Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Полимерная мембрана Нафиона с учетом масштабирования имеет ряд сходств с клеточной мембраной. С фундаментальной и прикладной точек зрения актуальными являются исследования взаимодействия полимерной мембраны Нафион с водными растворами различных форм метиленового синего и аскорбиновой кислотой (АСК), поскольку данные растворы используются при борьбе с COVID-19 [1, 2]. Именно такое взаимодействие и изучалось в данной работы. Непосредственно изучали влияние вымачивания Нафиона на коэффициент поверхностного натяжения (КПН) водных растворов МС.
Были использованы растворы — раствор голубого цвета — и его восстановленная форма . Восстановленная форма была получена в результате реакции раствора с водным раствором аскорбиновой кислоты:
Все растворы были приготовлены на дистиллированной воде. Для приготовления раствора метиленового синего () использовали 11 капель (по 0,05 мл) водного раствора (0,6 г на 100 мл воды), добавляли в 50 мл воды и доводили до оптической плотности D = 1. Исходная синяя структура красителя обладает спектром с максимумами поглощения λ (димер) = 615 нм иλ (мономер) = 665 нм [2]. Водный раствор с АСК готовили в пропорциях 5: 1. Для приготовления водного раствора аскорбиновой кислоты использовали 33 г порошка аскорбиновой кислоты на 100 мл дистиллированной воды. В указанных растворах вымачивали пластинки полимера «Нафион» N117 (Sigma Aldrich, USA) толщиной = 175мкм и площадью 2×3 см.
Поверхностное натяжение растворов измеряли методом отрыва металлического кольца (метод Дю Нуи). Было выполнено две серии экспериментов. Первая серия — измерение КПН исходных растворов и , вторая – измерение КПН растворов в процессе вымачивания мембраны Нафион. Вымачивание мембраны осуществляли в чашке Петри в объеме раствора 20 мл. Исследовали кинетику изменения во времени значения КПН растворов и .
На рис. 1 представлена временная зависимость КПН раствора , на рис. 2 — временная зависимость КПН раствора . В обоих случаях коэффициент поверхностного натяжения резко уменьшается. Затем для раствора происходит скачкообразное увеличение значения КПН. В итоге, при вымачивании Нафиона в водном растворе спустя 86 мин после начала вымачивания значение КПН увеличивается на 25 % по сравнению с исходным значением. При вымачивании пластинки Нафиона в водном растворе спустя 86 минут после начала вымачивания значение КПН раствора в итоге уменьшается по сравнению с первоначальным на 4 %. Так как восстановленная форма МС — получена за счет добавления в водный раствор аскорбиновой кислоты, а значение КПН водного раствора аскорбиновой кислоты при комнатной температуре меньше чем у воды на 25,7 %, поэтому мы и наблюдаем кинетику процесса адсорбции лейкоформы МС на поверхность мембраны через измерения КПН раствора. Однако итоговое уменьшение значения КПН раствора после адсорбции, по-видимому, свидетельствует о влиянии на значение КПН раствора остаточной аскорбиновой кислоты в растворе, которая не адсорбировалась в мембрану.
Полученные результаты полезны с точки зрения применения МС и его форм при использовании данных растворов в медицинских целях в качестве антидота, антиоксиданта, а также в борьбе с метгемоглобинией, вирусом COVID-19 и его последствиями [1].
Зависимость коэффициента поверхностного натяжения раствора от присутствия полимерной мембран, в данном случае мембраны Нафиона, скажется на кинетике окислительно-восстановительных реакциях с метиленовым синим. В частности, на реакцию водного раствора с аскорбиновой кислотой. Наличие кинетики коэффициента поверхностного натяжения растворов при вымачивании мембраны, с одной стороны, связаны с процессами диффузии и через поверхность мембраны. С другой стороны, адсорбция в мембрану красителя должна сопровождаться уменьшением МС в растворе. В силу того что базой раствора является дистиллированная вода, то ее коэффициент поверхностного натяжения должен быть больше, чем у МС. Однако раствор, который образуется в результате адсорбции МС на поверхность мембраны, не является чистой водой, так как у дистиллированной воды при комнатной температуре коэффициент поверхностного натяжения составляет 72 мН/м. Возможно, мы косвенно наблюдаем проявление влияния так называемого «эффекта разматывания волокон» Нафиона, о котором написано в работах [3, 4]. По нашему мнению, присутствие Нафиона будет влиять и на процесс кристаллизации растворов органических и неорганических соединений, которые способны адсорбироваться полимерной мембраной Нафион, за счет изменения коэффициента поверхностного натяжения растворов. Дело в том, что критический размер зародыша кристаллизации прямо пропорционален коэффициенту поверхностного натяжения. По сути, мы наблюдаем изменение значение КПН растворов за счет присутствия ионообменной мембраны, что скажется на микро диффузионных потоках как в самом растворе, так и в мембране. Наличие градиента КПН раствора создаст капиллярные конвективные потоки жидкости, похожие по своему содержанию на эффекты Марангони.
