Phase Transformations of Electrochemically Prepared Precursors of the TiO2–ZrO2–Y2O3 and TiO2–Al2O3–ZrO2–Y2O3 Oxide Systems

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This paper reports on the preparation of precursors of mixed oxide systems by an electrochemical process based on anodic dissolution of titanium in an electrolyte containing Cl–, NO3–, Al3+, Zr4+, and Y3+ ions in the presence of OH– ions electrogenerated on a cathode, interaction of electrode reaction products, their hydrolysis, and coprecipitation of hydrolyzed species. Synthesis was carried out in a coaxial diaphragmless electrochemical reactor having electrodes differing considerably in area and resulted in the formation of primary particles of precursors to oxide phases through hydrolysis, polycondensation, and crystallization. The proposed approach allows complex titania-based systems to be prepared in the form of anatase and brookite phases stable in the temperature range 80–550°C, and the addition of Al3+ ions leads to the formation of the boehmite phase, which undergoes no changes up to 550°C. Heat treatment of the precipitates at 1100°C raised the degree of crystallinity of the samples, and all of the synthesized oxide systems were found to contain the rutile phase (TiO2) and the mixed oxide TiZrO2. The formation of Ti2Y2O7 makes it possible to stabilize the cubic zirconia phase formed during the electrolysis process, which ensures high mechanical strength, corrosion resistance, and sinterability of ceramic particles based on alumina- and yttria-modified titania and zirconia.

About the authors

A. F. Dresvyannikov

Kazan National Research Technological University

Email: alfedr@kstu.ru
420015, Kazan, Russia

E. V. Petrova

Kazan National Research Technological University

Email: a.dresvyannikov@mail.ru
420015, Kazan, Tatarstan, Russia

L. I. Kashfrazyeva

Kazan National Research Technological University

Email: a.dresvyannikov@mail.ru
420015, Kazan, Tatarstan, Russia

A. I. Khairullina

Kazan National Research Technological University

Author for correspondence.
Email: a.dresvyannikov@mail.ru
420015, Kazan, Tatarstan, Russia

References

  1. Nadeem M., Tungmunnithum D., Hano Ch., Haider Abbasi B., Salman Hashmi S., Ahmad W., Zahir A. The Current Trends in the Green Syntheses of Titanium Oxide Nanoparticles and Their Applications // Green Chem. Lett. Rev. 2018. V. 11. № 4. P. 492–502. https://doi.org/10.1080/17518253.2018.1538430
  2. Степанов А.Ю., Сотникова Л.В., Владимиров А.А. и др. Синтез и исследование фотокаталитических свойств материалов на основе TiO2 // Вестн. Кемеровского гос. ун-та. 2013. Т 54. № 2–1. С. 249–255.
  3. Василевская А.К., Альмяшева О.В. Особенности фазообразования в системе ZrO2–TiO2 в гидротермальных условиях // Наносистемы: физика, химия, математика. 2012. Т. 3. № 4. С. 75–81.
  4. Flegler A.J., Burye Th.E., Yang Q., Nicholas J.D. Cubic Yttria Stabilized Zirconia Sintering Additive Impacts: A Comparative Study // Ceram. Int. 2014. V. 40. № 10B. P. 16323–16335. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.07.071
  5. Curioni M., Scenini F. The Mechanism of Hydrogen Evolution During Anodic Polarization of Aluminium // Electrochim. Acta. 2015. V. 180. P. 712–721. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.08.076
  6. Бардаханов С.П., Ким А.В., Лысенко В.И., Номоев А.В. Свойства керамики, полученной из нанодисперсных порошков // Неорган. материалы. 2009. Т. 45. № 3. С. 379–384.
  7. Коленько Ю.В., Бурухин А.А., Чурагулов Б.Р., Олейников Н.Н. Фазовый состав нанокристаллического диоксида титана, синтезированного в гидротермальных условиях из различных соединений титанила // Неорган. материалы. 2004. Т. 40. № 8. С. 942–949.
  8. Kolen’ko Yu.V., Maximov V.D., Garshev A.V., Meskin P.E., Oleynikov N.N., Churagulov B.R. Hydrothermal Synthesis of Nanocrystalline and Mesoporous Titania from Aqueous Complex Titanyl Oxalate Acid Solutions // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 388. № 4–6. P. 411–415. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2004.03.042
  9. Мурашкевич А.Н., Алисиенок О.А., Жарский И.М., Коробко Е.В., Журавский Н.А., Новикова З.А. Физико-химические и электрореологические свойства диоксида титана, модифицированного оксидами металлов // Коллоид. журн. 2014. Т. 76. № 4. С. 506–512. https://doi.org/10.7868/S0023291214040119
  10. Xiaojing Xu, Xiqing Xu, Jiachen Liu, Wenhu Hong, Haiyan Du, Feng Hou Low-Temperature Fabrication of Al2O3–ZrO2 (Y2O3) Nanocomposites through Hot Pressing of Amorphous Powders // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 1. P. 15065–15071. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.06.168
  11. Хайруллина А.И., Кашфразыева Л.И., Петрова Е.В., Дресвянников А.Ф., Ахметова А.Н. Электрохимическое получение прекурсоров оксидных систем на основе титана // Вестн. технол. ун-та. 2022. Т. 25. № 6. С. 33–37. https://doi.org/10.55421/1998-7072_2022_25_6_33
  12. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие конструкционные сплавы. М.: Металлургия, 1986. 350 с.
  13. Петрова Е.В., Дресвянников А.Ф., Хайруллина А.И., Межевич Ж.В. Физико-химические свойства оксида алюминия, синтезированного с использованием электрогенерированных реагентов // Журн. физ. химии. 2019. Т. 93. № 7. С. 1103–1110. https://doi.org/10.1134/S0044453719070227
  14. Дресвянников А.Ф., Петрова Е.В., Хайруллина А.И. Синтез высокодисперсных образцов системы Al2O3–ZrO2–MgO с использованием электрогенерированных реагентов // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 3. С. 264–270. https://doi.org/10.1134/S0002337X19030060
  15. Дресвянников А.Ф., Петрова Е.В., Хайруллина А.И. Физико-химические закономерности SPS-компактирования алюмоциркониевых высокодисперсных оксидов, полученных электрохимическим способом // Физика и химия обраб. материалов. 2017. № 3. С. 56–63.
  16. Иванов-Павлов Д.А., Конаков В.Г., Голубев С.Н., Ануфриков Ю.А. Исследование взаимосвязи фазового состава керамик Y2O3–TiO2–ZrO2 и их электрохимических характеристик // Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. 2010. Т. 4. № 1. С. 142–148.
  17. Zhang D., Zeng F. Structural, Photochemical and Photocatalytic Properties of Zirconium Oxide Doped TiO2 Nanocrystallites // Appl. Surf. Sci. 2010. V. 257. № 3. P. 867–871. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.07.083
  18. Leverkoehne M., Janssen R., Claussen C. Phase Development of ZrxAly–Al2O3 Composites during Reaction Sintering of Al/ZrO2/Al2O3 Powder Mixtures // J. Mater. Sci. Lett. 2002. V. 21. № 2. P. 179–183. https://doi.org/10.1023/A:1014213719402
  19. Jerebtsov D., Mikhailov G., Sverdina S. Phase Diagram of the System Al2O3–ZrO2 // Ceram. Int. 2000. V. 26. № 8. P. 821–830. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00023-7
  20. Yasin A.S., Obaid M., El-Newehy M.H., Al-Deyab S.S., Barakat Nasser A.M. Influence of TixZr(1−x)O2 Nanofibers Composition on the Photocatalytic Activity toward Organic Pollutants Degradation and Water Splitting // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 9. P. 11876–11885. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.05.156
  21. Yu G., Zhu L., Zhang G., Qin G., Fu H., Ji F., Zhao J. Preparation and Characterization of the Continuous Titanium-Doped ZrO2 Mesoporous Fibers with Large Surface Area // J. Porous Mater. 2014. V. 21. P. 105–112. https://doi.org/10.1007/s10934-013-9753-8
  22. Song J., Wang X., Yan J., Yu J., Sun G., Ding B. Soft Zr-Doped TiO2 Nanofibrous Membranes with Enhanced Photocatalytic Activity for Water Purification // Sci. Rep. 2017. V. 7. https://doi.org/10.1038/s41598-017-01969-w
  23. Barakat N.A.M., Hassan A.A.Y., Matar S.M.E.-S., Awad M.O.A., Ali A.S.Y. ZrO2/TiO2 Nanofiber Catalyst for Effective Liquefaction of Agricultural Wastes in Subcritical Methanol // Sep. Sci. Technol. 2018. V. 53. P. 2628–2638. https://doi.org/10.1080/01496395.2018.1458876
  24. Manan Dholakia, Sharat Chandra, Mathi Jaya S. Properties of Y2TiO5 and Y2Ti2O7 Crystals: Development of Novel Interatomic Potentials // J. Alloys Compd. 2018. V. 739. P. 1037–1047. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.244

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (115KB)
3.

Download (174KB)
4.

Download (161KB)
5.

Download (132KB)

Copyright (c) 2023 А.Ф. Дресвянников, Е.В. Петрова, Л.И. Кашфразыева, А.И. Хайруллина

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».