ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
Cobalt and manganese oxides and their complex oxide compositions were obtained by the sol-gel method using various precipitators(ammonia solution and HMTA). It was determined by X-ray diffraction method that both individual and co-precipitated hydroxo compounds after calcination at 400 °С form oxide...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2020
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/216 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465617302749184 |
|---|---|
| author | Ivanenko, Olexandr Omel’chuk, Anatoliy Pavlenko, Tamara Pohorenko, Yuliia Bikov, Valerii |
| author_facet | Ivanenko, Olexandr Omel’chuk, Anatoliy Pavlenko, Tamara Pohorenko, Yuliia Bikov, Valerii |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Olexandr Ivanenko",
"institution": "Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, просп. Академіка Палладіна, 32\/34, Київ, 03142, Україна"
},
{
"author": "Anatoliy Omel’chuk",
"institution": "Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, просп. Академіка Палладіна, 32\/34, Київ, 03142, Україна"
},
{
"author": "Tamara Pavlenko",
"institution": "Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, просп. Академіка Палладіна, 32\/34, Київ, 03142, Україна"
},
{
"author": "Yuliia Pohorenko",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, 32-34 Aсademiс Palladin Avenue, Kyiv"
},
{
"author": "Valerii Bikov",
"institution": "Інститут фізики НАН України, просп. Науки, 46, Київ, 02000, Україна"
}
] |
| author_sort | Ivanenko, Olexandr |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:44Z |
| description | Cobalt and manganese oxides and their complex oxide compositions were obtained by the sol-gel method using various precipitators(ammonia solution and HMTA). It was determined by X-ray diffraction method that both individual and co-precipitated hydroxo compounds after calcination at 400 °С form oxide phases of Co3O4 and Mn3O4 composition. Samples obtained by sedimentation with ammonia solution have a larger specific surface area than synthesized in HMTA solution. When calcined at 400 °C, the specific surface area for cobalt-containing samples sedimentated with ammonia solution decreases, and for samples sedimentated from HMTA solution - increases. The pore volume depends on the precipitator and changes little during calcination. For co-sedimentated and calcined at 400 °C samples, the specific surface area plays a significant role: the higher it is, the greater the catalytic ability of the sample to decompose hydrogen peroxide. On the SEM image of samples driedat 100 °C, sedimentated with ammonia solution, agglomeration of flat particles of gitrated oxides of cobalt and/or manganese of globular form is observed. For samples deposited in HMTA solution, SEM images are represented by agglomeration of particles in the form of planar layers. Calcination at 400 °C partially destroys the structure. Kinetic studies of the decomposition of hydrogen peroxide with theparticipation of the obtained samples indicate the first order of the reaction. Samples of cobalt hydroxide and co-sedimentated cobalt and manganese hydroxy compounds synthesized in HMTA solution showed the best ability to catalyze. The highest productivity (dm3 H2O2 of decomposed 1 g of catalyst) is inherent in samples of cobalt hydroxy compounds and its composition with manganese compounds synthesized by HMTA, after heat treatment at 100 °C. The ability of such samples to catalytic decomposition of hydrogen peroxide is estimated to be not less than 2.4 dm3 H2O2 (14 days). Compared to compounds synthesizedwith ammonia solution, they retain their activity for a longer time. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.86.8.2020.111-125 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
111
УДК 544.478+54-31 doi: 10.33609/2708-129X.86.8.2020.111-125
ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ
НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ
ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
О. П. Іваненко1*, Т. В. Павленко1, Ю. В. Погоренко1, А. О. Омельчук1, В. М. Биков2
1Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України, просп. Ака-
деміка Палладіна, 32/34, Київ 03142, Україна
2Інститут фізики НАН України, просп. Науки, 46, Київ 02000, Україна
*e-mail: ivanenko@ionc.kiev.ua
Золь-гель методом із використанням різних осаджувачів (розчин аміаку та ГМТА) отрима-
но оксиди кобальту та мангану та їхні складнооксидні композиції. На СЕМ-зображенні вису-
шених за 100 °С зразків, осаджених за допомогою розчину аміаку, спостерігають агломерацію
плоских часток гітратованих оксидів кобальту та/або мангану глобулярної форми. Для зразків,
осаджених у розчині ГМТА, СЕМ-зображення представлено агломерацією часток у вигляді
площинних шарів. Прожарювання за 400 °С частково руйнує структуру. Методом РФА вста-
новлено, що як і індивідуальні, так і сумісно осаджені гідроксосполуки після прожарювання
за 400 °С утворюють оксидні фази складу Co3O4 та Mn3O4. Кінетичні дослідження розкладу пе-
роксиду водню за участю отриманих зразків вказують на перший порядок реакції. Найкращу
здатність до каталізу показали зразки гідроксиду кобальту та сумісно осаджених гідроксоспо-
лук кобальту і мангану, синтезовані у розчині ГМТА.
Ключові слова: золь-гель синтез, оксиди кобальту та мангану, пероксид водню, каталітич-
ний розклад.
ВСТУП. Негативним наслідком стрім-
кого розвитку сучасного науково-техніч-
ного комплексу є збільшення обсягів ви-
кидів шкідливих продуктів у навколишнє
середовище, які завдають суттєвих збитків
довкіллю. Для їхньої нейтралізації у про-
мисловості використовують каталізатори
«доокиснення» шкідливих газових викидів
на основі елементів платинової групи, які
мають високу вартість, що стимулює по-
шук альтернативних речовин. Тому дослі-
дження, спрямовані на створення сполук,
спроможних замінити каталізатори на ос-
нові елементів платинової групи та спри-
яти перетворенню шкідливих викидів на
цінні нетоксичні речовини, є актуальним
завданням, не лише науковим, а й приклад-
ним [1–2].
Відомо, що в процесах синтезу аміаку,
азотної кислоти та азотних добрив, розкладу
пероксиду водню, окиснення CO, NO, N2O,
SO2, H2S тощо, альтернативу платиновим
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
112 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
каталізаторам можуть скласти суміші окси-
дів металів (феруму, нікелю, кобальту, ман-
гану, церію, цирконію та ін.) [3–7].
Каталітичний розклад пероксиду водню
з метою отримання атомарного кисню ши-
роко використовують в органічному син-
тезі [8–10]. Інформація про каталізатори
та закономірності цього процесу необхідна
для оптимізації умов окиснення ракетного
палива, знезараження стічних вод, відхо-
дів хімічного виробництва [11–13]. Добру
каталітичну активність у реакції розкладу
пероксиду водню проявляють оксиди ман-
гану, кобальту, заліза, нікелю, церію, цир-
конію та ін. [13–16]. Однак, незважаючи на
значну кількість наявного експерименталь-
ного матеріалу, однозначно не встановлено
взаємозв’язок між умовами синтезу, мор-
фологією каталізатора (зокрема, оксидних
композицій кобальту та мангану) та його
каталітичними властивостями.
У цьому повідомленні наведено резуль-
тати дослідження впливу умов синтезу на
морфологію та каталітичну активність
оксидів і оксидних композицій кобальту та
мангану у розкладі пероксиду водню.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА.
Для синтезу оксидів кобальту та манга-
ну використовували нітрати кобальту
(Co(NO3)2·6H2O) та мангану (Mn(NO3)2·
5H2O) кваліфікації „х. ч.”, гексаметилен-
тетрамін (ГМТА) (ч. д. а.), водний розчин
(25%) аміаку (ч. д. а.). Синтез індивідуаль-
них та сумісно осаджених гідроксосполук
здійснювали з розрахованих об’ємів розчи-
нів вихідних солей методом осадження за
допомогою ГМТА (0,5 М) або водного роз-
чину аміаку (1:10) за постійного перемішу-
вання. Осадження гідроксидів кобальту та
мангану здійснювали за такою схемою:
Co2+ + 2NH4OH → Co(OH)2↓ + 2NH4
+ (1)
Mn2+ + 2NH4OH → Mn(OH)2↓ + 2NH4
+. (2).
За присутності розчиненого у воді кис-
ню гідроксиди двовалентних елементів по-
ступово окиснюються:
4Co(OH)2 + 2H2O + O2 →4Co(OH)3 (3)
2Mn(OH)2 + 2H2O + O2 → 2Mn(OH)4
→− OH2
2MnO2×хH2O. (4)
Гідроксид мангану Mn(OH)4 не стійкий і
втрачає частину води, утворюючи гідрато-
ваний оксид мангану MnO2×хH2O.
Осадження за допомогою ГМТА прово-
дили за температури 80–90 °С, а при ви-
користанні розчину аміаку – за кімнатної
температури. Отримані осади відфільтро-
вували, промивали дистильованою водою
до нейтральної реакції проби та висушува-
ли за 100 °С.
Синтез сумішей оксидів кобальту та
мангану здійснювали при співвідношенні
[Co]:[Mn] у вихідній реакційній суміші, що
дорівнювало 1:1. Вміст кобальту та манга-
ну, що не перейшов в осад (у фільтраті), ви-
значали атомно-абсорбційним методом на
спектрофотометрі SP9 фірми «Pye Unicam»
(Велика Британія). За результатами аналізу
визначали вміст кожного з оксидів у синте-
зованих сумішах.
Розчин уротропіну при нагріванні гідро-
лізує за наступною реакцією:
C6H12N4 + 10H2O 80 90 C−→
6HCOH + 4NH4OH.
У результаті утворюються формальде-
гід та гідроксид амонію. Останній осаджує
гідроксиди кобальту та мангану за реакція-
ми 1–4. У результаті виконаних досліджень
встановлено, що нагрівання до 80÷90 °С
забезпечує більш високі та стабільні у часі
УХЖ № 8 / Том 86О. П. Іваненко, Т. В. Павленко, Ю. В. Погоренко, А. О. Омельчук, В. М. Биков
113https://ucj.org.ua
значення рН (рис. 1), тому осадження гід-
роксидів за допомогою ГМТА здійснювали
в зазначеному температурному інтервалі.
Рис. 1. Зміна рН 0,5 М розчину ГМТА від
часу за температур: 1–55 °С; 2–92 °С.
Отже, осадження за допомогою розчину
ГМТА відбувається також за участі аміаку,
але значно повільніше, ніж при викорис-
танні винятково NH4OH.
Рентгенофазовий аналіз синтезованих
зразків оксидних композицій виконували на
дифрактометрі «ДРОН-ЗМ» із CuKα-випро-
мінюванням методом порошку, ідентифіка-
цію фаз проводили за допомогою програми
Мatch [17]. Розрахунок параметрів криста-
лічних ґраток виконували з використанням
бази даних Crystallography Open Database
для оксиду кобальту (COD ID 9005887), для
оксиду мангану (COD ID 1514120) [18].
Морфологічні особливості синтезова-
них зразків досліджували методами ска-
нуючої електронної мікроскопії (СЕМ) на
растровому мікроскопі «JEOL JSM-35».
Поверхневі характеристики гідроксо- та
оксосполук визначали методом низько-
температурної сорбції – десорбції азоту на
приладі «Autosorb-6B».
Здатність синтезованих зразків до ката-
лізу оцінювали на реакції розкладу водно-
го розчину пероксиду водню (35 мас. %).
Наважку зразка (50 мг) індивідуального
оксиду чи синтезованої оксидної компози-
ції (висушених або прожарених) переноси-
ли у склянку, додавали 50 мл дистильова-
ної води та порцію пероксиду водню (5,0–
25,0 мл залежно від швидкості розкладу).
Експеримент проводили упродовж 14 днів
за кімнатної температури (20 °С). Повноту
розкладу пероксиду водню контролювали
за методикою [19] при дії на порцію розчи-
ну, де відбувався розклад Н2О2, розчином
йоду з крохмалем та розчином солі Ti4+.
Похибка визначення не перевищувала ±3
відн. %.
Кінетику розкладу пероксиду водню
в присутності синтезованих оксидів або
композицій досліджували за наступною
методикою. Наважку зразка масою 20 мг
поміщали в реактор із газовідводом із по-
передньо підготовленим розчином пе-
роксиду водню об’ємом 400 мл (співвідно-
шення Н2О2:Н2О= 1:10). Об’єм газу (О2), що
виділявся внаслідок реакції розкладу, фік-
сували упродовж 6–7 годин. Температуру
в реакційній суміші підтримували в межах
20±1 °С.
ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ. Синтез
зразків для каталітичних досліджень мож-
на описати за допомогою наступних схем:
Co(NO3)2 → HMTAAmmonia, Co(OH)2
→ °C400 Co3O4 → C700 Co3O4; (5)
Mn(NO3)2 → HMTAAmmonia, MnO2×
хH2O → C400 Mn3O4 → C700 Mn2O3. (6)
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
114 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
Це підтверджується результатами РФА
отриманих зразків, згідно яких незалежно
від природи осаджувача (аміак або гексаме-
тилтетрамін) після термообробки за 400 °С
отримані фази ідентифікують як Co3O4 та
Mn3O4 (рис. 2). Оксид кобальту Co3O4 утво-
рюється внаслідок часткового окиснення
СоО (який утворився під час зневоднення
Co(OH)2) до Со2О3 з наступною стабіліза-
цією фази складу Co3O4. Цей оксид після
термообробки за 400 °С (5) кристалізується
в кубічній сингонії з параметром кристаліч-
ної ґратки a = 8,11 Å, V = 533,4 Å3; просто-
рова група: Fd3m (227). Його прожарюван-
ня за 700 °С (5) призводить до зменшення
параметрів кристалічної ґратки: a = 8,08 Å,
V = 527,5 Å3. Змішаний оксид мангану
Mn3O4 утворюється під час прожарювання
за 400 °С гідратованого діоксиду мангану
(6), який частково втрачає кисень [20]. Роз-
раховані кристалічні характеристики для
цієї сполуки були наступними: a = 5,76 Å,
с = 9,47 Å, V = 314,2 Å3, просторова група:
I41/amd (141). При подальшому прожарю-
ванні за 700° С змішаного оксиду на диф-
рактограмі відсутні рефлекси, що відпо-
відають Mn3O4, проте фіксують рефлекси,
характерні для оксиду мангану Mn2O3 (6).
При сумісному осадженні і наступному
прожарюванні гідроксосполук кобальту
та мангану рефлекси на дифрактограмах
свідчать про утворення суміші індивіду-
альних фаз: Co3O4 та Mn3O4 (рис. 2, крива
4). Кристалографічні характеристики син-
тезованих фаз такі: [Co3O4] – a = 8,08 Å,
V = 527,5 Å3; [Mn3O4] – a = 5,73 Å, с = 9,58 Å,
V = 314,5 Å3. При сумісному осадженні і на-
ступній термообробці за 400 °С оксид ко-
бальту у синтезованій суміші має криста-
лічну ґратку з параметрами такими ж сами-
ми, що й індивідуально синтезований зра-
зок Co3O4, отриманий після термообробки
за 700° С (5). Об’єм елементарної комірки
оксиду мангану, який отримували суміс-
ним осадженням, практично не змінюєть-
ся, проте зменшуються параметри криста-
лічної ґратки a і b та зростає параметр c.
Рис. 2. Типові дифрактограми синтезованих
зразків оксидних фаз за різних режимів термо
обробки: 1 – Co3O4 (400 °С); 2 – Co3O4 (700 °С);
3 – Mn3O4 (400 °С); 4 – Co3O4 та Mn3O4 (400 °С).
* – фаза Co3O4; Δ – фаза Mn3O4.
За результатами ДТА гідроксосполуки
кобальту та/або мангану починають втра-
чати воду за 80 °С [21]. Втрати маси зразків
як індивідуальних гідроксосполук кобаль-
ту та мангану, так і сумісно осаджених піс-
ля термообробки за 400 та 700 °С, наведено
в таблиці 1. Із наведених даних видно, що
незалежно від природи осаджувача більші
втрати маси при термообробці характерні
для гідроксосполук кобальту, причому ви-
користання як осаджувача гексаметилен-
тетраміну сприяє збільшенню втрат (до 82–
83% від загальної маси втрат) на першому
етапі термообробки (400 °С). При викорис-
УХЖ № 8 / Том 86О. П. Іваненко, Т. В. Павленко, Ю. В. Погоренко, А. О. Омельчук, В. М. Биков
115https://ucj.org.ua
танні як осаджувача розчину аміаку втрати
маси при термообробці за високих темпе-
ратур (700 °С) вищі (до 16 %). Гідроксоспо-
луки мангану, на відміну від кобальтвміс-
них зразків, при термообробці як за 400 °С,
так і за 700 °С втрачають приблизно одна-
кову у процентному відношенні кількість
маси від загальної.
Таблиця 1
Втрати маси зразків при термічній обробці залежно від природи осаджувача
Гідроксосполуки Осаджувач
Втрата маси, мас.%
400 °С 700 °С
Co(OH)2 NH4OH 11,00 2,05
Co(OH)2 ГМТА 22,22 1,80
MnO2×хH2O NH4OH 3,04 2,90
MnO2×хH2O ГМТА 5,37 5,13
Суміш* NH4OH 20,50 3,06
Суміш* ГМТА 26,00 8,43
* – сумісно осаджені гідроксосполуки кобальту та мангану
Відмічено, що при сумісному осадженні
гідроксосполук кобальту та мангану, не-
зважаючи на співвідношення компонентів
у вихідній реакційній суміші [Co]:[Mn] =
1:1, співвідношення між ними в осадах,
отриманих після термообробки, є різним.
Так, якщо при використанні як осаджувача
розчину гідроксиду аміаку співвідношення
[Co]:[Mn] у зразках близьке до вихідного і
складає 1,03:1, то при використанні ГМТА
воно складає 1,35:1.
Здатність синтезованих зразків індиві-
дуальних оксидів та їхніх композицій до
каталізу досліджували на реакції розкладу
пероксиду водню. Результати досліджень
наведено в таблиці 2. Здатність синтезова-
них оксидів розкладати пероксид водню
упродовж тривалого часу (14 діб) визна-
чали за об’ємом V(H2O2) пероксиду водню
(дм3), який може розкласти 1 г зразка за
20 °С. Для порівняння тут же наведено ре-
зультати каталітичного розкладу перокси-
ду водню сумішами оксидів кобальту та
мангану, отриманими шляхом механічного
змішування ([Co]:[Mn] = 1:1).
Таблиця 2
Порівняння характеристик здатності зразків до розкладу пероксиду водню
№
зразка
Вихідні
гідроксосполуки Осаджувач Термообробка,
°С
Склад зразків після
термообробки
Здатність зразків
до каталізу
V(H2O2)*, дм
3
1 СоO⋅хН2О NH3 100 СоO×1,65Н2О 1,00
2 СоO⋅хН2О NH3 400 Со3O4 0,64
3 СоO⋅хН2О ГМТА 100 СоO×3,82Н2О 2,80
4 СоO⋅хН2О ГМТА 400 Со3O4 1,20
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
116 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
№
зразка
Вихідні
гідроксосполуки Осаджувач Термообробка,
°С
Склад зразків після
термообробки
Здатність зразків
до каталізу
V(H2O2)*, дм
3
5 MnO2 ⋅yН2О NH3 100 MnO2 ×0,40Н2О 0,60
6 MnO2 ⋅yН2О NH3 400 Mn3O4 0,50
7 MnO2⋅yН2О ГМТА 100 MnO2×0,72Н2О 1,08
8 MnO2⋅yН2О ГМТА 400 Mn3O4 0,90
9 Гідроксосполуки
Со:Mn=1:1 (c.о.) NH3 100 СоO⋅хН2О -
MnO2 ⋅yН2О
1,60
10 Гідроксосполуки
Со:Mn=1:1 (c.о.) NH3 400 Со3O4-
Mn3O4
1,24
11 Гідроксосполуки
Со:Mn=1:1 (c.о.) ГМТА 100 СоO⋅хН2О -
MnO2 ⋅yН2О
2,40
12 Гідроксосполуки
Со:Mn=1:1 (c.о.) ГМТА 400 Со3O4- Mn3O4 2,40
* – об’єм H2O2, який розклався за 14 діб у перерахунку на 1 г каталізатора, с. о. – сумісно осаджені
гідроксосполуки.
Аналіз отриманих результатів показав,
що найкращу здатність до розкладу пе-
роксиду водню проявляють індивідуальні
оксиди та їхні суміші, синтезовані за допо-
могою ГМТА.
Відмічено, що при змішуванні оксидів
кобальту та мангану у деяких випадках
проявляється ефект синергізму. Напри-
клад, 1 г гідроксосполуки кобальту після
термообробки за 100 °С розкладав 1 дм3,
відповідно, 1 г гідроксосполуки манга-
ну – 0,5 дм3 пероксиду водню, а 1 г сумісно
осаджених розчином аміаку гідроксоспо-
лук кобальту та мангану розкладав за тих
самих умов 1,6 дм3 пероксиду водню. Цей
ефект не спостерігається, якщо при син-
тезі використовувати розчин ГМТА. Не-
зважаючи на це, найкращу здатність до
каталітичного розкладу пероксиду водню
проявляють саме сполуки, синтезовані за
допомогою ГМТА. Порівняно зі сполука-
ми, синтезованими за допомогою розчину
аміаку, вони більш тривалий час зберіга-
ють свою активність.
Кінетичні дослідження з розкладу пе-
роксиду водню синтезованими зразками
наведено на рисунках 3–4. Аналіз отри-
маних результатів показав, що кінетика
розкладу пероксиду водню в присутності
синтезованих оксидних фаз задовільно
апроксимується кінетичним рівнянням
першого порядку:
0 0ln( ) lnV V V Kτ τ− = − ,
де V0 – об’єм кисню, що теоретично може
виділитися із завантаженої для розкладу
кількості пероксиду водню, Vτ – об’єм кис-
ню, що виділився в момент часу τ.
Результати, що характеризують кінетику
розкладу пероксиду водню сумішами окси-
дів металів, синтезованими за різних умо-
ва, наведено на рисунку 4.
Продовження таблиці 2
УХЖ № 8 / Том 86О. П. Іваненко, Т. В. Павленко, Ю. В. Погоренко, А. О. Омельчук, В. М. Биков
117https://ucj.org.ua
а)
б)
Рис 3. Кінетика розкладу пероксиду водню
синтезованими сполуками кобальту (а, зразки
№№: 1–4) та мангану (б, зразки №№: 5–8) згідно
таблиці 2.
Рис 4. Кінетика розкладу пероксиду водню
в присутності сумішей сполук кобальту та
мангану (зразки №№: 9–12) згідно таблиці 2.
Найвищу константу швидкості мають
зразки, які містять гідроксосполуки ко-
бальту (№ 1, 3, 9, 11), незалежно від при-
роди осаджувача, за допомогою якого їх
отримано (табл. 3). Термообробка цих
зразків за 400 °С (№ 2, 4, 10) призводить
до зменшення константи швидкості ре-
акції і, відповідно, здатність до розкладу
пероксиду водню прожарених оксидних
зразків кобальту знижується. Констан-
ти швидкості реакції розкладу перокси-
ду водню в присутності індивідуальних
сполук мангану (№ 1, 3) менші, ніж для
сполук, що містять кобальт. При прожа-
рюванні цих зразків (№ 2, 4) відбувається
подальше зниження константи швидкості
реакції.
Таблиця 3
Константи швидкості розкладу
пероксиду водню синтезованими
зразками оксидів кобальту, мангану
та їхніми сумішами
Зразок
Константа
швидкості
К×103, хв-1
Зразок
Константа
швидкості
К×103, хв-1
1 1,010 7 0,177
2 0,167 8 0,166
3 1,660 9 1,400
4 0,152 10 0,645
5 0,455 11 1,140
6 0,193 12 1,130
За методом сорбції – десорбції азоту
(БЕТ) [22] було досліджено питому по-
верхню та розмір пор деяких синтезованих
зразків (табл. 4).
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
118 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
Таблиця 4
Характеристики поверхні отриманих
оксидних зразків
№
зразка
Питома
поверхня,
м2/г
Об’єм пор,
см3/г
Розмір пор,
Å
1 101,70 0,8435 165,80
2 47,70 0,7935 332,70
3 19,38 0,1523 157,20
4 26,94 0,1986 147,40
10 74,63 0,2414 64,69
12 49,00 0,2432 99,27
Із наведених даних видно, що питома
поверхня більша для зразків, отриманих
при осадженні розчином аміаку. При про-
жарюванні за 400 °С питома поверхня для
кобальтвмісних зразків, осаджених роз-
чином аміаку, зменшується, а для зразків,
осаджених із розчину ГМТА – збільшуєть-
ся. Об’єм пор залежить від осаджувача і
мало змінюється в процесі прожарювання.
Для сумісно осаджених та прожарених за
400 °С зразків (№ 10, 12) питома поверх-
ня відіграє суттєву роль: що вона вища, то
більша каталітична здатність зразка до роз-
кладу пероксиду водню.
Морфологію отриманих зразків до-
сліджували за допомогою скануючої елек-
тронної мікроскопії (СЕМ). При синтезі
гідроксосполук кобальту за допомогою
розчину аміаку утворюються частки, агло-
меровані у скупчення кулястої форми
(рис. 5 а). Синтез за допомогою ГМТА
сприяє формуванню часток гідроксосполук
кобальту переважно пластинчастої форми,
які нашаровані одна на одну (рис. 5 б).
а)
б)
Рис. 5. СЕМ-зображення зразків гідроксо
сполук кобальту, синтезованих за допомогою
розчинів: аміаку (а) та ГМТА (б) після термо
обробки за 100 °С.
Термообробка гідратованих зразків окси-
ду кобальту за 400 °С зумовлює часткове
руйнування сформованих за 100 °С агло
мератів за принципом „розкриття бутону”
(рис. 6).
На рис. 7 наведено СЕМ-зображення
зразків суміші гідроксосполук кобальту та
мангану, отриманих сумісним осадженням
із розчинів аміаку або ГМТА, після термо
обробки за 100 °С.
УХЖ № 8 / Том 86О. П. Іваненко, Т. В. Павленко, Ю. В. Погоренко, А. О. Омельчук, В. М. Биков
119https://ucj.org.ua
а) б)
Рис. 6. СЕМ-зображення зразків оксидів кобальту, синтезованих за допомогою розчинів:
аміаку (а) та ГМТА (б) після термообробки за 400 °С.
а) б)
Рис. 7. СЕМ-зображення суміші гідроксосполук кобальту та мангану (1:1), синтезованих за
допомогою розчинів: аміаку (а) та ГМТА (б) після термоообробки за 100 °С
а) б)
Рис. 8. СЕМ-зображення суміші оксидів кобальту та мангану (1:1), синтезованих за допомогою
розчинів: аміаку (а) та ГМТА (б) після термоообробки за 400 °С.
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
120 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
Як і при синтезі індивідуальних окси-
дів, так і при сумісному осадженні їхніх
гідроксосполук розчин аміаку сприяє фор-
муванню часток, агломерованих у сферичні
угрупування, а при використанні ГМТА – у
пластинчасті. Збільшення температури тер-
мообробки до 400 °С призводить до руйну-
вання агломератів та зменшення розмірів
часток, з яких вони складаються (рис. 8).
ВИСНОВКИ. Найбільшу швидкість роз
кладу пероксиду водню забезпечують гід-
роксосполуки кобальту та його суміші з спо-
луками мангану, синтезовані з використан-
ням ГМТА, після термообробки за 100 °С.
Константа швидкості розкладу пероксиду
водню в присутності цих сполук складає
1–1,66 хв.–1
. Найменшу швидкість розкладу
мають зразки гідроксосполук мангану, неза-
лежно від умов їхнього синтезу.
Зразки гідроксосполук кобальту та ман-
гану, синтезовані за допомогою розчину
гідроксиду амонію, а також їхні суміші
(1:1), як правило, після термообробки за
100 °С утворюють кулясті агломерати. Зраз-
ки, синтезовані за допомогою ГМТА, при
цьому ж режимі термообробки утворюють
пластинчасті агломерати. Збільшення тем-
ператури термообробки до 400 °С призво-
дить до часткового руйнування утворених
за 100 °С агломератів.
Найвища продуктивність (дм3 H2О2 роз-
кладеного 1 г каталізатора) притаманна
зразкам гідроксосполук кобальту та його
композиції зі сполуками мангану, синтезо-
ваним за допомогою ГМТА, після термоо-
бробки за 100 °С. Здатність таких зразків
до каталітичного розкладу пероксиду вод-
ню оцінюється величиною, не нижчою за
2,4 дм3 H2О2 (14 діб). Порівняно зі сполука-
ми, синтезованими за допомогою розчину
аміаку, вони більш тривалий час зберіга-
ють свою активність.
Зразки, отримані при осадженні розчи-
ном аміаку, мають більшу питому поверх-
ню, ніж синтезовані в розчині ГМТА. При
прожарюванні за 400 °С питома поверхня
для кобальтвмісних зразків, осаджених
розчином аміаку, зменшується, а для зраз-
ків, осаджених із розчину ГМТА – збільшу-
ється. Об’єм пор залежить від осаджувача
і мало змінюється в процесі прожарюван-
ня. Для сумісно осаджених та прожарених
за 400 °С зразків питома поверхня відіграє
суттєву роль: що вона вища, то більша ка-
талітична здатність зразка до розкладу пе-
роксиду водню.
Відмічено, що при змішуванні оксидів
кобальту та мангану, синтезованих за допо-
могою розчину аміаку, проявляється ефект
синергізму. За синтезу з використанням
ГМТА цей ефект не спостерігають.
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА ОКСИДОВ
КОБАЛЬТА И МАРГАНЦА НА ИХ СПОСОБ-
НОСТЬ К КАТАЛИТИЧЕСКОМУ РАЗЛОЖЕ-
НИЮ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА
А. П. Иваненко1*, Т. В. Павленко1,
Ю. В. Погоренко1, А. А. Омельчук1,
В. М. Быков2
1Институт общей и неорганической химии
им. В. И. Вернадского НАН Украины, просп.
Академика Палладина, 32/34, Киев 03142,
Украина
УХЖ № 8 / Том 86О. П. Іваненко, Т. В. Павленко, Ю. В. Погоренко, А. О. Омельчук, В. М. Биков
121https://ucj.org.ua
2 Институт физики НАН Украины, просп.
Науки, 46, Киев 02000, Украина
*e-mail: ivanenko@ionc.kiev.ua
Золь-гель методом с использованием
различных осадителей (раствор аммиака и
ГМТА) получены оксиды кобальта и мар-
ганца и их сложнооксидные композиции.
На СЭМ-изображении высушенных при
100 °С образцов, осажденных с помощью
раствора аммиака, наблюдается агломе-
рация плоских частиц гидратированных
оксидов кобальта и/или марганца глобу-
лярной формы. Для образцов, осажден-
ных в растворе ГМТА, СЭМ-изображение
представлено агломерацией частиц в виде
плоских слоев. Прокаливание при 400 °С
частично разрушает структуру. Методом
РФА определено, что как и индивидуаль-
ные, так и совместно осажденные гидрок-
сосоединения после прокаливания при
400 °С образуют оксидные фазы состава
Co3O4 и Mn3O4. Кинетические исследо-
вания разложения пероксида водорода с
участием полученных образцов указыва-
ют на первый порядок реакции. Лучшую
способность к катализу проявляют об-
разцы гидроксида кобальта и совместно
осажденных гидроксосоединений кобаль-
та и марганца, синтезированных в раство-
ре ГМТА.
Ключевые слова: золь-гель синтез, ок
сиды кобальта и марганца, пероксид водо-
рода, каталитическое разложение.
INFLUENCE OF CONDITIONS OF SYNTHESIS
OF COBALT AND MANGANESE OXIDES
ON THEIR ABILITY TO CATALYTIC
DECOMPOSITION OF HYDROGEN PEROXIDE
O. P. Ivanenko1*, T. V. Pavlenko1,
Yu. V. Pohorenko1, A. O. Omelchuk1,
V. M. Bykov2
1V. I. Vernadsky Institute of General and In
organic Chemistry of National Academy of
Sciences of Ukraine, 32/34 Aсademiс Palladin
Avenue, Kyiv 03142, Ukraine
2Institute of Physics of the National Academy
of Sciences of Ukraine, 46 Science Avenue, Kyiv
02000, Ukraine
Cobalt and manganese oxides and their
complex oxide compositions were obtained by
the sol-gel method using various precipitators
(ammonia solution and HMTA). It was deter-
mined by X-ray diffraction method that both
individual and co-precipitated hydroxo com-
pounds after calcination at 400 °С form oxide
phases of Co3O4 and Mn3O4 composition. Sam-
ples obtained by sedimentation with ammonia
solution have a larger specific surface area than
synthesized in HMTA solution. When cal-
cined at 400 °C, the specific surface area for
cobalt-containing samples sedimentated with
ammonia solution decreases, and for samples
sedimentated from HMTA solution - increas-
es. The pore volume depends on the precipita-
tor and changes little during calcination. For
co-sedimentated and calcined at 400 °C sam-
ples, the specific surface area plays a significant
role: the higher it is, the greater the catalytic
ability of the sample to decompose hydrogen
peroxide. On the SEM image of samples dried
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
122 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
at 100 °C, sedimentated with ammonia solu-
tion, agglomeration of flat particles of gitrated
oxides of cobalt and/or manganese of globu-
lar form is observed. For samples deposited in
HMTA solution, SEM images are represented
by agglomeration of particles in the form of
planar layers. Calcination at 400 °C partially
destroys the structure. Kinetic studies of the
decomposition of hydrogen peroxide with the
participation of the obtained samples indicate
the first order of the reaction. Samples of co-
balt hydroxide and co-sedimentated cobalt
and manganese hydroxy compounds synthe-
sized in HMTA solution showed the best abil-
ity to catalyze. The highest productivity (dm3
H2O2 of decomposed 1 g of catalyst) is inherent
in samples of cobalt hydroxy compounds and
its composition with manganese compounds
synthesized by HMTA, after heat treatment
at 100 °C. The ability of such samples to cat-
alytic decomposition of hydrogen peroxide
is estimated to be not less than 2.4 dm3 H2O2
(14 days). Compared to compounds synthe-
sized with ammonia solution, they retain their
activity for a longer time.
Keywords: sol-gel synthesis, cobalt and
manganese oxides, hydrogen peroxide, catalyt-
ic decomposition.
ЛІТЕРАТУРА
1. Денисова И. А., Гутенев В. В., Дрововозо-
ва Т. И., Кондратова С. В. Гетерогенные
и гомогенные катализаторы разложе-
ния пероксида водорода и их приме-
нение в технологиях обеззараживания
воды // Известия вузов. Северо-кавказ-
ский регион. Серия: Технические нау-
ки. – 2005. – 131, № 3. – С. 83–85.
2. Кузнецов Б. Н. Актуальные направления
каталитической переработки древесной
биомассы // Новые каталитические про-
цессы глубокой переработки углеводо-
родного сырья и биомассы. Сборник
тезисов. 13–15 ноября 2017 г. Новоси-
бирск, Россия. – С. 20–21.
3. Полежаева О. С., Долгополова Е. А., Ба-
ранчиков А. Е, Иванов В. К., Третьяков
Ю. Д. Синтез нанокристаллических
твердых растворов на основе диоксида
церия, допированого РЗЭ // Конденси-
рованные среды и межфазные грани-
цы. – 2010.– 12, № 2. – С. 154–159.
4. Кошкин А. Г., Либерман Е. Ю., Михайли-
ченко А. И., Грунський В. Н. Каталити-
ческая активность многокомпонентных
церийсодержащих систем на основе
ВПЯН в СО+NO // Успехи химии и хим.
техн. – 2012. – XXVI, № 8. – С. 31–33.
5. Малютин А. В., Либерман Е. Ю., Конь-
кова Т. В., Михайличенко А. И., Аве-
тисов И. Х. Синтез и каталитические
свойства твердого раствора Zr0.2Ce0.8O2,
модифицированного оксидами РЗЭ,
в реакции детоксикации монооксида
углерода // Успехи химии и хим. техн. –
2012. – XXVI, № 8. – С. 33–38.
6. Martínez-Arias A., Fernández-García M.,
Ballesteros V., Salamanca L. N., Conesa J. C.,
УХЖ № 8 / Том 86О. П. Іваненко, Т. В. Павленко, Ю. В. Погоренко, А. О. Омельчук, В. М. Биков
123https://ucj.org.ua
Otero C., Soria J. Characterization of High
Surface Area Zr-Ce (1:1) Mixed Oxide Pre-
pared by a Microemulsion Method // Lang-
muir. – 1999.– 15, № 14. – P. 4796–4802.
7. Машковцев М. А., Аликин Е. А., Вол-
ков А. С., Афанасьев А. С., Рычков В. Н.
Синтез и физико-химические исследова-
ние материалов состава Zr0,5Ce0,4Ln0,1OX
(гдe Ln = Y, La, Nd) в качестве компонен-
та автомобильных трёхмаршрутных ка-
тализаторов // Фундаментальные иссле-
дования. – 2013. – № 6.– С. 895–900.
8. Прудиус С. В., Сонцев В. М., Брей В. В.
Окисление гидроксиацетона перекисью
водорода на кислотных катализаторах //
Хімія, фізика та технологія поверхні. –
2015. – 6, № 4. – С. 498–503.
9. Есмурзаева Н. Н., Турсунова Р. Т., Селе-
нова Б. С., Кудайбергенов С. Е. Низко-
температурное окисление о-ксилола пе-
роксидом водорода на нанесенных ок-
сиднованадиевых ксерогелях // Вестник
КазНУ. Серия: Химия. – 2017. – Т. 86,
№ 3. – С. 26–31. http://doi.org/10.15328/
cb813.
10. Таран О. П., Аюшеев А. Б., Огороднико-
ва О. Л., Просвирин И. П., Исупова Л. А.
Перовскитоподобные катализаторы
типа LaBO3 (B = Cu, Fe, Mn, Co, Ni) для
глубокого жидкофазного окисления фе-
нола пероксидом водорода // Journal of
Siberian Federal University. Chemistry. –
2013. – 3, № 6. – P. 266–285.
11. Pat. US 006834494B2, F02K 9/68. Design
and assembly of a catalyst bed gas genera-
tor for the catalytic decomposition of high
concentration hydrogen peroxide propel-
lants and the catalytic combustion of hy-
drocarbon/air mixtures /Kevin A. Lohner,
Jeffrey A. Mays, Kathleen M. Sevener; The
Boeing Company, Chicago, IL; Filed: Apr.
1.2003; Date of Patent: Dec. 28.2004.
12. Денисова И. А., Гутенев В. В., Дрововозо-
ва Т. И., Кондратова С. В. Гетерогенные
и гомогенные катализаторы разложения
пероксида водорода и их применение в
технологиях обеззараживания воды //
Известия вузов. Северо-кавказский ре-
гион. Технические науки. – 2005. – № 3. –
С. 83–85.
13. Zaid B. Jildeh, Jan Oberländer, Patrick Kirch-
ner, Patrick H. Wagner, Michael J. Schöning.
Thermocatalytic Behavior of Manganese
(IV) Oxide as Nanoporous Material on
the Dissociation of a Gas Mixture Con-
taining Hydrogen Peroxide // Nanoma-
terials. – 2018. – 8. – P. 262. doi: 10.3390/
nano8040262.
14. Shima Rahim Pouran, Abdul Aziz Abdul
Raman, Wan Mohd Ashri Wan Daud. Re-
view on the application of modified iron
oxides as heterogeneous catalysts in Fen-
ton reactions // Journal of Cleaner Produc-
tion. – 2014. – 64. – Р. 24–35. http://dx.doi.
org/10.1016/j.jclepro.2013.09.013.
15. Pereira M.C., Oliveira L.C.A., Murad E. Iron
oxide catalysts: Fenton and Fenton-like
reactions - a review // Clay Minerals. –
2012. – 47. – P. 285–302. DOI: 0.1180/clay-
min.2012.047.3.0.
16. Khalida Akhtar, Naila Khalid, Murad Ali. Ef-
fect of pH and Temperature on the Catalytic
Properties of Manganese dioxide // J. Chem.
Soc. Pak. – 2012. – 34, № 2. – Р. 263–268.
17. www.crystalimpact.com.
18. www.crystallography.net.
19. Шамб У., Сеттерфилд Ч., Вентворс Р.
Перекись водорода; пер. с англ. Г. Д. Ви-
гдоровича; под ред. д. т. н. А. И. Горбане-
ва. – М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1958.
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ
124 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2020
20. Реми Г. / Курс неорганической химии. Т.
2.; перевод с нем. ХІ изд-я.; под ред. чл.-
корр. АН СССР А. В. Новоселовой. – М.:
Мир, 1966.
21. Іваненко О. П., Павленко Т. В., Погоренко
Ю. В., Омельчук А. О. Синтез складно-
оксидних композицій кобальту-манга-
ну та церію-цирконію та їхня каталітич-
на активність у розкладі пероксиду вод-
ню // УХЖ. – 2019. – 85, № 11. – C. 20–30.
https://doi.org/10.33609/0041-6045.85.
11.2019.15-27.
22. Карнаухов А. П. / Адсорбция. Текстура
дисперсных и пористых материалов. –
Новосибирск: Наука, 1999.
REFERENCES
1. Denisova I.A., Gutenev V.V., Drovovozo-
va T.I., Kondratova S.V. Heterogeneous and
homogeneous catalysts for the decompo-
sition of hydrogen peroxide and their use
in water disinfection technologies. Izves-
tiya vuzov. Severo-kavkazskiy region. Seri-
ya: Tekhnicheskiye nauki (University News.
North Caucasian region. Series: Engineer-
ing). 2005. 131 (№3): 83. [in Russian]
2. Kuznetsov B.N. Actual directions of catalyt-
ic processing of wood biomass. Abstracts.
New catalytic processes for the deep pro-
cessing of hydrocarbons and biomass. (No-
vosibirsk, 2017). P. 20. [in Russian]
3. Polezhaeva O.S., Dolgopolov E.A., Baran-
chikov A.E., Ivanov V.K., Tretyakov Yu.D.
Synthesis of nanocrystalline solid solutions
based on cerium dioxide doped with REE.
Сondensed matter and interphases. 2010.
12 (2): 154.
4. Koshkin A.G., Lieberman E.Yu., Mikhaili-
chenko A.I., Grunsky V.N. Catalytic activ-
ity of multicomponent cerium-containing
systems based on VPYAN in CO + NO
Uspekhi khimii i khimicheskoy tekhnologii
(Advances in Chemistry and Chemical Tech-
nology). 2012. XXVI (8): 31. [in Russian]
5. Malyutin A.V., Lieberman E.Yu., Konkova
T.V., Mikhailichenko A.I., Avetisov I.Kh.
Synthesis and catalytic properties of a solid
solution of Zr0.2Ce0.8O2 modified with rare
earth metal oxides in the reaction of car-
bon monoxide detoxification. Uspekhi kh-
imii i khimicheskoy tekhnologii (Advances in
Chemistry and Chemical Technology). 2012.
XXVI (8): 33. [in Russian]
6. Martínez-Arias A., Fernández-García M.,
Ballesteros V., Salamanca L.N., Conesa J.C.,
Otero C., Soria J. Characterization of High
Surface Area Zr−Ce (1:1) Mixed Oxide
Prepared by a Microemulsion Method.
Langmuir. 1999. 15 (14): 4796.
7. Mashkovtsev M.A., Alikin E.A., Volkov
A.S., Afanasyev A.S., Rychkov V.N. Syn-
thesis and physico-chemical study of ma-
terials of composition Zr0.5Ce0.4Ln0.1Oх
(where Ln = Y, La, Nd) as a component of
automotive three-route catalysts. Funda-
mental’nyye issledovaniya (Fundamental
research). 2013. 6: 895. [in Russian]
8. Prudius S.V., Sontsev V.M., Brei V.V. Hyd
roxyacetone oxidation with hydrogen per-
oxide over acid catalysts // Himia, Fizika
ta Tehnologia Poverhni. 2015. 6 (4): 498;
https://doi.org/10.15407/hftp06.04.498.
9. Yesmurzaeva N., Tursunova R., Selenova B.,
Kudaibergenov S. (). Low temperature ox-
idation of o-xylene with hydrogen perox-
ide in the presence of vanadium xerogels //
Chemical Bulletin of Kazakh National Uni-
versity. 2017. 3: 26; http://doi.org/10.15328/
cb813.
УХЖ № 8 / Том 86О. П. Іваненко, Т. В. Павленко, Ю. В. Погоренко, А. О. Омельчук, В. М. Биков
125https://ucj.org.ua
10. Tarana O.P., Ayusheev A.B., Ogorodniko-
va O.L., Prosvirin I.P., Isupova L.A. Per-
ovskite-like catalysts LaBO3 (B = Cu, Fe,
Mn, Co, Ni) for wet peroxide oxidation of
phenol // Journal of Siberian Federal Uni-
versity. Chemistry. 2013. 3 (6): 266.
11. Pat. US 006834494B2, F02K 9/68. Design
and assembly of a catalyst bed gas genera-
tor for the catalytic decomposition of high
concentration hydrogen peroxide propel-
lants and the catalytic combustion of hy-
drocarbon/air mixtures /Kevin A. Lohner,
Jeffrey A. Mays, Kathleen M. Sevener; The
Boeing Company, Chicago, IL; Filed: Apr.
1, 2003; Date of Patent: Dec.28,2004.
12. Denisova I.A., Gutenev V.V., Drovovozo-
va T.I., Kondratova S.V. Heterogeneous and
homogeneous catalysts for the decomposi-
tion of hydrogen peroxide and their appli-
cation in water disinfection technologies //
Izvestiya vuzov. Severo-kavkazskiy region.
Tekhnicheskiye nauki (Proceedings of uni-
versities. North Caucasian region. Technical
science). 2005. (3). 83. [in Russian].
13. Zaid B. Jildeh, Jan Oberländer, Patrick
Kirchner, Patrick H. Wagner, Michael
J. Schöning. Thermocatalytic Behavior
of Manganese (IV) Oxide as Nanoporo-
us Material on the Dissociation of a Gas
Mixture Containing Hydrogen Peroxide //
Nanomaterials. 2018. 8. 262. doi:10.3390/
nano8040262.
14. Shima Rahim Pouran, Abdul Aziz Abdul
Raman, Wan Mohd Ashri Wan Daud. Re-
view on the application of modified iron
oxides as heterogeneous catalysts in Fenton
reactions // Journal of Cleaner Production.
2014. 64. 24. http://dx.doi.org/10.1016/j.
jclepro.2013.09.013.
15. Pereira M.C., Oliveira L.C.A., Murad E.
Iron oxide catalysts: Fenton and Fenton-like
reactions - a review // Clay Minerals. 2012.
47. 285. DOI: 0.1180/claymin.2012.047.3.0.
16. Khalida Akhtar, Naila Khalid, Murad Ali.
Effect of pH and Temperature on the Cat-
alytic Properties of Manganese dioxide //
J.Chem.Soc.Pak. 2012. 34 (2). 263.
17. www.crystalimpact.com.
18. www.crystallography.net.
19. Shamb W., Setterfield C., Ventworth R.
Hydrogen peroxide. Per. from English
G.D. Vigdorovich. Ed. Doctor of Technical
Sciences A.I. Gorbaneva. (Moscow: Pub-
lishing house of foreign lit., 1958). [in Rus-
sian].
20. Remi G. Inorganic chemistry course. T.2.
Translation from German XI Edition. Ed.
Corr. USSR Academy of Sciences A.V. No-
vosyolova. (Moscow: Mir, 1966). [in Rus-
sian].
21. Ivanenko O.P, Pavlenko T.V, Pohorenko
Yu.V., Omel’chuk A.O. Synthesis of complex
oxide composition of cobalt-manganese
and cerium-zirconium and their catalytic
activity in the decomposition of hydrogen
peroxide // Ukrainian Chemistry Journal.
2019. 85 (5). 15. [in Ukraine] https://doi.
org/10.33609/0041-6045.85.11.2019.15-27.
22. Karnaukhov A.P. Adsorption. The texture
of dispersed and porous materials. (Novo-
sibirsk: Science, 1999) [in Russian].
Надійшла 30.06.2020
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-216 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:04:53Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/39/f3e68c15f93eba737c98c0b2bf526339.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-2162026-07-22T08:23:44Z INFLUENCE OF CONDITIONS OF SYNTHESIS OF COBALT AND MANGANESE OXIDES ON THEIR ABILITY TO CATALYTIC DECOMPOSITION OF HYDROGEN PEROXIDE ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА ОКСИДОВ КОБАЛЬТА И МАРГАНЦА НА ИХ СПОСОБНОСТЬ К КАТАЛИТИЧЕСКОМУ РАЗЛОЖЕНИЮ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ Ivanenko, Olexandr Omel’chuk, Anatoliy Pavlenko, Tamara Pohorenko, Yuliia Bikov, Valerii sol-gel synthesis, cobalt and manganese oxides, hydrogen peroxide, catalytic decomposition. Cobalt and manganese oxides and their complex oxide compositions were obtained by the sol-gel method using various precipitators(ammonia solution and HMTA). It was determined by X-ray diffraction method that both individual and co-precipitated hydroxo compounds after calcination at 400 °С form oxide phases of Co3O4 and Mn3O4 composition. Samples obtained by sedimentation with ammonia solution have a larger specific surface area than synthesized in HMTA solution. When calcined at 400 °C, the specific surface area for cobalt-containing samples sedimentated with ammonia solution decreases, and for samples sedimentated from HMTA solution - increases. The pore volume depends on the precipitator and changes little during calcination. For co-sedimentated and calcined at 400 °C samples, the specific surface area plays a significant role: the higher it is, the greater the catalytic ability of the sample to decompose hydrogen peroxide. On the SEM image of samples driedat 100 °C, sedimentated with ammonia solution, agglomeration of flat particles of gitrated oxides of cobalt and/or manganese of globular form is observed. For samples deposited in HMTA solution, SEM images are represented by agglomeration of particles in the form of planar layers. Calcination at 400 °C partially destroys the structure. Kinetic studies of the decomposition of hydrogen peroxide with theparticipation of the obtained samples indicate the first order of the reaction. Samples of cobalt hydroxide and co-sedimentated cobalt and manganese hydroxy compounds synthesized in HMTA solution showed the best ability to catalyze. The highest productivity (dm3 H2O2 of decomposed 1 g of catalyst) is inherent in samples of cobalt hydroxy compounds and its composition with manganese compounds synthesized by HMTA, after heat treatment at 100 °C. The ability of such samples to catalytic decomposition of hydrogen peroxide is estimated to be not less than 2.4 dm3 H2O2 (14 days). Compared to compounds synthesizedwith ammonia solution, they retain their activity for a longer time. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2020-09-15 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/216 10.33609/2708-129X.86.8.2020.111-125 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 86 No. 8 (2020): Ukrainian Chemistry Journal; 111-125 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 86 ##issue.no## 8 (2020): Украинский химический журнал; 111-125 Український хімічний журнал; Том 86 № 8 (2020): Український хімічний журнал; 111-125 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/216/121 Copyright (c) 2020 Olexandr Ivanenko, Anatoliy Omel’chuk, Tamara Pavlenko, Yuliia Pohorenko, Valerii Bikov https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Ivanenko, Olexandr Omel’chuk, Anatoliy Pavlenko, Tamara Pohorenko, Yuliia Bikov, Valerii ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ |
| title | ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ |
| title_alt | INFLUENCE OF CONDITIONS OF SYNTHESIS OF COBALT AND MANGANESE OXIDES ON THEIR ABILITY TO CATALYTIC DECOMPOSITION OF HYDROGEN PEROXIDE ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА ОКСИДОВ КОБАЛЬТА И МАРГАНЦА НА ИХ СПОСОБНОСТЬ К КАТАЛИТИЧЕСКОМУ РАЗЛОЖЕНИЮ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА |
| title_full | ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ |
| title_fullStr | ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ |
| title_full_unstemmed | ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ |
| title_short | ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ ОКСИДІВ КОБАЛЬТУ ТА МАНГАНУ НА ЇХНЮ ЗДАТНІСТЬ ДО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ |
| title_sort | вплив умов синтезу оксидів кобальту та мангану на їхню здатність до каталітичного розкладу пероксиду водню |
| topic_facet | sol-gel synthesis cobalt and manganese oxides hydrogen peroxide catalytic decomposition. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/216 |
| work_keys_str_mv | AT ivanenkoolexandr influenceofconditionsofsynthesisofcobaltandmanganeseoxidesontheirabilitytocatalyticdecompositionofhydrogenperoxide AT omelchukanatoliy influenceofconditionsofsynthesisofcobaltandmanganeseoxidesontheirabilitytocatalyticdecompositionofhydrogenperoxide AT pavlenkotamara influenceofconditionsofsynthesisofcobaltandmanganeseoxidesontheirabilitytocatalyticdecompositionofhydrogenperoxide AT pohorenkoyuliia influenceofconditionsofsynthesisofcobaltandmanganeseoxidesontheirabilitytocatalyticdecompositionofhydrogenperoxide AT bikovvalerii influenceofconditionsofsynthesisofcobaltandmanganeseoxidesontheirabilitytocatalyticdecompositionofhydrogenperoxide AT ivanenkoolexandr vliânieuslovijsintezaoksidovkobalʹtaimargancanaihsposobnostʹkkatalitičeskomurazloženiûperoksidavodoroda AT omelchukanatoliy vliânieuslovijsintezaoksidovkobalʹtaimargancanaihsposobnostʹkkatalitičeskomurazloženiûperoksidavodoroda AT pavlenkotamara vliânieuslovijsintezaoksidovkobalʹtaimargancanaihsposobnostʹkkatalitičeskomurazloženiûperoksidavodoroda AT pohorenkoyuliia vliânieuslovijsintezaoksidovkobalʹtaimargancanaihsposobnostʹkkatalitičeskomurazloženiûperoksidavodoroda AT bikovvalerii vliânieuslovijsintezaoksidovkobalʹtaimargancanaihsposobnostʹkkatalitičeskomurazloženiûperoksidavodoroda AT ivanenkoolexandr vplivumovsintezuoksidívkobalʹtutamanganunaíhnûzdatnístʹdokatalítičnogorozkladuperoksiduvodnû AT omelchukanatoliy vplivumovsintezuoksidívkobalʹtutamanganunaíhnûzdatnístʹdokatalítičnogorozkladuperoksiduvodnû AT pavlenkotamara vplivumovsintezuoksidívkobalʹtutamanganunaíhnûzdatnístʹdokatalítičnogorozkladuperoksiduvodnû AT pohorenkoyuliia vplivumovsintezuoksidívkobalʹtutamanganunaíhnûzdatnístʹdokatalítičnogorozkladuperoksiduvodnû AT bikovvalerii vplivumovsintezuoksidívkobalʹtutamanganunaíhnûzdatnístʹdokatalítičnogorozkladuperoksiduvodnû |