О возможности применения метода ЯМР-томографии при исследовании процессов концентрирования и сушки неорганических гидрозолей

Abstract

The method of Magnetic resonance imaging (MRI) is a non destructive and local one, which is an important requirement in the research of structure formation processes in colloidal systems. This method has recently found some application in different fields of chemistry and material sciences, however, its usage is quite limited. One of the objectives is to construct consistent phenomenological models allowing one to use the parameters being measured within the framework of the given method to describe the processes occurring in the system: solid phase sedimentation, structure formation, phase interfaces, phase transitions etc. The present work involves observing the evolution of water nano-diamond dispersion in the free evaporation process of the dispersion medium under normal conditions. For the comparative analysis two samples with the same mass concentration of 0.3 % were prepared by fractionation from the initial nano-diamond dispersion, one sample being relatively coarse without non-aggregated particles, the other being fine, containing non-aggregated particles. In the course of the experiment, during the whole process of the solid phase concentration at the dispersion medium evaporation, the time profiles of the spin-lattice relaxation T 1 along the central vertical axis of the samples were periodically registered. The qualitative comparison of the profile behavior with the typical models of inorganic suspension behavior showed that Т 1 was in good correlation with the local density of the solid phase and could be used to describe evolutionary changes of such systems. The result obtained suggests the perspective of the MRI for the research of the evolution of inorganic suspensions with proton-containing dispersion media.

Метод ЯМР-томографии – неразрушающий и локальный, что является важным требованием при исследовании процессов структурообразования в коллоидных системах. Этот метод в последнее время находит применение в различных областях химии и материаловедения, однако широко пока не используется. Одна из задач – построение непротиворечивых феноменологических моделей, которые позволяют использовать параметры, измеряемые в рамках данного метода, для описания процессов, происходящих в системе: седиментации твердой фазы, структурообразования, формирования границ раздела фаз, фазовых переходов и др. В данной работе проведено наблюдение за эволюцией водной наноалмазной дисперсии в процессе свободного испарения дисперсионной среды при нормальных условиях. Для сравнительного анализа путем разделения на фракции из исходной наноалмазной дисперсии были приготовлены два образца одинаковой массовой концентрации 0,3 % – относительно крупная, не содержащая неагрегированных чистиц, и мелкая, содержащая неагрегированные частицы. В процессе эксперимента в течение всего процесса концентрирования твердой фазы при испарении дисперсионной среды периодически регистрировались профили времен спин-решеточной релаксации T 1 вдоль центральной вертикальной оси образцов. Качественное сопоставление поведения профилей с типичными моделями поведения неорганических суспензий показало, что время релаксации Т1 хорошо коррелирует с локальной плотностью твердой фазы и может быть использовано для описания эволюционных изменений подобных систем. Полученный результат говорит о перспективности метода ЯМР-томографии для исследования эволюции неорганических суспензий с протонсодержащими дисперсионными средами.