СОСТОЯНИЕ ГЛИНОЗЕМА ПОСЛЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 661.862.222:661.222

СОСТОЯНИЕ ГЛИНОЗЕМА ПОСЛЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИИ

13* 1

Д. И. Цыпленкова ' , О. В. Юшкова Научный руководитель - В. П. Жереб 1,2

1 Сибирский федеральный университет, Российская Федерация Российская Федерация, 660025, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 95 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3Красноярский государственный аграрный университет Российская Федерация, 660130, г. Красноярск, ул. Е. Стасовой, 44 *E-mail: [email protected]

Выполнена кратковременная (в течение 10 с) механоактивация частиц порошка глинозема. Обнаружено повышение содержания частиц мелкой фракции. С помощью сканирующей электронной микроскопии выявлено формирование в поверхностном слое слоистой текстуры у частиц крупной фракции. Обсуждаются изменения структуры поверхностного слоя, аналогичные топотаксическому превращению a-Al203 в y-Al203 в условиях кратковременного механохимического воздействия

Ключевые слова: оксид алюминия, механоактивация, превращение a-Al203 в y-Al203.

FORMS OF FINDING SULFURIDE GASES IN THE ANODIC SPACE OF THE

ELECTROLYZER

D. I. Tsyplenkova1,3*, O. V. Ushkova1 Scientific supervisor -V. P. Zhereb1,2

'Siberian Federal University 95, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660025, Russian Federation

2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 3Krasnoyarsk State Agrarian University 44, E. Stasova st., Krasnoyarsk, 660130, Russian Federation *E-mail: [email protected]

A short-term (within 10 s) mechanical activation of alumina powder particles was performed. An increase in the content of fine particles was found. Using scanning electron microscopy, the formation of a layered texture in the surface layer of particles of a large fraction was revealed. Changes in the structure of the surface layer, similar to the topotactic transformation of a-Al203 to y-Al203 under conditions of short-term mechanochemical action, are discussed.

Keywords: alumina, mechanical activation, transformation of a-alumina into y-alumina.

Присутствие сульфидоксида углерода (карбонилсульфида) COS в потоках промышленных продуктов [1] является значительной экологической и промышленной проблемой. Основные источники карбонилсульфида - металлургия алюминия и производство сжиженного нефтяного газа. Являясь сильным окислителем, COS оказывает негативное влияния на биосферу, а также вызывает коррозию промышленного оборудования в указанных отраслях.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2

Поэтому поиск эффективных технологий удаление карбонилсульфида является актуальной научно-технической задачей. В [2, 3] описана и обсуждается реакция гидролиза COS:

COS + H2O = CO2 + H2S с использованием y-Al2O3 при 220 °C. Гидролиз COS протекает стехиометрически и степень превращения пропорциональна содержанию влаги в оксиде алюминия, которое можно оценить с помощью термогравиметрии. Взаимодействие COS и H2O протекает при этой температуре медленно, а баланс серы в пересчете на H2S составляет около 80%. Установлено, что в ходе этой реакции на стенках реактора и на катализаторе откладывается элементарная сера.

Al2O3 является одним из самых инертных в химическом отношении материалов как в виде монокристаллов, так и в виде частиц порошка, из-за прочности своей кристаллической структуры, на что указывает, например, высокая температура плавления Тпл. = 2044 °C. Единственная стабильная а-модификация Al2O3 не изменяется при нагревании до Тпл., но имеет семь (у, 5, к, р, п, 0, х) метастабильных модификаций, каждая из которых может быть получена как химическим путем, так и в результате воздействия концентрированных потоков энергии [3, 4].

Поскольку метастабильные формы глинозема, в особенности y-Al2O3, представляют наибольший интерес для интенсификации процессов его растворения в расплаве криолита, а также для любых процедур удаления COS, была выполнена механоактивация исходного а-Al2O3. Механоактивацию глинозема проводили в проточной мельнице непрерывного действия.

300000

с 250000

Е

(Г

Е -

14

200000 150000

50000

0 5 10 20 30 40 50 60 120 130 240 300 Продолжительность М А. с

Рис. 1. Влияние продолжительности механоактивации (МА) на изменение интенсивности рефлекса с

межплоскостным расстоянием d = 0,1390 нм

По результатам рентгенофазового анализа (РФА) установлено, механоактивация исходного глинозема сопровождается уширением дифракционных максимумов и уменьшением их интенсивности, что следует рассматривать как процесс разупорядочения кристаллической структуры a-Al2O3, сопровождающийся ростом дефектов и аналогичный процессу аморфизации. На рис. 1 представлено влияние продолжительности механоактивационного воздействия на изменение интенсивности дифракционного максимума с межплоскостным расстоянием d = 0,1390 нм. Воздействие в интервале 5 -15 секунд сопровождается наиболее значительной аморфизацией исходного глинозема.

ж г «В ш — Щ V i* 'm ■

Ш' m. * '.* Jt 4 5Ew lL ШМ Q|yf Ды p * \1 . - * mNm^.;. i^JjW »шЩгъ ч ijSt ьч . Jf

Obtained tv KRCRE of FRC KCS ObiainaJby KRCRE of F9P KCS ^^ ■ .¿vl

TM4000 0016 20kV 9.3mm *1.00k BSE M 05Л4/2021 бО.Оцт TM4000 0024 15kV 9.5mm хЗ.ООк BSE M 05/14/2021 Ю.Оцт

(а) х1000; (б) х3000

Рис. 2. РЭМ-фото частиц глинозёма до (а) и после (б) механоактивации в течение 10 секунд

Полученные с помощью растровой электронной микроскопии (РЭМ) и представленные на рис. 2 изображения частиц глинозема до (а) и после (б) механоактивации в течение 10 с различаются текстурой поверхностных слоев. Механоактивационное воздействие на частицы исходного a-Al2O3, проводимое в течение 10 сек., вызывает изменение состояния поверхностных слоев, формируя преимущественно слоистый характер их текстуры. Результаты РФА и РЭМ указывают на изменения состояния частиц исходного глинозема, которые сопровождаются не полным приращением кристаллической структуры a-Al2O3 в у-Al2O3, а таким характером изменения поверхностных состояний частиц исходного глинозема, которые формируют искажения, характеризующиеся тенденцией к структурному переходу в y-Al2O3. Аналогичные изменения поверхностных состояний a-Al2O3 наблюдали в [3], что дает основание связывать наблюдаемые при кратковременной механоактивации изменения как топотаксическое превращение a-Al2O3 в y-Al2O3.

Библиографические ссылки

1. Svoronos P. D. N., Bruno T. J. Carbonyl Sulfide: A Review of Its Chemistry and Properties // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2002. Vol. 41. No 22. P. 5321-5336.

2. High temperature COS hydrolysis catalysed by y-Al2O3 / H. Huang, N. Young, B. P. Williams et al. // Catal. Lett. 2006. Vol. 110. P. 243-246

3. Ohkubo M., Seno Y. Topotaxial phase transition induced by ion bombardment in a-Al2O3 // Philosophical Magazine Letters. 1989. Vol. 59. No 4. P. 171-179.

4. Превращения глинозема при механохимической активации / О. В. Юшкова, В. Г. Кулебакин, П. В. Поляков и др. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2007. Т. 50. № 12. С. 124-125.

© Цыпленкова Д. И., Юшкова О. В., 2022