CC BY
3КУЛИКОВ А.С., ИШКОВА А.А., ЧЕРНОВ М.П., ВИНОКУРОВ В.М.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Королёва Л.Ф. Абразивные свойства нанодис-персного оксида алюминия - железа.// Неорганические материалы, 2009, том 45,№10, с.1235-1242.
2. Красильникова В.Н., Гырдасова О.И., Базуев Г.В.// Журн. неорган. химии. 2008. Т.53. №12. С.1984-1991.
3. Мартыненко И.С., Куликов А.С., Чернов М.П.,
Молчанов В.В.// Ползуновский вестник.-2011-№4-1-С.151-154.
4. Звягинцев О.Е., Лопатто Ю.С.//ЖНХ.-1962- Т.7, №6- с.1272-1276.
5. А.К. Эепд^а, А.К. Nandi// 7.апогд. а!!д.ОИет.-1974.- Уо!.403, №1.-р. 327 - 336.
6. Накомото К., ИК - спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. М.: «Мир», 1991.- 343 с.
УДК 039.672
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ СИНТЕЗ АММОНИЙНЫХ ГИДРОКСОКАРБОНАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗА(Ш)
Куликов А.С., Сухов Р.В., Ульянов В.О., Чернов М.П., Винокуров В.М.
Исследован синтез аммонийных гидроксокарбонатных комплексов железа (III) из сульфата железа (II) и карбоната аммония различной концентрации. Предложен ресурсосберегающий синтез этого соединения - синтез в пасте.
Ключевые слова: аммонийные гидроксокарбонатные комплексы железа (III)
ВВЕДЕНИЕ
Ранее нами сообщалось, что из насыщенных растворов сульфата железа (II) и карбоната аммония в присутствии воздуха можно синтезировать комплексную аммонийную соль гидроксокарбоната железа (III), терморазложение которой приводит к образованию оксида железа (гематита) с неизвестной ранее морфологией с ОКР 70 нм и дефектной структурой [1].
Недостатком данного метода является то, что для получения комплексной аммонийной соли гидроксокарбоната трёхвалентного железа требуются высокие расходные нормы по карбонату аммония.
Целью настоящей работы явилось изучение синтеза аммонийной комплексной соли гидроксокарбоната железа (III) в растворах различной концентрации.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В экспериментах использовали семи-водный сульфат железа(И), моногидрат карбоната аммония. Комплексная аммонийная соль гидроксокарбоната железа (III) была получена путём осаждения из насыщенных растворов сульфата железа(П) и карбоната аммония с последующим окислительным гидролизом осадка (окислительный агент - кислород воздуха).
ИК- спектры образцов были сняты в матрице бромида калия на приборе ИКС-40, с обработкой результатов на компьютере.
Фазовый состав продуктов определяли методом РФА на приборе И2С-4с, в области углов от 10 до 80 градусов по 2© с полной записью и обработкой данных на компьютере.
Термогравиметрические исследования проводились на дериватографе фирмы МОМ в атмосфере воздуха в интевале температур от 20 0С до 800 0С со скоростью нагрева 20 0С/мин.
Морфологическую форму прекурсора и оксида железа контролировали методом растровой сканирующей электронной микроскопии (РЭМ) на микроскопе ивМ-64601У (иео!).
Продукты взаимодействия были исследованы методами химического и волюмомет-рического анализов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
В таблицах 1 и 2 представлены результаты химического анализа полученных образцов. В случае насыщенного раствора карбоната аммония химический состав комплексной соли остаётся практически постоянным и соответствует стехиометрическому составу. Время синтеза при этом увеличивается от 30 минут до двух часов. Результаты ИК-спектроскопии, РФА и термограммы не отличаются от ранее полученных [1].
В случае увеличения навески сульфата аммония при постоянной начальной концентрации карбоната аммония химический состав от стехиометрического отличается тенденцией понижения содержания оксида железа и повышения аммиака и углекислого газа. Время реакции изменяется от 30 минут до 3,5 часов (таблица 2). На рисунке 1 представлены спектры ИК и РФА, так же термограммы образцов 1 и 4 (таблица 2)
Результаты РФА, химического и термогравиметрического анализа позволяют предположить, что для образца № 1 характерна фаза (NH4)2[Fe2(OH)4(CO3)2]-H2O и аморфная фаза гидроксокарбоната железа (III), для образца № 2 (NH4)4[Fe2(OH)4(CO3)3]-3H2O и аморфная фаза гидроксокарбоната железа (III).
В условиях получения образца № 1 было изучено влияние температуры на процесс синтеза в диапазоне 20 - 40 0С. Исходя из полученных результатов в условиях эксперимента время на реакцию и химический состав получаемой комплексной аммонийной соли не меняется. Высказано предположение, что лимитирующая стадия лежит в диффузионной области .
Таблица 1 - Химический состав и время реакции синтеза комплексных аммонийных солей железа(Ш) в насыщенных растворах карбоната аммония
№ образца масса FeSO4-7H2O, г масса (NH4)2COa, г теоретический выход,г время реакции, мин состав, % массовые
Fe2Oa NH3 CO2
1 7,85 38,55 5 30 45,1 9,7 25,8
2 15,7 42,1 10 50 47,6 9,3 28
3 23,55 45,65 15 60 45,8 9,4 21,5
4 31,4 49,2 20 90 48 7,9 19,9
Таблица 2 - Химический состав и время реакции синтеза комплексных аммонийных солей железа (III) в условиях увеличения концентрации сульфата железа (II)
№ образца масса FeSO4-7H2O, г масса (NH4)2COa, г теоретический выход, г время реакции, мин состав, % массовые
Fe2Oa NH3 CO2
1 7,85 35 5 30 45,6 9,6 26
2 15,7 35 10 40 45,5 9,6 25,7
3 23,55 35 15 90 42,3 9,7 26,4
4 42,3 35 27 120 40,7 11,5 27,1
КУЛИКОВ А.С., СУХОВ Р.В., УЛЬЯНОВ В.О., ЧЕРНОВ М.П., ВИНОКУРОВ В.М.
соответствует (NH4)2[Fe2(OH)4(CO3)2]-H2O.
соединению
Рисунок 1 - ИК-спектры образцов № 1 и № 4.
Рисунок 2 - РФА образцов № 1 и № 4.
В следующей серии опытов газообразный окислитель (кислород воздуха) был заменён на персульфат аммония, т.е. лимитирующую стадию из диффузионной области перевели в кинетическую. В фарфоровой ступке перетирали 7,85 г семиводного сульфата железа(11) и 3,55 г моногидрата карбоната аммония, при перетирании образовывалась паста, в которую по каплям прибавляли концентрированный персульфат аммония при постоянном перемешивании. В условиях этого эксперимента расход карбоната аммония снизился на порядок. В результате синтеза за 30 минут получено соединение, содержащее Fe2O3 - 46,9%; NH3 - 9%; CO2 - 25,4%, что
Рисунок 3 - Термогравиметрические кривые образца №1.
Рисунок 4 - Термогравиметрические кривые образца № 4.
KNH^Fe^OHJ/COjjj-H^O
2Theta, degrees
Рисунок 5 - Спектры ИК и РФА (NH4)2[Fe2(OH)4(CO3)2]-H2O, полученного синтезом в пасте.
Рисунок 6 - Дериватограмма комплексной соли (ЫН4)2[Ре2(0Н)4(С03)2]-Н20, полученной синтезом в пасте.
На рисунках 5 и 6 представлены результаты ИК, РФА и термогравиметрического анализа образца (ЫН4)2[Ре2(0Н)4(С03)2]-Н20 , полученного в пасте.
ВЫВОДЫ
В результате проведённых исследований установлено, что химический и фазовый состав комплексных аммонийных солей гид-роксокарбоната железа (III) зависит от концентрации карбоната аммония участвующего во взаимодействии с сульфатом железа (II ). Проведение синтеза в пасте в присутствии персульфата аммония в качестве окислителя позволило на порядок сократить концентрацию карбоната аммония для синтеза (NH4)2[Fe2(OH)4(CO3)2]-H2O .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Мартыненко И.С., Куликов А.С., Чернов М.П., Молчанов В.В.// Ползуновский вестник.-2011-№4-1-С.151-154.
