CC BY
33ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГОРЮЧЕГО В ИСХОДНОЙ РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ НА СТРУКТУРУ ПОРОШКОВ КАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИНКА ZnO, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ РАСТВОРНОГО СВС
Моисеев Н.В. аспирант, Новиков В.А., Амосов А.П.
Самарский государственный технический университет, Самара,
тт1бт@таИ ги
ВОТ: 10.24411/9999-004А-2019-10030
В последнее время для использования в качестве фотокатализатора разложения фенола и других токсичных загрязнителей воды привлекает внимание наноструктурный оксид цинка ZnO, стоимость которого на 75% ниже, чем наночастиц TiO2 и A12O3 [1]. Особенно эффективны наноструктурные фотокатализаторы с высокой удельной и дефектной поверхностью. Весьма перспективен для получения доступного и эффективного наноструктурного ZnO метод растворного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-Р) или Solution Combustion Synthesis (SCS), основанного на самоподдерживающейся экзотермической реакции взаимодействия окислителя и восстановителя (топлива или горючего) в растворе [2].
В настоящей работе рассмотрен процесс СВС-Р оксида цинка ZnO, где в качестве окислителя выбран кристаллогидрат нитрата цинка - Zn(NO3)2-6H2O, в качестве топлива выбрана мочевина - CO(NH2)2, а в качестве растворителя -дистиллированная вода. Для них уравнение химического взаимодействия, составленное с учетом валентностей элементов, будет иметь вид:
Zn(NO3)2+59-CO(NH2)2+5(9-1)O2=ZnO+109.H2O+59-CO2+(59+1)N2, (1) где ф - главный критерий, характеризующий отношение топливо/окислитель [2]. При ф=1 внутреннего кислорода в реагентах достаточно для полного окисления топлива (оптимальный состав смеси). При ф<1 в реакционной смеси присутствует избыток окислителя (топливо-бедные смеси), а при ф>1 - избыток горючего (топливо-богатые смеси). Экспериментально изучалось влияние количества горючего в исходной смеси компонентов на состав продуктов синтеза. (Ранее для этой системы изучалась зависимость расчетных адиабатических и экспериментальных температур процесса СВС-Р ZnO от содержания горючего [3].) Для исследования синтезированных порошков использовались: рентгенофазовый анализ на рентгеновском дифрактометре ARL X'TRA и растровая электронная микроскопия на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) JSM-6390A фирмы «Jeol», оценка размера областей когерентного рассеивания (ОКР) по методу Селякова - Шеррера. Результаты
исследований представлены на рисунке 1 и в таблице 1. Как видно из рисунка, синтезированный продукт представляет собой агломераты равноосных частиц с наименьшим размером при ф=1. Как видно из таблицы, увеличение содержания топлива в исходной реакционной смеси не влияет на фазовый состав продуктов. Целевой оксид цинка образуется во всех проведенных экспериментах. Средний размер частиц 7пО 350 нм, средний размер ОКР 45 нм. Рекомендуется использовать оптимальный состав при ф=1.
Рис. 1. Морфология частиц для различных ф: ф = 0,5; б) ф = 1; в) ф = 1,5
Таблица 1. Характеристики синтезированного продукта
ф Размеры частиц, нм Фазовый состав продуктов Морфология поверхности
СЭМ ОКР
0,5 160-245 43,77 7пО, С Сферической и угловатой формы, с наличием криволинейных поверхностей
1 166-240 43,83 7пО, С Сферической и стержневой формы
1,5 256-650 48,43 7пО, С Сферической и стержневой формы
Список литературы:
1. C.B. Ong, L.Y. Ng, A.W. Mohammad. A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts: Synthesis, mechanisms and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 81. P. 536-551.
2. Varma A., Mukasyan A., Rogachev A., Manukyan K. Solution Combustion Synthesis of nanoscale materials. Chemical Reviews, 2016, vol. 116, no. 23, pp. 14493-14586.
3. Моисеев Н. В., Никулина А. Д., Новиков В. А. Изучение термодинамических характеристик и режимов горения в процессе растворного СВС оксида цинка // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент: Материалы X Междунар. научно-иннов. молодеж. конф. 24 - 26 октября 2018. Тамбов: Изд-во ИП Чеснокова А.В., 2018. С. 160-162.
