Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄
Неорганічний іонообмінник сферично гранульований фосфат титану одержано з TiOSO₄ з використанням оригінального золь-гель методу. Вивчено вплив додаткової обробки фосфорною кислотою на фізико-хімічні характеристики матеріалу. An inorganic ion-exchanger spherically granulated titanium phosphate has be...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Поверхность |
|---|---|
| Дата: | 2004 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
2004
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146397 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ / Г.О. Зайцева, В.В. Стрелко, В.І. Яковлєв // Поверхность. — 2004. — Вип. 10. — С. 118-122. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146397 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Зайцева, Г.О. Стрелко, В.В. Яковлєв, В.І. 2019-02-09T10:47:03Z 2019-02-09T10:47:03Z 2004 Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ / Г.О. Зайцева, В.В. Стрелко, В.І. Яковлєв // Поверхность. — 2004. — Вип. 10. — С. 118-122. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 2617-5975 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146397 Неорганічний іонообмінник сферично гранульований фосфат титану одержано з TiOSO₄ з використанням оригінального золь-гель методу. Вивчено вплив додаткової обробки фосфорною кислотою на фізико-хімічні характеристики матеріалу. An inorganic ion-exchanger spherically granulated titanium phosphate has been synthesized from TiOSO₄ by use of an original sol-gel technique. The effect of additional phosphoric acid treatment on physico-chemical characteristics of materials produced has been studied. uk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Поверхность Фізико-хімічні властивості оксидних систем Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ Surface chemistry and sorption properties of titanium phosphate synthesized from TiOSO₄ Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ |
| spellingShingle |
Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ Зайцева, Г.О. Стрелко, В.В. Яковлєв, В.І. Фізико-хімічні властивості оксидних систем |
| title_short |
Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ |
| title_full |
Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ |
| title_fullStr |
Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ |
| title_full_unstemmed |
Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ |
| title_sort |
хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі tioso₄ |
| author |
Зайцева, Г.О. Стрелко, В.В. Яковлєв, В.І. |
| author_facet |
Зайцева, Г.О. Стрелко, В.В. Яковлєв, В.І. |
| topic |
Фізико-хімічні властивості оксидних систем |
| topic_facet |
Фізико-хімічні властивості оксидних систем |
| publishDate |
2004 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Поверхность |
| publisher |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Surface chemistry and sorption properties of titanium phosphate synthesized from TiOSO₄ |
| description |
Неорганічний іонообмінник сферично гранульований фосфат титану одержано з TiOSO₄ з використанням оригінального золь-гель методу. Вивчено вплив додаткової обробки фосфорною кислотою на фізико-хімічні характеристики матеріалу.
An inorganic ion-exchanger spherically granulated titanium phosphate has been synthesized from TiOSO₄ by use of an original sol-gel technique. The effect of additional phosphoric acid treatment on physico-chemical characteristics of materials produced has been studied.
|
| issn |
2617-5975 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146397 |
| citation_txt |
Хімія поверхні і сорбційні властивості фосфату титану, синтезованого на основі TiOSO₄ / Г.О. Зайцева, В.В. Стрелко, В.І. Яковлєв // Поверхность. — 2004. — Вип. 10. — С. 118-122. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT zaicevago hímíâpoverhníísorbcíinívlastivostífosfatutitanusintezovanogonaosnovítioso4 AT strelkovv hímíâpoverhníísorbcíinívlastivostífosfatutitanusintezovanogonaosnovítioso4 AT âkovlêvví hímíâpoverhníísorbcíinívlastivostífosfatutitanusintezovanogonaosnovítioso4 AT zaicevago surfacechemistryandsorptionpropertiesoftitaniumphosphatesynthesizedfromtioso4 AT strelkovv surfacechemistryandsorptionpropertiesoftitaniumphosphatesynthesizedfromtioso4 AT âkovlêvví surfacechemistryandsorptionpropertiesoftitaniumphosphatesynthesizedfromtioso4 |
| first_indexed |
2025-11-25T22:33:36Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:33:36Z |
| _version_ |
1850567195188264960 |
| fulltext |
Хімія, фізика та технологія поверхні. 2004. Вип. 10. С.118-122
118
УДК 544.726+661.882
ХІМІЯ ПОВЕРХНІ І СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ФОСФАТУ
ТИТАНУ, СИНТЕЗОВАНОГО НА ОСНОВІ TiOSO4
Г.О. Зайцева, В.В. Стрелко, В.І. Яковлєв
Інститут сорбціїи та проблем ендоекології НАН України
вул. Ген. Наумова 13, 03680, Київ - 164
e-mail: zaitseva@ispe.kiev.ua
Неорганічний іонообмінник сферично гранульований фосфат титану одержано з
TiOSO4 з використанням оригінального золь-гель методу. Вивчено вплив додаткової
обробки фосфорною кислотою на фізико-хімічні характеристики матеріалу.
An inorganic ion-exchanger spherically granulated titanium phosphate has been synthesized
from TiOSO4 by use of an original sol-gel technique. The effect of additional phosphoric acid
treatment on physico-chemical characteristics of materials produced has been studied.
Вступ
Фосфат титану (ФТ) є перспективним іонообмінником, що має підвищену
спорідненість щодо ряду іонів важких металів і радіонуклідів [1, 2]; він звичайно
синтезується у вигляді порошку, що ускладнює його подальше застосування. В Інституті
сорбції і проблем ендоекології НАН України було розроблено методи синтезу ФТ у формі
геля (без використання алкоксидів титану), що дало можливість вирішити проблему
одержання цього сорбента у формі сферичних гранул шляхом інжекції краплин золю в
колону з рідиною, що не змішується з водою [3, 4]. Різниця в одержанні матеріалу у
вигляді осаду і гелю полягає в тому, що осадження, як правило, є більш швидким
процесом, ніж гелеутворення. У низці робіт було показано [5-7], що сповільнити процес
виділення твердої фази, тобто здійснити контрольоване за швидкістю формування
мікрогетерогенної дисперсної системи, можна шляхом введення комплексоутворювачів,
що мають підвищену спорідненість до одного з компонентів реакції. Однак з такою метою,
в основному, використовують органічні сполуки, що утворюють стабільні комплекси з
титаном, цирконієм, алюмінієм та іншими металами. У нашій роботі при синтезі ФТ за
золь-гель технологією використано неорганічний комплексоутворювач (аніон SO4
2-).
Експериментальна частина
Гідрогелі ФТ в сферично гранульованому вигляді було одержано золь-гель методом з
титанілсульфату [8] та хлориду титану [9]. Гелі було відмито дистильованою водою до
рН=3,5-4,0 та висушено на повітрі до вмісту вологи в сорбенті 35-40%. Переведення ФТ в
Na+-форму досягалось шляхом обробки 0,1 н розчином NaOH на фоні 0,1 н розчину NaCl
до рН=5,5-6,0. Питому поверхню зразків Sпит визначали методом теплової десорбції азоту
на приладі Coulter SA3100, розподіл об’єму пор за розмірами розраховували з десорбційної
кривої ізотерм, об’єм пор (Vs см3/г) визначали ексикаторним методом за парами бензолу та
води. Сорбцію іонів проводили з нітратних розчинів в статичних умовах при кімнатній
температурі; час контакту складав 48 год. при постійному струшуванні. Початкову та
рівноважну концентрації іонів металів визначали методом атомно-абсорбційної
спектроскопії на приладі С-115 М1 (Selmi, Суми).
mailto:zaitseva@ispe.kiev.ua
119
Результати та їхнє обговорення
При синтезі ФТ із TiCl4 як комплексоутворювач використовувався аніон SO4
2-,
здатний, на нашу думку, конкурувати з аніоном Н2РО4
- у процесі утворення ФТ. Гідрогелі
ФТ було одержано при змішуванні 2,5 М розчину TiCl4, що містив різнy кількість Н2SO4
(при співвідношенні SO4
2-/Ti від 2 до 0), з 2,5 М розчином Н3РО4. Було встановлено, що
введення в систему TiCl4–Н3РО4 різних кількостей сульфату дозволяє регулювати процес
гелеутворювання і одержати гідрогелі ФТ із різною пористою структурою
(Vs=0,2÷0,6 см3/м, Sпит=210÷350 м2/г). Так, було показано, що зі збільшенням кількості
доданого SO4
2- час гелеутворення зростає (рис. 1). Крім того, додавання SO4
2- призводить
до збільшення обсягу мезопор (рис. 2) і питомої поверхні (з 180 до 295 м2/г).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,5 1 1,5 2 2,5
SO4
2-/Ti
Т,
с
ек
Рис. 1. Залежність часу гелеутворення
ФТ від співвідношення SO4
2-/Ti.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,5 1 1,5 2
SO4
2-/Ti
V
s,
ме
зо
, с
м3 / г
Рис. 2. Залежність сорбційного
об’єму пор Vs ФТ від
співвідношення SO4
2-/Ti.
Приймаючи до уваги викладене, нами був розроблений золь-гель метод синтезу ФТ із
TiOSO4. Іншими словами, замість введення аніонів SO4
2- в розчин TiCl4 ми використали
більш дешевий та доступний реактив TiOSO4 (напівпродукт синтезу титанових пігментів).
Синтезовані зразки ФТ мають мезопорувату структуру з вузьким розподілом пор за
розмірами (dср=160-180 Å), високими значеннями Sпит (280-350 м2/г) і досить високими
сорбційними ємностями щодо іонів важких металів.
На підставі даних хімічного аналізу було встановлено, що одержані таким методом
зразки ФТ мають в поверхневому шарі не лише гідрофосфатні, але й гідросульфатні
функціональні групи. При цьому кількість залишкових груп НSO4
– у ФТ залежить від
ступеня відмивання сорбента і співвідношення Р/Ti у вихідній реакційній суміші. З метою
видалення цих груп і одержання ФТ із підвищеним вмістом іонообмінних Н2РО4-груп
вивчено вплив обробки гідрогелів ФТ фосфорною кислотою. Гідрогелі ФТ було оброблено
розчином Н3РО4 різної концентрації (0,25-2,0 М) протягом 12 год. Потім вони
висушувались при різних температурах (120, 150, 180°С) і відмивались дистильованою
водою до слідових кількостей фосфату. Було встановлено, що така обробка призводить до
збільшення кількості поверхневих фосфатних груп (табл. 1), яка залежить від концентрації
Н3РО4, температури і часу обробки. Збільшення як концентрації фосфорної кислоти, так і
температури обробки призводить до зменшення об’єму мезопор і питомої поверхні (рис. 3,
табл. 2). Це може бути викликано процесом переосадження фрагментів гідрогелів ФТ і
відповідним стягуванням його каркасу, аналогічним до процесів, що відбуваються в
силікагелі в лужному середовищі [10].
120
Таблиця 1. Вміст титану, фосфору і кисню в поверхневому шарі
вихідних та модифікованих зразків ФТ (за даними ЕСХА).
Зразок ФТ Атомна частка
P/Ti
Ti P O
Вихідний 0,139 0,141 0,69 1,01
Оброблений Н3РО4 0,5 М, 120ºС
0,25 М, 150°C
0,5 М, 150°C
1,0 М, 150°C
0,5 М, 180ºC
0,099 0,174 0,72 1,75
0,087 0,124 0,75 1,71
0,061 0,115 0,79 1,885
0,063 0,127 0,8 2,015
0,102 0,189 0,76 1,85
а
0
0,25
0,5
0,75
0 0,5 1C, H3P04, M
Vs,
см3\г
1
2
3
4
б
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
C, H3PO4
Vs, см3/г
1
2
3
4
Рис. 3. Залежність об’єму мезопор (а) та мікропор (б) від концентрації Н3РО4 для різних
температур обробки зразків ФТ (1 –24°С, 2 –120°С, 3 –150°С, 4 –180°С).
Таблиця 2. Об’єм пор та питома поверхня вихідних та модифікованих зразків ФТ.
Зразок ФТ Vs, мікро
cм3·г-1
Vs, мезо
cм3·г-1
Sпит,
м2·г-1
Вихідний, 25оС 0,28 0,64 282
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
0,27 0,54 250
0,24 0,46 210
0,22 0,35 105
Вихідний, 120оС 0,21 0,6 250
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
0,19 0,53 230
0,18 0,22 180
0,18 0,10 95
Вихідний, 150оС 0,26 0,57 167
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
0,25 0,49 148
0,14 0,19 56
0,008 0,05 8
Вихідний, 180°C 0,28 0,40 91
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
0,22 0,21 75
0,04 0,002 30
0,003 0,001 4,5
121
Як вихідні зразки ФТ, так і оброблені фосфорною кислотою і піддані термообробці, є
аморфними матеріалами.
На вихідних і модифікованих зразках була вивчена сорбція іонів деяких важких
металів (Cu2+, Zn2+, Co2+, Ni2+). Результати цих досліджень (табл. 3, рис. 4) показали, що
описана вище додаткова обробка ФТ призводить до збільшення сорбційної ємності у 1,5-3
рази порівняно з вихідними зразками.
Таблиця 3. Сорбційна ємність (ммоль/г) Na+-форм зразків ФТ при рН=4,0-4,5.
Зразки Cu2+ Zn2+ Ni2+ Co2+
Вихідний, 25оС 0,93 0,81 0,49 0,70
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
1,64 1,42 0,92 1,20
1,71 1,34 0,66 1,18
1,43 1,27 0,46 1,06
Вихідний, 120°C 0,85 0,79 0,45 0,68
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
2,17 1,75 1,2 1,4
1,94 1,45 0,93 1,33
1,50 0,9 0,67 1,10
Вихідний, 150°C 0,77 0,73 0,40 0,60
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
1,95 1,42 1,135 1,2
1,6 1,07 0,94 1,03
1,21 0,67 0,64 0,6
Вихідний, 180°C 0,45 0,41 0,3 0,35
Оброблений H3PO4 0,25 М
0,5 М
1,0 М
0,58 0,48 0,35 0,42
0,49 0,39 0,31 0,32
0,23 0,2 0,15 0,16
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00
Cр, ммол/л
A
, м
мо
л/
г
1
2
3
4
Рис. 4. Ізотерми сорбції іонів Cu2+ (1, 3) та Zn2+ (2, 4) на вихідних (3, 4)
та модифікованих 0,25 М Н3РО4 при 120°С зразках (1, 2) Na+-форми
ФТ при рН=4,0-4,5.
З одержаних результатів випливає, що збільшення концентрації кислоти (понад 0,5 М)
і температури наступної термообробки (більше 150°С) призводить до подальшого
зниження сорбційної ємності, пов'язаного зі зменшенням питомої поверхні і об’єму пор.
122
Література
1. Vesely V., Pekarek V. Synthetic inorganic ion exchangers. 1. Hydrous oxides and acidic salts
of polyvalent metals // Talanta. - 1972. - N 19. - P.219-262.
2. Долматов Ю.Д., Булавина З.И. К исследованию структуры ионообменного фосфата
титана (IV) // Журн. прикл. химии. - 1974. - Т. 47, № 7. – С.1498-1503.
3. Стрелко В.В. Новые неорганические иониты и возможности их применения для
очистки производственных растворов и промстоков // Роль химии в охране
окружающей среды. – К.: Наук. думка, 1983. - С.181-188.
4. Стрелко B.B., Беляков B.Н., Бортун A.И. Технологическая схема получения
неорганических ионитов сферической грануляции на основе фосфатов и оксидов
элементов IV-V группы периодической системы // IX сем. по химии и хим. тех. неорг.
сорбентов: Тез. докл. - Пермь, 1985. - С.37-38.
5. Livage J., Ganguli D. Sol-gel electrochromic coatings and devices. A review // Solar Energy
Mater. Solar Cells. - 2001. -V. 68. - P.365-381.
6. Gonzalez R., Lopez T., Gomez R. Sol-gel preparation of supported metal catalysts // Catal.
Today. - 1997. - V. 35. - P.293-317.
7. Strelko V., Kanibolotsky V., Zaitseva A. Spherically granulated inorganic ionites on the
basis of titanium and zirconium hydroxides and phosphates, synthesized by sol-gel method
from TiOSO4, TiCl4, ZrOCl2 and H3PO4 // Proc. 3rd Intern. Conf. on Ion Exchange (Japan,
2003). – P.97-100.
8. Стрелко В.В., Яковлєв В.І., Зайцева Г.О. Спосіб одержання сорбенту на основі
фосфату титану / Деклар. пат. на винахід № 39755, 2001 р. - Бюл. № 6.
9. Бортун А.И., Яковлев В.И., Малиновский Г.А. Метод получения сферически
гранулированного фосфата титана / Пат. СССР № 1605343, 1990 г. – Бюл. № 41.
10. Неймарк И.Е., Шейнфайн Р.Ю. Силикагель, его получение, свойства и применение. -
Киев: Наук. думка, 1973.
Ti
Ti
Таблиця 2. Об’єм пор та питома поверхня вихідних та модифікованих зразків ФТ.
Зразок ФТ
Вихідний, 25оС
Зразки
Ni2+
Вихідний, 25оС
|