CC BY
26
The adsorption of heavy metals by the oxidized carbons derived from various coal and low rank coals have been studied.
The oxidation with HNO3 added significant amount of oxygen to the activated carbons from coal. Two well-resolved peaks were observed in the TPD for the studied coals at about 420 and 600oC, respectively. It is proposed that, oxygen functional groups in oxidized carbons; carboxylic, lactone-lactole and phenol are corresponding mainly to the desorption steps at 200-370oC, 370-450oC and 450-800oC. Oxygen functionalities in oxidized carbon from coal have much broader thermal stability than that of low rank coals. The amounts of adsorbed metal ions were in agreement with the amount of ‘most reactive oxygen containing groups’ on the surface of carbon.
High uptake of Cd ion (~0.4 mmol/g) was observed by adsorption of oxidized carbons, derived from bituminous coal. Naturally oxidized Shivee ovoo coal has high adsorption capacity for metal ions comparable with oxidized carbons and could be used as a cheap raw adsorbent material for removing heavy metals from waste water.
REFERENCES
1. Jia Y.F., Thomas K.M. Adsorption of cadmium ions on oxygen surface sites in activated carbon // Langmuir. - 2000. - V.16. - P. 1114-1122.
2. Bansal R.C,, Donnet J.B., Stoeckli F. Active carbon. - NY: Marcel Dekker. - 1988.
3. Strelko Jr.V., Malik D.J, Streat M. Characterization of the surface of oxidized carbon adsorbents // Carbon. - 2002. - V.40, №1. - P. 95-104.
4. Boehm H.P. Advances in catalysis // Chemical identification of functional groups / ed. by D.D. Eley.
- NY: Academic Press, 1966. - V.16. - P. 179.
5. Haydar S., Moreno-Castilla C., Ferro-Garcia M.A. and oth. Regularities in the temperature-programmed desorption spectra of CO2 and CO from activated carbons // Carbon. - 2000. - V.38, №9. -P.1297-1308.
6. Jia Y.F., Xiao B., Thomas K.M. Adsorption of Metal Ions on Nitrogen surface Functional Groups in Activated carbons // Langmuir. - 2002. - V.18. - P. 470-478.
7. Murakami K., Yamada T., Fuda K., Matsunaga T. Selectivity in cation exchange property of heat-treated brown coal // Fuel. - 2001. - V.80, №4. - P. 599-605.
УДК 546.273.431
НЕКОТОРЫЕ РОМБОЭДРИЧЕСКИЕ ФАЗЫ В СИСТЕМАХ Баз^^(БОз)з , R-РЗЭ
Т.Н. Хамаганова, Т.Г. Хумаева*
Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ. Е-mail: [email protected]
Бурятский государственный университет, Улан Удэ
Синтезированы и исследованы методом РФА фазы в системах Ba3-xSrxR(BO3)3 , R- РЗЭ. Полученные фазы отнесены к тригональной сингонии, пр.гр. R 3 . Определены их кристаллографические характеристики.
Ключевые слова: фазы, бораты, твердофазный синтез, кристаллическая структура.
SOME RHOMBOHEDRAL PHASES IN THE SYSTEMS OF Ba3-xSrxR(BO3)3, R-RARE-EARTH ELEMENTS T.N. Khamaganova, T.G. Khumaeva The Baikal Institute of Nature Management, SB RAS, Ulan-Ude Buryat State University, Ulan-Ude
The phases in systems Ba3.xSrxR(BO3)3 are synthesized and X-ray diffraction is investigated. The received phases belong to the trigonal system, space group R 3 . Their crystallographic characteristics are determined.
Keywords: phases, borates, solid state reaction, crystal structure.
Бораты щелочноземельных и редкоземельных элементов представляют интерес как возможные полифункциональные материалы для создания твердотельных лазеров и лазерных сред, нелинейной оптики в качестве люминофоров [1-3].
В тройных оксидных системах MO- B2O3-R2O3, где M = Ba, Sr; R - редкоземельные элементы
получены фазы состава MR(BO3)3, кристаллизующиеся в двух полиморфных модификациях [4-6].
Высокотемпературная а - форма имеет тригональную структуру и характерна для соединений стронция со всеми лантаноидами, а также для изоформульных бариевых боратов с РЗЭ цериевой подгруппы. Кристаллические структуры этих соединений являются производными от структуры Sr3Sc(BO3)3. Центросимметричная фаза Sr3Sc(BO3)3 кристаллизуется в тригональной сингонии, пр.гр.
R3 [7]. Ромбоэдрический каркас структуры этой фазы образован соединением цепочек Sc-октаэдров, вытянутых вдоль оси с с девятивершинниками атомов Sr. Боркислородные треугольники изолированы друг от друга и выстроены почти параллельно оси третьего порядка.
Способность одноформульных стронциевых и бариевых боратов с тяжелыми РЗЭ кристаллизоваться в одном структурном типе позволяет ожидать образования твердых растворов и значительных областей растворимости компонентов при замещении катионов Ba2+ на Sr2+. Предположения полностью подтвердились при изучении системы
Ba3-xSrxSm(BO3)3, 0 < x < 3.0, в которой в рамках одного структурного типа получен непрерывный ряд твердых растворов [5].
Двойные бораты MR(BO3)3 бария и стронция с редкоземельными элементами цериевой подгруппы кристаллизуются в различных структурных типах (пр.гр. P 63cm и R3), что приводит к образованию двух рядов твердых растворов замещения.
В настоящей работе представлены результаты исследования некоторых поликристаллических фаз состава Ba3-xSrx R(BO3)3, где x = 1 и 2.
Эспериментальная часть
Синтез поликристаллических образцов фаз Ba2SrR(BO3)3 осуществляли методом твердофазных реакций. Стехиометрические количества исходных компонентов (BaCO3 и SrCO3 квалификации “ос.ч.”, оксиды РЗЭ с содержанием основного вещества не ниже 99,99% и H3BO3 “х.ч.”) отжигали в платиновых тиглях на воздухе. Ступенчатый отжиг реакционных смесей при температурах 500-1000оС проводили в течение 80 ч. Приводит к получению однофазных образцов. Контроль за фазовым составом исследуемых соединений и установлением равновесия осуществляли с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре D-8 Advance фирмы BRUKER (Cu Ка- излучение, графитовый монохроматор). Параметры элементарных ячеек полученных фаз уточняли методом наименьших квадратов по оригинальной программе.
r
Рис. Зависимость изменения формульных объемов У^ соединений Иа^гЯ (В03)3
от куба ионных радиусов Я3+
Результаты индицирования порошков Ва2SrSm(BO3)3 и Ва^У (BO3)3
Ва2SrSm(BO3)3 Ва2SrУ(BOз)з
I/I0 d, A0 104/d\KOT hkl 104М2выч I/I0 d, A0 104/d\KOT hkl 104М2выч
12 4,82 431 021 431
25 4,35 527 012 527 22 4,33 533 012 534
50 3,866 669 211 670 42 3,850 675 211 677
10 3,723 721 030 719 10 3,716 724 030 724
25 3,225 961 220 958 27 3,220 965 220 966
100 3,153 1005 122 1006 100 3,136 1017 122 1018
70 2,952 1147 131 1149 8 3,127 1023 003 1022
10 2,826 1252 113 1247 73 2,940 1157 131 1159
10 2,683 1389 401 1389 10 2,815 1262 113 1262
30 2,596 1483 312 1485 10 2,673 1403 401 1403
8 2,477 1629 321 1629 19 2,583 1502 312 1501
20 2,444 1674 140,410 1677 16 2,433 1689 140,410 1689
8 2,259 1959 223 1965 9 2,246 1983 232 1984
3 2,178 2108 024 2110 22 2,053 2372 214 2380
20 2,064 2347 214 2349 18 1,921 2713 413,143 2713
15 1,968 2581 511 2584 10 1,869 2863 134 2863
18 1,933 2676 413,143 2681 16 1,843 2944 152 2947
15 1,881 2827 134 2829
15 1,853 2912 152 2915
Осуждение результатов
Наиболее подробно нами изучено фазообразование в системах с Sm, У, Er и пока частично - с Ho и Yb.
Анализ порошкограмм фаз составов Ba2SrR (BO3)3 и BaSr2R(BO3)3 показал, что характер расположения рефлексов и их относительных интенсивностей аналогичен двойным боратам Sr3R(BO3)3. Поэтому мы выполнили индицирование рентгенограмм этих фаз в ромбоэдрической
ячейке (пр. гр. R3). Результаты индицирования порошкограмм этих соединений приведены в таблице. На рисунке приведена зависимость изменения формульных объемов V/Z соединений Ba2SrR (BO3)3 от куба ионных радиусов R3+. Объемы элементарных ячеек монотонно убывают с уменьшением радиуса РЗЭ. Аналогичные результаты наблюдаются и для других составов твердых растворов, кристаллизующихся в этом структурном типе, что согласуется с экспериментальными данными, полученными нами ранее.
ЛИТЕРАТУРА
1. Gaume R., Haumesser P-H., Antic-Fidasev E., Porcher P., Viana B., Vivien D. Crystal field calculations of Yb 3+ - doped double boratecrystals for laser applications // J. Alloys and compounds. - 2002.
- V.341. - P. 160-164.
2. He M., Wang W.Y., Sun Y.P., Xu Y.P., Chen X.L. Growth and optical properties of YBa3B9Oi8: Ce crystals // J. Crystal Growth. - 2007. - V.307. - P. 427-431.
3. Pan S., Hu Zh., Lin Zh., Wang G. Growth and optical properties of Yb3+ - doped a- Ba3Y(BO3)3 crystal // J. Crystal Growth. - 2004. - V.263. - P. 214-217.
4. Хамаганова Т.Н., Куперман Н.М., Базарова Ж.Г. Синтез и исследование двойных боратов бария (стронция) и редкоземельных элементов // Журн. неорган. химии. - 1998. - Т.43, №7. - С. 11001101.
5. Хамаганова Т.Н., Ошорова В.К. Твердые растворы Ba3-xSrxSm(BO3)3 (0< x< 3) // Журнал прикладной химии. - 2005. - Т.78, вып. 12. - С. 2054-2055.
6. Хамаганова Т.Н. Фазообразование в системе Ba3-xSrxY(BO3)3 (0< x< 3) // Журнал неорганической химии. - 2008. - Т.53, №4. - С. 553- 556.
7. Tompson P.D., Keszler D.A. The new borate Sr3Sc(BO3)3 // Chem. Materials. - 1989. - V.1. - P.292-
