RU2761849C1 - Способ получения нанопорошка триоксида ванадия - Google Patents
Способ получения нанопорошка триоксида ванадия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761849C1 RU2761849C1 RU2021118215A RU2021118215A RU2761849C1 RU 2761849 C1 RU2761849 C1 RU 2761849C1 RU 2021118215 A RU2021118215 A RU 2021118215A RU 2021118215 A RU2021118215 A RU 2021118215A RU 2761849 C1 RU2761849 C1 RU 2761849C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vanadium
- nanopowder
- hcoo
- vanadium trioxide
- annealing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0019—Forming specific nanostructures without movable or flexible elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
- C01G31/02—Oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической промышлености и нанотехнологии и может быть использовано при производстве высокоэнергетических литиевых батарей, химических источников тока, датчиков, электрохимических и оптических устройств, катализаторов окисления органических и неорганических веществ. В качестве исходного сырья берут соль, содержащую ванадий - формиат ванадила VO(HCOO)2 .H2O, и проводят её отжиг при 500-650оС в атмосфере гелия в течение 0,5-1 ч. Полученный нанопорошок триоксида ванадия V2O3 не содержит других примесных фаз, а также углерода. Изобретение позволяет получить указанный нанопорошок в одну стадию без использования дополнительных органических соединений. 2 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к нанотехнологии (наноиндустрии), конкретно к технологии получения наноразмерных оксидов ванадия(III), имеющих большой потенциал применения при производстве высокоэнергетических литиевых батарей, химических источников тока, датчиков, катализаторов окисления органических и неорганических веществ, а также различных электрохимических и оптических устройств.
Известен способ получения триоксида ванадия V2O3, включающий тщательное перемешивание V2O5 и VH2 в агатовой ступке, добавление этанола и брикетирование в металлической пресс-форме. Брикет шихты помещают в стакан из молибденовой фольги, который в свою очередь загружают в вакуумную печь и вакуумируют до давления 9·10-4 мм рт. ст. Температуру в печи поднимают до 600°С и выдерживают при этой температуре в течение 5 ч. Затем температуру в печи поднимают до 1300 - 1500°С и выдерживают при этой температуре в течение 6 ч. Затем температуру снижают до 20°С со скоростью естественного остывания (SU 1329086, МПК C01G 31/02, 1994 год).
Недостатками известного способа являются технологическая сложность и длительность процесса.
Известен способ получения триоксида ванадия V2O3, включающий подготовку исходного вещества для обжига, обжиг с известкованием, выщелачивание, отделение нерастворимого осадка, смешивание продукта выщелачивания с омыленной органической фазой для проведения экстракции, обработку продуктов экстрации серной кислотой с получением осадка поливанадата аммония, который восстанавливают с получением V2O3(патент RU 2456241, МПК C01G 31/02, 2012 год).
Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная многостадийностью и длительностью процесса.
Известен способ получения наноразмерного порошка триоксида ванадия V2O3, включающий в качестве исходных реагентов H2C2O4·2H2O, аскорбиновую кислоту, N2H4·2HCl, гидрохлорид гидразина или гидроксиламина или два или более восстановителя для приготовления раствора VOCl2 в среде соляной кислоты; затем в атмосфере CO2, N2 или Ar осуществляют реакцию раствора VOCl2 с пересыщенным раствором (NH4)2CO3 или NH4HCO3 для получения карбоната аммония ванадила(IV), измельчение полученного продукта до ≤2 мкм ультразвуком в абсолютном этаноле с последующим пиролизом в потоке газа H2 и температуре 500-1000°C в течение 0,5 -3 часа, получают порошок V2O3 с размерами частиц менее 100 нм (патент CN 1147449; МПК C04B 35/495, C04B 35/622; 2004 год).
Недостатками известного способа являются его сложность, обусловленная его многостадийностью, в частности использованием ультразвуковой обработки, использование высокотоксичных гидрохлорида гидразина или гидроксиламина, использование высоких температур (предпочтительный температурный интервал отжига 650-850оС). Кроме того, возможно загрязнение конечного продукта углеродом.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения V2O3 с размерами частиц от 100 нм. Способ включает стадию получения смеси метаванадат аммония, гидрохлорида гидроксиламина и этиленгликоля, которую обрабатывают в гидротермальных условиях с различным временем перемешивания, а затем полученный продукт обжигают при температуре 720-740 ° C в атмосфере азота в течение 3-4 часов (заявка CN 109368694, МПК C01G 31/02, H01M 10/0525, H01M 4/48; 2019 год)(прототип).
К недостаткам известного способа относится его сложность, обусловленная необходимостью обработки смеси реагентов в гидротермальных условиях, а также возможность загрязнения конечного продукта углеродом за счет использование токсичных гидрохлорида гидроксиламина и этиленгликоля.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой способ получения нанопорошка триоксида ванадия V2O3.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения нанопорошка триоксида ванадия V2O3, включающем использование в качестве исходного сырья соль, содержащую ванадий, и отжиг в инертной атмосфере, в котором в качестве соли, содержащей ванадий, используют формиат ванадила VO(HCOO)2 .H2O, а отжиг ведут при температуре 500-650оС в атмосфере гелия в течение 0.5 – 1 час.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения триоксида ванадия в виде наноразмерных частиц с использованием в качестве исходного формиата ванадила в предлагаемых условиях.
Авторами были определены условия, позволяющие получать наноразмерный оксид ванадия (III) простым и технологичным способом. Было установлено, что существенным фактором, определяющим состав и структуру конечного продукта, является условия выбора ванадийсодержащей соли и проведения процесса отжига. Этим условиям полностью соответствует использование формиата ванадила VO(HCOO)2 .H2O, поскольку эта соль включает в свой состав источник ванадия в виде иона ванадила VO2+, и анион карбоновой кислоты в виде формиатной группы, препятствующий окислению ванадия до пятивалентного состояния. Обязательным условием получения оксида ванадия (III) в наноразмерном состоянии является отжиг VO(HCOO)2 .H2O в инертной атмосфере в предлагаемых условиях. Формиат ванадила VO(HCOO)2 .H2O – комплексная ванадийсодержащая соль карбоновой (муравьиной) кислоты. В анионе ион ванадила VO2+, в котором ванадий находится в четырехвалентном состоянии (более восстановленная форма ванадия по сравнению с V2O5 или метаванадатом аммония NH4VO3). Формиат-анион HCOO- в составе VO(HCOO)2 .H2O при отжиге обеспечивает восстановительную атмосферу, что позволяет снижать температуру и время термообработки. В процессе отжига внутри молекулы VO(HCOO)2 .H2O происходит разрушение связи HCOO-VO-OOCH, распад аниона 2HCOO- на 2CO2 и H2 (или CO и H2O) и удаление газообразных продуктов, что приводит к образованию пустот и пор внутри образующегося V2O3. Это обеспечивает повышение дисперсности продукта до наносостояния. Отжиг формиата ванадила напрямую в воздушной атмосфере приводит к формированию крупных агломератов микронных размеров. В случае несоблюдения указанных температурных интервалов при отжиге в инертной атмосфере приводит к появлении в конечном продукте примесных фаз: при температуре ниже 500оС возможно образование углерода и фаз переменного состава VnO2n-1. Выше 650оС возможно агломерирование и частичное оплавление V2O3.
Заявленный способ отличается хорошей воспроизводимостью, позволяет получить V2O3 в одну ступень.
На фиг. 1 представлена рентгенограмма оксида ванадия V2O3 , полученная при отжиге формиата ванадила в атмосфере гелия.
На фиг. 2 приведено СЭМ изображения V2O3, полученная при отжиге VO(HCOO)2 .H2O в атмосфере гелия.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Берут порошок формиата ванадила VO(HCOO)2 .H2O и помещают его в трубчатую печь, после чего проводят отжиг в атмосфере гелия при температуре 500 ÷ 650 оС в течение 0,5-1,0 часа. Полученный продукт аттестуют следующими методами: фазовый состав подтвержден с помощью рентгенофазового анализа, проведенного на XRD-7000 (SHIMADZU) с вторичным монохроматором Cu Kα излучения с поликристаллическим кремнием, используемым в качестве внутреннего стандарта. Анализ рентгенограмм осуществляли с помощью программы PowderCell. По данным РФА полученный порошок имеет ромбоэдрическую структуру триоксида ванадия V2O3 (фиг. 1). Морфологию образцов изучали с использованием сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6390LA. Согласно СЭМ агрегаты V2O3 представляют собой рыхлые образования, состоящие из кристаллитов размером 10-15 нм (фиг. 2).
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Берут 2,5 г. формиата ванадила VO(HCOO)2 .H2O помещают в трубчатую печь, синтез ведут в атмосфере гелия при 500°С в течение 1 часа. Полученный на выходе порошок черного цвета согласно данным РФА и СЭМ имеет ромбоэдрическую структуру триоксида ванадия V2O3 (Фиг. 1). Размер кристаллитов не превышает 15 нм (Фиг. 2).
Пример 2. Берут 1,5 г. формиата ванадила VO(HCOO)2 .H2O помещают в трубчатую печь, синтез ведут в атмосфере гелия при 650°С в течение 0.5 часа. Полученный на выходе порошок черного цвета согласно данным РФА и СЭМ имеет ромбоэдрическую структуру триоксида ванадия V2O3. Размер кристаллитов не превышает 20 нм.
Таким образом, авторами предлагается простой способ получения нанопорошка триоксида ванадия V2O3 в одну стадию без использования дополнительных органических соединений.
Claims (1)
- Способ получения нанопорошка триоксида ванадия V2O3, включающий использование в качестве исходного сырья соль, содержащую ванадий, и отжиг в инертной атмосфере, отличающийся тем, что в качестве соли, содержащей ванадий, используют формиат ванадила VO(HCOO)2 .H2O, а отжиг ведут при температуре 500-650оС в атмосфере гелия в течение 0,5-1 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021118215A RU2761849C1 (ru) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | Способ получения нанопорошка триоксида ванадия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021118215A RU2761849C1 (ru) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | Способ получения нанопорошка триоксида ванадия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2761849C1 true RU2761849C1 (ru) | 2021-12-13 |
Family
ID=79175141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021118215A RU2761849C1 (ru) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | Способ получения нанопорошка триоксида ванадия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761849C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1329086A1 (ru) * | 1985-07-02 | 1994-07-15 | Институт химии Уральского научного центра АН СССР | Способ получения оксида ванадия (iii) |
CN1347856A (zh) * | 2001-11-23 | 2002-05-08 | 中山大学 | V2o3基纳米粉体及其制备方法 |
RU2456241C2 (ru) * | 2008-11-18 | 2012-07-20 | Панган Груп Стил Ванадиум & Титаниум Ко., Лтд. | Способ получения оксида ванадия с использованием экстракции |
RU2562989C1 (ru) * | 2013-04-01 | 2015-09-10 | ПаньГан Груп Паньчжихуа Айрон энд Стил Рисерч Инститьют Ко., Лтд. | Способ приготовления оксида ванадия |
CN109368694A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-22 | 吉林大学 | 不同直径尺寸的球形多孔的r相v2o3及其制备方法 |
RU2739773C1 (ru) * | 2020-07-08 | 2020-12-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения наноструктурированных полых микросфер оксида ванадия (варианты) |
-
2021
- 2021-06-23 RU RU2021118215A patent/RU2761849C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1329086A1 (ru) * | 1985-07-02 | 1994-07-15 | Институт химии Уральского научного центра АН СССР | Способ получения оксида ванадия (iii) |
CN1347856A (zh) * | 2001-11-23 | 2002-05-08 | 中山大学 | V2o3基纳米粉体及其制备方法 |
RU2456241C2 (ru) * | 2008-11-18 | 2012-07-20 | Панган Груп Стил Ванадиум & Титаниум Ко., Лтд. | Способ получения оксида ванадия с использованием экстракции |
RU2562989C1 (ru) * | 2013-04-01 | 2015-09-10 | ПаньГан Груп Паньчжихуа Айрон энд Стил Рисерч Инститьют Ко., Лтд. | Способ приготовления оксида ванадия |
CN109368694A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-22 | 吉林大学 | 不同直径尺寸的球形多孔的r相v2o3及其制备方法 |
RU2739773C1 (ru) * | 2020-07-08 | 2020-12-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения наноструктурированных полых микросфер оксида ванадия (варианты) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТЕПЛОНОГОВ М.А., БАРАНЧИКОВ А.Е., Гидротермальная обработка V2O5 в присутствии формамида, Тезисы докладов IX Конференции Молодых Учёных по Общей и Неорганической Химии, ИОНХ РАН, 9-12 апреля 2019 года, Москва, 2019, с. 293. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9757702B2 (en) | Systems and methods for purifying and recycling lead from spent lead-acid batteries | |
Boschini et al. | Preparation of nanosized barium zirconate powder by thermal decomposition of urea in an aqueous solution containing barium and zirconium, and by calcination of the precipitate | |
US20080247931A1 (en) | Method for Producing Multi-Constituent, Metal Oxide Compounds Containing Alkali Metals,and thus Produced Metal Oxide Compounds | |
CN1476413A (zh) | 微粒颗粒的制造 | |
CN111186859B (zh) | 一种超细v2o5粉末、其生产方法及用途 | |
KR101316620B1 (ko) | 고순도 나노입자 이산화망간 제조방법 | |
RU2761849C1 (ru) | Способ получения нанопорошка триоксида ванадия | |
Moon et al. | Hydrothermal synthesis and formation mechanisms of lanthanum tin pyrochlore oxide | |
JP6763228B2 (ja) | 酸化ニッケル微粉末の製造方法 | |
JP5763069B2 (ja) | アルデヒドを用いた水熱合成反応の制御方法 | |
Zandevakili et al. | Synthesis of lithium ion sieve nanoparticles and optimizing uptake capacity by taguchi method | |
JPS61186219A (ja) | 鉛含有微粉末の製造法 | |
Srisombat et al. | Chemical synthesis of magnesium niobate powders | |
CN111094189A (zh) | 制备电极活性材料的方法 | |
JP5509725B2 (ja) | 酸化ニッケル粉末及びその製造方法 | |
KR101111462B1 (ko) | 암모늄 포름산을 이용한 다공성 은 분말의 제조방법 | |
RU2354610C2 (ru) | Способ получения нанопорошков оксида иттрия | |
JPH10509942A (ja) | 平均バナジウム酸化状態が少なくとも+4であるが+5より低い、本質的にv▲下2▼ o▲下5▼ を含まない酸化バナジウムであって、好ましくは本質的にv▲下6▼ o▲下13▼ 、vo▲下2▼ またはそれらの任意の混合物からなる酸化バナジウムのnh▲下4▼ vo▲下3▼からの合成法 | |
CN114829296A (zh) | 过氧化锂的粒度调节方法和粒度被调节的锂氧化物的制备方法 | |
JP2012206868A (ja) | 易溶解性三酸化モリブデンの製造方法および易溶解性三酸化モリブデン | |
KR100420276B1 (ko) | 발화합성법에 의한 산화아연(ZnO) 분말의 제조방법 | |
RU2240974C2 (ru) | Способ получения высокодисперсных литий металл оксидов | |
JPH08333117A (ja) | 多孔質球状酸化チタン粒子の製造方法 | |
KR102509269B1 (ko) | 산화니켈 나노 입자의 제조 방법 | |
RU2813525C1 (ru) | Способ изготовления нанопорошка никель-цинкового феррита |