ПОЛИМЕР-КРЕМНЕЗЕМ НАНОКОМПОЗИЦИЯЛАРИ СИНТЕЗ, КИНЕТИКА ВА СПЕКТРОСКОПИК ХУСУСИЯТЛАРИ

“INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 49 DOI: https://10.5281/zenodo.17270887 ПОЛИМЕР-КРЕМНЕЗЕМ НАНОКОМПОЗИЦИЯЛАРИ СИНТЕЗ, КИНЕТИКА ВА СПЕКТРОСКОПИК ХУСУСИЯТЛАРИ Xoshimov Shaxrom Mansurjon o‘g‘li O‘zRFA Umumiy va noorganik kimyo instituti doktoranti Email: [email protected] Niyazova Dilnoza Baxtiyorovna Toshkent davlat tibbiyot unversiteti assistenti Email: [email protected] Abdikamalova Aziza Baxtiyarona O‘zR FA Umumiy va noorganik kimyo instituti, b.i.x., t.f.d., prof. Eshmetov Izzat Do‘simbatovich O‘zR FA Umumiy va noorganik kimyo instituti, Kolloid kimyo va sanoat ekologiyasi laboratoriyasi mudiri, t.f.d., prof. АННОТАЦИЯ Ушбу мақолада хитозан-кремнезем асосидаги нанокомпозицион материалларни золь-гель усулида синтез қилиш жараёнлари ўрганилди. Синтезланган намуналарнинг ИҚ-спектроскопияси таҳлил қилиниб, хитозаннинг амин ва карбонил гуруҳлари ҳамда кремнеземнинг силанол гуруҳлари ўртасида ковалент ва водород боғлари ҳосил бўлиши аниқланди. Зольгель жараёнининг кинетик хусусиятлари турли концентрациялар ва температураларда гравиметрик усулда тадқиқ этилди. Олинган натижалар хитозан-кремнезем нанокомпозитларининг гел ҳосил бўлиш вақти ва жараёнга спиртлар таъсирини очиб берди. Тадқиқот натижалари нанотехнологиянинг “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 50 биотехнология, тиббиёт, сенсор қурилмалари ва хроматография соҳаларида амалий қўлланилиши мумкинлигини кўрсатади. Калит сўзлар: Хитозан, кремнезем, нанокомпозит, золь-гель жараёни, ИҚспектроскопия, гибрид материаллар, водород боғлари, кинетика. Хозирги кунда нанотехнологияга бўлган қизиқиш ортиб бормоқда. Бу эса янги ёндошувлар ёрдамида яхшиланган хоссали техника, биотехнология, кимё, тибиёт, оптика, механика ва бошқа кўплаб сохаларда мухим хисобланган гибрид материаллар жумладан, катализаторлар, хроматогафия учун адсорбентлар, керамикалар, химоя қопламлар, сенсорлар, ғовак материаллар, композицион материаллар олиш имконини беради [1]. Шунинг учун хам хозирги кунда полимер-кремнезем материаллар бутун дунеда инновацион нуқтаи назардан қаралмоқда. Нанокимёвий тадқиқотларнинг асосий мавзуси нанозаррача ва унга мувофиқ келувчи системалардир [2]. Кейинги ўн йилликда ўз таркибида ноорганик наноўлчамли структураларга эга композит полимер материалларни олиш шароитини мувофиқлаштириш ва синтез қилиш усулларини тадқиқ қилиш шунингдек, уларнинг хоссаларини ўрганиш жадал ривожланмоқда [3]. Нанокомпозит материаллар хозирги оптика ва оптиэлектроникада, микроэлектроника, катализда, сенсорли курилмаларда [4-7], биотехнология ва медицинада, упаковкаловчи материалар ишлаб чиқаришда , қурилишида [8-11]. Золь-гель технологияси, жумладан, полимер эритмалари иштрокида кремней алкоксидларини гидролитик поликонденсация золь-гель жараёни уларни олиш учун қулай усул хисобланади. Бундай материаллар органик ва ноорганик полимерларга хос тузилиш ва комплекс хоссаларга эга бўлиши мумкун. Золь-гель жараёнининг ўзи ажралиб чиқаётган ва экологик жихатдан хавфсиз хисобланади. «Нанодисперс кремнезем » атамаси табий учрайдиган (кварц) ёки техник фаолияти жараёнида яратилган (аэрозол, гидрогель,сликогель) турли туман хар-хил кўринишдаги дисперс кремнезем (золлар, геллар суспензиялар ва х.к)ларни бирлашмасидир. Нанодисперс кремнезем-нинг энг муҳим номёндаларига золлар (қаттиқ дисперс фаза ва суюқ “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 51 дисперсион мухитдан ташкил топган ультрамикроген дисперс системалар), Броун харакатида қатнашувчи заррачаллар киради [12]. Шу ўринда таъкидлаб ўтиш жойизки, «гибрид» ва нанокомпозит тушунчалари бир-биридан фарк қилади. Нанокомпозит –гетероген материал бўлиб, органиу полимерлар ва неорганик материалнинг аралашиши натижасида олинади. Унинг ўлчами 100нм дан катта бўлади. Гибрид эса гомоген материал бўлиб, органик полимерлар ва неорганик перекурсорларнинг молекуляр даражада таьсирлашиши жараёнида хосил бўлади. Ўзининг ўлчами эса 100 нм дан кичик бўлади. Композицион материаллар турли хоссаларга эга бўлган компонентлар аралашмасидан олинадиган суний материаллардир. Компонентлардан бири матрица (асос) бўлса, бошқаси мустахкамловчи (тола, заррачалар) хисобланади. Матрица сифатида полимерлар, метал, керамикава углеродли материаллар ишлатилади. Мустахкамловчи вазифани шиша, бор, углерод толалари, органик тола, ипсимон кристалларнинг толалари бажаради [13-14]. Синтезланган хитозан-кремнезем композицион материал наъмуналарининг ИҚ-спектроскопияси 1-2 мг наъмунани тортиб олиб, доимий массага келгунича қуритилди ва секинлик билан 20 мг камдисперс КБр ёрдамида аралаштирилди ва массаси 80 мгли таблетка ҳолига келгунича қуритилди. ИҚ-спектроскоп чўқилари 400-4000 тўлқин узунлиги интервалида, 4 cм-1 ўтказилди. ИҚ спектроскопияси орқали композитсион материалларнинг бир нечта наъмуналари, ҳамда тут ипак қурти хитозани ва кремнезем прекурсорлари спектрлари олинди. Хитозан-кремнезем композицион материалининг ҳосил бўлиш кинетикасини лаборатор реакторда ўтказилди. Кинетикаси гравиметрик усулда ўлчаниб жараён шароитларини ва бошланғич компонентларнинг таркибини ўзгартириш билан бошқариш мумкин. Синтез жараёнга консентрация ўзгаришининг таъсирини ўганиш учун қуйидаги (ТЭОС/ Хитозан ) 5:1 (3); 7:1 (2); 10:1 (1); (ТЭОС/ Хитозан/глицерин ) 5:1:1 (4); 7:1:1 (6); 10:1:1 (5) “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 52 нисбатларни ўрганилди. Олинган реакцион аралашмаларни дистилланган сувда бир неча марта ювиб, ҳавода қуритилди. 1-жадвал. Гель хосил бўлиши вақтининг ТЕОС таркибига боғлиқлиги ТЭОС/Хз, моль/моль Гель хосил бўлиш вакти, мин. ТЭОС/хз ТЭОС/хз / глицерин 5:1 30 7:1 19 10:1 16 5:1:1 18 7:1:1 18 10:1:1 25 2-жадвал. Турли температураларда гель хосил бўлишини ТЭОС миқдорига боғлиқлиги Т°С ТЭОС:ХЗ 0 25 50 75 2:1 42 38 30 28 4:1 26 18 12 10 6:1 22 15 10 8 7:1 20 14 9 7 8:1 18 13 7.5 6 10:1 12 9,5 7 6 11:1 11 7 6 5 12:1 10 7 6 5 “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 53 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 2 4 6 8 10 12 CTEOS t,min 1-расм. Гель ҳосил бўлиш вақтининг ТЭОС концентрациясига боғлиқлиги. 4-расмдаги графикда ТЭОС концентрациясининг гель ҳосил бўлиш тезлигига боғлиқлиги келтирилган бўлиб, хитозан қанча кўп бўлса гел ҳосил бўлиш жараёни шунчалик секин бўлишини кўриш мумкин. Хитозан концентрацияси ошиши билан жараённинг секинлашиш сабабини хитозан макромолекуласи кремнезем заррачаларига экранланловчи таъсир қилиши, яъни кремнезем тўри ҳосил бщлиши сабабли золь заррачаларини яқинлашишига тўсқинлик қилиши билан тушунтириш мумкин. Бироқ, бундай эритмаларни турли хил спиртлар таъсирида гелланиш вақтини сезиларли ошириш ёки камайтириш мумкин. Мисол тариқасида этиленгликол қўшилган наъмунани келтиришимиз мумкин. Унда гелланиш спирт иштирокисиз 7 минутда, спирт билан эса 13 минутда содир бўлади . 500750100012501500175020002500300035004000 cm-1 88 90 93 95 98 100 103 105 108 %T 3726,47 3621,35 2348,33 2309,76 2159,31 2028,15 1647,21 1544,02 1054,10 961,51 796,60 697,27 670,26 648,08 625,90 584,43 552,61 536,21 503,42 484,13 Atmosphere Correction 1 “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 54 2-расм. Синтез қилинган нанокомпозицион материалларнинг ИҚ спектрлари: хитозан-кремнезем (1,3); (5,6) глицерин иштирокидаги хитозан-кремнезем. Хитозан-кремнезем нанокомпозицион материалларининг спектрлари 1064 см-1 ва 794 см-1 орасида валент тебранишларни ҳосил қилганлиги хитозан ва кремнезем спектрларига мос келади, аммо 3389 см-1 ва 965 см-1 сохадаги чўққи интенсивлигининг кескин камайганлиги хитозан билан кремнеземнинг поликонденсация рекцияси ҳисобига ковалент боғлар ҳосил бўлганини кўрсатади. 3252 см-1 сохада кичик чўққи бўлиб, бу чўққи хитозандаги амин гуруҳини характерловчи чўққи эканини кўрсатади. Бир қанча фарқли спектрлар хитозан-кремнезем композицион материалининг глицерин иштирокидаги наъмуналарида кўринади. Бундай ҳолатда ОН-гуруҳни характерловчи 790 см-1 сохада кичик ўзгариш кузатилиб, полимеркремезем таркибидаги ҳамма гидроксил гуруҳлар ҳам занжир ҳосил бўлишида қатнашмагани ва глицерин, таркибида ҳам бир нечта озод гидроксил гуруҳларнинг борлигини тушунтириш мумкин. Қуйидаги 6-расмда дастлабки моддалар ва аввал синтез қилинган нанокомпозицион материалларнинг ИҚ спектрлари солиштирилган [15]. Хулоса қилиб шуни айтиш мумкинки, кремнезем ва хитозаннинг ҳамда полимеркремнеземнинг ИҚ-спектрларини солиширганда хитозаннинг карбонил гуруҳларини характерловчи 3360 см-1 ва 790 см-1 сохаларда ўзгаришлар аниқланди. Бундан силанол ва хитозаннинг карбонил гуруҳлари орасида ўзаро водород боғлари билан боғланган деган ҳулосага келиш мумкин. 500750100012501500175020002500300035004000 cm-1 75 78 80 83 85 88 90 93 95 98 100 103 %T 3271,27 2161,24 1648,17 1542,09 1419,61 1056,99 961,51 793,71 651,94 553,57 539,10 494,74 461,95 431,09 Atmosphere Correction 1 “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 55 3-расм. Дастлабки моддалар ва синтез қилинган композицион материалларнинг ИҚ спектрлари: Хитозан (1); кремнезем (2); хитозан– кремнезем нанокомпозицион материали (3); глицерин иштрокидаги хитозан-кремнезем нанокомозицион материали (4). Хитозан-кремнезем наноматериалининг хосил бўлиш механизмини схематик равишда қуйидагича тушинтиришимиз мумкин. Схемадан кўриниб турибтики, функционал гуруҳларнинг ион кучини ҳисобга олса водород боғи ҳосил бўлиши бирмунча ишончлироқ. Хосил бўлаётган хитозан-кремнезем композицион материалида водород боғи, айниқса хроматографияда муҳим рол ўйнайди. “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 56 Хитозан-кремнезем нанокомпозицияларининг юқорида келтирилган ИҚспектрларида 3440 см-1 сохада қалин чўққи бўлиб, водород боғлари борлигини исботлайди. Бу водород боғлар силанол гуруҳининг ОН ва хитозан молекуласининг NH2 гуруҳи орасида юзага келади. Тоза хитозаннинг ИҚ-спектрида 1650 ва 1510 см-1 сохаларида чўққи борлиги карбонил амид гуруҳининг валент тебранишидан ҳосил бўлган. Шу билан бирга хитозан-кремнезем композитсион материалининг ИҚ-спектрида нисбатан калта тўлқинли соха (1600 ва 1580 см-1), хитозаннинг карбонил амид гуруҳлари ва силанол гуруҳлари орасида водород боғлари борлигини исботлайди. Синтез жараёнининг кинетикаси темплат иштирокидаги ва темплатсиз усулларда ўрганилди. Синтез қилинган намуналарнинг ИҚ-спектрлари тахлил қилинди ва хитозанинг карбонил гурухлари ва кремнеземнинг силанол гурухлари орасида водород боғлари мавжуд деган хулоса чиқарилди. n NH C CH3 O O O OH OHOO NH2 + Si(OC2H5)4 CH3COOH CH2 O OO O Si NH2O O O O O O NH2O O O OSi HO O OO O Si NH2 O O OH O + H - O HO OO O OO O Si O CH3 NH C H OH OH OH OH OH “INTERNATIONAL CONFERENCE ON INNOVATIVE DEVELOPMENT OF EDUCATION” 2025/1 57 ФОЙДАЛАНИЛГАН АДАБИЁТЛАР РЎЙҲАТИ: (REFERENCES) 1. Сайиткулов Ш.М., Мухамадиев Н.К., Саидов Х.М. Хроматография учун маҳаллий хомашёлардан золь-гель технология бўйича сорбентлар олиш. //“XXI аср – интеллектуал авлод асри” шиори остидаги ҳудудий илмий-амалий анжумани. –Навоий. -13-14 июнь, 2014 й. - 218-220 бетлар. 2. ЛисичкинГ.В., Фадеев Ф.Ю., СерданА.А., Нестеренко П.Н., Минга-левП.Г., Фурман Д.Б. Химия привих поверхностных соединений / Под ред. Г.В. Лисичкина-М: Физматлит, 2003.592 с, //-2003. 3. Мелихов И.В. /Тенденции развития нанохимии// Рос.хим.ж. (Ж.Рос.хим.обва им Д.И. Менделеева), 2002,Т.ХL VI,№ 5, 7-14с. 4. Чвалун С.Н. /Наноструктурированные полимерные гибридные материалы // М: НИФХИ Труды VII сессии «проблемы и достижения физико-химической и инженерной науки в облости наноматериалов. 2002, т.2. 158-184с. 5. Булатова Р.Р., Бакеева И.В./ Нанокомпозитные гели // Вестник МИТХТ, 2011, т. 6, N1, 3-21с. 6. Hoffman A.S., De Rossi D., Kajiwara K., Osada Y., Yamauchi A./ Poiymer gela. Fundamentals and biomedical applications. –New York. Pienum Pres, 1991, h.289297. 7. Иванчев С.С., Озерин А.Н /Наноструктуры в полимерных системах // Высокомолекулярн. Соединения. Сер. Б. 2006. Т.48, №8, 1531-1544 с. 8. Помогайло А.Д., Гибридные полимер-неорганические нанокомпозиты. // Успехи химии, 2000, Т.69, №1, 60-89с. 9. Д.В. Капустин, В.П. Зубов. Синтез многоцелевых фторполимер и полианилинсодержащих нанкомпозитов и их применение в биосепарауии, биоанализе и диогностике. // Вестник МИТХТ, 2011, т. 6, № 5.с. 21-46. 10. Sorrentino A., Gorrasi G., Vitoria V./ Potential perspectives of bionanocomposites for food packaging applications// Trends Food Sci. Technol. 2007. V.18., p. 84-95.