Спросить
Войти
Категория: Нанотехнологии

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦАМИ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА НА КРИСТАЛЛИЧНОСТЬ ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМНЫХ ЦЕОЛИТОВ ТИПА ZSM-5

Автор: Радомский Виктор Сергеевич

В.С. Радомский, Е.С. Астапова

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦАМИ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА НА КРИСТАЛЛИЧНОСТЬ ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМНЫХ ЦЕОЛИТОВ ТИПА ZSM-5

The influence of modification high-silica zeolites with Fe2O3 nanoparticles on crystallinity of samples was investigated by IR spectroscopy.

Разработка нанотехнологий и наноматериалов - приоритетное направление развития современных науки и техники. Интерес в мире к нанодисперсным системам неуклонно растет. Об этом свидетельствует энергичная динамика роста бюджетных ассигнований на нанотехнологию. Например, в США с 1997 г. по 2002 г. различные ведомства США в рамках принятой в этой области программы увеличили вложения со 116 до 600 млн долларов [1]. Проведенные маркетинговые исследования показывают, что нанодисперсные порошки во всем мире пользуются большим спросом. Производителей таких порошков крайне мало, поэтому цены на них очень высоки [2]. Так, рыночная цена 1 кг нанодисперсного никеля составляет 6600 евро, меди - 1200 евро, серебра - 19000 евро [3]. Нанодисперсные порошки (НП) могут эффективно применяться в качестве компонентов керамических материалов, используемых для получения:

1) сверхтвердых, высокотемпературных, износостойких, однородных и инертных керамик;
2) восстанавливающих добавок в смазочные материалы;
3) структурно-образующих добавок к сплавам для получения сверхпрочных материалов;
4) катализаторов в химических процессах, в которых уменьшение размеров частиц позволяет воздействовать на кинетику, выход и термодинамику химических реакций;
5) компонентов магнитных сорбентов для транспорта лекарств в организме, для гемосорбции, для выявления болезнетворных клеток;
6) средств защиты растений, микроудобрений, добавок к пище птиц и животных;
7) беспористых (кластерных) электролитических покрытий.

Нами были исследованы высококремнеземные цеолиты, модифицированные наноразмерными порошками оксида железа. Синтез высококремнеземных цеолитов осуществляли гидротермальной кристаллизацией щелочных алюмокремнегелей с использованием в качестве структурообразующей добавки карбамида [4, 6]. При использовании в качестве структурообразующей добавки карбамида алюмокремнегель имел состав: 25Na20-8,5R-Al203-50Si02-2100H20. Алюмокремнегель готовили смешением 100 г жидкого стекла состава 9% Na20, 29% Si02, 62% H20 с раствором карбамида и источником алюминия Al(N03)39H20. В реакционную смесь добавляли 0,5 г ВКЦ-цеолита - в качестве «затравки» для стимулирования образования цеолитной фазы и увеличения скорости кристаллизации и доводили рН смеси до 10,6, приливая 150 мл HN03 (0,1 н).

Полученную массу помещали в стальной автоклав и осуществляли кристаллизацию при температуре 170°С в течение 96 часов. После окончания кристаллизации твердый продукт отделяли от маточного раствора, промывали дистиллированной водой, чтобы удалить органические включения до рН<9, сушили при 100°С в течение 12 часов и прокаливали при 540°С на протяжении 16 часов. Образцы, синтезированные с карбамидом, были переведены в Н-форму обработкой 25% водным раствором NH4Cl при 90°С в течение 4 часов c последующим высушиванием на протяжении 16 часов при 100°С и прокаливанием в атмосфере воздуха при 540оС в течение 6 часов.

Синтезированные цеолиты были модифицированы наноразмерными порошками железа методом механического смешивания. Содержание нанопорошка железа в цеолите составляло: 0,5%;

1%; 5%; 10%. Затем образцы прокаливали на воздухе при температуре 550°С в течение 2 часов для перевода наноразмерных металлов в оксидную форму.

Вследствие механического

воздействия состояние структуры цеолита может измениться. Поэтому представляло определенный интерес выяснить влияние механического смешивания и

модифицирования оксидами на структуру цеолита, степень его кристалличности. Контроль за качеством полученных образцов был осуществлен с помощью ИК-спектроскопии. ИК-спектроскопические исследования проводились на ИК-Фурье спектрометре «8рес1хитОпе» в диапазоне частот 400-4000 см-1. Образцы готовили прессованием таблетки с КБг в воздушной среде в соотношении 1-2 мг цеолита на 300 мг КБг.

ИК-спектры синтезированных

цеолитов приведены на рисунке.

Нами была рассчитана степень кристалличности изучаемых образцов по методике с использованием интенсивностей полос поглощения при 550 и 450 см-1 [5]. Для исследуемых образцов отношение 1550/1450 > 0,75, что указывает на их высокую степень кристалличности (таблица).

Степень кристалличности модифицированных цеолитов

ИК-спектры высококремнеземных цеолитов,

модифицированных наночастицами Бе2О3: 1 - немодифицированный; 2 - модифицированный 1,43% Ге2О3; 3 - 2,86% Ге2О3; 4 - 14,23% Ге2О3; 5 - 28,57% Ге2О3.

Содержание модифицирующей добавки Ге2О3, % Степень кристалличности

0 0,78
1,43 0,78
2,86 0,85
14,29 0,78
28,57 0,82

Как видно из таблицы, для цеолитов при модифицировании не наблюдается закономерности в изменении степени кристалличности в сравнении с исходным образцом. Так как условия смешивания в шаровой вибрационной мельнице были для всех образцов одинаковы, то изменение степени кристалличности может быть обусловлено не разрушением цеолитного каркаса, а условиями синтеза, так как каждый образец цеолита был синтезирован в отдельном автоклаве и незначительное изменение состава реакционной смеси могло повлиять на физико-химические характеристики полученных цеолитов [6].

Таким образом, установлено, что синтезированные цеолиты обладают высокой степенью кристалличности. По данным ИК-спектроскопии, модифицирование высококремнеземных цеолитов наночастицами железа в шаровой мельнице на структуру цеолита существенно не влияет.

1. Уайтсайдс Д., Эйглер Д., Андерс Р., Роко М. и др. Нанотехнологии в ближайшем десятилетии: прогноз направления исследований. - М.: Мир, 2002.
2. Давыдкин В.Ю., Трусов Л.И., Бутягин П.Ю. и др. Структура тугоплавких карбидов, синтезированных механохимическим методом //Механохимический синтез в неорганической химии: Сб. научных трудов. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд.,-1991. - С. 183.
3. Стороженко И.А., Гусейнов Ш.Л., Малашин С.И. Нанодисперсные порошки:методы получения и способы практического применения // Российские нанотехнологии. - 2009. - Т.4, № 1. - С. 27-39.
4. Коробицына Л.Л., Барбашин Я.Е. Физико-химические свойства высококремнеземных цеолитов и их каталитическая активность в реакции синтеза углеводородов // Сб. научных трудов «Синтез на основе продуктов нефтехимии». - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1990. - С. 314-3188.
5. Сборник методик «Методы анализа, исследований и испытаний нефтей и нефтепродуктов» / под ред. Е.М. Никонорова. - М.: Наука, 1986. - Ч. 3.
6. Коробицына Л.Л., Величкина Л.М., Восьмериков А.В., Радомская В.И., Астапова Е.С., Рябова Н.В., Агапятова О.А. Синтез и свойства сверхвысококремнеземных цеолитов типа 2БМ-5 //Журнал неорганической химии. - 2008. - Т. 53, № 2. - С. 169-173.
НАНОМАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМНЫЕ ЦЕОЛИТЫ
Другие работы в данной теме:
Стать экспертом Правила
Контакты
Обратная связь
support@yaznanie.ru
ЯЗнание
Общая информация
Для новых пользователей
Для новых экспертов