Фазовые превращения прекурсоров оксидных систем TiO2–ZrO2–Y2O3 и TiO2–Al2O3–ZrO2–Y2O3, полученных электрохимическим методом
- Авторы: Дресвянников А.Ф.1, Петрова Е.В.1, Кашфразыева Л.И.1, Хайруллина А.И.1
-
Учреждения:
- Казанский национальный исследовательский технологический университет
- Выпуск: Том 59, № 7 (2023)
- Страницы: 772-779
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/231894
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23070035
- EDN: https://elibrary.ru/PUHRDG
- ID: 231894
Цитировать
Аннотация
Исследование посвящено получению прекурсоров сложных оксидных систем электрохимическим методом, основанным на процессе анодного растворения титана в электролите, содержащем ионы Cl–, NO3–, Al3+, Zr4+ и Y3+ в присутствии электрогенерируемых на катоде OH–-ионов, взаимодействии продуктов электродных реакций, их гидролизе, соосаждении гидролизованных форм. Синтез осуществляли в коаксиальном бездиафрагменном электрохимическом реакторе с существенно различающимися по площади электродами с последующим формированием первичных частиц прекурсоров оксидных фаз за счет гидролиза, поликонденсации и кристаллизации. Предлагаемый подход позволяет получать сложные системы на основе оксида титана в виде фаз анатаза и брукита, стабильных в диапазоне температур 80–550°С, а введение ионов Al3+ дополнительно приводит к появлению фазы бемита, не претерпевающей изменений вплоть до 550°С. После термообработки осадков при 1100°С повышается степень кристалличности образцов, причем во всех синтезированных оксидных системах обнаружены фазы рутила (TiO2) и сложного оксида TiZrO2. Появление Ti2Y2O7 позволяет стабилизировать сформированную в процессе электролиза кубическую фазу диоксида циркония, которая обеспечивает высокую механическую прочность, коррозионную устойчивость и спекаемость частиц керамики на основе диоксидов титана и циркония, модифицированных оксидами алюминия и иттрия.
Об авторах
А. Ф. Дресвянников
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: a.dresvyannikov@mail.ru
Россия, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68
Е. В. Петрова
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Email: a.dresvyannikov@mail.ru
Россия, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68
Л. И. Кашфразыева
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Email: a.dresvyannikov@mail.ru
Россия, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68
А. И. Хайруллина
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Email: a.dresvyannikov@mail.ru
Россия, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68
Список литературы
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие конструкционные сплавы. М.: Металлургия, 1986. 350 с.
- 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
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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