Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха

Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха

Приведены результаты исследования влияния концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа к кислороду воздуха в пористой матрице NaCl, полученных из паровой фазы с использованием электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме Fe₃O₄, а также железа. Исследована кинет...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Современная электрометаллургия
Datum:2011
Hauptverfasser: Курапов, Ю.А., Мовчан, Б.А., Литвин, С.Е., Дидикин, Г.Г., Романенко, С.М.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Schlagworte:
Электронно-лучевые процессы
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96184
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха / Ю.А. Курапов, Б.А. Мовчан, С.Е. Литвин, Г.Г. Дидикин, С.М. Романенко // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 1 (102). — С. 30-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96184
record_format dspace
spelling Курапов, Ю.А.
Мовчан, Б.А.
Литвин, С.Е.
Дидикин, Г.Г.
Романенко, С.М.
2016-03-12T12:03:11Z
2016-03-12T12:03:11Z
2011
Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха / Ю.А. Курапов, Б.А. Мовчан, С.Е. Литвин, Г.Г. Дидикин, С.М. Романенко // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 1 (102). — С. 30-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
0233-7681
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96184
669.187.526.001.5
Приведены результаты исследования влияния концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа к кислороду воздуха в пористой матрице NaCl, полученных из паровой фазы с использованием электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме Fe₃O₄, а также железа. Исследована кинетика относительного изменения массы пористых конденсатов Fe₃O₄ + NaCl и Fe + NaCl при нагреве до температуры 650 °С и охлаждении на воздухе. Показано, что адсорбционная способность наночастиц оксидов железа к кислороду воздуха в пористой матрице NaCl повышается с увеличением концентрации железа в конденсате.
Results of investigation of effect of iron concentration on adsorption ability of nanoparticles of iron oxides to air oxygen in porous matrix NaCl, produced from vapor phase using electron beam evaporation and condensation in vacuum of Fe₃O₄ and iron, are given. Kinetics of relative change of mass of porous condensates Fe₃O₄ + NaCl and Fe + NaCl in heating up to temperature 650 °С and air cooling was studied. It is shown that the adsorption ability of nanoparticles of iron oxides to air oxygen in porous matrix NaCl is increased with increase of iron concentration in condensate.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Современная электрометаллургия
Электронно-лучевые процессы
Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха
Effect of iron concentration on adsorption ability of nanoparticles of iron oxides in porous matrix NaCl to air oxygen
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха
spellingShingle Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха
Курапов, Ю.А.
Мовчан, Б.А.
Литвин, С.Е.
Дидикин, Г.Г.
Романенко, С.М.
Электронно-лучевые процессы
title_short Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха
title_full Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха
title_fullStr Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха
title_full_unstemmed Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха
title_sort влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице nacl к кислороду воздуха
author Курапов, Ю.А.
Мовчан, Б.А.
Литвин, С.Е.
Дидикин, Г.Г.
Романенко, С.М.
author_facet Курапов, Ю.А.
Мовчан, Б.А.
Литвин, С.Е.
Дидикин, Г.Г.
Романенко, С.М.
topic Электронно-лучевые процессы
topic_facet Электронно-лучевые процессы
publishDate 2011
language Russian
container_title Современная электрометаллургия
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format Article
title_alt Effect of iron concentration on adsorption ability of nanoparticles of iron oxides in porous matrix NaCl to air oxygen
description Приведены результаты исследования влияния концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа к кислороду воздуха в пористой матрице NaCl, полученных из паровой фазы с использованием электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме Fe₃O₄, а также железа. Исследована кинетика относительного изменения массы пористых конденсатов Fe₃O₄ + NaCl и Fe + NaCl при нагреве до температуры 650 °С и охлаждении на воздухе. Показано, что адсорбционная способность наночастиц оксидов железа к кислороду воздуха в пористой матрице NaCl повышается с увеличением концентрации железа в конденсате. Results of investigation of effect of iron concentration on adsorption ability of nanoparticles of iron oxides to air oxygen in porous matrix NaCl, produced from vapor phase using electron beam evaporation and condensation in vacuum of Fe₃O₄ and iron, are given. Kinetics of relative change of mass of porous condensates Fe₃O₄ + NaCl and Fe + NaCl in heating up to temperature 650 °С and air cooling was studied. It is shown that the adsorption ability of nanoparticles of iron oxides to air oxygen in porous matrix NaCl is increased with increase of iron concentration in condensate.
issn 0233-7681
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96184
citation_txt Влияние концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа в пористой матрице NACl к кислороду воздуха / Ю.А. Курапов, Б.А. Мовчан, С.Е. Литвин, Г.Г. Дидикин, С.М. Романенко // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 1 (102). — С. 30-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT kurapovûa vliâniekoncentraciiželezanaadsorbcionnuûsposobnostʹnanočasticoksidovželezavporistoimatricenaclkkisloroduvozduha
AT movčanba vliâniekoncentraciiželezanaadsorbcionnuûsposobnostʹnanočasticoksidovželezavporistoimatricenaclkkisloroduvozduha
AT litvinse vliâniekoncentraciiželezanaadsorbcionnuûsposobnostʹnanočasticoksidovželezavporistoimatricenaclkkisloroduvozduha
AT didikingg vliâniekoncentraciiželezanaadsorbcionnuûsposobnostʹnanočasticoksidovželezavporistoimatricenaclkkisloroduvozduha
AT romanenkosm vliâniekoncentraciiželezanaadsorbcionnuûsposobnostʹnanočasticoksidovželezavporistoimatricenaclkkisloroduvozduha
AT kurapovûa effectofironconcentrationonadsorptionabilityofnanoparticlesofironoxidesinporousmatrixnacltoairoxygen
AT movčanba effectofironconcentrationonadsorptionabilityofnanoparticlesofironoxidesinporousmatrixnacltoairoxygen
AT litvinse effectofironconcentrationonadsorptionabilityofnanoparticlesofironoxidesinporousmatrixnacltoairoxygen
AT didikingg effectofironconcentrationonadsorptionabilityofnanoparticlesofironoxidesinporousmatrixnacltoairoxygen
AT romanenkosm effectofironconcentrationonadsorptionabilityofnanoparticlesofironoxidesinporousmatrixnacltoairoxygen
first_indexed 2025-11-26T08:01:31Z
last_indexed 2025-11-26T08:01:31Z
_version_ 1850617949391421440
fulltext УДК 669.187.526.001.5 ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЖЕЛЕЗА НА АДСОРБЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА В ПОРИСТОЙ МАТРИЦЕ NACL К КИСЛОРОДУ ВОЗДУХА Ю. А. Курапов, Б. А. Мовчан, С. Е. Литвин, Г. Г. Дидикин, С. М. Романенко Приведены результаты исследования влияния концентрации железа на адсорбционную способность наночастиц оксидов железа к кислороду воздуха в пористой матрице NaCl, полученных из паровой фазы с использованием электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме Fe3O4, а также железа. Исследована кинетика относи- тельного изменения массы пористых конденсатов Fe3O4 + NaCl и Fe + NaCl при нагреве до температуры 650 °С и охлаждении на воздухе. Показано, что адсорбционная способность наночастиц оксидов железа к кислороду воздуха в пористой матрице NaCl повышается с увеличением концентрации железа в конденсате. Results of investigation of effect of iron concentration on adsorption ability of nanoparticles of iron oxides to air oxygen in porous matrix NaCl, produced from vapor phase using electron beam evaporation and condensation in vacuum of Fe3O4 and iron, are given. Kinetics of relative change of mass of porous condensates Fe3O4 + NaCl and Fe + NaCl in heating up to temperature 650 °С and air cooling was studied. It is shown that the adsorption ability of nanoparticles of iron oxides to air oxygen in porous matrix NaCl is increased with increase of iron concentration in condensate. Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевое испарение; на- ночастицы; магнетит; адсорбция; кислород Наиболее изученными и применяемыми в электро- нике и медицине являются наночастицы оксидов железа и прежде всего магнетит Fe3O4. Он исполь- зуется для синтеза магнитных жидкостей, транс- порта лекарственных препаратов и т. д. Электронно-лучевую технологию испарения и конденсации в вакууме впервые с успехом приме- нили для получения наночастиц магнетита. В стать- ях [1, 2] приведены результаты исследования структуры конденсатов и регулирования фазового состава, структуры и размера наночастиц Fe3O4, по- лученных электронно-лучевым осаждением магне- тита из паровой фазы. В работе [1] рассмотрена возможность создания стабилизированной колло- идной системы с наночастицами магнетита разме- ром 10…15 нм. Наночастицы магнетита, полученные в пористой солевой матрице, отличаются значительной адсорб- ционной способностью по отношению к кислороду. Благодаря развитой открытой микро- и наноразмер- ной пористости солевой матрицы, осаждаемой на холодную подложку, влага и кислород воздуха сво- бодно проникают и адсорбируются на развитой от- крытой поверхности наночастиц магнетита. Вкрапленные в микро- и наноразмерных порах матрицы наночастицы магнетита создают своеоб- разные «нанореакторы» физически адсорбирован- ного кислорода и влаги. При нагреве на воздухе до значения температуры 380 °С влага и основная часть физически адсорбированного кислорода удаляются из «нанореакторов». Дальнейшее увеличение тем- пературы отжига до 650 °С сопровождается окис- лением оставшимся кислородом Fe3O4 до Fe2O3. Таким образом, высокая адсорбционная способ- ность к кислороду конденсатов Fe3O4 + NaCl и Fe + + NaCl объясняется наличием в них высокоактив- ных наночастиц магнетита. Имея в своем составе химически связанный кислород, наночастицы маг- нетита дополнительно адсорбируют из окружающей среды физически связанный кислород. Следова- тельно, существование наночастиц магнетита в эле- ментарном виде возможно лишь в вакууме. В данной работе исследовано влияние концент- рации железа на адсорбционную способность к кис- лороду воздуха наночастиц оксидов железа, нахо- дящихся в пористой солевой матрице конденсатов © Ю. А. КУРАПОВ, Б. А. МОВЧАН, С. Е. ЛИТВИН, Г. Г. ДИДИКИН, С. М. РОМАНЕНКО, 2011 30 Fe3O4 + NaCl и Fe + NaCl, полученных в процессе электронно-лучевого испарения и последующей конденсации. Материалы и методика эксперимента. Конденсаты получали путем осаждения смешанных молекуляр- ных потоков магнетита или железа и соли NaCl в вакуумной электронно-лучевой установке [1, 2]. Температура конденсации составляла 25…45 °С. Свойства наночастиц исследовали на конденсатах и порошках, получаемых путем измельчения в ша- ровой мельнице. Содержание элементов в конденсате исследова- ли с помощью растрового электронного микроскопа CamScan с рентгеновской приставкой INCA-200 Energy. Исследование структуры конденсатов и фа- зового состава частиц выполнены методом просве- чивающей электронной микроскопии на микроско- пе HITACHI H-800 при ускоряющем напряжении 100 кВ. Процессы окисления на воздухе железа в солевой матрице изучали с помощью термограви- метрического анализатора TGA-7 при значениях температуры до 650 °С. Результаты исследований. Исследование макро- структуры и содержания элементов на поперечном сколе пористого конденсата Fe + NaCl показало, что концентрация кислорода, как и в конденсате Fe3O4 + NaCl [2], превышает стехиометрический состав, соответствующий Fe3O4 (рис. 1). При этом соотношение кислорода и железа зависит от коли- чества железа. Оно снижается с увеличением его содержания в конденсате и превышает это значение (1,33) для стехиометрического состава Fe3O4. И лишь при содержании в конденсате около 30 ат. % железа, когда вероятность агрегации наночастиц в смешанном паровом потоке и при конденсации на подложке велика, данное соотношение приближа- ется к стехиометрическому (рис. 1). Это еще раз свидетельствует о высокой адсорбционной способ- ности к кислороду наночастиц железа малых раз- меров [3]. При исследовании методом просвечивающей элек- тронной микроскопии тонких сколов конденсата Fe + NaCl так же, как и в конденсате Fe3O4 + NaCl [2], обнаружено присутствие наноразмерной субстанции с фазовым соста- вом, соответствующим магне- титу (рис. 2). Это объясняется тем, что при извлечении кон- денсата из вакуума кислород воздуха свободно проникает в его поры и активно взаимо- действует с развитой откры- той поверхностью наночастиц железа, вкрапленных в мик- ро- и наноразмерные поры со- левой матрицы. В процессе отделения на воздухе конденсата от подложки нарушается его целостность, дополни- тельно открываются многочисленные ранее закры- тые поры, происходит окисление железа с тепловым эффектом, сопровождающимся воспламенением листа бумаги, на который помещали отделенный от подложки конденсат. Поскольку высокая адсорбционная способность к кислороду присуща в большей степени наночас- тицам малых размеров, то это может сказаться при термогравиметрическом анализе кинетики на отно- сительном изменении массы пористых конденсатов Fe3O4 + NaCl и Fe + NaCl в случае нагрева до темпе- ратуры 650 °С и последующего охлаждения на воздухе. Исследования, проведенные на конденсатах Fe3O4 + NaCl с содержанием железа от 4 до 7 мас. % показали, что с повышением температуры (при наг- реве со скоростью 10 °С/мин) во всех случаях про- исходит уменьшение массы пористого конденсата, вплоть до температуры 380 °С (рис. 3, а). На первом этапе (нагрев пористого конденсата до 380 °С), удаляется значительная доля физически ад- сорбированного кислорода, которая увеличивается с ростом содержания железа в конденсате. На втором этапе при дальнейшем на-греве по- ристого конденсата с наночастицами магнетита до Рис. 1. Отношение кислорода к железу в конденсатах Fe3O4 + + NaCl (кривая 1) и Fe + NaCl (кривая 2) в зависимости от содержания железа Рис. 2. Микроструктура (а) и электронограмма (б) исходного конденсата Fe + NaCl 31 температуры 650 °С происходит окисление Fe3O4 до Fe2O3, на что расходуется оставшаяся доля фи- зически адсорбированного кислорода [2]. Измель- чение в шаровой мельнице конденсата до получения порошка микронных размеров не повлияло на ки- нетику относительного изменения массы данного ма- териала при термогравиметрическом анализе (рис. 3, б). Подобные исследования, проведенные на кон- денсатах Fe + NaCl с массовой долей железа от 8 до 47 %, показали (рис. 3, в), что конденсаты с малым и средним содержанием железа имеют анало- гичные зависимости снижения массы пористого кон- денсата на первом этапе при нагреве до температуры 380 °С и далее до значения 650 °С на втором этапе. На первом этапе нагрева также происходит уда- ление значительной доли физически адсорбирован- ного кислорода, которая увеличивается при повы- шении содержания железа в конденсате (рис. 3, кривые 4 и 6). Для конденсатов с 47 мас. % железа недостаток физически адсорбированного кислорода на втором этапе восполняется за счет кислорода воз- духа, в результате чего масса пористого конденсата возрастает (рис. 3, кривая 5). Влияние количества железа в конденсате на со- отношение кислорода и железа очень сильно ска- зывается при концентрациях до 10…15 ат. % железа (рис. 1). При дальнейшем повышении содержания железа в конденсате это отношение снижается слабо. Результаты исследования влияния концент- рации железа на адсорбционную способность нано- частиц оксидов железа к кислороду воздуха в по- ристой матрице NaCl подтверждают эту закономер- ность. Если в диапазоне малых концентраций же- леза доля физически адсорбированного кислорода значительно возрастает с увеличением содержания железа в конденсате (рис. 3, а, б), то при больших концентрациях железа она возрастает незначительно и достигает предельного максимума – 5,5 % (рис. 3, в). Таким образом, наночастицы железа малых раз- меров, полученные способом молекулярных пучков в пористой солевой матрице, отличаются значитель- ной адсорбционной способностью по отношению к кислороду при разгерметизации вакуумной камеры. И лишь в случае большого содержания железа в конденсате, когда вероятность агрегации наночас- тиц в смешанном паровом потоке и при конденсации на подложке велика, адсорбционная способность по отношению к кислороду снижается, достигая своего минимума. 1. Наночастицы магнетита, полученные конденсацией моле- кулярных пучков в вакууме / Ю. А. Курапов, Г. Г. Ди- дикин, С. М. Романенко, С. Е. Литвин // Современ. электрометаллургия. – 2009. – № 3. – С. 26—28. 2. Регулирование состава и структуры наночастиц системы Fe—O, получаемых электронно-лучевым испарением Fe3O4 / Б. А. Мовчан, Ю. А. Курапов, Г. Г. Дидикин и др. // Порошк. металлургия (в печати). 3. Серев Г. Б. Нанохимия. М.: Изд-во Москов. ун-та, 2007. – 336 с. Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев Поступила 01.12.1010 Рис. 3. Кинетика относительного изменения массы M/M0 кон- денсатов (а) и порошков (б) Fe3О4 + NaCl, а также конденсатов Fe + NaCl (в) при нагреве и охлаждении на воздухе в зависимости от массовой доли железа, %: 1 – 4; 2 – 5; 3 – 7; 4 – 8; 5 – 47; 6 – 20 32

Ähnliche Einträge