Исследование процессов осаждения основных карбонатов никеля из водных растворов его солей Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 661.874.8

О. А. Абу Амриа, М. Ю. Молодцова, С. В. Добрыднев*

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал), Новомосковск, Россия, 301665, Тульская область, Новомосковск, ул. Дружбы, д.8 * e-mail: [email protected]

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОСАЖДЕНИЯ ОСНОВНЫХ КАРБОНАТОВ НИКЕЛЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЕГО СОЛЕЙ

Методом осаждения синтезирован основной карбонат никеля (ОКН) из водных растворов солей с помощью различных осадителей. Представлены кривые потенциометрического титрования, характерные для данного процесса. Проанализированы основные достоинства и недостатки описанных способов. Полученные осадки исследованы рентгенофазовым анализом и методом просвечивающей электронной микроскопии. Ключевые слова: оксид никеля, основной карбонат никеля, потенциометрия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, термическое разложение, титрование, ультрадисперсный.

Ультрадисперсный оксид никеля обладает рядом функциональных свойств, благодаря которым находит широкое применение в различных областях науки и техники [1]. Существуют различные методы получения наноразмерных частиц оксида никеля, такие как, пиролиз с распылением при низком давлении, разложение кислородсодержащих солей никеля, простой жидкофазный процесс и др. [2]. Особое место занимает термическое разложение основных солей никеля, поскольку не требует применения дорогостоящего оборудования, использования глубокого вакуума или низких температур.

Цель работы: изучение процессов химического осаждения и термического разложения основного карбоната никеля.

В настоящей работе процесс осаждения ОКН из водных растворов нитрата никеля исследовали потенциометрическим методом с использованием рН-метра «Эксперт-001». В качестве датчика аналитического сигнала в установке применялся комбинированный стеклянный электрод ЭСК-10602.

Для получения основного карбоната никеля в качестве реактивов использовали нитрат никеля ГОСТ 4055-78 (квалификации «ЧДА»), карбонат натрия ГОСТ 83-79 (квалификация «ЧДА»), гидрокарбонат натрия ГОСТ 2156-76 (квалификация «Ч») и гидрокарбонат аммония ГОСТ 3762-78 (квалификации «ХЧ»). В химический стакан объемом 100 мл вносили 10 мл 1М раствора нитрата никеля и прибавляли 40 мл дистиллированной воды, титрование проводили 1М раствором осадителя. Измерения заканчивались, когда значение рН достигало постоянного значения. Достоверность полученных данных оценивали статистически для серии опытов из пяти измерений (процент ошибки составил ±0,066).

Идентификацию синтезированных осадков и продуктов термолиза проводили методом рентгенофазового анализа (РФА). Съёмка образцов проводилась на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2 (Cu Ka - излучение, А,=1,54 А, графитовый монохроматор на отражённом луче) со скоростью сканирования 2 град/мин.

Для проведения структурных исследований применялся просвечивающий электронный микроскоп JEM 2100 высокого разрешения, фирмы JEOL, Япония. Микроскоп JEM 2100 имеет разрешение по точкам 2,3 А и по линиям - 1,4 А,

максимальное ускоряющее напряжение 200 кВ и прямое увеличение составляет до 1,5 млн. раз. В качестве источника электронов используется катод LаB6. Все измерения проводятся при ускоряющем напряжении 200 кВ.

Результаты осадительного

потенциометрического титрования представлены на рис. 1.

Рис. 1. Кривые потенциометрического титрования нитрата никеля растворами: 1 - карбоната натрия, 2 - гидрокарбоната натрия, 3 -гидрокарбоната аммония

Из зависимости, показанной на рис. 1, кривая-1 имеет две точки перегиба, что связано со ступенчатым протеканием гидролиза карбоната натрия. При добавлении 0,1 моль карбоната натрия на 1 моль нитрата никеля (мольное отношение Ка2С03/№(Ы03)2=0,1) происходит увеличение значений рН до значения 7,2, что объясняется появлением гидроксид ионов в реакционной смеси, образованных в результате гидролиза карбоната натрия по первой ступени. В интервале значений рН = 7,2 - 9,8, что соответствует отношению Ка2СО3/№(ЫО3)2=0,5-0,8, наблюдается выпадение осадка ОКН. Точка перегиба 1 (рис. 1, кривая-1) соответствует отношению 1,0, следовательно, соотношение реагентов эквимолярно.

Таким образом, процесс осаждения ОКН из водных растворов нитрата никеля карбонатом натрия можно представить следующим уравнением реакции (1):

2№(Ш3)2 + 2Ш2ТО3 + H2O = Ni2(OH)2COз| + 4№Ш3 + ТО2Т. (1)

Процесс осаждения ОКН растворами гидрокарбонатов натрия и аммония, как видно из рис. 1 (кривые 2 и 3, соответственно) смещен в сторону более высоких значений отношения п (осадителя)/и (Ni(NO3)2). Точки перегиба 2 и 3 соответствуют отношению 2:1, что меняет стехиометрию процесса образования основного карбоната никеля и уравнения реакций будут иметь вид (уравнения 2,3):

2№(Ш3)2 + 4NaHCOз = Ni2(OH)2COз| + 4№Ш3 + 3ТО2Т + H2O (2)

2№(Ш3)2 + 4NH4HCO3 = Ni2(OH)2CO3| + 4Ж4Ш3 + 3Ш2Т + Н2О. (3)

Идентификация образцов методом РФА осуществлялась с использованием базы данных JCPDS, согласно которой полученные осадки для всех осадителей представляют собой

дигидроксокарбонат диникеля (№3807-14, формула Ni2(0H)2C03).

200 nm

Рис. 2. Микрофотография частиц Ni2(0H)2С03

Полученные результаты РФА и ПЭМ и их совместная интерпретация позволили сделать выводы, что с технологической точки зрения в качестве осадителя предпочтительнее использовать гидрокарбонат аммония, поскольку позволяет избежать тщательной отмывки от ионов щелочных металлов.

Абу Амриа Ольга Александровна, аспирант 2 курса факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Молодцова Мария Юрьевна, аспирант 4 курса Химико-технологического факультета НИРХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Новомосковск.

Добрыднев Сергей Владимирович, д.х.н., профессор, и.о. заместителя директора по учебной и научной работе НИРХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Новомосковск.

Литература

1. Baek Y.W., An Y.J. Microbial toxicity of metal oxide nanoparticles (CuO, NiO, ZnO, and Sb2O3) to Escherichia coli, Bacillus subtilis, and Streptococcus aureus // Science of Total Environment. — 2011. Vol. 409, № 8. — P. 1603-1608.

2. Патент РФ №2011141081/02, 10.10.2011 Килимник А.Б., Острожкова Е.Ю., Бакунин Е.С.. Способ получения ультрамикродисперсного порошка оксида никеля на переменном токе// Патент РФ №2503748.2014 Бюл. №1.

Abu Amria Olga Aleksandrovna, MolodtsovaMariaYuryevna, Dobrydnev SergeyVladimirovich*

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Novomoskovsk Institute, Novomoskovsk, Russia. *e-mail: [email protected]

RESEARCH OF DEPOSITION PROCESSES BASIC NICKEL CARBONATE FROM AN AQUEOUS SOLUTION ITS SALTS

Abstract

Synthesied by precipitation basic nickel carbonate (BNC) from aqueous solutions of various salts by using precipitants. Presents the curves of potentiometric titration specific to the process. It analyzes the main advantages and disadvantages of the described methods. The resulting precipitates were examined by X-ray analysis and by transmission electron microscopy.

Key words: nickel oxide, basic nickel carbonate, potentiometers, transmission electron microscopy, X-ray analysis, titration, ultrafine.