрегацию частиц в гидрозолях оксогидроксида иттрия // Успехи в химии и хим. технологии. 2008. Т. 22. No. 3 (83). С. 68—72.

Belova I.A., Sarkisyan I.S., Popova I.V. Kienskaya K.I. Vliyanie nitrata natriya na agregatsiyu chastits v gidrozolyakh oksogidroksida ittriya [Effect of sodium nitrite on the aggregation of particles in hydrosols oxyhydroxide yttrium]. Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2008. Vol. 22. No. 3 (83). P. 68—72.

Школьников Е.В. Растворимость и амфотерность оксидов и гидроксидов IIIB группы в водных средах // Изв. Санкт-Петербург. гос. лесотехн. академии. 2015. Вып. 210. С. 156—164.

Shkol’nikov E.V. Rastvorimost’ i amfoternost’ oksidov i gidroksidov IIIB gruppy v vodnykh sredakh [Solubility and amphoteric oxides and hydroxides of Group IIIB in aqueous media]. Izvestiya Sankt-Peterburgskoi gosudarstvennoi lesotekhnicheskoi akademii. 2015. Vol. 210. P. 156—164.

Эконян Е.З., Белова И.А., Жилина О.В. Синтез и некоторые коллоидно-химические свойства гидрозолей, полученных из нитрата иттрия // Успехи в химии и хим. технологии. 2014. Т. 23. No. 2. С. 131—133.

Ekonyan E.Z., Belova I.A., Zhilina O.V. Sintez i nekotorye kolloidno-khimicheskie svoistva gidrozolei, poluchennykh iz nitrata ittriya [Synthesis and chemical properties of colloidal hydrosols obtained from yttrium nitrate]. Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2014. Vol. 23. No. 2. P. 131—133.

Белова И.А., Киенская К.И., Назаров В.В. Получение гидрозоля оксогидроксида иттрия и исследование его коллоидных свойств // Успехи в химии и хим. технологии. 2007. Т. 21. No. 3 (71). С. 36—40.

Belova I.A., Kienskaya K.I., Nazarov V.V. Poluchenie gidrozolya oksogidroksida ittriya i issledovanie ego kolloidnykh svoistv [Obtaining the hydrosol oxyhydroxide yttrium and investigation of its colloidal properties]. Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2007. Vol. 21. No. 3(71). P. 36—40.

Ростокина Е.Е. Получение особо чистых ультрадисперсных порошков алюмоиттриевого граната золь-гель методом: Автореф. дис. … канд. хим. наук // Н. Новгород: НГУ, 2015.

Rostokina E.E. Poluchenie osobo chistykh ul’tradispersnykh poroshkov alyumoittrievogo granata zol’-gel’ metodom [Obtaining of highly pure ultrafine powders of yttrium aluminum garnet by sol-gel method]: Abstract of the dissertation of PhD (Chem.). Nizhnii Novgorod: NGU, 2015.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.