Гидротермальный синтез нанодисперсной «железной слюдки» из желтого железоокисного пигмента

D. A. Zherebtsov; V. Sh. Mirasov; D. G. Kleschev; L. N. Zaripova

doi:10.14529/chem190205

Authors

D. A. Zherebtsov South Ural State University, Chelyabinsk
V. Sh. Mirasov South Ural State University, Chelyabinsk
D. G. Kleschev South Ural State University, Chelyabinsk
L. N. Zaripova South Ural State University, Chelyabinsk

DOI:

https://doi.org/10.14529/chem190205

Keywords:

“iron mica”, gothite, hydrothermal treatment

Abstract

The temperatures within the 150–200 °С interval of preliminary heat treatment of yellow iron oxide pigment (the a-FeОOН phase) influence the disperse composition of “iron mica” (the a-Fe₂O₃ phase with platelet crystals), which is formed at hydrothermal treatment (230±5 °С) of the samples of yellow iron oxide pigment in aqueous solution of potassium hydroxide with 3.5 M concentration. It has been found that increasing temperature of preliminary heat treatment from 150 to 200 °С leads to decreasing sizes of coherent scattering regions, calculated from the X-ray phase analysis data, as well as the mean size of the d crystals of “iron mica” (in the plate plane), observed with the use of scanning electron microscope, by ~ 2 and ~ 20 times, respectively, compared to the samples without preliminary heat treatment. Significant change in the form of the crystals of initial (a-FeOОН has needle-like crystals) and resultant phases (a-Fe₂O₃ has platelet crystals) during phase transition testifies that the transformation of a-FeOОН
into a-Fe₂O₃ proceeds according to the “dissolution – precipitation” mechanism, by way of dissolution of the phase that is nonequilibrial at the given thermodynamic conditions (a-FeOОН), formation of nuclei and growth of the equilibrium phase crystals (a-Fe₂O₃). The conclusion has been made concerning formation of the a-Fe₂O₃ nuclei on the surface of the yellow iron oxide crystals in the process of preliminary heat treatment. The number of the formed nuclei is greater at higher temperature t and duration t of the preliminary heat treatment. These parameters (t and t) let intentionally vary the number of the α-Fe₂O₃ nuclei, and, consequently, the disperse composition of “iron mica”.

Author Biographies

D. A. Zherebtsov, South Ural State University, Chelyabinsk

кандидат химических наук, старший научный сотрудник, кафедра материаловедения и физикохимии материалов

V. Sh. Mirasov, South Ural State University, Chelyabinsk

кандидат химических наук, диспетчер

D. G. Kleschev, South Ural State University, Chelyabinsk

доктор химических наук, профессор, кафедра физической электроники

L. N. Zaripova, South Ural State University, Chelyabinsk

студент

References

Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения / Б.М. Балоян, А.Г. Колмаков, М.И. Алымов, А.М. Кротов. – М.: АгроПрессДизайн, 2007. – 102 с.

Алымов, М.И. Методы получения и физико-механические свойства объемных нанокристаллических материалов / М.И. Алымов, В.А. Зеленский. – М.: МИФИ, 2005. – 52 с.

Cornell, R.M. The iron oxides. Structure, properties, reactions, occurrences and uses / R.M. Cornell, U. Schwertmann. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003. – 694 p.

Яковлев, А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий / А.Д. Яковлев. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2008. – 448 с.

Magnetic nanocomposites for sorbents and glue layers / K. Kekalo, V. Agabekov, G. Zhavnerko // J. Magn. Mag. Mat. – 2007. – V. 311, Is. 1. – P. 63–67. DOI: 10.1016/j.jmmm.2006.10.1159.

Некоторые аспекты выбора состава железооксидных каталитических систем для дегидрирования углеводородов / А.А. Емекеев, О.И. Ахмеров, Г.И. Федоров, Х.Э. Харлампиди // Вестник Казанского технологического университета. – 2008. – № 2. – С. 61–63.

Byrappa, K. Hydrothermal technology for nanotechnology / K. Byrappa, T. Adschiri // Progress in Crystal Growth and Characterization of Material. – 2007. – V. 53, № 2. – P. 117–120.

Клещев, Д.Г. Получение нанокристаллических оксидов Ti, Mn, Co, Fe и Zn в водных растворах при термообработке / Д.Г. Клещев // Неорганические материалы. – 2005. – Т. 41, № 1. – С. 46–53.

Гидpотеpмальный синтез нанокpисталлического анатаза из водных раствоpов сульфата титанила для фотокаталитических пpименений / В.Д. Максимов, А.С. Шапорев, В.К. Иванов и др. // Химическая технология. – 2009. – Т. 10, № 2. – С. 70–75.

Зима, Т.М. Гидротермальный синтез наноструктурированного материала на основе TiO2 в присутствии хитозана / Т.М. Зима, Н.И. Бакланова, А.В. Уткин // Неорганические материалы. – 2012. – Т. 48, № 8. – С. 935–940.

Гидротермально-микроволновой и гидротермально-ультразвуковой синтез нанокристаллических диоксидов титана, циркония, гафния / П.Е. Мескин, А.И. Гаврилов, В.Д. Максимов и др. // Журнал неорганической химии. – 2007. – Т. 52, № 11. – С. 1755–1764.

Гидротермально-микроволновой синтез нанокристаллического диоксида церия, допированного гадолинием, в присутствии гексаметилентетрамина / Е.А. Долгополова, О.С. Иванова, В.К. Иванов и др. // Журнал неорганической химии. – 2012. – Т. 57, № 10. – С. 1387–1390.

Максимов, В.Д. Синтез высокодисперсных порошков цирконата и гафната бария гидротермально-микроволновым методом / В.Д. Максимов, П.Е. Мескин, Б.Р. Чурагулов // Неорганические материалы. – 2007. – Т. 43, № 9. – С. 1102–1108.

Максимов, В.Д. Гидротермально-микроволновой синтез высокодисперсных порошков простых и сложных оксидов циркония и гафния / В.Д. Максимов, П.Е. Мескин, Б.Р. Чурагулов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2008. – № 2. – С. 76–82.

Толчев, А.В. Кристаллохимический аспект фазообразования в системе α-FeOOH – H2O – NaOH / А.В. Толчев, Р.Р. Багаутдинова, Д.Г. Клещев // Журнал прикладной химии. – 2001. – Т. 74, № 3. – С. 353–356.

Толчев, А.В. Гидротермальный синтез антикоррозионного пигмента «железная слюдка». / А.В. Толчев, Р.Р. Багаутдинова, Д.Г. Клещев // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2001. – № 1. – С. 13–15.

Гидротермальный метод получения нанодисперсной «железной слюдки» / В.Ш. Мирасов, Д.А. Жеребцов, Д.Г. Клещев, Г.Г. Михайлов // Известия вузов. Серия «Химия и химическая технология». – 2014. – Т. 57, № 2. – С. 33–38.

Гидротермальный синтез нанодисперсного α-Fe2O3 с пластинчатой формой кристаллов / В.Ш. Мирасов, Д.А. Жеребцов, Д.Г. Клещев и др. // Журнал неорганической химии. – 2014. – Т. 59, № 6. – С. 1–8. DOI: 10.7868/S0044457X14060142.

A kinetic study of the thermal decomposition of iron(III) hydroxide oxides. Part 1. α-FeOOH in banded iron formations / N. Koga, Sh. Takamoto, S. Okada, H. Tanaka // Thermochimica Acta. – 1995. – V. 254, № 1. – P. 193–206.

Современная кристаллография (в четырех томах). Т. 3. Образование кристаллов / А.А. Чернов, Е.И. Гиваргизов, Х.С. Багдасаров и др. – М.: Наука, 1980. – 408 с.