Синтез сложных алюмокобальтовых систем с применением термоактивированного продукта гиббсита

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С использованием методов рентгенофазового, термического, микроскопического, адсорбционного и химического анализов изучена и показана возможность получения высокопроцентных смешанных алюмокобальтовых шпинелей путем гидрохимической обработки при комнатных или гидротермальных условиях суспензий порошка продукта центробежной термической активации гиббсита в водных растворах азотнокислого кобальта. Установлено, что термообработка продуктов гидрохимического взаимодействия – ксерогелей в диапазоне 350–850°С приводит к образованию фаз шпинелей Co3O4 и CoAl2O4 c различным их соотношением в зависимости от условий синтеза. Так, гидрохимическая обработка суспензий при комнатной температуре обеспечивает после прокаливания преимущественное образование фазы Co3O4, в то время как гидротермальная обработка при 150°С приводит к более глубокому взаимодействию компонентов суспензии на стадии обработки, что обеспечивает после термической обработки формирование CoAl2O4. Отмечено, что максимальное содержание шпинели типа CoAl2O4 (90% по данным ТПВ-H2) наблюдается для гидротермального продукта, прокаленного при температуре 850°С. Сделан вывод, что рассмотренный способ позволяет получать сложные алюмокобальтовые соединения с различным соотношением фаз, сократить количество исходных реагентов, стадий приготовления, полностью исключить стоки, а также сократить суммарное количество нитратов на 75 мас. %, по сравнению с нитратной классической схемой соосаждения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Жужгов

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Россия, Новосибирск

А. С. Горкуша

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Е. А. Супрун

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Россия, Новосибирск

А. И. Лысиков

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Л. А. Исупова

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Li F., Duan X. // Struct. Bond. 2006. V. 119. P. 193.
  2. Tian Li., Huang K., Liu Y. et al. // J. Solid State. Chem. 2011. V. 184. P. 2961.
  3. Merikhi J., Jungk H., Feldmann C. // J. Mat. Chem. 2002. V. 10. P. 1311.
  4. Veronesi P., Leonelli C., Bondioli F. // Technologies. 2017. V. 5. P. 42.
  5. Rangappa D., Ohara S., Naka T. et al. // J. Mat. Chem. 2007. V. 17. P. 4426.
  6. Tang Y., Liu Y., Yu S. et al. // J. Power Sour. 2014. V. 256. P. 160.
  7. Khodakov A.Y., Chu W., Fongarland P. et al. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 1692.
  8. Jacobs G., Das T.K., Zhang Y. et al. // App. Catal. A: General. 2002. V. 233. P. 263.
  9. Narayanan S., Unnikrishnan R. // J. Chemical Society, Faraday Transactions. 1998. V. 94. P. 1124.
  10. Gandia L.M., Montes M. // J. Molecular Catal. 1994. V. 94. P. 347.
  11. Ragupathi С., Vijaya J.D., Narayanan S. et al. // Ceram. Intern. 2015. V. 41. P. 2069.
  12. Choya A., Rivas B., Gutiérrez-Ortiz J.I. et al. // Materials. 2019. V. 19. P. 1.
  13. Moraz-Lazaro J.P., Blanco O., Rodriguez-Betancourtt V.M. et al. // Sensor and Actuators B: Chemical. 2016. V. 226. P. 518.
  14. Yang He., Goldbach A., Shen W. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 51. P. 1360.
  15. Das T., Kweon S., Nah In. et al. // Cryogenics. 2015. V. 69. P. 36.
  16. Жужгов А.В., Криворучко О.П., Исупова Л.А. и др. // Катализ промышленности. 2017. Т. 17. № 5. С. 346.
  17. Буянов Р.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2017. Т. 17. № 5. С. 390.
  18. Жужгов А.В., Криворучко О.П., Исупова Л.А. // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 1. С. 50.
  19. Boeva O., Antonov A., Zhavoronkova K. // Catal. Comm. 2021. V. 148. P. 106173.
  20. Lu H.T., Li W., Miandoab E.S. et al. // Front. Chem. Sci. Eng. 2021. V. 15. P. 464.
  21. Aasadni M., Mehrpooya M., Ghorbani B. // J. Cleaner Production. 2021. V. 278. P. 123872.
  22. Wang C., Lui S., Lui L. et al. // J. Mater. Chem. Phys. 2006. V. 96. P. 361.
  23. Casado P.G., Rasines I. // J. Solid state Chem. 1984. V. 52. P. 187.
  24. Li W., Li J., Guo J. // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. V. 23. P. 2289.
  25. Федотов M.A., Тарабан Е.А., Криворучко О.П. и др. // Журн. неорган. химии. 1990. Т. 35. № 5. С. 1226.
  26. Bai C.S., Soled S., Dwight K. // J. Solid State Chem. 1991. V. 91. P. 148.
  27. Fogg A.M., Williams G.R., Chester R. et al. // J. Mater. Chem. 2004. V. 14. P. 2369.
  28. Williams G.R., Moorhouse S.J., Timothy J.P. et al. // Dalton Trans. 2011. V. 40. P. 6012.
  29. Криворучко О.П., Буянов Р.А., Парамзин С.М. и др. // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29. № 1. С. 252.
  30. Буянов Р.А., Криворучко О.П., Золотовский Б.П. // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. 1986. № 11. Вып. 4. С. 39.
  31. Ingram-Jones V.J., Davies R.C.T., Southern J.C. et al. // J. Mat. Chem. 1996. V. 6. P. 73.
  32. Танашев Ю.Ю., Мороз Э.М., Исупова Л.А. и др. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. № 1. С. 161.
  33. Zhuzhgov A.V., Kruglyakov V.Y., Glazneva T.S. et al. // Chemistry. 2022. V. 4. P. 316.
  34. Жужгов А.В., Кругляков В.Ю., Супрун Е.А. и др. // Журн. прикл. химии. 2022. Т. 95. № 4. С. 450.
  35. Zhuzhgov A.V., Isupova L.A., Suprun E.A. et al. // Chem. Engineering. 2023. V. 7. № 4. 71:1–16.
  36. Ivanova Y., Zhuzhgov A., Isupova L. // Inorganic Chemistry Communications. 2024. V. 162. P. 1.
  37. Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО “Принта”, 2010. 288 с.
  38. Косенко Н.Ф. // Изв. высших учебных заведений. 2011. Т. 54. № 5. С. 3.
  39. Krivoruchko O.P., Plyasova L.M., Zolotovskii B.P. et al. // React. Kinet. Catal. Lett. 1983. V. 22. № 3–5. P. 375.
  40. Van Nordstrand R.A., Hettinger W.P., Keith C.D. // Nature. 1956. V. 177. P. 713.
  41. Шефер К.И., Черепанова С.В., Мороз Э.М. и др. // Журн. структур. химии. 2010. Т. 51. № 1. С. 137.
  42. Danilevich V., Isupova L., Parmon V. // Cleaner Engineering and Technology. 2021. V. 3. P. 1.
  43. Исупова Л.А., Иванова Ю.А. // Докл. РАН. Химия, науки о материалах (Докл. Академии наук до 2019 года). 2023. Т. 511. С. 60.
  44. Lin H.K., Wang C.B., Chiu H.C. et al. // Catal. Lett. 2023. V. 86. P. 63.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Порошковые дифрактограммы образцов сравнения гидроксидов и оксидов алюминия: a – псевдобемит, синтезированный классическим методом осаждения по нитратной технологии; б – хорошо окристаллизованный бемит (1), хорошо окристаллизованный байерит (2); в – Al(150)-110 продукт гидратации ЦТА-ГБ в водной среде (без присутствия катионов Co2+), представляющий собой псевдобемит; г – продукты термообработки при 550°С бемита/псевдобемита и байерита, представляющие собой низкотемпературные модификации γ-Al2O3 (1) и η-Al2O3 (2), соответственно.

Скачать (291KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Порошковые дифрактограммы алюмокобальтовых систем после низкотемпературной сушки при 110°С и термообработки в диапазоне 350–850°С: a – образец сравнения CoAl-CОГ-110, синтезированный традиционным методом соосаждения по нитратной технологии; б – образец сравнения CoAl-CОГ-550, полученный путем термообработки CoAl-CОГ-110 при 550°С; в – продукты гидротермальной обработки ЦТА-ГБ в растворах Co2+ в диапазоне концентраций 10–20 мас. %: 1 – 1°СoAl(150)-110, 2 – 15CoAl(150)-110, 3 – 2°СoAl(150)-110; г – продукты комнатной и гидротермальной обработки ЦТА-ГБ в растворах Co2+ со стехиометрической концентрацией в ~33 мас. %: 1 – 33CoAl(150)-110, 2 – 33CoAl(25)-110; д – продукты термообработки образцов в диапазоне 350–850°С гидрохимического взаимодействия ЦТА-ГБ в растворах Co2+ со стехиометрической концентрацией в ~33 мас. %: 1 – CoAl(25)-350, 2 – CoAl(25)-550, 3 – CoAl(25)-850, 4 – CoAl(150)-550, 5 – CoAl(150)-850.

Скачать (538KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Данные термического анализа: a – исходный ЦТА-ГБ, б – Al(150)-110, в – 1°СoAl(150)-110, г – 15CoAl(150)-110, д – 2°СoAl(150)-110, е – 33CoAl(25)-110, ж – 33CoAl(150)-110.

Скачать (530KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривые ТПВ-H2: a – 33CoAl(25)-350, б – 33CoAl(25)-550, в – 33CoAl(150)-550, г – 33CoAl(25)-850, д – 33CoAl(150)-850.

Скачать (337KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Десорбционные кривые распределения пор по размерам: а – 33CoAl(25)-350 (1), 33CoAl(150)-350 (2); б – 33CoAl(25)-550 (1), 33CoAl(150)-550 (2); в – 33CoAl(25)-850 (1), 33CoAl(150)-850 (2).

Скачать (187KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Электронные снимки частиц образца 33CoAl(25)-850 при разных увеличениях: 50 (a), 10 (б), 5 (в), 2 мкм (г).

Скачать (187KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Электронные снимки частиц образца 33CoAl(150)-850 при разных увеличениях: 50 (a), 10 (б), 5 (в), 2 мкм (г).

Скачать (303KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025