RU2642220C1 - Method for preparing metal iron nanoparticles - Google Patents
Method for preparing metal iron nanoparticles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642220C1 RU2642220C1 RU2016135365A RU2016135365A RU2642220C1 RU 2642220 C1 RU2642220 C1 RU 2642220C1 RU 2016135365 A RU2016135365 A RU 2016135365A RU 2016135365 A RU2016135365 A RU 2016135365A RU 2642220 C1 RU2642220 C1 RU 2642220C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- ferrihydrite
- iron
- metal
- spectra
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
- B22F2301/35—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
- B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения магнитных наночастиц железа и может быть использовано в разработке новых биомедицинских технологий.The invention relates to methods for producing magnetic iron nanoparticles and can be used in the development of new biomedical technologies.
Известны различные способы получения наночастиц металлов путем восстановления из солей в растворах водородом или боргидридами металлов.Various methods are known for producing metal nanoparticles by reduction from salts in solutions with hydrogen or metal borohydrides.
Известен способ получения наночастиц металлов (Fe, Со, Ni и др.) [п.РФ №2486130, МПК В82В 3/00, опубл. 27.06.2013], включающий восстановление их из органической соли металла, имеющей формулу M(OOC-R)n, или M(SOC-R)n, где R обозначает алкил, арил, С17Н33-, изоалкил, трет-алкил, алкиларил, диэтиламино-, возможно включающий гидроксильную или аминогруппу, n=l-3, М - металл в условиях термического воздействия при температурах (200-300°С) в среде углеводородного сырья, в качестве которого выступают тяжелые нефти, вакуумные газойли, прямогонные мазуты, гудроны, полугудроны, крекинг-остатки, нефтяные шламы индивидуально или в смеси, а также их смеси с горючими ископаемыми.A known method of producing nanoparticles of metals (Fe, Co, Ni, etc.) [p. RF No. 2486130, IPC
Недостатком данного способа является использование горючего углеводородного сырья.The disadvantage of this method is the use of combustible hydrocarbon feedstocks.
Известен способ получения дисперсии наноразмерных порошков металлов [п. РФ №2410204, МПК B22F 9/24, опубл. 27.01.2011], включающий проведение окислительно-восстановительной реакции формиата соответствующего металла в среде углеводородов с добавлением серосодержащих поверхностно-активных веществ (ПАВ) под действием энергии ультразвуковых колебаний. Данным способом получают устойчивые дисперсии наночастиц золота, платины, кадмия, железа, кобальта, а также серебра в различных углеводородах.A known method of producing a dispersion of nanosized metal powders [p. RF №2410204, IPC B22F 9/24, publ. 01/27/2011], including the conduct of the redox reaction of the formate of the corresponding metal in a hydrocarbon medium with the addition of sulfur-containing surface-active substances (surfactants) under the action of the energy of ultrasonic vibrations. In this way, stable dispersions of nanoparticles of gold, platinum, cadmium, iron, cobalt, and silver in various hydrocarbons are obtained.
Недостатком способа является ограниченность способа, который применим только для соединения металлов в виде формиата.The disadvantage of this method is the limited method, which is applicable only for the connection of metals in the form of formate.
Известны способы восстановления серебра из аммиачного раствора оксида серебра [п. РФ №2448810, МПК B22F 9/24, опубл. 05.04.2011] (аммиачный раствор оксида серебра получают в результате предварительного смешения 4%-ного раствора нитрата серебра в этиловом спирте с 1%-ным раствором гидроксида натрия в этиловым спирте с получением осадка оксида серебра, через который далее пропускают газообразный аммиак до полного растворения осадка) в этиловом спирте под воздействием акустической кавитации в течение 5-15 мин в присутствии этиленгликоля, диэтиленгликоля или глицерина, взятых в качестве органического растворителя. Недостатком способа является его многоэтапность и отсутствие магнитных свойств у получаемых частиц.Known methods for the recovery of silver from an ammonia solution of silver oxide [p. RF №2448810, IPC B22F 9/24, publ. 04/05/2011] (an ammonia solution of silver oxide is obtained by preliminary mixing a 4% solution of silver nitrate in ethyl alcohol with a 1% solution of sodium hydroxide in ethyl alcohol to obtain a silver oxide precipitate, through which ammonia gas is then passed until it is completely dissolved precipitate) in ethanol under the influence of acoustic cavitation for 5-15 minutes in the presence of ethylene glycol, diethylene glycol or glycerol taken as an organic solvent. The disadvantage of this method is its multi-stage and lack of magnetic properties of the resulting particles.
Известен способ получения водного золя магнитных порошков на основе железа [«Способ получения устойчивого водного золя на основе магнитных наночастиц ферригидрита РФ, п. №2457074, Cl B22F 9/24, 27.07.2012], включающий получение устойчивого золя наночастиц ферригидрита, полученных в результате культивирования бактерий Klebsiella oxytoca, выделенных из сапропеля озеро Боровое Красноярского края. В результате высушивания золя получается магнитный порошок.A known method of producing a water sol of magnetic powders based on iron ["A method of producing a stable water sol based on magnetic nanoparticles of ferrihydrite of the Russian Federation, p. No. 2457074, Cl B22F 9/24, 07/27/2012], comprising obtaining a stable sol of nanoparticles of ferrihydrite obtained as a result cultivation of bacteria Klebsiella oxytoca isolated from sapropel Lake Borovoe, Krasnoyarsk Territory. As a result of drying the sol, a magnetic powder is obtained.
Недостаток способа заключается в низких значениях намагниченности насыщения наночастиц ферригидрита (~ 30 Гс), что ограничивает области их применения. Для сравнения намагниченность насыщения ферромагнитного Fe с объемоцентрированной кубической упаковкой (ОЦК) составляет 1700 Гс.The disadvantage of this method is the low values of the saturation magnetization of the nanoparticles of ferrihydrite (~ 30 G.), which limits the scope of their application. For comparison, the saturation magnetization of ferromagnetic Fe with a body-centered cubic packing (BCC) is 1700 G.
Наиболее близким аналогом по назначению является способ получения магнитного нанопорошка на основе железа, раскрытый в [UA 105662 С2, B22F 9/22, 10.06.2014 г.]. В данном изобретении разработан способ получения ферромагнитного порошка Fe3O4 - магнетита в результате разложения оксалата железа в углеводородной среде (парафин, стеарин), при температуре 450-470°С в течение 2-2,5 часов с последующей деагломерацией порошка в среде органического растворителя (спирты, альдегиды, кетоны, эфиры) с помощью ультразвука.The closest analogue to the intended purpose is a method for producing magnetic nanopowder based on iron, disclosed in [UA 105662 C2, B22F 9/22, 06/10/2014]. The present invention developed a method for producing a ferromagnetic powder Fe 3 O 4 - magnetite by decomposition of iron oxalate in a hydrocarbon medium (paraffin, stearin), at a temperature of 450-470 ° C for 2-2.5 hours, followed by deagglomeration of the powder in an organic medium solvent (alcohols, aldehydes, ketones, esters) using ultrasound.
Недостаток данного способа заключается в его многоэтапности. На первом этапе осуществляют приготовление сухого порошка оксалата железа. На втором этапе используется печь с высокими температурами 450-470°С, в которой в результате разложения углеводородов в течение 2-2,5 часов формируются железосодержащие порошки. На третьем этапе в результате ультразвуковой обработки происходит деагломерация порошка Fe3O4 - магнетита. Намагниченность насыщения Fe3O4 - магнетита составляет 430 Гс, что более чем в 3 раза ниже намагниченности ОЦК - Fe.The disadvantage of this method is its multi-stage. At the first stage, dry iron oxalate powder is prepared. At the second stage, a furnace with high temperatures of 450-470 ° C is used, in which iron-containing powders are formed as a result of the decomposition of hydrocarbons within 2-2.5 hours. At the third stage, as a result of ultrasonic treatment, deagglomeration of the Fe 3 O 4 powder, magnetite, occurs. The saturation magnetization of Fe 3 O 4 - magnetite is 430 G, which is more than 3 times lower than the magnetization of bcc - Fe.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка способа приготовления ферромагнитных наночастиц ОЦК - Fe из золей наночастиц ферригидрита с органической составляющей после ультразвуковой обработки в режиме кавитации.The technical result of the invention is the development of a method for the preparation of bcc - Fe ferromagnetic nanoparticles from sols of ferrihydrite nanoparticles with an organic component after ultrasonic treatment in cavitation mode.
Технический результат достигается тем, что в способе получения металлических наночастиц железа с объемоцентрированной кубической упаковкой из водного золя на основе наночастиц ферригидрита, полученных в результате культивирования бактерий Klebsiella oxytoca, выделенных из сапропеля озера Боровое Красноярского края, новым является то, что указанный золь обрабатывают в режиме кавитации в течение 4-24 минут на аппарате серии "Волна" УЗТА-0,4/22-ОМ с интенсивностью ультразвукового воздействия >10 Вт/см2 и частотой 22 кГц, с обеспечением восстановления металла в виде осадка из металлических наночастиц, который затем сепарируют и высушивают.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing metal iron nanoparticles with a body-centered cubic package of water sol based on ferrihydrite nanoparticles obtained by culturing the bacteria Klebsiella oxytoca isolated from the sapropel of Lake Borovoye in the Krasnoyarsk Territory, it is new that this sol is processed in the mode cavitation for 4-24 minutes on the unit series "Wave" UZTA-0,4 / 22-OM with the intensity of sonication> 10 W / cm 2 and a frequency of 22 kHz, ensuring recovery m thallium as a precipitate of metal nanoparticles which is then separated and dried.
Таким образом, заявляемый способ получения металлических наночастиц железа с объемоцентрированной кубической упаковкой отличается от прототипа тем, что указанный золь обрабатывают в режиме кавитации в течение 4-24 минут на аппарате серии "Волна" УЗТА-0,4/22-ОМ с интенсивностью ультразвукового воздействия >10 Вт/см2 и частотой 22 кГц, с обеспечением восстановления металла в виде осадка из металлических наночастиц, который затем сепарируют и высушивают.Thus, the inventive method for producing metal iron nanoparticles with a body-centered cubic packaging differs from the prototype in that the said sol is processed in the cavitation mode for 4-24 minutes on the apparatus of the series "Wave" UZTA-0.4 / 22-OM with the intensity of ultrasonic exposure > 10 W / cm 2 and a frequency of 22 kHz, with the provision of metal recovery in the form of a precipitate from metal nanoparticles, which are then separated and dried.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данных и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».The features distinguishing the claimed technical solution from the prototype are not identified in other technical solutions when studying data and related areas of technology and, therefore, provide the claimed solution with the criterion of "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен ИК-спектр биогенных наночастиц ферригидрита. На фиг. 2 представлены мессбауэровские спектры ферригидрита химического - а) и биогенного - b) происхождения; исходные наночастицы - 1, после ультразвуковой обработки в воде - 2 и после ультразвуковой обработке в растворе альбумина - 3.The invention is illustrated by drawings. In FIG. Figure 1 shows the IR spectrum of biogenic nanoparticles of ferrihydrite. In FIG. 2 shows the Mössbauer spectra of chemical ferrihydrite - a) and biogenic - b) origin; initial nanoparticles - 1, after ultrasonic treatment in water - 2 and after ultrasonic treatment in a solution of albumin - 3.
Оболочка наночастиц ферригидрита биогенного происхожденияShell of ferrihydrite nanoparticles of biogenic origin
Устойчивость полученного золя (отсутствие конгломерации) наночастиц ферригидрита, описанного в патенте [РФ, п. №2457074, опубл. 27.07.2012], обеспечивалась естественной органической оболочкой наночастиц. Функциональные группы органических молекул обладают характеристическими колебаниями, которым соответствуют полосы поглощения в определенных областях ИК-спектров, поэтому такие функциональные группы могут быть идентифицированы на основании их полос поглощения. ИК-спектры, представленные на фиг. 1, для образцов биогенного ферригидрита были получены на вакуумном Фурье-спектрометре Bruker-Vertex 80V на прессованных таблетках с бромидом калия диаметром 13 мм и толщиной -0.55 мм. Частицы ферригидрита тщательно растирались в порошок и смешивались с KBr, также тщательно перетертым в пропорциях 1:100, соответственно. Смесь прессовалась под вакуумом гидравлическим прессом при давлении от 10 и до 104 Н/см2. ИК-Фурье [L. Anghel, М. Balasoiu, L.A. Ishchenko, S.V Stolyar, T.S. Kurkin, A.V Rogachev, A.I. Kuklin, Y.S. Kovalev, Y.L. Raikher, R.S. Iskhakov, G. Duca, J. Phys. Conf. Ser. 351 (2012) 012005] спектры, показали пик 3255.0-3216.2 см-1, характерный для ОН валентных колебаний (фиг. 1). Пик при 2929.5-2926.8 см-1 соответствует СН колебаниям С; 1406,2 см-1 указывает на наличие ОСН, СОН и ССН групп. Эти пики четко указывают на наличие глюкозы [Ibrahim М, Alaam М, El-Haes Н, et. al. 2006 Eel. Quim. Sao Paulo 31(3) 14-21]. Кроме того, полоса 1311,1 см-1 указывает на СО связь полисахарида. Данные результаты указывают на то, что наночастицы биогенного ферригидрита встроены в железосвязывающие экзополисахариды. Кроме того, полосы 636,3 см-1 и 1546,6 см-1 подтвердили наличие амина I и II белков.The stability of the obtained Zola (lack of conglomeration) of nanoparticles of ferrihydrite described in the patent [RF, p. No. 2457074, publ. July 27, 2012], was provided by the natural organic shell of nanoparticles. Functional groups of organic molecules have characteristic vibrations, which correspond to absorption bands in certain regions of the IR spectra; therefore, such functional groups can be identified based on their absorption bands. The IR spectra shown in FIG. 1, for biogenic ferrihydrite samples were obtained on a Bruker-Vertex 80V vacuum Fourier spectrometer on pressed tablets with potassium bromide with a diameter of 13 mm and a thickness of -0.55 mm. The ferrihydrite particles were thoroughly ground into powder and mixed with KBr, also thoroughly ground in proportions of 1: 100, respectively. The mixture was pressed under vacuum with a hydraulic press at a pressure of from 10 to 104 N / cm 2 . IR Fourier [L. Anghel, M. Balasoiu, LA Ishchenko, SV Stolyar, TS Kurkin, AV Rogachev, AI Kuklin, YS Kovalev, YL Raikher, RS Iskhakov, G. Duca, J. Phys. Conf. Ser. 351 (2012) 012005] spectra showed a peak of 3255.0-3216.2 cm -1 , characteristic of OH stretching vibrations (Fig. 1). The peak at 2929.5-2926.8 cm -1 corresponds to CH vibrations of C; 1406.2 cm -1 indicates the presence of OCH, SON and CCH groups. These peaks clearly indicate the presence of glucose [Ibrahim M, Alaam M, El-Haes H, et. al. 2006 Eel. Quim. Sao Paulo 31 (3) 14-21]. In addition, the band 1311.1 cm -1 indicates the CO bond of the polysaccharide. These results indicate that biogenic ferrihydrite nanoparticles are embedded in iron-binding exopolysaccharides. In addition, bands of 636.3 cm -1 and 1546.6 cm -1 confirmed the presence of amine I and II proteins.
Получение наночастиц ферригидрита химическим способом.The preparation of ferrihydrite nanoparticles by a chemical method.
Поскольку биогенные наночастицы ферригидрита характеризуются наличием органической оболочки, нами были изготовлены наночастицы ферригидрита таких же размеров, что и биогенные наночастицы (~ 3 нм), но в результате химического осаждения. [F.M. Michel, L. Ehm, S.M. Antao, P.L. Lee, P.J. Chupas, G. Liu, D.R. Strongin, M.A.A. Schoonen, B.L. Phillips, J.B. Parise, Science (80-.). 316 (2007) 1726]. Был использован хлорид железа (III). При доведении рН до нейтрального значения раствором щелочи выпадал осадок, собираемый на фильтре. Полученный осадок промывался и высушивался при комнатной температуре. После высушивания образующиеся порошки исследовались методом мессбауэровской спектроскопии. Мессбауэровские измерения проведены с источником Co57(Cr), имеющим ширину линии на полувысоте 0.24 мм/с на поглотителе из порошка нитропруссида натрия. Толщина исследуемых образцов составляла 5-10 мг/см2 по естественному содержанию железа, при которой интенсивности линий спектра линейно связаны с содержанием железа в фазе. Расшифровку спектров проводили в два этапа. На первом этапе определяли распределение вероятности квадрупольных расщеплений P(QS) в экспериментальных спектрах. По положению максимумов и особенностей на зависимостях P(QS) определяли число и ориентировочные величины параметров сверхтонкой структуры неэквивалентных позиций ионов железа. Эту информацию использовали на втором этапе расшифровки спектра при построении модельного спектра и подгонки его к экспериментальному спектру при варьировании всего набора параметров сверхтонкой структуры. На фиг. 2 кривые 1(a), 1(b) приведены спектры мессбауэровской спектроскопии наночастиц ферригидрита, полученных химическим способом, и в результате культивирования микроорганизмов, соответственно. В таблице 1 представлены результаты расшифровки полученных мессбауэровских спектров.Since biogenic nanoparticles of ferrihydrite are characterized by the presence of an organic shell, we fabricated ferrihydrite nanoparticles of the same size as biogenic nanoparticles (~ 3 nm), but as a result of chemical deposition. [FM Michel, L. Ehm, SM Antao, PL Lee, PJ Chupas, G. Liu, DR Strongin, MAA Schoonen, BL Phillips, JB Parise, Science (80-.). 316 (2007) 1726]. Iron (III) chloride was used. When the pH was adjusted to a neutral value, an alkali solution precipitated a precipitate collected on the filter. The resulting precipitate was washed and dried at room temperature. After drying, the resulting powders were studied by Mössbauer spectroscopy. Mössbauer measurements were carried out with a Co 57 (Cr) source having a line width at half maximum 0.24 mm / s on an absorber made of sodium nitroprusside powder. The thickness of the studied samples was 5-10 mg / cm 2 in terms of the natural iron content, at which the intensities of the spectrum lines are linearly related to the iron content in the phase. The interpretation of the spectra was carried out in two stages. At the first stage, the probability distribution of quadrupole splitting P (QS) in the experimental spectra was determined. The number and approximate values of the hyperfine structure parameters of nonequivalent positions of iron ions were determined from the positions of the maxima and features in the P (QS) dependences. This information was used at the second stage of decoding the spectrum when constructing a model spectrum and fitting it to the experimental spectrum when varying the entire set of parameters of the hyperfine structure. In FIG. 2 curves 1 (a), 1 (b) show the spectra of Mössbauer spectroscopy of nanoparticles of ferrihydrite obtained by a chemical method, and as a result of the cultivation of microorganisms, respectively. Table 1 presents the results of decoding the obtained Mössbauer spectra.
Результаты ультразвуковой обработки в режиме кавитации золя биогенных наночастиц ферригидрита и золя наночастиц ферригидрита, полученных химическим способом.The results of ultrasonic processing in the cavitation mode of a sol of biogenic nanoparticles of ferrihydrite and a sol of nanoparticles of ferrihydrite obtained by a chemical method.
Золи биогенных наночастиц ферригидрита и наночастиц ферригидрита, полученных химическим способом, были подвергнуты ультразвуковой обработки в режиме кавитации на аппарате серии "Волна" УЗТА-0,4/22-ОМ ООО «Центр ультразвуковых технологий», г. Бийск. Интенсивность ультразвукового воздействия >10 Вт/см2, частота 22 кГц. Время обработки составляло 4-24 минут.The sols of biogenic ferrihydrite nanoparticles and ferrihydrite nanoparticles obtained chemically were subjected to ultrasonic treatment in the cavitation mode on the apparatus of the Volna series UZTA-0.4 / 22-OM Center of Ultrasonic Technologies LLC, Biysk. The intensity of ultrasonic exposure> 10 W / cm 2 the frequency of 22 kHz. The processing time was 4-24 minutes.
На фиг. 2 приведены спектры Мессбауэра, полученные при комнатной температуре, наночастиц биогенного ферригидрита (кривая 2(b)) и наночастиц ферригидрита, полученных химическим способом (кривая 2(a)) после ультразвуковой обработки в режиме кавитации. Кривая 2(b) характеризуется секстетом. В таблице 1 представлены результаты расшифровки спектров. Результаты расшифровки свидетельствуют о наличии металлических наночастиц ОЦК-Fe (α-Fe) в осадках биогенных наночастиц после кавитационной обработки.In FIG. Figure 2 shows the Mössbauer spectra obtained at room temperature, biogenic ferrihydrite nanoparticles (curve 2 (b)) and chemically obtained ferrihydrite nanoparticles (curve 2 (a)) after ultrasonic treatment in the cavitation mode. Curve 2 (b) is characterized by a sextet. Table 1 presents the results of decoding the spectra. The decoding results indicate the presence of metal bcc-Fe (α-Fe) nanoparticles in sediments of biogenic nanoparticles after cavitation treatment.
Спектры Мессбауэра наночастиц ферригидрита, полученных химическим осаждением, подвергнутых ультразвуковой обработке в режиме кавитации остались неизменными (см. кривые 2(а) и 2(b) на фиг. 2). Таким образом, наличие ОЦК фазы Fe после кавитационной обработки наночастиц ферригидрита определяется наличием органической составляющей. Для проверки данного утверждения нами был выполнен следующий эксперимент. Химические наночастицы ферригидрита и биогенные наночастицы ферригидрита были обработаны ультразвуком в режиме кавитации в растворе бычьего сывороточного белка альбумина (BSA - коммерческий продукт). На фиг. 2 приведены спектры Мессбауэра наночастиц ферригидрита, полученных химическим способом, после ультразвуковой обработки в растворе альбумина (кривая 3(a)) и биогенных наночастиц ферригидрита, (кривая 3(b)). Кривые 3(а) и 3(b) характеризуется секстетом. В таблице 1 представлены результаты расшифровки спектров. Результаты расшифровки свидетельствуют о наличии металлических наночастиц ОЦК-Fe в осадках как химически полученных наночастиц, так и в биогенных наночастицах после кавитационной обработки в растворе альбумина.Mossbauer spectra of nanoparticles of ferrihydrite obtained by chemical deposition, subjected to ultrasonic treatment in the cavitation mode remained unchanged (see curves 2 (a) and 2 (b) in Fig. 2). Thus, the presence of the bcc phase of Fe after cavitation treatment of ferrihydrite nanoparticles is determined by the presence of an organic component. To verify this statement, we performed the following experiment. Chemical ferrihydrite nanoparticles and biogenic ferrihydrite nanoparticles were sonicated in cavitation mode in a solution of bovine serum albumin protein (BSA, a commercial product). In FIG. Figure 2 shows the Mossbauer spectra of chemically produced ferrihydrite nanoparticles after ultrasonic treatment in an albumin solution (curve 3 (a)) and biogenic ferrihydrite nanoparticles (curve 3 (b)). Curves 3 (a) and 3 (b) are characterized by a sextet. Table 1 presents the results of decoding the spectra. The decoding results indicate the presence of bcc Fe metal nanoparticles in the sediments of both chemically obtained nanoparticles and biogenic nanoparticles after cavitation treatment in an albumin solution.
Таблица 1. Мессбауэровские параметры ферригидритов. IS - изомерный химический сдвиг относительно ОЦК-Fe, QS - квадрупольное расщепление, W - ширина линии поглощения, Η - сверхтонкое поле на ядре железа, А - долевая заселенность позиции.Table 1. Mossbauer parameters of ferrihydrites. IS is the isomeric chemical shift relative to bcc Fe, QS is the quadrupole splitting, W is the absorption line width, Η is the hyperfine field on the iron core, A is the fractional occupancy of the position.
Итак, мессбауэровские спектры 2а, 3а, 3b характеризуются секстетом с параметрами ОЦК-Fe и парамагнитным дублетом суперпарамагнитных наночастиц ферригидрита. В парамагнитной составляющей спектров 2b, 3а, 3b, а также в спектрах 1а, 1b, 2а регистрируются три основные неэквивалентные позиции ионов Fe3+, имеющих октаэдрическую координацию. Эти позиции можно разделить на две группы: позиции Fel и Fe2 с относительно малой степенью искажения локальной симметрии, QS(Fel) ~ 0.4-0.5 мм/с и QS(Fe2) ~ 0.7-0.8 мм/с, и позиции Fe3 с большой степенью искажения, QS(Fe3) ~ 1 - 1.5. Кристаллическая структура ферригидрита обсуждалась в работе [S.V. Stolyar, О.А. Bayukov, Y.L. Gurevich, R.S. Ishkakov, V.P. Ladygina, Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 71 (2007) 1286]. Регистрируемые при комнатной температуре мессбауэровские секстеты с параметрами ОЦК-Fe указывают на то, что размер образующихся ферромагнитных частиц превышает 100
При акустической кавитации происходит образование, пульсация и схлопывание образующихся газовых пузырьков в обрабатываемой ультразвуком жидкости. Схлопывание газовых пузырьков сопровождается концентрированным выделением энергии, что приводит к целому ряду процессов: эмиссии света, эрозии поверхности, диспергированию твердых тел и т.д. [Маргулис М.А. Основы звукохимии. М.: Высшая школа, 1984]. Реализующиеся высокие значения локальной температуры и давления, в сочетании с чрезвычайно быстрым охлаждением обеспечивают уникальные возможности для протекания химических реакций. В поле ультразвуковых волн происходит расщепление молекулы воды на свободные радикалы. В результате последующих реакций образуется молекулярный водород (Н2), перекись водорода (Н2О2), свободные радикалы Н, ОН, ОН2, О2Н, сольватированные электроны. Радикалы ОН2, О2Н, перекись водорода являются окислителями. Атомарный водород, сольватированный электрон - восстановителями. С помощью ультразвукового воздействия ранее были получены наноструктурные металлы, сплавы, карбиды и сульфиды, устойчивые коллоиды, биоматериалы [S.J. Doktycz, K.S. Suslick, Science 247 (1990) 1067].With acoustic cavitation, the formation, pulsation and collapse of the resulting gas bubbles in the ultrasonic processed liquid occurs. The collapse of gas bubbles is accompanied by concentrated energy release, which leads to a number of processes: light emission, surface erosion, dispersion of solids, etc. [Margulis M.A. The basics of sound chemistry. M .: Higher school, 1984]. The realized high values of local temperature and pressure, combined with extremely fast cooling, provide unique opportunities for chemical reactions. In the field of ultrasonic waves, a water molecule splits into free radicals. As a result of subsequent reactions, molecular hydrogen (Н 2 ), hydrogen peroxide (Н 2 О 2 ), free radicals Н, ОН, ОН 2 , О 2 Н, and solvated electrons are formed. The radicals OH 2 , O 2 H, hydrogen peroxide are oxidizing agents. Atomic hydrogen, solvated electron - reducing agents. By means of ultrasonic treatment, nanostructured metals, alloys, carbides and sulfides, stable colloids, and biomaterials were previously obtained [SJ Doktycz, KS Suslick, Science 247 (1990) 1067].
Во всех выполненных нами экспериментах, при которых регистрировалось восстановление металла, в суспензиях присутствовала органическая составляющая.In all our experiments, in which the reduction of metal was recorded, an organic component was present in the suspensions.
Преимущества способа заключаются в демонстрации процесса восстановления окисленных форм железа до металлического состояния в результате кавитационной обработки.The advantages of the method are to demonstrate the process of reducing oxidized forms of iron to a metallic state as a result of cavitation treatment.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135365A RU2642220C1 (en) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | Method for preparing metal iron nanoparticles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135365A RU2642220C1 (en) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | Method for preparing metal iron nanoparticles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2642220C1 true RU2642220C1 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=61023680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016135365A RU2642220C1 (en) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | Method for preparing metal iron nanoparticles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642220C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755216C1 (en) * | 2020-11-20 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ФЕРРМЕ ГРУПП" | Method for producing highly dispersed iron-containing powders from technological waste from underground water treatment stations |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2410204C1 (en) * | 2009-05-25 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" | Method of producing dispersion of metal nanopowders |
| RU2457074C1 (en) * | 2011-03-24 | 2012-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of producing ferrihydrite nanoparticles |
| UA105662C2 (en) * | 2011-12-05 | 2014-06-10 | Інститут Проблем Матеріалознавства Ім. І.М. Францевича Нан України | Method for producing nanodisperse ferromagnetic powder |
| RU2523643C2 (en) * | 2012-11-06 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Production of suspensions of metal and metal compounds superfine particles and device to this end |
-
2016
- 2016-08-30 RU RU2016135365A patent/RU2642220C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2410204C1 (en) * | 2009-05-25 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" | Method of producing dispersion of metal nanopowders |
| RU2457074C1 (en) * | 2011-03-24 | 2012-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of producing ferrihydrite nanoparticles |
| UA105662C2 (en) * | 2011-12-05 | 2014-06-10 | Інститут Проблем Матеріалознавства Ім. І.М. Францевича Нан України | Method for producing nanodisperse ferromagnetic powder |
| RU2523643C2 (en) * | 2012-11-06 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Production of suspensions of metal and metal compounds superfine particles and device to this end |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755216C1 (en) * | 2020-11-20 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ФЕРРМЕ ГРУПП" | Method for producing highly dispersed iron-containing powders from technological waste from underground water treatment stations |
| WO2022108488A1 (en) | 2020-11-20 | 2022-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФЕРРМЕ ГРУПП" | Method for obtaining fine iron-containing powders |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Samrot et al. | A review on synthesis, characterization and potential biological applications of superparamagnetic iron oxide nanoparticles | |
| Siddiqui et al. | Fabrication of advance magnetic carbon nano-materials and their potential applications: a review | |
| Morel et al. | Sonochemical approach to the synthesis of Fe3O4@ SiO2 core− shell nanoparticles with tunable properties | |
| Ren et al. | Nitrogen-doped graphene oxide aerogel anchored with spinel CoFe2O4 nanoparticles for rapid degradation of tetracycline | |
| Ansari et al. | Eco-friendly synthesis, crystal chemistry, and magnetic properties of manganese-substituted CoFe2O4 nanoparticles | |
| Dung et al. | Preparation and characterization of magnetic nanoparticles with chitosan coating | |
| Samrot et al. | Surface-engineered super-paramagnetic iron oxide nanoparticles for chromium removal | |
| Fan et al. | Study on formation mechanism by monitoring the morphology and structure evolution of nearly monodispersed Fe3O4 submicroparticles with controlled particle sizes | |
| Yazid et al. | Co-precipitation synthesis of magnetic nanoparticles for efficient removal of heavy metal from synthetic wastewater | |
| Kharisov et al. | Handbook of less-common nanostructures | |
| Chernyak et al. | Sintered Fe/CNT framework catalysts for CO2 hydrogenation into hydrocarbons | |
| Khataee et al. | Cerium-substituted magnetite: Fabrication, characterization and sonocatalytic activity assessment | |
| Sharifi Dehsari et al. | Optimizing the binding energy of the surfactant to iron oxide yields truly monodisperse nanoparticles | |
| Cheraghipour et al. | Environmentally friendly magnetic chitosan nano-biocomposite for Cu (II) ions adsorption and magnetic nano-fluid hyperthermia: CCD-RSM design | |
| RU2642220C1 (en) | Method for preparing metal iron nanoparticles | |
| Bagheri et al. | Novel Au-Fe3O4 NPs Loaded on Activated Carbon as a Green and High Efficient Adsorbent for Removal of Dyes from Aqueous Solutions: Application of Ultrasound Wave and Optimization | |
| Setoodeh et al. | A comparative study for evaluating the performance of five coatings applied on Fe3O4 nanoparticles for inhibition of asphaltene precipitation from crude oil | |
| Ye et al. | Direct continuous synthesis of oleic acid-modified Fe3O4 nanoparticles in a microflow system | |
| Liu et al. | Comparison of the effects of microcrystalline cellulose and cellulose nanocrystals on Fe 3 O 4/C nanocomposites | |
| Nguyen et al. | Advancement of microwave-assisted biosynthesis for preparing Au nanoparticles using Ganoderma lucidum extract and evaluation of their catalytic reduction of 4-nitrophenol | |
| Zhu et al. | Synthesis of cerium dioxide nanoparticles by gas/liquid pulsed discharge plasma in a slug flow reactor | |
| Hu et al. | Size and shape effects of MnFe 2 O 4 nanoparticles as catalysts for reductive degradation of dye pollutants | |
| Naghash-Hamed et al. | The efficacy of carbon quantum dots decorated magnetic metal ferrite nanocomposites in reducing of 4-nitrophenol | |
| Murugesan et al. | Green synthesis of silver nano particles from marine alga Gracilaria edulis | |
| Amar et al. | Adsorptive removal of congo red dye from aqueous solutions using Mo-doped CoFe2O4 magnetic nanoparticles |