Физическая химия. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия
Получение гранулированного науглероживателя
Статья научная
Предложена технология изготовления гранулированного науглероживателя на основе графитированных или обожженных пылевидных отходов электродного производства с использованием в качестве связующего раствора поливинилового спирта (ПВС). Оптимальное соотношение пыли и связующего 70 : 30 мас. %. Получен малозольный, малосернистый карбюризатор с размерами гранул более 0,5 мм.
Бесплатно
Статья научная
Разработана методика химического синтеза наночастиц меди в мицеллах поверхностно-активного вещества (ПАВ) катионного типа - цетилпиридиния хлорида (ЦПХ), выступающего в роли стабилизатора. За счет варьирования объемов восстановителя гидразина при фиксированном значении pH реакционной среды найдены оптимальные условия синтеза наночастиц меди с размером в пределах 40-280 нм. Полученные наночастицы меди представляют интерес для использования в таких областях, как электроника и химия. Синтезированные наночастицы меди охарактеризованы с помощью методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и спектрофотометрии.
Бесплатно
Получение малоизнашиваемых платинированных титановых анодов
Статья научная
Рассмотрен способ изготовления малоизнашиваемых анодов из полупродуктов производства концентрата металлов платиновой группы посредством платинирования титановых матриц, удовлетворяющих условиям протекания электродных процессов в азотнокислых электролитах при электроэкстракции серебра в технологии аффинажа.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются основные способы получения углеродных композитных наноматериалов и выделяется метод термолиза как один из основных методов. Для понимания сущности процессов термического разложения как метода синтеза углеродных наноматериалов были рассмотрены ароматические карбоксилаты железа (III). Это 8-гидроксихинолинат, бензоат, салицилат, фталат, п-аминобензоат железа (III). В статье подробно рассматривается методика синтеза этих карбоксилатов железа (III) в простых условиях. Процесс термического разложения проводился в двух средах (воздушная как окислительная и аргоновая как нейтральная) для сравнения получаемых продуктов. Для подробного изучения процессов разложения карбоксилатов железа (III) использовались методы термического анализа (ТГ и ДСК) на синхронном термоанализаторе Netzsch 449 Jupiter. Для изучения морфологии и состава продуктов применялись методы рентгенофазового анализа, оптической и сканирующей электронной микроскопии и рентгенофлуоресцентного микроанализа. Использовались приборы: рентгеновский дифрактометр Rigaku Ultima IV и сканирующий электронный микроскоп с приставкой элементного микроанализа Jeol JSM-7001F. По полученным результатам были рассчитаны предполагаемые формулы исходных карбоксилатов железа (III). Также были предложены механизмы процессов, протекающих при термическом разложении ароматических карбоксилатов железа (III). Для более точного определения состава продуктов синтеза карбоксилатов железа (III) и более точного описания процессов термического разложения этих солей также были подвергнуты термическому разложению и соответствующие ароматические карбоновые кислоты. В приложении к статье находятся данные для более точной интерпретации результатов и более подробного описания процессов термического разложения.
Бесплатно
Получение стеклоуглеродных микросфер для электрохимического анализа
Статья научная
В статье рассмотрена новая методика получения стеклоуглеродных микросфер в растворах, содержащих фурфуриловый спирт, этиленгликоль, изооктилфенолдекаэтиленгликоль (ОП-10) и серную кислоту, приведена морфология микросфер, а также результаты их электрохимического тестирования в растворе 0,1 M KCl, 0,005 M K3[Fe(CN)6], 0,005 M K4[Fe(CN)6. С помощью бесконтактного термометра была установлена зависимость между температурой раствора в процессе синтеза (выделяющейся в ходе теплотой реакции поликонденсации) и объемом добавляемой кислоты. Полученные в растворе полимерные микросферы отмывались, сушились и прокаливались при температуре 900 °С. Полученные материалы исследовались методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентного элементного анализа. Элементный анализ показал, что материалы содержат около 98 % углерода, а также менее 2 % калия, меди, кислорода, серы и железа. Сканирующая электронная микроскопия показала, что микросферы имеют правильную сферическую форму, развитую поверхность и диаметр от 0,5 до 10 мкм. На основании данных о характерных размерах микросфер, определенных методом динамического рассеяния света, были построены зависимости их размеров от соотношения реагентов при синтезе. На основе микросфер готовили пасту для электрода с массовым соотношением микросферы : вакуумное масло = 80 : 10. Данную смесь перемешивали до однородной пасты и набивали в трубчатый электрод диаметром 3 мм. Методом циклической вольтамперометрии определены значения пикового тока и пикового потенциала электрода с чистыми микросферами, а для лучшего образца - еще и с добавлением гексаферрита бария как электрохимического катализатора. Из девятнадцати исследованных растворов для синтеза наиболее перспективным является раствор, содержащий 100 мл этиленгликоля, 5 мл фурфурилового спирта, 5 мл ОП-10, 50 мл серной кислоты.
Бесплатно
Получение ферритовой керамики BaFe(11,9-х)Mn0,1TixO19 методом твердофазной реакции
Статья научная
Гексаферрит бария - один из таких материалов, который нашел применение в области электроники, энергетики. Важны его особые магнитные свойства: высокая коэрцитивная сила, магнитная проницаемость и т. д. В последнее время к блочной структуре этого материала проявлен большой интерес со стороны научного сообщества, что выражено в высокой публикационной активности. Однако до сих пор не представлен исчерпывающий обзор структуры и свойств замещённого марганцем и титаном гексаферрита бария. Именно эти легирующие элементы, согласно теоретическим обоснованиям, должны в значительной мере модифицировать кристаллическую решётку и свойства исследуемого объекта. В данной работе объектом исследования являются ферритные материалы со структурой магнетоплюмбита. Целью исследования является получение замещённого феррита состава BaFe(11,9-x)Mn0,1TixO19, где x = 0,1; 0,5 и 1. В ходе исследования была отработана технология получения исследуемого вещества методом твердофазного синтеза. Показано, что оптимальная температура синтеза составляет 1400 °С при выдержке 5 часов. Контроль химического состава осуществляли с помощью сканирующей электронной микроскопии с функцией микроанализа. Также было определено, что полученные керамические образцы имеют большое количество микропор, средний размер которых лежит в диапазоне 5-50 мкм. Оценка параметров элементарной ячейки синтезируемого вещества проведена с помощью рентгеноструктурного анализа. Выявлена немонотонность изменения параметров элементарной ячейки. Установлена корреляция в изменении температуры Кюри с увеличением концентрации легирующих элементов методом дифференциальной сканирующей калориметрии.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследована возможность интеркаляции тиодиацетат-анионов в структуру магний-алюминиевых слоистых двойных гидроксидов методом соосаждения и методом анионного обмена. Методом рентгенофазового анализа и КР-спектроскопии показано, что тиодиацетат-анионы внедряются в межслоевое пространство СДГ. Полученные материалы представляют интерес как сорбенты для ионов тяжелых металлов.
Бесплатно
Противодействие живых систем развитию возрастной катаракты. Физико-химическое объяснение
Статья научная
Одновременно в живых системах проходят процессы, которые приводят как к увеличению энтропии (хаоса), так и к ее уменьшению. Уменьшение энтропии возможно только в открытых системах и связано с непрерывным потоком к ним энергоемких соединений, таких как глюкоза, окисление которой энергетически сопряжено с синтезом АТФ - универсальным носителем химической энергии для обеспечения функционирования живых систем. При окислении энергоемких соединений происходит увеличение энтропии, а при синтезе АТФ - ее уменьшение. В живых системах происходят не только реакции, связанные с синтезом АТФ и их функционированием, но и старение - окисление гидрофобных образований в клетках, в частности, матрикса мембран, по типу цепных реакций с вырожденным разветвлением. Развитию таких цепных реакций окисления в клетках может препятствовать как проникновение в них различных антиоксидантов, например, ресвератрола, содержащегося в винограде и других растениях, и тушителей молекулярного кислорода в синглетном состоянии, например, йодидов, так и путем создания циклических процессов с участием десатураз, препятствующих увеличению вязкости в матриксе мембран до некоторых предельных значений, после превышения которых гибель клеток становится неизбежной. В этом отношении показательны процессы, приводящие к катаракте - помутнению хрусталиков глаз. В отсутствие десатураз в волокнах хрусталиков глаз крыс действие УФ света приводит к катаракте через 2-4 месяца, тогда как наличие десатураз в волокнах хрусталиков глаз человека позволяет избежать возникновения катаракты в течение многих десятков лет. К противодействию старению матрикса мембран приводит реакция превращения липидов с предельными жирными кислотами в ненасыщенные, катализируемая десатуразами. Жизненно важной особенностью этой реакции является то, что она возникает только при отверждении матрикса мембран. Эта реакция сначала приводит к разжижению матрикса до определенного состояния, после чего она останавливается. Причины, приводящие то к оживлению десатуразы, то к падению ее активности, обсуждаются в данной статье.
Бесплатно
Разработка методики получения сплавленной керамики на основе Cu 2O
Статья научная
Разработана методика сплавления оксидных шлаковых систем на основе Cu 2O. Собрана экспериментальная установка. Получены данные по расположению точки эвтектики в системе Cu 2O—SiO 2.
Бесплатно
Растворимость в системах вода - оксиэтилированный нонилфенол - (NH4)2SO4
Статья научная
В работе описано применение системного подхода к оптимизации температурно-концентрационных параметров экстракции в системах вода - поверхностно-активное вещество - неорганический высаливатель, основанного на анализе политермической фазовой диаграммы соответствующей тройной системы. Визуально-политермическим методом и изотермическим методом сечений изучена растворимость в системах вода - неонол АФ-9-12 (или неонол АФ-9-25) - сульфат аммония в интервале температур 25-80 °С, где неонол АФ-9-12 (неонол АФ-9-25) - оксиэтилированные нонилфенолы со степенью оксиэтилирования 12 и 25 соответственно. Установлено, что область расслаивания увеличивается с ростом температуры вследствие увеличения высаливающей способности сульфата аммония и снижения гидратации мицелл ПАВ. Максимальные различия в концентрационных границах области расслаивания наблюдаются при температуре выше 40 °С, в расслаивающихся смесях, содержащих неонол АФ-9-25, концентрация воды ниже, чем для системы с неонолом АФ-9-12 при той же температуре вследствие большей степени гидратации неонола АФ-9-25. Также для системы с неонолом АФ-9-12 увеличение температуры выше 84 °С приводит к образованию расслаивания в двойной системе вода - неонол АФ-9-12 и высаливанию указанной гетерогенной подсистемы. Показано, что на температурно-концентрационные границы области расслаивания также влияет степень оксиэтилирования ПАВ, рост которой сопровождается увеличением гидратации мицелл ПАВ и снижением их способности к высаливанию при фиксированной температуре. На основании диаграмм растворимости установлены оптимальные параметры экстракции в системе вода - неонол АФ-9-12 - сульфат аммония при 25 и 60 °С и показано, что рост температуры приводит к уменьшению объема экстракта и увеличению интервала кислотности, при котором существует расслаивание вследствие увеличения высаливающей способности соли и введения дополнительного количества анионов - высаливателей с кислотой. Полученные данные обуславливают перспективность использования изученных систем в экстракции при температуре выше комнатной.
Бесплатно
Расчет термодинамических свойств щелочных борогерманатов и германосиликатов
Статья научная
Оценка термодинамических свойств соединений, не изученных экспериментально, выполнялась с помощью регрессионного анализа на основе классического аддитивного метода Неймана-Коппа. Устанавливающая зависимость между величинами термодинамических (термохимических) потенциалов и структурой веществ (базовых веществ) была рассчитана по уравнению множественной регрессии. В работе было необходимо введение дополнительных термодинамических ограничений, обусловленных свойствами базовых компонентов. Исследование закономерностей изменения энтальпии образования из простых веществ в рядах боратов, алюминатов, фторалюминатов, арсенатов щелочных металлов, а также алюминатов и арсенатов щелочноземельных металлов показали, что ярко выраженную зависимость от молекулярной массы однотипных структурных единиц имеют их избыточные функции. С помощью регрессионного анализа были установлены зависимости стандартной энтропии для силикатов, боратов и германатов лития, натрия и калия от состава; получены уравнения стандартных энтальпии образования и теплоем кости. С целью улучшения качества регрессионного анализа уравнения были получены с помощью весовых коэффициентов, которые для оксидов Li2O, Na2O, K2O вычислялись пропорционально доли германатной, силикатной и боратной части, соответственно. По результатам исследования получена сводная таблица сравнения экспериментальных и расчетных значений энтальпии образования для некоторых борогерманатов калия из которой видно, что отклонение между этими значениями менее 5 %. В работе получены расчетные значения термодинамических функций щелочных борогерманатов и германосиликатов в кристаллическом состоянии.
Бесплатно
Реологические свойства гидрогелей оксигидрата иттрия (III)
Статья научная
Изучены реологические свойства гидрогелей оксигидрата иттрия (III). Гидрогели оксигидрата иттрия обладают выраженными неньютоновскими свойствами. Исследована зависимость вязкости от времени деформации гидрогелей при различных скоростях сдвига.
Бесплатно
Свойства комплексонатов металлов, полученных при утилизации гальванических шламов комплексонами
Статья научная
Утилизация гальванических шламов представляет собой приоритетную задачу в плане охраны окружающей среды от загрязнений тяжелыми металлами. Исследованы процессы избирательного действия комплексонов пирокатехина и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА-Na) по отношению к ионам металлов, содержащихся в гальваническом шламе. На степень извлечения ионов тяжелых металлов из гальванических шламов оказывает влияние строение комплексона: пирокатехин и ЭДТА-Na проявляют селективность по отношению к меди, никелю, хрому, цинку. Степень извлечения ионов металлов повышается при подкислении среды серной кислотой. Подкисление способствует также максимальному отделению осадка от раствора комплексоната. Структура комплексонатов различна: хелатные комплексы с координированным ионом металла в циклах, протонированные комплексы. Структура комплексонатов меди, образованных пирокатехином и ЭДТА-Na, подтверждена методом ЭПР. При обработке суспензии гальванического шлама пирокатехином в спектрах ЭПР фиксируются парамагнитные комплексы меди (ΙΙ) с параметрами: аCu = 7,8 мТл; g = 2,045. Практически одновременно в спектрах ЭПР пирокатехинолятного комплекса зафиксирован еще один сигнал, принадлежащий комплексу меди с меньшей константой расщепления на ядрах меди (аCu = 7,1 мТл) и со значительным сдвигом g-фактора в область низкого поля, g = 2,078. В процессах извлечения ионов металлов их гальваношлама комплексоном ЭДТА-Na зафиксирована суперпозиция сигналов ЭПР. Спектр ЭПР состоит из 5 уширенных компонент СТС: аCu(1) ≈ 6,6; аCu(2) ≈ 5,4 мТл. Значение g1 = 2,078, g2 = 2,043. Предложены структуры комплексонатов металлов с ионом меди. Комплексонаты металлов содержат медь, никель, хром, цинк. В качестве примеси обнаруживаются кальций, железо, следы свинца. Примеси не оказывают влияния на применение комплексонатов в сельском хозяйстве. Оптимизированы параметры процессов утилизации гальванических шламов с применением комплексонов пирокатехина и ЭДТА-Na. Разработана технологическая схема утилизации. Созданы экспериментальные образцы комплексонатов металлов для использования в сельском хозяйстве. При использовании пирокатехина концентрация ионов металлов в полученном растворе составила: медь - 8,0; никель - 5,0; хром - 3,2; цинк - 2,0 мг/л. В случае ЭДТА-Na: медь - 7,8; никель - 4,8; хром - 3,4; цинк - 2,2 мг/л.
Бесплатно
Статья научная
Проведена сравнительная характеристика распределений функций, получаемых на основе электронной плотности и свойств электростатического потенциала на заданном контуре электронной плотности для фосфати хромат-анионов и их протонированных форм с целью исследования возможности использования данных функций в описании относительной сорбционной активности ионов.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты исследования сорбционных свойств оксигидратов иттрия, полученных при разных концентрациях ПАВ, различных pH, с применением и без применения термообработки. Концентрации ПАВ соответствуют различным типам мицеллообразования. Установлено, что сорбируемость ионов иттрия монотонно увеличивается с повышением содержания ПАВ в маточном растворе и ростом pH синтеза. Термообработка гелей при 430 °С значительно повышает сорбционные свойства оксигидратов иттрия, но в образцах, полученных с применением ПАВ, приводит к возникновению эффекта снижения сорбируемости ионов иттрия с ростом концентрации сорбата.
Бесплатно
Синтез и свойства каталитических хемосорбентов на основе оксида титана
Статья научная
В работе были исследованы синтез и свойства каталитических хемосорбентов на основе диоксида титана с добавками ZnO и γ-Al2O3. Цель работы заключалась в том, чтобы получить хемосорбенты с заданными эксплуатационными характеристиками и оценить их потенциал в реакциях деструктивного гидрирования сероорганических соединений. Сероёмкость и гидрирующая способность были измерены статическим методом по адсорбции сероуглерода. Текстурные и морфологические характеристики были определены с использованием рентгенофазового анализа, низкотемпературной адсорбции/десорбции азота и растровой электронной микроскопии. Также было установлено, что добавление оксида алюминия не давало дополнительных рефлексов на рентгенограмме, в отличие от введения оксида цинка. Было установлено, что добавление оксида цинка значительно увеличивало значения удельной поверхности, причём в разы больше ожидаемой, согласно закону аддитивности. И напротив, добавление оксида алюминия не давало ожидаемого прироста площади удельной поверхности. И то, и другое было объяснено через активное взаимодействие фаз. Установлены соотношения компонентов для получения хемосорбентов, обладающих оптимальными прочностными свойствами. Обнаружено, что композит, состоящий из оксидов титана и алюминия, более устойчив к осернению, чем с добавками оксида цинка. Методами РЭМ и низкотемпературной адсорбции/десорбции азота была подтверждена мезопористая структура исследованных образцов, при этом образец, содержащий γ-Al2O3, показал более выраженную десорбционную ветвь и поверхность, состоящую из сферических образований, расположенных в регулярном порядке. Образец с оксидом цинка имел в своем объеме щелевидные поры. Проведено гидрирование тиофена газообразным водородом на исследуемых композитах. Сделан хроматографический анализ получаемого продукта. Доказано, что композиты на основе оксидов титана, цинка и алюминия обладают не только сорбционными свойствами по отношению к сероорганическим соединениям, но также и катализируют их деструктивное гидрирование. Проведенный эксперимент дает представление о синтезе и свойствах каталитических хемосорбентов на основе диоксида титана, подчеркивая влияние добавок и их потенциал для реакций восстановления сероорганических соединений.
Бесплатно
Синтез и структура керамики бизамещенного гексаферрита M-типа BaFe(11,5-x)Ti0,5AlxO19
Статья научная
Развитие научно-технического прогресса невозможно без создания новых функциональных материалов. Одним из классов таких материалов являются гексагональные ферриты. Наличие у них уникальных физических свойств делает их незаменимым материалом для производства элементов высокочастотной электроники. Широкое внедрение в повседневную жизнь высокочастотной электроники за последнее десятилетие вызвало большой интерес к гексагональным ферритам. Число публикаций, посвященных синтезу моно- и бизамещенных ферритов с каждым годом заметно возрастает. Модификация химического состава феррита путем замещения части атомов железа другим элементом, без изменения его структуры, приводит к изменению физических свойств материала. Варьирование свойств конечного феррита путем изменения его химического состава представляет интерес и является перспективным для точной настройки свойств материала под конкретную задачу. Целью представленной работы является экспериментальное изучение возможности синтеза феррита со структурой магнетоплюмбита, в котором атомы железа частично замещены атомами Al и Ti. Обзор научной литературы по данной проблеме показал отсутствие публикаций по ферритам с таким набором замещающих элементов. В качестве методов исследования в данной работе применяли рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. В представленной работе приведены результаты экспериментального исследования возможности получения бизамещенного феррита M-типа состава BaFe(11,5 - x)Ti0,5AlxO19, где x(Al) = 0,1; 0,5; 1. В качестве метода получения образцов использовали твердофазный синтез. Данный метод лишен технологических трудностей и является перспективным с точки зрения его масштабирования для синтеза феррита. Спекание образцов производили при трех различных температурах: 1300, 1350 и 1400 °С. В работе показано, что в диапазоне температур 1300-1400 °С происходит формирование монофазных образцов. Произведен расчет параметров кристаллической решетки. Выявлено влияние температуры и концентрации замещающего элемента на изменение параметров кристаллической решетки материала. Исследование методом электронной микроскопии позволило выявить наличие скрытой микропористости образцов.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследована возможность интеркаляции тиодиацетат-анионов в структуру магний-алюминиевых слоистых двойных гидроксидов методом соосаждения и методом анионного обмена. Методом рентгенофазового анализа и КР-спектроскопии показано, что тиодиацетат-анионы внедряются в межслоевое пространство СДГ. Полученные материалы представляют интерес как сорбенты для ионов тяжелых металлов.
Бесплатно
Синтез и электрохимические характеристики катодного материала LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2
Статья научная
Исследованы условия синтеза LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 с двумя видами внутреннего органического топлива: поливинилового спирта и аминоуксусной кислоты (глицина). Рассмотрено влияние природы органического компонента на электрохимические характеристики материала.
Бесплатно
