RU2813525C1 - Method for producing nickel-zinc ferrite nanopowder - Google Patents
Method for producing nickel-zinc ferrite nanopowder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813525C1 RU2813525C1 RU2023108173A RU2023108173A RU2813525C1 RU 2813525 C1 RU2813525 C1 RU 2813525C1 RU 2023108173 A RU2023108173 A RU 2023108173A RU 2023108173 A RU2023108173 A RU 2023108173A RU 2813525 C1 RU2813525 C1 RU 2813525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrate
- nickel
- mol
- zinc
- iron
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910001053 Nickel-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 title claims description 32
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 35
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 33
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229960002449 glycine Drugs 0.000 claims abstract description 21
- 235000013905 glycine and its sodium salt Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 18
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 19
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 16
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 15
- NQNBVCBUOCNRFZ-UHFFFAOYSA-N nickel ferrite Chemical compound [Ni]=O.O=[Fe]O[Fe]=O NQNBVCBUOCNRFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 12
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012154 double-distilled water Substances 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 5
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 4
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 235000014692 zinc oxide Nutrition 0.000 description 3
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XPFAJCSMHOQBQB-UHFFFAOYSA-N 2-aminoacetic acid;nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O.NCC(O)=O XPFAJCSMHOQBQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PRPFRZNWBZVUPC-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Zn].[Li] Chemical compound [Mn].[Zn].[Li] PRPFRZNWBZVUPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N dinitrooxybismuthanyl nitrate Chemical class [Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 2
- BMGNSKKZFQMGDH-FDGPNNRMSA-L nickel(2+);(z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound [Ni+2].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O BMGNSKKZFQMGDH-FDGPNNRMSA-L 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 2
- RNWHGQJWIACOKP-UHFFFAOYSA-N zinc;oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Zn+2] RNWHGQJWIACOKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001632576 Hyacinthus Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BCKXLBQYZLBQEK-KVVVOXFISA-M Sodium oleate Chemical group [Na+].CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O BCKXLBQYZLBQEK-KVVVOXFISA-M 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- PYRZPBDTPRQYKG-UHFFFAOYSA-N cyclopentene-1-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CCCC1 PYRZPBDTPRQYKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 229940119744 dextran 40 Drugs 0.000 description 1
- MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N dibenzyl ether Chemical group C=1C=CC=CC=1COCC1=CC=CC=C1 MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical class Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZKLAOYSENRNKR-LNTINUHCSA-N iron;(z)-4-oxoniumylidenepent-2-en-2-olate Chemical compound [Fe].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O LZKLAOYSENRNKR-LNTINUHCSA-N 0.000 description 1
- FZWBNHMXJMCXLU-BLAUPYHCSA-N isomaltotriose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1OC[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O)O1 FZWBNHMXJMCXLU-BLAUPYHCSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 238000004917 polyol method Methods 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L sodium dithionite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)S([O-])=O JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способам изготовления наноструктурированных порошков на основе никель-цинковых ферритов, применяемых в качестве основы фотокаталитически активных материалов.The present invention relates to methods for producing nanostructured powders based on nickel-zinc ferrites used as the basis for photocatalytically active materials.
Известен способ изготовления наноструктурированного порошка литий-цинк-марганцевого феррита (см. RU 2768724, МКИ B22F 9/24, B82Y 30/00, C01G 49/00, В82В 3/00, 24.03.2022), включающий смешивание исходных реагентов, содержащих железо Fe, марганец Мп, цинк Zn, литий Li с деионизованной водой с образованием раствора, получение из него наноструктурированного порошка и его нагревание при температуре 600-800°С в течение 2-6 часов и последующее измельчение. При смешивании с деионизованной водой в качестве исходных реагентов используют нитрат железа Fe(NO3)3, нитрат марганца Mn(NO3)2, нитрат цинка Zn(NO3)2, нитрат лития LiNO3 и дополнительно глицин H2NCH2COOH с образованием раствора, содержащего 0,012-0,016 моль/л нитрата лития, 0,018-0,022 моль/л нитрата цинка, 0,004-0,005 моль/л нитрата марганца, 0,048-0,052 моль/л нитрата железа и 0,075-0,26 моль/л глицина, при этом наноструктурированный порошок получают выпариванием полученного раствора с образованием геля и нагреванием его при непрерывном перемешивании до температуры самовоспламенения.There is a known method for producing nanostructured lithium-zinc-manganese ferrite powder (see RU 2768724, MKI B22F 9/24, B82Y 30/00, C01G 49/00, B82B 3/00, 03/24/2022), including mixing initial reagents containing iron Fe, manganese Mn, zinc Zn, lithium Li with deionized water to form a solution, obtaining a nanostructured powder from it and heating it at a temperature of 600-800°C for 2-6 hours and subsequent grinding. When mixed with deionized water, iron nitrate Fe( NO3 ) 3 , manganese nitrate Mn( NO3 ) 2 , zinc nitrate Zn ( NO3 ) 2 , lithium nitrate LiNO3 and additionally glycine H2NCH2COOH with the formation of a solution containing 0.012-0.016 mol/l lithium nitrate, 0.018-0.022 mol/l zinc nitrate, 0.004-0.005 mol/l manganese nitrate, 0.048-0.052 mol/l iron nitrate and 0.075-0.26 mol/l glycine, In this case, a nanostructured powder is obtained by evaporating the resulting solution to form a gel and heating it with continuous stirring to the auto-ignition temperature.
К недостаткам известного способа следует отнести невозможность его использования для получения фотоматериалов из-за низкой удельной площади поверхности и, как следствие, низкой фотокаталитической активности образующегося литий-цинк-марганцевого феррита.The disadvantages of the known method include the impossibility of using it to obtain photographic materials due to the low specific surface area and, as a consequence, the low photocatalytic activity of the resulting lithium-zinc-manganese ferrite.
Известен способ получения мелкодисперсного порошка никель-цинкового феррита (см. RU 2023319, МПК H01F 1/34, B22F 9/24, опубл. 15.11.1994), включающий приготовление исходного раствора солей компонентов материала, его диспергирование, замораживание и сублимационную сушку. В раствор вводят вспомогательный компонент с температурой разложения ниже температуры разложения соли любого из компонентов материала, разлагающийся при термолизе с образованием газообразных соединений, и после сублимационной сушки проводят термическое разложение вспомогательного материала.There is a known method for producing fine powder of nickel-zinc ferrite (see RU 2023319, IPC H01F 1/34, B22F 9/24, publ. November 15, 1994), including the preparation of an initial solution of salts of the components of the material, its dispersion, freezing and sublimation drying. An auxiliary component with a decomposition temperature lower than the decomposition temperature of the salt of any of the components of the material, which decomposes during thermolysis with the formation of gaseous compounds, is introduced into the solution, and after freeze-drying, thermal decomposition of the auxiliary material is carried out.
Недостатком известного способа изготовления никель-цинкового феррита является невозможность получения порошка с удельной поверхностью больше 6,8 м2/г, необходимость использования сублимационной сушки и точного контроля температуры десублиматора (-60°С) и давления в аппарате 0.2 мм рт. ст., что усложняет процесс изготовления порошка.The disadvantage of the known method for producing nickel-zinc ferrite is the impossibility of obtaining a powder with a specific surface area greater than 6.8 m 2 /g, the need to use freeze drying and precise control of the temperature of the desublimator (-60°C) and the pressure in the apparatus of 0.2 mm Hg. Art., which complicates the powder manufacturing process.
Известен способ получения феррита никеля методом осаждения (см. K. Maaz, S. Karim, A. Mumtaz et al. - Synthesis and magnetic characterization of nickel ferrite nanoparticles prepared by co-precipitation route. - Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2009. №321. P. 1838-1842). В качестве исходных веществ используют равные объемы водных растворов 0,2 М хлорида никеля и 0,4 М хлорида железа (III), а в качестве осадителя - гидроксид натрия. К растворам исходных солей добавляют по каплям 3 М раствор гидроксида натрия до рН 12. Затем в реакционный сосуд добавляют олеиновую кислоту для предотвращения окисления атмосферным воздухом и агломерации частиц. Полученную смесь перемешивают в течение 40 минут при температуре 80°С. Отделенный центрифугированием осадок прокаливают в течение 10 часов при температурах 600-1000°С. Результаты рентгенофазового анализа показывают, что получены чистые порошки феррита никеля. По данным просвечивающей электронной микроскопии размер частиц увеличивался при повышении температур.There is a known method for producing nickel ferrite by deposition method (see K. Maaz, S. Karim, A. Mumtaz et al. - Synthesis and magnetic characterization of nickel ferrite nanoparticles prepared by co-precipitation route. - Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2009 No. 321. P. 1838-1842). Equal volumes of aqueous solutions of 0.2 M nickel chloride and 0.4 M iron (III) chloride are used as starting materials, and sodium hydroxide is used as a precipitant. A 3 M sodium hydroxide solution is added dropwise to the solutions of the original salts until pH 12. Then oleic acid is added to the reaction vessel to prevent oxidation by atmospheric air and agglomeration of particles. The resulting mixture is stirred for 40 minutes at a temperature of 80°C. The precipitate separated by centrifugation is calcined for 10 hours at temperatures of 600-1000°C. The results of X-ray phase analysis show that pure nickel ferrite powders were obtained. According to transmission electron microscopy, the particle size increased with increasing temperatures.
К недостаткам известного способа получения феррита никеля следует отнести его сложность и трудоемкость, а именно: необходимость длительной промывки и очистки полученного осадка от анионов и катионов осадителя, многостадийность процесса синтеза, а также необходимость многочасового прокаливания образца.The disadvantages of the known method for producing nickel ferrite include its complexity and labor intensity, namely: the need for long-term washing and purification of the resulting precipitate from anions and cations of the precipitant, the multi-stage nature of the synthesis process, as well as the need for many hours of calcination of the sample.
Известен способ получения наноразмерного порошка феррита никеля (см. RU 2771498, МПК B22F 9/24, B82Y 30/00, С01В 13/18, H01F 1/20, опубл. 05.05.2022), включающий приготовление реакционного раствора из смеси солей никеля и железа (III), взятых в молярном соотношении 1:2, получение осадка в виде порошка, его отделение, сушку и обжиг. Реакционный раствор готовят путем растворения смеси солей хлоридов или нитратов никеля и железа (III) в 10% растворе декстрана 40, получение осадка в виде порошка ведут путем перемешивания полученного реакционного раствора с сильноосновным гелевым анионитом АВ-17-8 в гидроксильной форме при температуре 60°С в течение 1,5 часов, затем смесь фильтруют, а осадок сушат при температуре 80°С в течение 2 часов и обжигают при температуре 650°С в течение 3 часов.There is a known method for producing nano-sized nickel ferrite powder (see RU 2771498, IPC B22F 9/24, B82Y 30/00, C01B 13/18, H01F 1/20, published 05/05/2022), including preparing a reaction solution from a mixture of nickel salts and iron (III), taken in a molar ratio of 1:2, obtaining a precipitate in the form of a powder, separating it, drying and roasting. The reaction solution is prepared by dissolving a mixture of salts of nickel and iron (III) chlorides or nitrates in a 10% solution of dextran 40; a precipitate in the form of a powder is obtained by mixing the resulting reaction solution with a strong basic gel anion exchanger AB-17-8 in hydroxyl form at a temperature of 60° C for 1.5 hours, then the mixture is filtered, and the precipitate is dried at a temperature of 80°C for 2 hours and fired at a temperature of 650°C for 3 hours.
Недостатком известного способа является использование в качестве исходных компонентов хлоридов, от которых тяжело полностью избавиться без длительной обработки полученного конечного продукта, что ухудшает функциональные свойства ферритового порошка.The disadvantage of this known method is the use of chlorides as initial components, which are difficult to completely get rid of without long-term processing of the resulting final product, which worsens the functional properties of the ferrite powder.
Известен способ изготовления никель-цинкового феррита (см. RU 2044353 МПК H01F 1/34, H01F 1/00, B22F 1/00, опубл. 20.09.1995), включающий смешивание исходных ферритообразующих оксидов железа, никеля и цинка, помол, предварительный обжиг, пластифицирование, формование заготовок, спекание, контроль и разбраковку. В качестве оксида цинка берут отход производства гидросульфита натрия.There is a known method for producing nickel-zinc ferrite (see RU 2044353 MPK H01F 1/34, H01F 1/00, B22F 1/00, published 09.20.1995), including mixing the original ferrite-forming oxides of iron, nickel and zinc, grinding, pre-firing , plasticization, molding of blanks, sintering, control and grading. A waste product from the production of sodium hydrosulfite is used as zinc oxide.
К недостаткам известного способа следует отнести использование в качестве исходных компонентов для синтеза оксидов цинка, никеля и железа, что усложняет и удлиняет процесс синтеза и ухудшает поверхностные и функциональные свойства конечного продукта вследствие низкой удельной поверхности и большого размера частиц исходного порошка.The disadvantages of the known method include the use of zinc, nickel and iron oxides as starting components for the synthesis, which complicates and lengthens the synthesis process and worsens the surface and functional properties of the final product due to the low specific surface area and large particle size of the initial powder.
Известен способ получения нанопорошка феррита висмута (см. RU 2641203, см. МПК C01G 29/00, С04В 35/26, B82Y 30/00, B22F 9/24, опубл. 16.01.2018), включающий смешивание нитратов висмута Bi(NO3)3, нитратов железа Fe(NO3)3, глицерина и воды с получением раствора, выпаривание полученного раствора с образованием геля и нагрев его до температуры вспышки с образованием порошка. Упомянутые нитраты висмута и нитраты железа используют в расчетном количестве, необходимом для получения феррита висмута, а глицин - в количестве на 35-50% меньше расчетного количества, при этом выпаривание полученного раствора и нагрев до температуры образуемого геля ведут при непрерывном перемешивании, а полученный после вспышки порошок нагревают до 350-400°С продолжительностью до 30 минут.There is a known method for producing bismuth ferrite nanopowder (see RU 2641203, see IPC C01G 29/00, C04B 35/26, B82Y 30/00, B22F 9/24, published 01/16/2018), including mixing bismuth nitrates Bi(NO 3 ) 3 , iron nitrates Fe(NO 3 ) 3 , glycerin and water to obtain a solution, evaporating the resulting solution to form a gel and heating it to the flash point to form a powder. The mentioned bismuth nitrates and iron nitrates are used in the calculated amount required to obtain bismuth ferrite, and glycine is used in an amount 35-50% less than the calculated amount, while the resulting solution is evaporated and heated to the temperature of the formed gel with continuous stirring, and the resulting solution is flash powder is heated to 350-400°C for up to 30 minutes.
Известный способ позволяет получать нанокристаллический феррит висмута с малым размером частиц с контролируемыми функциональными параметрами без использования сложного и дорого оборудования, однако не подходит для получения никель-цинковых ферритов.The known method makes it possible to obtain nanocrystalline bismuth ferrite with a small particle size with controlled functional parameters without the use of complex and expensive equipment, but is not suitable for the production of nickel-zinc ferrites.
Известен способ получения нанопорошков феррита висмута (см. RU 2556181, МПК B22F 9/00, В82В 3/00, С04В 35/45, опубл. 10.07.2015), включающий получение рассчитанных количеств смесей нитрата висмута Bi(NO3)3 с глицином и нитрата железа Fe(NO3)3 с глицином, добавление в них воды и кислоты с получением растворов, смешивание полученных растворов, выпаривание, нагрев до температуры вспышки и синтез с получением порошка. В качестве кислоты в смесь нитратов добавляют азотную кислоту, выпаривание проводят до плотности 1,14-1,16 г/см3, а нагрев до температуры вспышки осуществляют со скоростью 10-30 град/мин.There is a known method for producing bismuth ferrite nanopowders (see RU 2556181, IPC B22F 9/00, B82B 3/00, C04B 35/45, published July 10, 2015), including obtaining calculated amounts of mixtures of bismuth nitrate Bi(NO 3 ) 3 with glycine and iron nitrate Fe(NO 3 ) 3 with glycine, adding water and acid to them to obtain solutions, mixing the resulting solutions, evaporation, heating to flash point and synthesis to obtain a powder. Nitric acid is added to the nitrate mixture as an acid, evaporation is carried out to a density of 1.14-1.16 g/cm 3 , and heating to the flash point is carried out at a rate of 10-30 degrees/min.
Недостатком известного способа является предназначенность его лишь для получения феррита висмута.The disadvantage of this known method is that it is intended only for the production of bismuth ferrite.
Известен способ получения композита на основе наночастиц феррита никеля (см. WO 2013027909, МПК C01G 49/00, C01G 53/00, C07K 1/14, опубл. 28.02.2013), включающий гидротермальную обработку с использованием хлоридов никеля и железа. На первой стадии исходные хлориды растворяются в воде с добавлением KNO3 для контроля рН с получением гидроксидов железа и никеля. Полученный раствор гидротермально обрабатывают при температуре 200°С в течение 8 часов с получением нанопорошка с высокими значениями удельной поверхности и малым размером частиц.There is a known method for producing a composite based on nickel ferrite nanoparticles (see WO 2013027909, IPC C01G 49/00, C01G 53/00, C07K 1/14, published 02/28/2013), including hydrothermal treatment using nickel and iron chlorides. In the first stage, the original chlorides are dissolved in water with the addition of KNO 3 to control the pH to produce iron and nickel hydroxides. The resulting solution is hydrothermally treated at a temperature of 200°C for 8 hours to obtain a nanopowder with high specific surface area and small particle size.
Недостатком известного способа является необходимость использования гидротермальных автоклавов, что существенно увеличивает время синтеза нанопорошка.The disadvantage of this known method is the need to use hydrothermal autoclaves, which significantly increases the time of nanopowder synthesis.
Известен способ получения наночастиц феррита никеля (CN 113353994, МПК C01G 53/00, опубл. 07.09.2021), включающий получения прекурсоров в виде ацетилацетоната железа, ацетилацетоната никеля, модифицированных с помощью олеиновой кислоты, олеата натрия и бензилового эфира, с их последующим нагреванием в атмосфере азота. Наночастицы феррита никеля, полученные этим способом, имеют узкий дисперсный состав и обладают суперпарамагнитными свойствами.There is a known method for the production of nickel ferrite nanoparticles (CN 113353994, IPC C01G 53/00, published 09/07/2021), including the preparation of precursors in the form of iron acetylacetonate, nickel acetylacetonate, modified with oleic acid, sodium oleate and benzyl ether, with their subsequent heating in a nitrogen atmosphere. Nickel ferrite nanoparticles obtained by this method have a narrow disperse composition and have superparamagnetic properties.
Недостатком известного способа является необходимость получения ацетилацетоната никеля и проведения нагрева в атмосфере азота, что удлиняет и усложняет процесс синтеза.The disadvantage of this known method is the need to obtain nickel acetylacetonate and carry out heating in a nitrogen atmosphere, which lengthens and complicates the synthesis process.
Известен способ получения композита на основе наночастиц феррита никеля (см. US 20140163209, МПК C01G 53/04, опубл. 12.06.2014) с использованием полиольного процесса, включающий одностадийный процесс гидротермального синтеза с добавлением полиольного растворителя, позволяющий синтезировать феррит никеля с малым размером частиц и высокими удельными характеристиками.There is a known method for producing a composite based on nickel ferrite nanoparticles (see US 20140163209, IPC C01G 53/04, published June 12, 2014) using a polyol process, including a one-stage hydrothermal synthesis process with the addition of a polyol solvent, which allows the synthesis of nickel ferrite with a small particle size and high specific characteristics.
Недостатком известного способа является необходимость использования гидротермальных автоклавов, что существенно увеличивает время синтеза нанопорошка и хлоридов и затрудняет отчистку конечного продукта от примесей.The disadvantage of this known method is the need to use hydrothermal autoclaves, which significantly increases the time of synthesis of nanopowder and chlorides and makes it difficult to clean the final product from impurities.
Известен способ получения наночастиц феррита никеля (см. CN 114524470, МПК C01G 53/00, опубл. 24.05.2022) и его применение в качестве стабилизатора для получения водорода. На первой стадии синтеза берут экстрагирующий раствор водного гиацинта, добавляют смешанный раствор соли никеля и соли трехвалентного железа, проводят непрерывную реакцию перемешивания, осуществляют постоянную температурную реакцию нагрева при 95-100°С в ванне с водой и получают вязкий гель, сушат и прокаливают, измельчают, осуществляют промывку и сушку продукта с получением наночастиц феррита никеля. Полученные наночастицы феррита никеля однородны по размерам и имеют хорошую биосовместимость.There is a known method for producing nickel ferrite nanoparticles (see CN 114524470, IPC C01G 53/00, published 05/24/2022) and its use as a stabilizer for hydrogen production. At the first stage of the synthesis, an extracting solution of aqueous hyacinth is taken, a mixed solution of nickel salt and ferric salt is added, a continuous stirring reaction is carried out, a constant temperature heating reaction is carried out at 95-100 ° C in a bath of water and a viscous gel is obtained, dried and calcined, crushed , the product is washed and dried to obtain nickel ferrite nanoparticles. The resulting nickel ferrite nanoparticles are uniform in size and have good biocompatibility.
Недостатком известного способа является длительное время, необходимое на его проведение.The disadvantage of this known method is the long time required to carry it out.
Известен способ приготовления нанопорошка никель-цинкового феррита (см. CN 104645994, МПК B01J 23/80, B01/J 35/10, опубл. 27.05.2014), включающий приготовление исходного реакционного раствора добавлением лимонной кислоты (10,839 г) и глюкозы (6,814 г) к 100 мл бидистиллированной воды с последующим перемешиванием и параллельным приготовлением раствора, содержащего нитрат железа Fe(NO3)3⋅9H2O (13,892 г), нитрат никеля Ni(NO)2⋅6H2O (2 г), нитрат цинка Zn(NO3)2⋅6H2O (2,557 г) и 100 мл бидистиллированной воды, который затем по каплям добавляют в раствор лимонной кислоты и глюкозы с доведением pH до 7 с помощью аммиачной воды с последующим перемешиванием при 80°C с получением вязкого золя, его термическую обработку в сушильной печи при 120°С в течение 12 часов с получением геля черного цвета, помещение его в муфельную печь для термической обработки при 200°С в течение 3 часов для получения наночастиц никель-цинкового феррита состава Ni0.5Zn0.5Fe2O4.There is a known method for preparing nickel-zinc ferrite nanopowder (see CN 104645994, IPC B01J 23/80, B01/J 35/10, publ. 05/27/2014), including preparing the initial reaction solution by adding citric acid (10.839 g) and glucose (6.814 d) to 100 ml of bidistilled water, followed by stirring and parallel preparation of a solution containing iron nitrate Fe(NO 3 ) 3 ⋅9H 2 O (13.892 g), nickel nitrate Ni(NO) 2 ⋅6H 2 O (2 g), nitrate zinc Zn(NO 3 ) 2 ⋅6H 2 O (2.557 g) and 100 ml of double-distilled water, which is then added dropwise to a solution of citric acid and glucose, adjusting the pH to 7 with ammonia water, followed by stirring at 80°C to obtain viscous sol, its heat treatment in a drying oven at 120°C for 12 hours to obtain a black gel, placing it in a muffle furnace for heat treatment at 200°C for 3 hours to obtain nanoparticles of nickel-zinc ferrite of the composition Ni 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 .
Недостатком известного способа изготовления никель-цинкового феррита является необходимость проведения нескольких стадий, включающих в себя получения исходного золя, его отжиг в сушильном шкафу с получением геля и последующей отжиг геля в муфельной печи, что существенно удлиняет процесс производства никель-цинкового феррита. Кроме того, недостатком известного способа является необходимость приготовления двух реакционных растворов лимонной кислоты и глюкозы с их последующим смешением, упариванием и двух термических обработок при 120°С и 200°С.The disadvantage of the known method for producing nickel-zinc ferrite is the need for several stages, including the production of the initial sol, its annealing in a drying oven to produce a gel and subsequent annealing of the gel in a muffle furnace, which significantly lengthens the process of producing nickel-zinc ferrite. In addition, the disadvantage of this known method is the need to prepare two reaction solutions of citric acid and glucose with their subsequent mixing, evaporation and two heat treatments at 120°C and 200°C.
Известен способ изготовления нанопорошка никель-цинкового феррита (см. MARTINSON K.D. et. all. Ni0.4Zn0.6Fe2O4 Nanopowders by Solution-Combustion Synthesis: Influence of Red/Ох Ratio on their Morphology, Structure, and Magnetic Properties. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2020, Vol. 29, No. 4, pp. 202-207), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ приготовления нанопорошка никель-цинкового феррита- прототип включает растворение исходных реагентов в виде нитрата железа(III) Fe(NO3)3, нитрата никеля(II) Ni(NO3)2, нитрата цинка Zn(NO3)2, взятых в соотношении нитрата цинка и никеля как 0.4 к 0.6 соответственно, и аминоуксусной кислоты C2H5NO2 в бидистиллированной воде, нагревание до достижения самовоспламенения, последующую термическую обработку полученного продукта растворного горения и его измельчение.There is a known method for producing nickel-zinc ferrite nanopowder (see MARTINSON KD et. all. Ni 0.4 Zn 0.6 Fe 2 O 4 Nanopowders by Solution-Combustion Synthesis: Influence of Red/Ox Ratio on their Morphology, Structure, and Magnetic Properties. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2020, Vol. 29, No. 4, pp. 202-207), coinciding with the present technical solution in the largest number of essential features and accepted as a prototype. The prototype method for preparing nickel-zinc ferrite nanopowder involves dissolving the starting reagents in the form of iron(III) nitrate Fe( NO3 ) 3 , nickel(II) nitrate Ni( NO3 ) 2 , zinc nitrate Zn( NO3 ) 2 , taken in the ratio of zinc and nickel nitrate as 0.4 to 0.6, respectively, and aminoacetic acid C 2 H 5 NO 2 in double-distilled water, heating until self-ignition is achieved, subsequent heat treatment of the resulting solution combustion product and its grinding.
Недостатком известного способа изготовления нанопорошка никель- цинкового феррита-прототипа является невозможность получения наночастиц размером частиц меньше 24.6 нм, наличие в никель-цинковом феррите большого количества непрореагировавших веществ, в том числе нитратов металлов и аминоуксусной кислоты, и высокой доли аморфной фазы, ухудшающей функциональные свойства конечного продукта.The disadvantage of the known method for producing prototype nickel-zinc ferrite nanopowder is the impossibility of obtaining nanoparticles with a particle size smaller than 24.6 nm, the presence in nickel-zinc ferrite of a large amount of unreacted substances, including metal nitrates and aminoacetic acid, and a high proportion of the amorphous phase, which impairs the functional properties final product.
Задачей настоящего технического решения является разработка способа изготовления нанопорошка никель-цинкового феррита, который бы позволял получать нанопорошок с меньшим размером частиц и высокой степенью кристалличности до 80-100%.The objective of this technical solution is to develop a method for producing nickel-zinc ferrite nanopowder, which would make it possible to obtain nanopowder with a smaller particle size and a high degree of crystallinity up to 80-100%.
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления нанопорошка никель-цинкового феррита включает растворение исходных реагентов в виде нитрата железа(III) Fe(NO3)3, нитрата никеля(II) Ni(NO3)2, нитрата цинка Zn(NO3)2, в бидистиллированной воде, содержащей кислоту, нагревание до достижения самовоспламенения, последующую термическую обработку продукта растворного горения и его измельчение. Новым в способе является то, что в бидистиллированной воде растворяют исходные реагенты с получением водного раствора, содержащего 0,05-0,10 моль/л нитрата(III) железа, 0,025-0,05 моль/л нитрата никеля(II), 0,025-0,05 моль/л нитрата цинка и 0,01-0,05 моль/л аминоуксусной кислоты, а термическую обработку проводят при температуре 400-600°С в течение 2-4 часов.The problem is solved by the fact that the method for producing nickel-zinc ferrite nanopowder involves dissolving the starting reagents in the form of iron(III) nitrate Fe( NO3 ) 3 , nickel(II) nitrate Ni( NO3 ) 2 , zinc nitrate Zn( NO3 ) 2 , in bidistilled water containing acid, heating until self-ignition is achieved, subsequent heat treatment of the solution combustion product and its grinding. What is new in the method is that the starting reagents are dissolved in bidistilled water to obtain an aqueous solution containing 0.05-0.10 mol/l iron(III) nitrate, 0.025-0.05 mol/l nickel(II) nitrate, 0.025 -0.05 mol/l zinc nitrate and 0.01-0.05 mol/l aminoacetic acid, and heat treatment is carried out at a temperature of 400-600°C for 2-4 hours.
Синтез наноструктурированного порошка никель-цинкового феррита в условиях глицин-нитратного горения, а затем его термическая обработка позволяет контролировать качественный и количественный состав путем варьирования состава реакционной смеси, например, количества вводимой в раствор аминоуксусной кислоты, а также температуры и продолжительности термической обработки, что обеспечивает необходимые условия для направленного синтеза нанопорошков с заданными морфологическими, структурными и фотокаталитическими параметрами. В ходе первой стадии получения настоящий способ обеспечивает синтез наночастиц никель-цинкового феррита, обладающих слабокристалличной структурой с высокой долей аморфной фазы. В ходе второй стадии получения процесс термической обработки обеспечивает удаление непрореагировавших реагентов и достижение высоких значений степени кристалличности при незначительном росте среднего размера частиц, что позволяет сохранить высокие удельные характеристики полученных композиций, в том числе - фотокаталитические характеристики.The synthesis of nanostructured nickel-zinc ferrite powder under glycine-nitrate combustion conditions, and then its heat treatment makes it possible to control the qualitative and quantitative composition by varying the composition of the reaction mixture, for example, the amount of aminoacetic acid introduced into the solution, as well as the temperature and duration of heat treatment, which ensures necessary conditions for the targeted synthesis of nanopowders with specified morphological, structural and photocatalytic parameters. During the first stage of production, the present method provides the synthesis of nickel-zinc ferrite nanoparticles having a weakly crystalline structure with a high proportion of amorphous phase. During the second stage of production, the heat treatment process ensures the removal of unreacted reagents and the achievement of high values of the degree of crystallinity with a slight increase in the average particle size, which allows maintaining high specific characteristics of the resulting compositions, including photocatalytic characteristics.
Выбранные диапазоны содержания в исходной реакционной смеси нитрата железа(III) в количестве 0,05-0,10 моль/л, нитрата никеля(II) в количестве 0,025-0,05 моль/л, нитрата цинка в количестве 0,025-0,05 моль/л и аминоуксусной кислоты в количестве 0,01-0,05 моль/л вызваны тем, что при содержании нитрата железа(III) в количестве менее 0,05 моль/л, нитрата никеля(II) менее 0,025 моль/л, нитрата цинка менее 0,025 моль/л, помимо образования основной фазы никель-цинкового феррита, появляются примесные фазы оксидов железа, никеля и цинка, что ухудшает функциональные свойства конечного фотокаталитического материала.Selected ranges of content in the initial reaction mixture of iron(III) nitrate in the amount of 0.05-0.10 mol/l, nickel(II) nitrate in the amount of 0.025-0.05 mol/l, zinc nitrate in the amount of 0.025-0.05 mol/l and aminoacetic acid in an amount of 0.01-0.05 mol/l are caused by the fact that when the content of iron(III) nitrate is less than 0.05 mol/l, nickel(II) nitrate is less than 0.025 mol/l, zinc nitrate less than 0.025 mol/l, in addition to the formation of the main phase of nickel-zinc ferrite, impurity phases of iron, nickel and zinc oxides appear, which worsens the functional properties of the final photocatalytic material.
При выборе диапазонов концентраций в реакционной смеси нитрата железа(III) в количестве более 0,10 моль/л, нитрата никеля(II) более 0,05 моль/л, нитрата цинка более 0,05 моль/л в конечном порошке также образуются примесные фазы оксидов железа, никеля и цинка и происходит ухудшение фотокаталитических и других функциональных характеристик продукта.When choosing concentration ranges in the reaction mixture of iron(III) nitrate in an amount of more than 0.10 mol/l, nickel(II) nitrate more than 0.05 mol/l, zinc nitrate more than 0.05 mol/l, impurities are also formed in the final powder phase of iron, nickel and zinc oxides and the photocatalytic and other functional characteristics of the product deteriorate.
При выборе в реакционном растворе диапазонов содержания аминоуксусной кислоты менее 0,01 моль/л степень кристалличности никель- цинкового феррита находится ниже 20%, что не позволяет достичь целевых значений (80-100) % при дальнейшей термической обработке, что не обеспечивает необходимых функциональных характеристик. В случае присутствия в реакционной смеси аминоуксусной кислоты в количестве более 0,05 моль/л степень кристалличности и средний размер кристалитов достигают слишком высоких значений, что существенно ухудшает удельные фотокатаилические характеристики нанопорошков.When choosing ranges of aminoacetic acid content in the reaction solution of less than 0.01 mol/l, the degree of crystallinity of nickel-zinc ferrite is below 20%, which does not allow achieving target values (80-100)% during further heat treatment, which does not provide the necessary functional characteristics . If aminoacetic acid is present in the reaction mixture in an amount of more than 0.05 mol/l, the degree of crystallinity and the average crystallite size reach too high values, which significantly worsens the specific photocatalytic characteristics of nanopowders.
Температурные интервалы и время выдержки в ходе второй стадии синтеза, заключающейся в термической обработке, обусловлены тем, что при температурной обработке при менее 400°С и продолжительности обработки менее 2 часов не достигаются необходимые условия для синтеза порошка никель-цинкового феррита со степенью кристалличностью не менее 20%, размером частиц не менее 15 нм и морфологической однородностью формы частиц феррита, а при температуре термообработки более 600°С и продолжительности термообработки более 4 часов синтезированные композиции обладают размером частиц более 20 нм, что приводит к снижению удельной площади поверхности и, как следствие, существенно ухудшает фотокаталитические характеристики. Это вызвано тем, что при термической обработке при температуре выше 600°С и продолжительности обработки более 4 часов наблюдается более высокий рост среднего размера частиц.Temperature intervals and holding times during the second stage of synthesis, which consists of heat treatment, are due to the fact that with temperature treatment at less than 400°C and a treatment duration of less than 2 hours, the necessary conditions for the synthesis of nickel-zinc ferrite powder with a degree of crystallinity of at least 20%, particle size of at least 15 nm and morphological uniformity of the shape of ferrite particles, and at a heat treatment temperature of more than 600°C and a heat treatment duration of more than 4 hours, the synthesized compositions have a particle size of more than 20 nm, which leads to a decrease in the specific surface area and, as a consequence, , significantly worsens photocatalytic characteristics. This is due to the fact that during heat treatment at temperatures above 600°C and a treatment duration of more than 4 hours, a higher increase in the average particle size is observed.
Настоящий способ изготовления фото каталитического материала на основе никель-цинкового феррита осуществляют следующим образом.The present method for producing photocatalytic material based on nickel-zinc ferrite is carried out as follows.
Изготавливают водный раствор 0,05-0,10 моль/л нитрата железа(III), 0,025-0,05 моль/л нитрата никеля(II), 0,025-0,05 моль/л нитрата цинка и 0,01-0,05 моль/л аминоуксусной кислоты с использованием соответствующих исходных компонентов с чистотой не ниже 98% по основным веществам с квалификацией не ниже химически чистой при помощи бидистилированной воды при постоянном механическом перемешивании. Полученный исходный реакционный раствор выпаривают до начала процесса самовоспламенения в стеклянном термостойком стакане с достаточным объемом, зависящем от расчетных значений массы получаемого порошка. В ходе первой стадии получения методом глицин-нитратного горения синтезируют исходный порошок никель-цинкового феррита с добавлением аминоуксусной кислоты в количестве 0,01-0,05 моль/л. Полученный таким образом исходный порошок никель-цинкового феррита термически обрабатывают при температуре 400-600°C с продолжительностью обработки 2-4 часа. По завершении процесса термической обработки готовый продукт представляет собой нанопорошок никель-цинкового феррита со средним размером частиц от 15 нм до 25 нм, со степенью кристалличности от 80% до 100%, значениями удельной площади поверхности от 56 м2/г до 124 м2/г, характеризующийся значением эффективности фоторазложения не менее 50% и константой скорости разложения от 0.00851 до 0.00931 мин-1 в отношении метиленового синего (C16H18ClN3S) с начальной концентрацией 50 мг/л в присутствии перекиси водорода (Н2О2) с концентрацией 300 мг/л, фотокатализатора на основе никель-цинкового феррита с концентрацией 200 мг/л под действием светодиодного источника видимого излучения с длинной волны 420 нм мощностью 100 Вт в течение 150 мин.An aqueous solution of 0.05-0.10 mol/l iron(III) nitrate, 0.025-0.05 mol/l nickel(II) nitrate, 0.025-0.05 mol/l zinc nitrate and 0.01-0. 05 mol/l aminoacetic acid using appropriate starting components with a purity of at least 98% for basic substances with a qualification of at least chemically pure using double-distilled water with constant mechanical stirring. The resulting initial reaction solution is evaporated before the start of the self-ignition process in a heat-resistant glass beaker with a sufficient volume, depending on the calculated mass of the resulting powder. During the first stage of production by the glycine-nitrate combustion method, the initial nickel-zinc ferrite powder is synthesized with the addition of aminoacetic acid in an amount of 0.01-0.05 mol/l. The initial nickel-zinc ferrite powder obtained in this way is thermally treated at a temperature of 400-600°C with a treatment duration of 2-4 hours. Upon completion of the heat treatment process, the finished product is a nickel-zinc ferrite nanopowder with an average particle size from 15 nm to 25 nm, with a degree of crystallinity from 80% to 100%, and specific surface area values from 56 m 2 /g to 124 m 2 / g, characterized by a photodecomposition efficiency of at least 50% and a decomposition rate constant from 0.00851 to 0.00931 min -1 in relation to methylene blue (C 16 H 18 ClN 3 S) with an initial concentration of 50 mg/l in the presence of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) with a concentration of 300 mg/l, a photocatalyst based on nickel-zinc ferrite with a concentration of 200 mg/l under the influence of an LED source of visible radiation with a wavelength of 420 nm and a power of 100 W for 150 minutes.
Настоящий способ изготовления фотокаталитического материала на основе никель-цинкового феррита был экспериментального апробирован.The present method for producing photocatalytic material based on nickel-zinc ferrite has been experimentally tested.
Пример 1. Исходную реакционную смесь с содержанием 0,05 моль/л нитрата железа(III), 0,025 моль/л нитрата никеля(II), 0,025 моль/л нитрата цинка и 0,01 моль/л аминоуксусной кислоты готовили растворением в бидистиллированной воде и выпаривали при помощи внешнего нагрева до достижения самовоспламенения. В ходе процесса растворного горения был получен нанопорошок никель-цинкового феррита, который подвергался термической обработке при 400°С в течение 2 часов. В результате был получен фотокаталитический материал на основе наноструктурированного никель- цинкового феррита со степенью кристалличности 80%, средним размером частиц 15 нм, удельной площадью поверхности 124 м2/г, эффективностью фотодеградации метиленового синего 67% и константой скорости разложения 0.00931 мин-1 при проведении фотокаталитических испытаний при условиях, аналогичных указанным выше.Example 1. The initial reaction mixture containing 0.05 mol/L iron(III) nitrate, 0.025 mol/L nickel(II) nitrate, 0.025 mol/L zinc nitrate and 0.01 mol/L aminoacetic acid was prepared by dissolving in double-distilled water and evaporated using external heating until auto-ignition was achieved. During the solution combustion process, nickel-zinc ferrite nanopowder was obtained, which was subjected to heat treatment at 400°C for 2 hours. As a result, a photocatalytic material was obtained based on nanostructured nickel-zinc ferrite with a degree of crystallinity of 80%, an average particle size of 15 nm, a specific surface area of 124 m 2 /g, a methylene blue photodegradation efficiency of 67% and a decomposition rate constant of 0.00931 min -1 when carried out. photocatalytic tests under conditions similar to those indicated above.
Пример 2. Исходную реакционную смесь с содержанием 0,075 моль/л нитрата железа(III), 0,035 моль/л нитрата никеля(II), 0,035 моль/л нитрата цинка и 0,025 моль/л аминоуксусной кислоты готовили растворением в бидистиллированной воде и выпаривали при помощи внешнего нагрева до достижения самовоспламенения. В ходе этого процесса был получен нанопорошок никель-цинкового феррита, который подвергался термической обработке при 500°С в течение 3 часов. В результате был получен фотокаталитический материал на основе наноструктурированного никель- цинкового феррита со степенью кристалличности 92%, средним размером частиц 21 нм, удельной площадью поверхности 87 м2/г, эффективностью фотодеградации метиленового синего 56% и константой скорости разложения 0.00894 мин-1 при проведении фотокаталитических испытаний при условиях, аналогичных указанным выше.Example 2. The initial reaction mixture containing 0.075 mol/l iron(III) nitrate, 0.035 mol/l nickel(II) nitrate, 0.035 mol/l zinc nitrate and 0.025 mol/l aminoacetic acid was prepared by dissolving in double-distilled water and evaporated using external heating until self-ignition is achieved. This process produced nickel-zinc ferrite nanopowder, which was heat treated at 500°C for 3 hours. As a result, a photocatalytic material based on nanostructured nickel-zinc ferrite was obtained with a degree of crystallinity of 92%, an average particle size of 21 nm, a specific surface area of 87 m 2 /g, a methylene blue photodegradation efficiency of 56% and a decomposition rate constant of 0.00894 min -1 when carried out. photocatalytic tests under conditions similar to those indicated above.
Пример 3. Исходную реакционную смесь с содержанием 0,10 моль/л нитрата железа(III), 0,05 моль/л нитрата никеля(II), 0,05 моль/л нитрата цинка и 0,05 моль/л аминоуксусной кислоты готовили растворением в бидистиллированной воде и выпаривали при помощи внешнего нагрева до достижения самовоспламенения. В ходе этого процесса был получен нанопорошок никель-цинкового феррита, который подвергался термической обработке при 600°С в течение 4 часов. В результате был получен фотокаталитический материал на основе наноструктурированного никель-цинкового феррита со степенью кристалличности 100%, средним размером частиц 25 нм, удельной площадью поверхности 56 м2/г, эффективностью фотодеградации метиленового синего 51% и константой скорости разложения 0.00851 мин-1 при проведении фотокаталитических испытаний при условиях, аналогичных указанным выше.Example 3. The initial reaction mixture containing 0.10 mol/l iron(III) nitrate, 0.05 mol/l nickel(II) nitrate, 0.05 mol/l zinc nitrate and 0.05 mol/l aminoacetic acid dissolved in double-distilled water and evaporated using external heating until auto-ignition was achieved. This process produced nickel-zinc ferrite nanopowder, which was heat treated at 600°C for 4 hours. As a result, a photocatalytic material was obtained based on nanostructured nickel-zinc ferrite with a degree of crystallinity of 100%, an average particle size of 25 nm, a specific surface area of 56 m 2 /g, a methylene blue photodegradation efficiency of 51% and a decomposition rate constant of 0.00851 min -1 when carried out. photocatalytic tests under conditions similar to those indicated above.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813525C1 true RU2813525C1 (en) | 2024-02-12 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104645994A (en) * | 2014-12-11 | 2015-05-27 | 王伟 | Preparation method of nickel zinc ferrite nano material |
| US9263174B2 (en) * | 2012-01-17 | 2016-02-16 | Council Of Scientific And Industrial Research | Sintered cobalt ferrites composite material with high magnetostriction |
| RU2641203C2 (en) * | 2016-05-04 | 2018-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Method of producing bismuth ferrite nanopowder |
| RU2768724C1 (en) * | 2021-05-25 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of producing nanostructured powder of lithium-zinc-manganese ferrite |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9263174B2 (en) * | 2012-01-17 | 2016-02-16 | Council Of Scientific And Industrial Research | Sintered cobalt ferrites composite material with high magnetostriction |
| CN104645994A (en) * | 2014-12-11 | 2015-05-27 | 王伟 | Preparation method of nickel zinc ferrite nano material |
| RU2641203C2 (en) * | 2016-05-04 | 2018-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Method of producing bismuth ferrite nanopowder |
| RU2768724C1 (en) * | 2021-05-25 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of producing nanostructured powder of lithium-zinc-manganese ferrite |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MARTINSON K.D. et al. Ni0.4Zn0.6Fe2O4 Nanopowders by Solution-Combustion Synthesis: Influence of Red/Ox Ratio on their Morphology, Structure, and Magnetic Properties. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2020, Vol. 29, No. 4, pp. 202-207. * |
| MARTINSON K.D. et al. Synthesis, Structure, and Antimicrobial Performance of NixZn1-xFe2O4 (x=0, 0.3, 0.7, 1.0) Magnetic Powders toward E. coli, B. cereus, and C. tropicalis. Water, 02.02.2022, 14, 454, p. 1-17. БУЗЬКО В.Ю. и др. Свойства наноразмерного никель-цинкового феррита, полученного различными методами. Неорганические материалы, 2021, том 57, N1, c. 41-46. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pati et al. | Low‐temperature chemical synthesis of nanocrystalline MgAl2O4 spinel powder | |
| Mousavi-Kamazani et al. | A controllable hydrothermal method to prepare La (OH) 3 nanorods using new precursors | |
| BRPI0621262A2 (en) | methods for the production of metal oxide nanoparticles having controlled properties, and nanoparticles and preparations produced therefrom | |
| Benchikhi et al. | Characterization and photoluminescence properties of ultrafine copper molybdate (α-CuMoO 4) powders prepared via a combustion-like process | |
| Slatineanu et al. | The influence of the chelating/combustion agents on the structure and magnetic properties of zinc ferrite | |
| Pan et al. | Zinc titanium glycolate acetate hydrate and its transformation to zinc titanate microrods: synthesis, characterization and photocatalytic properties | |
| RU2404125C2 (en) | Method of preparing zirconium dioxide nanopowder | |
| Perdomo et al. | Low temperature synthesis of high purity nanoscaled BiFeO3 by a fast polymer solution method and their ferromagnetic behavior | |
| Ahn et al. | Synthesis of yttrium iron garnet precursor particles by homogeneous precipitation | |
| CN109865535B (en) | Metastable state cerium oxide or cerium-zirconium solid solution nano material | |
| RU2813525C1 (en) | Method for producing nickel-zinc ferrite nanopowder | |
| Nguyen-Phan et al. | Facile microwave-assisted synthesis and controllable architecture of three-dimensional nickel titanate | |
| Huang et al. | Malate-aided selective crystallization and luminescence comparison of tetragonal and monoclinic LaVO 4: Eu nanocrystals | |
| CN111333098B (en) | Preparation method of cerium dioxide nano cube | |
| Huang et al. | Coordination polymer templated engineering of YVO 4: Eu submicron crystals and photoluminescence | |
| RU2556181C2 (en) | Method of producing single-phase bismuth ferrite nanopowder | |
| Batool et al. | Synthesis and characterization of Zinc-Doped Copper Chromites by sol gel method | |
| Balamurugan et al. | Optical, photocatalytic and (micro)-structural studies of ball milled CeO2 nanomaterials | |
| Mahmoudzadeh et al. | Influence of different fuel additives at different molar ratios on the crystallite phase formation process, structural characteristics and morphology of dispersed zinc ferrite powders by sol-gel auto combustion | |
| Jin et al. | Synthesis of TbMnO3 by microwave assisted method and its photocatalytic activity | |
| Srisombat et al. | Chemical synthesis of magnesium niobate powders | |
| Devi et al. | Sol-gel synthesis and characterisation of nanocrystalline yttrium aluminum garnet nanopowder | |
| RU2569535C1 (en) | Production of superdispersed powders of various oxides with narrow separation of particles by sizes | |
| Senthamilselvi et al. | Microstructure and photocatalytic properties of bismuth oxide (Bi2O3) nanocrystallites | |
| Altaf et al. | Low temperature synthesis and characterization of bismuth ferrite (Bi2Fe4O9) nanoparticles by using hydrothermal method |