CC BY
13
УДК 621.039.7
Гришина Я.С., Обручиков А.В.
ПОЛУЧЕНИЕ ТОНКОГО СЛОЯ НИТРАТА СЕРЕБРА НА ИНЕРТНОМ НОСИТЕЛЕ
Гришина Яна Сергеевна, студент 4 курса Института материалов современной энергетики инанотехнологии; Обручиков Александр Валерьевич, к.т.н., доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии, e-mail: alexobruch@mail.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Методом химического восстановления получен тонкий слой Ag на оксидной керамике. Установлено, что единственным продуктом взаимодействия паров азотной кислоты с металлическим серебром и оксидом серебра (I) является AgNO3. Показано, что в условиях проведения эксперимента скорость превращения серебра как металлического, так и оксида в нитрат одинаковы.
Ключевые слова: нитрат серебра; химическое восстановление; серебросодержащие иодные сорбенты
THE OBTAINING A THIN LAYER OF SILVER NITRATE ON AN INERT MATERIAL
Grishina Y.S., Obruchikov A.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
A thin layer of Ag on the oxide ceramics was obtained by the method of chemical reduction. It was established that the only product of the interaction of nitric acid vapors with metallic silver and silver oxide (I) is AgNO3. It is shown that under the experimental conditions, the rate of conversion of silver, both metallic and oxide, to nitrate is the same.
Keywords: silver nitrate; chemical reduction; silver-containing iodine sorbents.
Введение
Удаление радиоактивных форм иода на атомных станциях и предприятиях ядерной отрасли эффективно осуществляется сорбентами, импрегнированными нитратом серебра, например, «Силоксид» и АС6120 - гранулированные сорбенты на основе силикагеля [1,2]. В качестве пористого неорганического носителя для сорбентов широко применяются также различные цеолиты и оксиды металлов ^203, ТЮ2). Такие сорбенты эффективно улавливают из паровоздушных потоков различные формы иода с коэффициентом очистки более 104 [3]. Нанесение серебра обычно проводится пропиткой носителя раствором AgNO3 с последующим высушиванием. При этом серебро не образует непрерывной пленки, а выделяется в виде отдельных кристаллов AgNO3, что обуславливает низкую степень использования поверхности сорбента. Это также приводит к существенному перерасходу серебра, которое приводит к увеличению стоимости таких сорбентов.
Целью настоящей работы была разработка способа получения равномерного тонкого слоя азотнокислого серебра на поверхности оксидной керамики. Методика работы
В качестве инертного носителя для нанесения серебра была выбрана керамика на основе оксида алюминия. Для удаления органических загрязнений с поверхности керамики ее кипятили в течение 10-15 мин в 10% растворе едкого натра. Нанесение металлического серебра на подготовленную поверхность керамики проводили химическим восстановлением аммиачного комплекса серебра
сахарозой. Для этого образцы керамики помещали в стеклянные стаканы с раствором, содержащим Л§КО3 и N^N0^ куда затем при перемешивании последовательно добавляли рассчитанное количество растворов NaOH и восстановителя. Полноту реакции восстановления металла определяли визуально по реакции пробы раствора с соляной кислотой. В ранней работе [4] было установлено оптимальное мольное соотношение исходных компонентов: AgNO3 : NH4N03 : №0Н : С12Н22О11 = 1.0 : 3.2 : 6.6 : 1.2-3.0.
Окисление металлического серебра проводили в парах концентрированной азотной кислоты в герметично закрытом эксикаторе. Контроль химического процесса осуществляли путем одновременного окисления нескольких
подготовленных проб серебросодержащей керамики с последующим количественным определением нитрата в разные временные интервалы. Для сравнения скорости образования AgNO3 также была подготовлена серия образцов керамики, содержащей оксид (I) серебра. Окисление до оксида проводили погружением серебросодержащей керамики в водный раствор, содержащий 4 г/л KMnO4 и 4 г/л NaOH, в течение полутора часов [5]. Отмытые и высушенные образцы с оксидом серебра также затем помещали в эксикатор с азотной кислотой.
Количество образовавшегося AgNO3 в керамике определяли путем растворения его в дистиллированной воде с последующим титрованием по методу Фольгарда [6]. Для этого был приготовлен стандартный раствор роданида аммония с концентрацией ~1.8 мг/мл и установлен его стандарт-титр по известной навеске
азотнокислого серебра.
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
На рис. 1 представлены изображения поверхности керамики после нанесения серебра, полученные на сканирующем электронном микроскопе. Видно, что образец покрыт слоем восстановившегося серебра достаточно равномерно. Слой состоит из плотно упакованных частиц Ag
сферической формы с размером 100-150 нм.
На рис. 2 представлены рентгеновские дифрактограммы порошка металлического серебра после окисления его в течение 10, 20, 60, 90 и 180 минут. Видно, что процесс протекает достаточно быстро, последние следы рефлексов Л§ на дифрактограмме практически исчезают после полутора часов окисления.
Рис. 1. СЭМ-изображения поверхности керамики c нанесенным металлическим серебром при увеличениях
10000x (слева) и 30000x (справа)
180 мин
Угол 20, '
Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы окисленного порошка серебра
На рис. 3 показана кинетика образования AgN03 на поверхности керамики, помещенной в эксикатор с парами концентрированной азотной кислоты.
время, ч
Рис. 3. Кинетика превращения Ag и Ag2O в нитрат
Выводы: Для изготовления иодселективных сорбентов отработана методика получения равномерного слоя азотнокислого серебра на инертном носителе методом химического восстановления металлического Ag с последующим его окислением в парах азотной кислоты. Среднее содержание AgN03 в оксидной керамике составляет 0.96±0.03%.
Список литературы
1. Патент RU 2288514 С1. Сорбент для улавливания радиоактивного иода из газовой фазы./ Ровный С.И., Пятин Н.П., Истомин И.А.
2. Гаспарян М.Д. и др. Улавливание газообразного метилйодида на керамических высокопористых блочно-ячеистых сорбентах в инертной среде. // Химическая промышленность
Видно, что оба процесса протекают примерно с одной и той же скоростью и в целом завершаются к пятому часу выдержки образцов керамики в эксикаторе. Обработка экспериментальных точек методом наименьших квадратов позволила установить коэффициенты А и к в уравнении типа / = А (1 — в-кк). Для окисления металлического серебра они составили 97.8 и 0.97 соответственно, а для превращения оксида металла в нитрат - 95.9 и 1.01. Таким образом, в результате исследования показано, что предварительное окисление Ag в оксид не приводит к увеличению скорости конверсии его в AgN03. Более того, результаты определения общего количества азотнокислого серебра в керамике (табл. 1) позволяют сделать вывод, что стадия предварительного получения оксида ведет к значительным потерям (в среднем 22%) серебра.
сегодня. 2015. № 4. С 34-42.
3. Кулюхин С.А. и др. Химия радиоактивного иода в газовой среде: фундаментальные и прикладные аспекты // Радиохимия. 2008. Т. 50. № 1. С. 3-21.
4. Закатилова Е.И и др. Получение пленок серебра на высокопористой ячеистой керамике // Успехи в химии и химической технологии. 2014. Т. XXVIII. № 6. С. 95-98.
5. Меркушкин А.О., Обручиков А.В. Испытание иодных сорбентов на основе оксида серебра, нанесенного на пористую поверхность // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. № 5 (64). Ч.1. С.22-25.
6. Пятницкий И.В., Сухан В.В. Аналитическая химия серебра. М.: Наука, 1975. 258 с.
Таблица 1. Распределение удельной активности CH3131I по слоям сорбента
Стандарт- титр раствора NH4SCN 4.14 м^жз/мл Металлическое серебро Оксид (I) серебра
Шкер, г VNH4SCN мл сAaNO3, % Шкер, г Vn^SCN мл сAaNO3, %
1.4715 3.3 0.92 2.2814 3.8 0.69
1.6167 3.9 0.99 2.1677 3.6 0.69
1.9545 4.6 0.97 2.1797 4.0 0.76
1.8978 4.2 0.91 1.7168 3.1 0.70
2.3934 5.4 0.94 1.7061 3.3 0.75
1.8352 4.3 0.97 2.1949 4.8 0.85
1.9938 4.8 0.99 1.9355 4.0 0.81
Среднее значение, % 0.96±0.03 Среднее значение, % 0.75±0.06
