Синтез и каталитические свойства наноразмерных ферритов цинка и никеля

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Осуществлен синтез наноразмерных NiFe2O4 и ZnFe2O4 методом цитратного горения. Нанопорошки охарактеризованы с точки зрения элементного и фазового составов, размера, дисперсии, морфологических особенностей. Установлено, что нанопорошки синтезированных ферритов-шпинелей (средний размер частиц NiFe2O4 составляет 38 ± 3 нм, ZnFe2O4 – 49 ± 3 нм) являются эффективными катализаторами реакции окисления красителя метиленового синего (степень деструкции 92% для феррита никеля и 95% для феррита цинка). Выявленная зависимость каталитической активности наноразмерных ферритов от типа освещения более ярко проявляется у феррита никеля (увеличение константы скорости в 2.5 раза, степени деструкции – на 31%).

全文:

受限制的访问

作者简介

Е. Томина

Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г. Ф. Морозова; Воронежский государственный университет

编辑信件的主要联系方式.
Email: tomina-e-v@yandex.ru
俄罗斯联邦, ул. Тимирязева, 8, Воронеж, 394087; Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

А. Мещерякова

Воронежский государственный университет

Email: tomina-e-v@yandex.ru
俄罗斯联邦, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

Ань Нгуен

Педагогический университет Хошимина

Email: tomina-e-v@yandex.ru
越南, ул. Ан Зыонг-Выонг, 280, округ 4, район 5, Хошимин, 700000

С. Титов

Воронежский государственный университет

Email: tomina-e-v@yandex.ru
俄罗斯联邦, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

Б. Сладкопевцев

Воронежский государственный университет

Email: tomina-e-v@yandex.ru
俄罗斯联邦, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

А. Синельников

Воронежский государственный университет

Email: tomina-e-v@yandex.ru
俄罗斯联邦, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

参考

  1. Manova E., Tsoncheva T., Paneva D., Mitov I., Tenchev K., Petrov L. Mechanochemically Synthesized Nano-Dimensional Iron–Cobalt Spinel Oxides as Catalysts for Methanol Decomposition // Appl. Catal., A: Gen. 2004. V. 277. № 1. P. 119–127. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.09.002
  2. Kefeni K.K., Msagati A.M., Mamba B.B. Ferrite Nanoparticles: Synthesis, Characterization and Applications in Electronic Device // Mater. Sci. Eng., B. 2017. V. 215. P. 37–55. https://dx.doi.org/10.1016/j.mseb.2016.11.002
  3. Petrova E., Kotsikau D., Pankov V., Fahmi A. Influence of Synthesis Methods on Structural and Magnetic Characteristics of Mg–Zn-Ferrite Nanopowders // J. Magn. Magn. Mater. 2019. V. 473. P. 85–91. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.09.128
  4. Somnath S., Indu S.; Kotnala R.K.; Singh M.; Kumar A.; Dhiman P.; Singh V.P.; Verma K.; Kumar G. Structural Magnetic and Mössbauer Studies of Nd-Doped Mg-Mn Ferrite Nanoparticles // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 444. P. 77–86. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.08.017
  5. Rao K.S., Nayakulu S.V.R., Varma M.C., Choudary G.S.V.R.K., Rao K.H. Controlled Phase Evolution and the Occurrence of Single Domain CoFe2O4 Nanoparticles Synthesized by PVA Assisted Sol-Gel Method // J. Magn. Magn. Mater. 2018. V. 451. № 1. P. 602–608. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.11.069
  6. Mittova I.Ya., Perov N.S., Tomina E.V., Pan’kov V.V., Sladkopevtsev B.V. Multiferroic Nanocrystals and Diluted Magnetic Semiconductors a Base for Designing Magnetic Materials // Inorg. Mater. 2021. V. 57. № 13. P. 22−48. https://doi.org/10.1134/S0020168521130033
  7. Winiarska K., Klimkiewicz R., Tylus W., Sobianowska-Turek A., Winiarski J., Szczygieł B., Szczygieł I. Study of the Catalytic Activity and Surface Properties of Manganese-Zinc Ferrite Prepared from Used Batteries // J. Chem. 2019. V. 2019. Р. 5430904. https://doi.org/10.1155/2019/5430904
  8. Ali Ramazania, Saeid Taghavi Fardooda, Zahra Hosseinzadeha, Fariba Sadrib, Sang Woo Jooc. Green Synthesis of Magnetic Copper Ferrite Nanoparticles Using Tragacanth Gumas a Biotemplate and Their Catalytic Activity for the Oxidation of Alcohols // Iranian J. Catal. 2017. V. 7. № 3. Р. 181–185.
  9. Saeid Taghavi Fardood, Ali Ramazani, Zahra Golfar, Sang Woo Joo. Green Synthesis of Ni‐Cu‐Zn Ferrite Nanoparticles Using Tragacanth Gum and their Use as an Efficient Catalyst for the Synthesis of Polyhydroquinoline Derivatives // Appl. Organomet. Chem. 2017. V. 31. Р. e3823. https://doi.org/10.1002/aoc.3823
  10. Thomas J., Thomas N., Girgsdies F., Beherns M., Huang X., Sudheesh V.D., Sebastiane V. Synthesis of Cobalt Ferrite Nanoparticles by Constant pH Co-Precipitation and their High Catalytic Activity in CO Oxidation // New J. Chem. 2017. V. 41. P. 7356–7363. https://doi.org/10.1039/c7nj00558j
  11. Sumathi S., Lakshmipriya V. Structural, Magnetic, Electrical and Catalytic Activity of Copper and Bismuth Co-Substituted Cobalt Ferrite Nanoparticles // J. Mater Sci: Mater Electron. 2017. V. 28. P. 2795–2802. https://doi.org/10.1007/s10854-016-5860-z
  12. Kiran V.S., Sumathi S. Comparison of Catalytic Activity of Bismuth Substituted Cobalt Ferrite Nanoparticles Synthesized by Combustion and Co-Precipitation method n // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 421. P. 113–119. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.07.068
  13. Anantharamaiah P.N., Mondala S., Manasa K.S., Saha S., Maya Pai M. Enhancing the Catalytic Activity of Recyclable Nanocrystalline NiFe 2 O 4 by Replacing Ni by Cu // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 1220–1226. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.08.276
  14. Hammouche J., Gaidi M., Columbus S., Omari M. Enhanced Photocatalytic Performance of Zinc Ferrite Nanocomposites for Degrading Methylene Blue: Effect of Nickel Doping Concentration // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2021. V. 31. P. 3496–3504. https://doi.org/10.1007/s10904-021-01960-z
  15. Kefeni K.K., Mamba B.B. Photocatalytic Application of Spinel Ferrite Nanoparticles and Nanocomposites in Wastewater Treatment: Review // Sustainable Mater. Technol. 2020. V. 23. Р. e00140 https://doi.org/10.1016/j.susmat.2019.e00140
  16. Suresh R., Rajendran S., Kumar P.S., Vo D.-V.N., Cornejo-Ponce L. Recent Advancements of Spinel Ferrite Based Binary Nanocomposite Photocatalysts in Wastewater Treatment // Chemosphere. 2021. V. 274. Р. 129734. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129734
  17. Tamer S. Saleh, Ahmad K. Badawi, Reda S. Salama, Mohamed Mokhtar M. Mostafa Design and Development of Novel Composites Containing Nickel Ferrites Supported on Activated Carbon Derived from Agricultural Wastes and Its Application in Water Remediation // Materials. 2023. V. 16. №6. Р. 2170. https://doi.org/10.3390/ma16062170
  18. Tatarchuk T., Shyichuk A., Trawczyńska I., Yaremiy I., Pędziwiatr A.T., Kurzydło P., Bogacz B. F., Gargula R. Spinel Cobalt(II) Ferrite-Chromites as Catalysts for H 2 O 2 Decomposition: Synthesis, Morphology, Cation Distribution and Antistructure Model of Active Centers Formation // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 27517–27530. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.243
  19. Zekić E., Vuković Ž., Halkijev I. Application of Nanotechnology in Wastewater Treatment // Građevinar. 2018. V. 70. № 04. P. 315–323. https://doi.org/10.14256/JCE.2165.2017
  20. Abdelbasir S. M., Shalan A. E. An Overview of Nanomaterials for Industrial Wastewater Treatment // Korean J. Chem. Eng. 2019. V. 36. P. 1209–1225. https://doi.org/10.1007/s11814-019-0306-y
  21. Yang J., Hou B., Wang J., Tian B., Bi J., Wang N., Li X., Huang X. Nanomaterials for the Removal of Heavy Metals from Wastewater // Nanomaterials. 2019. V. 9. 424. https://doi.org/10.3390/nano9030424
  22. Mondal N.J., Sonkar R., Boro B., Ghosh M.P., Chowdhury D. Nanocrystalline Ni–Zn Spinel Ferrites: Size-Dependent Physical, Photocatalytic and Antioxidant Properties // Nanoscale Adv. 2023. V. 5. Р. 5460. https://doi.org/10.1039/D3NA00446E
  23. Atashkar B., Rostami A., Rostami A., Zolfigol M.A. NiFe 2 O 4 as a Magnetically Recoverable Nanocatalyst for Odourless C–S Bond Formation via the Cleavage of C–O Bond in the Presence of S8 under Mild and Green Conditions // Appl. Organomet. Chem. 2019. V. 33. № 3. Р. e4691. https://doi.org/10.1002/aoc.4691
  24. Башкиров Ш.Ш., Либерман В.Б., Синявский В.И. Магнитная микроструктура ферритов. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1978. 182 с.
  25. Sharma R., Bansal S., Singhal S. Tailoring the Photo-Fenton Activity of Spinelferrites ( MFe 2 O 4 ) by Incorporating Different Cations (M = Cu, Zn, Ni and Co) in the Structure // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 6006–6018. https://doi.org/10.1039/c4ra13692f
  26. Томина Е.В., Куркин Н.А., Дорошенко А.В. Синтез наноразмерного феррита кобальта и его каталитические свойства в фентоноподобных процессах // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 7. С. 727–732. https://doi.org/10.31857/S0002337X22070132
  27. JCPDC PCPDFWIN: A Windows Retrieval/Display program for Accessing the ICDD PDF – 2 Data base, International Centre for Diffraction Data, 1997.
  28. Brandon D., Kaplan U. Microstructure of Materials. Research and Control Methods. West Sussex: Wiley, 1999. P. 384.
  29. Ding C., Zhao H., Zhu X., Liu X. Preparation of Cotton Linters’ Aerogel-Based C/ NiFe 2 O 4 Photocatalyst for Efficient Degradation of Methylene Blue // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 12. Р. 2021. https://doi.org/10.3390/nano12122021
  30. Anchieta C.G., Severo E.C., Rigo C., Mazutti M.A., Kuhn R.C., Muller E.I., Flores E.M.M., Moreira R.F.P.M., Foletto E.L. Rapid and Facile Preparation of Zinc Ferrite ( ZnFe 2 O 4 ) Oxide by Microwave-Solvothermal Technique and its Catalytic Activity in Heterogeneous Photo-Fenton Reaction // Mater. Chem. Phys. 2015. V. 160. P. 141–147. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.04.016
  31. Maldonado A.C.M., Winkler E.L., Raineri M., Córdova A.T., Rodríguez L.M., Troiani H.E., Pisciotti M.M., Mansilla M.V., Tobia D., Nadal M.S., Torres T.E., Biasi E.D., Ramos C.A., Goya G.F., Zysler R. D., Lima E. Free-Radical Formation by the Peroxidase-Like Catalytic Activity of MFe 2 O 4 (M = Fe, Ni, and Mn) Nanoparticles // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. № 33. P. 20617–20627. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b05371
  32. Овчинников О.В., Воробьева Р.П., Евлев А.Б., Квашнина Н.В., Латышев А.Н., Утехин А.Н., Черных С.В., Смирнов М.С. Антистоксова люминесценция микрокристаллов твердых растворов AgCl 0.95 I 0.05 с адсорбированными молекулами органических красителей // Журн. прикл. спектроскопии. 2006. Т. 73. № 5. С. 592–596.
  33. Ameta R., Solanki M.S., Benjamin S., Ameta S.C. Advanced Oxidation Processes for Wastewater Treatment. Chapter 6 – Photocatalysis. Wiley, 2018. P. 135–175. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-810499-6.00006-1
  34. Лебедев Л.А., Теневич М.И., Попков В.И. Влияние режима растворного горения на структуру, морфологию и размерно-чувствительные фотокаталитические свойства нанопорошков MgFe 2 O 4 // Конденс. среды и межфаз. границы. 2022. Т. 24. № 4. С. 496–503. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10645
  35. Zhang F., Wei C., Wu K., Zhou H., Hu Y., Preis S. Mechanistic Evaluation of Ferrite AFe 2 O 4 (A = Co, Ni, Cu, and Zn) Catalytic Performance in Oxalic Acid Ozonation // Appl. Catal., A: Gen. 2017. V. 547. P. 60–68. http://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2017.08.025

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Diffraction patterns of NiFe2O4 (a) and ZnFe2O4 (b) samples synthesized by the citrate method (JCPDS cards No. 54-0964 and No. 82-1042.)

下载 (28KB)
索引源数据
3. Fig. 2. SEM images of NiFe2O4 (a) and ZnFe2O4 (b) samples.

下载 (75KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Energy dispersive spectra of NiFe2O4 (a) and ZnFe2O4 (b) samples.

下载 (15KB)
索引源数据
5. Fig. 4. TEM images (a, c) and histograms of particle size distribution (b, d) of NiFe2O4 and ZnFe2O4 samples, respectively.

下载 (53KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Kinetic curves of oxidative destruction of MS in the coordinates C/C0–τ (a) and lnC–τ (b): 1 – in the presence of ZnFe2O4, 2 – in the presence of NiFe2O4, 3 – without catalyst.

下载 (44KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Degree of destruction of methylene blue dye in the presence of zinc ferrite (1), in the presence of nickel ferrite (2), without catalyst (3).

下载 (16KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

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».