Обложка Дресвянников А.Ф., Петрова Е.В. Физико-химические основы получения наноразмерных оксидов p-, d–металлов с использованием электрогенерированных реагентов и их структурно-чувствительные свойства
Id: 259143
1098 руб.

Физико-химические основы получения наноразмерных оксидов p-, d–металлов с использованием электрогенерированных реагентов и их структурно-чувствительные свойства

URSS. 2020. 304 с. ISBN 978-5-9710-7396-3.
  • Твердый переплет

Аннотация

В настоящем издании изложены физико-химические основы получения наноразмерных оксидов p-, d-металлов, в том числе бинарных оксидных систем, на основе их прекурсоров, сформированных в растворах с помощью электрогенерированных реагентов.

Монография может быть полезна специалистам, работающим в области химии материалов, прикладной электрохимии, физической химии, химии твердого тела, материаловедения, а также преподавателям, аспирантам ...(Подробнее)и студентам химических специальностей университетов и технологических вузов в процессе обучения и научно-исследовательской работе, связанной с синтезом микро- и наноразмерных оксидных систем.


Содержание
3
ВВЕДЕНИЕ7
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДОВ p, d –МЕТАЛЛОВ10
1.1 Методы получения предшественников оксидов в жидких средах10
1.1.1 Золь-гель метод10
1.1.2 Метод осаждения21
1.1.3 Метод ионного обмена29
1.1.4 Электрохимические методы получения наночастиц30
1.1.4.1 Процессы анодного окисления металлов31
1.1.4.2 Влияние условий на процесс анодного растворения металла32
1.1.4.3 Анодное растворение алюминия в водных растворах электролитов35
1.1.4.4 Использование анодных процессов для синтеза предшественников металлов42
1.1.4.5 Математическое моделирование процессов в коаксиальном бездиафрагменном электролизере47
1.2 Механизмы формирования гидратированных оксидов51
1.3 Фазовые переходы прекурсоров оксидов металлов в условиях воздействия физических факторов56
1.3.1 Фазовые переходы кислородных соединений алюминия56
1.3.2 Фазовые превращения в системе Al2O3-ZrO261
1.4 Получение объемных материалов на основе оксидов металлов65
1.4.1 Методы консолидации дисперсных оксидов65
1.4.2 Физико-химические основы формирования материалов при ИПС-процессе70
1.4.3 Свойства объемных образцов композиционных материалов на основе системы Al2O3-ZrO271
ГЛАВА 2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ГИДРОКСИДОВ И ОКСИДОВ, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ77
2.1 Способы получения монооксидов металлов77
2.1.1 Получение монооксидов химическим способом77
2.1.2 Получение монооксидов электрохимическим способом с применением растворимого анода78
2.1.3 Получение монооксидов электрохимическим способом с применением нерастворимого анода (ОРТА)79
2.2 Получение гидроксида и оксида алюминия и их физико-химические свойства80
2.2.1 Электрохимическое поведение алюминиевого анода в водных растворах80
2.2.2 Физико-химические свойства гидроксида и оксида алюминия, полученных различными способами86
2.2.3 Влияние внешних воздействий и условий на свойства частиц оксида алюминия107
2.2.4 Разработка технологических приемов получения гидроксида алюминия из вторичного сырья116
2.3 Получение и физико-химические свойства гидроксида и оксида цинка119
2.4 Моделирование гетерогенных равновесий в системе Zn, SO42--H2O-OH- в области pCZn(II) = 4-2129
2.5 Получение и физико-химические свойства гидроксида и оксида марганца131
2.6 Получение и физико-химические свойства гидроксида и оксида железа140
Заключение к главе 2151
ГЛАВА 3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИНАРНЫХ ГИДРОКСИДОВ И ОКСИДОВ, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ153
3.1 Синтез высокодисперсных бинарных оксидов154
3.1.1 Получение бинарных оксидов электрохимическим способом с применением растворимого анода и введением реагента154 3.1.2 Получение бинарных оксидов электрохимическим соосаждением в мембранном электрохимическом реакторе||154
3.1.3 Получение бинарных оксидов электрохимическим способом с использованием растворимого комбинированного анода155
3.1.4 Электролиз с использованием переменного тока промышленной частоты155
3.1.5 Синтез оксида цинка, легированного оксидом марганца156
3.2 Получение системы Al2O3-ZrO2 и ее физико-химические свойства159
3.2.1 Морфология частиц системы Al2O3-ZrO2159
3.2.2 Рентгенофазовый состав системы Al2O3-ZrO2166
3.2.3 Результаты термических исследований системы Al2O3-ZrO2171
3.2.4 Результаты оценки характеристик дисперсности систем Al2O3-ZrO2172
3.2.5 Результаты исследований систем Al3+-OH--HOH и Al(III)-Zr(IV)-OH—HOH в изоэлектрической точке175
3.2.6 Математическое моделирование равновесий в системе Al(III)-Zr(IV)-H2O-OH181
3.2.7 Физико-химические свойства алюмоциркониевых оксидов, полученных электрохимическим соосаждением в мембранном электролизере187
3.3 Получение системы Al2O3-Fe2O3 и ее физико-химические свойства211
3.3.1 Сравнительная оценка устойчивости систем на основе Fe(II), Fe(III), Al(III), SO42–, Cl− − H2O − OH−, NH3224
3.4 Получение системы ZnO-MnO и ее физико-химические свойства229
Заключение по главе 3230
ГЛАВА 4 ОБЪЕМНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СОЗДАННЫЕ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ИХ СВОЙСТВА231
4.1 Композиционные керамические материалы на основе наноразмерных оксидов металлов231
4.1.1 Влияние параметров ИПС-процесса и традиционного спекания на физико-механические свойства объемных образцов231
4.1.2 Фазовый состав и микроструктура объемных образцов236
4.1.3 Влияние режима спекания на микротвердость объемных образцов238
4.1.4 Влияние спекания на прочность при изгибе объемных образцов240
4.1.5 Искровое плазменное спекание дисперсных образцов оксид алюминия / диоксид циркония241
4.1.6 Моделирование температурных полей в консолидируемых образцах244
4.2 Влияние обработки нанодисперсного оксида алюминия ВЧ-разрядом на механические свойства композиционных керамических материалов248
4.3 Наноструктурированные композиционные материалы на основе полисульфидных олигомеров, силиконов и наночастиц оксидов p-, d- элементов250
4.3.1 Наноструктурированные композиционные материалы на основе полисульфидных олигомеров, модифицированные гидроксидом и оксидом алюминия254
4.3.2 Наноструктурированные композиционные материалы на основе силоксановых резин, модифицированных оксидом цинка259
Заключение по главе 4262
ЗАКЛЮЧЕНИЕ264
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ266
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ267
3

Введение
Основными подходами, используемыми для получения высокодисперсных оксидов металлов или их прекурсоров, являются различные варианты химического управляемого синтеза¸ преимущественно осуществляемого в жидкой среде, в результате чего формируются гидроксидные, оксигидроксидные и оксидные соединения. На стадии синтеза закладываются размерные и структурные характеристики материалов, которые определяют совокупность их физико-химических свойств. Однако, учитывая вероятностный характер процессов образования кислородсодержащих соединений переменного химического и фазового составов в виде частиц разных размеров и форм, фактически отсутствует однозначная корреляция дисперсности, морфологии, физико-химических свойств оксидных дисперсных систем с условиями их формирования и последующих превращений. Поэтому возникает необходимость выявления факторов, управляющих механизмом формирования нанодисперсных предшественников оксидов. Одним из таких факторов является использование внешних воздействий, например, электромагнитного поля.

Наибольшей проблемой реализуемых в настоящее время подходов является установление роли процессов ионизации, гидратации, образования комплексов металлов, зародышей новой фазы в механизме регулирования структуры частиц прекурсоров оксидов p-, d-металлов, их размеров, фазового состава, агломерируемости и достижение прецизионных параметров их физико-химических свойств. Актуальным является и выявление особенностей процессов фазообразования, а также влияние размерного эффекта на особенности твердофазных превращений наноразмерных частиц прекурсоров, сформированных в жидкой среде.

В связи с этим настоящее исследование направлено на установление взаимосвязи условий жидкофазного синтеза прекурсоров высокодисперсных оксидных систем с их фазовым составом, структурой, морфологией, размерами частиц на всех стадиях превращений начиная с образования зародышей твердой фазы, кристаллизацией осадка и заканчивая компактированием синтезированных дисперсных систем, в том числе, в условиях высоких температур и давлений. Последнее востребовано при создании перспективных керамических и композиционных материалов (в том числе, и на основе полимеров). Поэтому выявление особенностей формирования и фазовых превращений прекурсоров простых оксидов и оксидных систем, полученных при взаимодействии электрогенерированных реагентов в условиях воздействия электрического поля является актуальной задачей.

Число публикаций, посвященных получению и исследованию физико-химических свойств высокодисперсных оксидов металлов и неметаллов растет, однако способы управления морфологией, химическим и фазовым составом индивидуальных и многокомпонентных оксидных систем недостаточно разработаны. Попытки использовать методы с электрогенерированием реагентов для получения наноструктурированных оксидов металлов с регулируемыми свойствами малочисленны. Этому препятствует недостаточное количество сведений об особенностях механизма формирования первичных частиц предшественников оксидов в условиях взаимодействия электрогенерированных реагентов и последующего превращения с получением простых и двойных оксидов. Систематические исследования, с использованием подходов, совмещающих традиционное химическое осаждение, воздействие электрического поля на формирующуюся систему на стадии зародышеобразования первичных частиц оксидной фазы, не проводились. Кроме того, не выявлены особенности формирования прекурсоров простых оксидов при взаимодействии электрогенерированных реагентов и ионов металлов в водных растворах.

Создание физико-химических основ получения наноразмерных оксидов p, d- металлов, в том числе бинарных оксидных систем, на основе их прекурсоров, сформированных в водных растворах с помощью электрогенерированных реагентов.

Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач:

- Выявление закономерностей формирования и высокотемпературных превращений прекурсоров оксидов p, d – металлов, полученных с помощью электрогенерированных реагентов в коаксиальном реакторе - электролизере с растворимым и нерастворимым анодами, в условиях турбулентности реакционной смеси.

- Определение особенностей процесса формирования гидроксидных и оксидных наноструктур p, d – металлов (алюминия, цинка, марганца, железа, циркония), в том числе бинарных, в водных растворах в условиях электрогенерирования реагентов и воздействия электрического поля на реакционную среду.

- Оценка влияния условий процесса синтеза на морфологию, размеры частиц и фазовый состав прекурсоров оксидов исследуемых p, d – металлов.

- Определение форм координационных соединений металлов, образующихся при изменении рН, в том числе и в условиях взаимодействия электрогенерированных реагентов и ионов металлов в водных растворах.

- Получение экспериментальных данных и формирование теоретических представлений о динамике процессов образования высокодисперсных гидроксидных и оксидных систем в объеме реактора, а также превращений продуктов синтеза в процессе кристаллизации.

-. Оценка комплекса физико-химических свойств полученных методами «мягкой химии с электрогенерированными реагентами» высокодисперсных гидроксидов и оксидов p, d – металлов: алюминия, цинка, марганца, железа, циркония, в том числе и сложных, с заданными характеристиками, для последующего их применения при создании объемных керамических и композиционных материалов.

- Выявление закономерностей консолидации синтезированных высокодисперсных оксидов алюминия и циркония в условиях искрового плазменного разряда, позволяющих прогнозировать их физико-механические характеристики.

Высокодисперсные оксидные системы, полученные при реализации предложенных условий электролиза, термообработки, консолидации, являются основой новых керамических и композиционных материалов с улучшенными функциональными свойствами.


Таблица 1.2, с. 58

PDF


Об авторах
Дресвянников Александр Федорович
Доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии электрохимических производств Казанского национального исследовательского технологического университета. Область научных интересов: физикохимия и электрохимия наноструктурированных металлов и оксидов, физико-химические методы исследования. Автор более 270 научных статей, 6 научных монографий; имеет 19 патентов на изобретения.
Петрова Екатерина Владимировна
Доктор химических наук, доцент. Доцент кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества Казанского национального исследовательского технологического университета. Область научных интересов: физико-химические основы получения и свойства наноразмерных оксидов p, d-металлов, композиционные и керамические материалы. Автор более 60 научных статей, 12 учебных и учебно-методических пособий, 1 научной монографии; имеет 4 патента на изобретения.