Вплив умов синтезу на властивості наночастинок заліза, отриманих методом хімічного осадження

Шрифт:
107

https://doi.org/

Met. litʹe Ukr., 2020, Tom 28, №4, P. 47-53

Тієн Хіеп Нгуєн1,2, аспірант, e-mail: htnru7@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3023-556X
Нгуєн Ван Мінь3, канд. техн. наук, e-mail: chinhnhan88@gmail.com, https://orcid.org/0000-0003-2520-8425
Нгуєн Мань Хунг2, аспірант, e-mail: hungnm@lqdtu.edu.vn, https://orcid.org/0000-0003-0652-7009
Хо Тхань Нгі4, дослідник, e-mail: nghihothanh@gmail.com

1Національний дослідницький технологічний університет «МІСіС» (Москва, Росія)
2В'єтнамський державний технічний університет ім. Ле Куй Дона (Ханой, В'єтнам)
3Institute of Technology (Ханой, В'єтнам)
4Viettel Group Corporation (Ханой, В'єтнам)

Надійшла 07.07.2020

УДК 621.762.24

У даній роботі проведено дослідження впливу умов синтезу на властивості наночастинок заліза, отриманих методом хімічного осадження. Наночастинки Fe були отримані водневим відновленням їх гідроксидних сполук Fe(OH)2, FeOOH при температурі 400 °С і шляхом застосування боргідридного методу (прямим осадженням наночастинок заліза з розчину FeCl3 при використанні осаджувача – розчину NaBH4). Гідроксиди Fe (OH)2, FeOOH заздалегідь були отримані осадженням з відповідних розчинів сульфату заліза (II) FeSO4 і хлорного заліза (III) FeCl3 при використанні осаджувача – розчину лугу NaOH 10 % мас. при рН, рівному 9. Для дослідження зразків отриманих наночастинок Fe було використано методи рентгенівського фазового аналізу (РФА), скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) і вимірювання питомої поверхні за низькотемпературною адсорбцією азоту (БЕТ). Результатом РФА показано, що всі зразки отриманих нанопорошків містять чисту металеву фазу Fe з об'ємно-центрованою кубічною решіткою. Результатами дослідження отриманих зразків за методами СЕМ і БЕТ виявлено, що наночастинки Fe, синтезовані боргідридним методом, мають найбільш високу дисперсність. У роботі також було вивчено вплив зміни концентрації (0,1; 0,5 і 1%) стабілізатора – крохмалю картопляного, на характеристики наночастинок Fe, отриманих боргідридним методом. Результатом електронного мікроскопічного аналізу зразків показано, що при малій концентрації (0,1 %) стабілізатора – крохмалю картопляного, наночастинки Fe переважно володіють тонко-голчастою формою. З підвищенням концентрації стабілізатора частинки мають схильність до округлення своєї форми, злипання і утворення великих кулястих агломератів. Характерні розміри наночастинок Fe в зразку з концентрацією крохмалю 0,1 % складають близько 40 нм, при збільшенні концентрації стабілізатора до 0,5 і 1 %, наночастинки Fe сильно ростуть і досягають розміру до сотень нм. Результат вимірювання питомої поверхні зразків методом БЕТ також добре узгоджується з результатом вимірювання середнього розміру наночастинок за СЕМ-даними, що зразок наночастинок Fe, отриманих за умови присутності крохмалю картопляного 0,1 %, має найбільш розвинену поверхню. Таким чином, синтез нанопорошку Fe із застосуванням боргідридногометоду в умови присутності 0,1 % крохмалю картопляного дозволяє отримати якісно стабільні дрібнодисперсні
наночастинки

Ключові слова: залізо, нанопорошок, наночастинка, хімічне осадження, боргідридний метод, стабілізатор, крохмаль картопляний.

Література

1. Bhushan Bharat (Ed.). Springer Handbook of Nanotechnology. 4th edition. Berlin: Verlag Heidelberg, 2017. 1500 p.
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-54357-3
2. Pankhurst Р.Q.A., Connolly J., Jones S.K., Dobson J. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine. Journal of
Physics D. 2003. No. 36. P. 167–181. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/36/13/201
3. Konyukhov Yu.V., Nguyen V.M., Ryzhonkov D.I. Kinetics of reduction of α-Fe2O3 nanopowder with hydrogen under power
mechanical treatment in an electromagnetic field. Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. No. 3. P. 706–712.
DOI: https://doi.org/10.1134/S2075113319030171
4. Schrick B., Hydutsky B.W., Blough J.L., Mallouk T.E. Delivery vehicles for zerovalent metal nanoparticles in soil and
groundwater. Chemistry of Materials. 2004. No. 16. P. 2187–2193. DOI: https://doi.org/10.1021/cm0218108
5. He F., Zhao D., Paul C. Field assessment of carboxymethyl cellulose stabilized iron nanoparticles for in situ destruction of chlorinated
solvents in source zones. Water Research. 2010. No. 44. P. 2360–2370. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2009.12.041
6. Xu Y., Zhao D. Reductive immobilization of chromate in water and soil using stabilized iron nanoparticles. Water Research.
2007. No. 41. P. 2101–2108. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.02.037
7. Liu W., Tian S., Zhao X. Application of stabilized nanoparticles for in situ remediation of metalcontaminated soil and groundwater:
a critical review. Current Pollution Reports. 2015. No. 1. P. 280–291. DOI: https://doi.org/10.1007/s40726-015-0017-x
8. Crane R.A., Scott T. Nanoscale zero-valent iron: future prospects for an emerging water treatment technology. Journal of
Hazardous Materials. 2012. No. 211. P. 112–125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.11.073
9. Huber D.L. Synthesis, properties, and applications of iron nanoparticles. Small. 2005. No. 1. P. 482–501.
DOI: https://doi.org/10.1002/smll.200500006
10. Yan W., Lien H.L., Koel B.E. Iron nanoparticles for environmental cleanup: recent developments and future outlook.
Environmental Science: Processes and Impacts. 2013. No. 15. P. 63–77. DOI: https://doi.org/10.1039/C2EM30691C
11. Fu F., Dionysiou D.D., Liu H. The use of zero-valent iron for groundwater remediation and wastewater treatment: a review.
Journal of Hazardous Materials. 2014. No. 267. P. 194–205. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.12.062
12. Guan X., Sun Y., Qin H., Li J., Lo I.M.C. The limitations of applying zero-valent iron technology in contaminants sequestration
and the corresponding countermeasures: the development in zero-valent iron technology in the last two decades (1994–
2014). Water Research. 2015. No. 75. P. 224–248. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.02.034
13. Ryzhonkov D.I., Konyukhov Y.V., Nguyen V.M. Kinetic regularities and mechanisms of hydrogen reduction of nanosized oxide
materials in thin layers. Nanotechnologies in Russia. 2017. Vol. 12. No. 11–12. P. 620–626.
DOI: https://doi.org/10.1134/S1995078017060076
14. Нгуен Т.Х., Нгуен В.М. Влияние поверхностно-активных веществ на дисперсность нанопорошков железа, кобальта и
никеля. Известия Bузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020. № 1. C. 22–28.
DOI: https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-22-28
15. Li S., Yan W., Zhang W.X. Solvent-free production of nanoscale zero-valent iron (nZVI) with precision milling. Green Chemistry.
2009. No. 11. P. 1618–1626. DOI: https://doi.org/10.1039/B913056J
16. Mondal K., Jegadeesan G., Lalvani S.B. Removal of selenate by Fe and NiFe nanosized particles. Industrial and Engineering
Chemistry Research. 2004. No. 43. P. 4922–4934. DOI: https://doi.org/10.1021/ie030715l
17. Corrias A., Ennas G., Licheri G., Marongiu G., Musinu A., Paschina G., Piccaluga G., Pinna G., Magini M. Amorphous metallic
powders prepared by chemical reduction of metal ions with potassium borohydride in aqueous solution. Chemistry of Materials.
1990. No. 2. P. 363–366. DOI: https://doi.org/10.1021/cm00010a010
18. Li F., Vipulanandan C., Mohanty K.K. Microemulsion and solution approaches to nanoparticle iron production for degradation
of trichloroethylene. Colloids Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2003. No. 223. P. 103–112.
DOI: https://doi.org/10.1016/S0927-7757(03)00187-0

19. Glavee G.N., Klabunde K.J., Sorensen C.M., Hadjipanayis G.C. Chemistry of borohydride reduction of iron (II) and iron (III)
ions in aqueous and nonaqueous media-formation of nanoscale Fe, FeB and Fe2B powders. Inorganic Chemistry. 1995.
No. 34. P. 28–35. DOI: https://doi.org/10.1021/ic00105a009
20. He F., Zhao D. Preparation and characterization of a new class of starchstabilized bimetallic nanoparticles for degradation of
chlorinated hydrocarbons in water. Environmental Science and Technology. 2005. No. 39. P. 3314–3320.
DOI: https://doi.org/10.1021/es048743y
21. Castillo-López D.N., Pal U. Green synthesis of Au nanoparticles using potato extract: stability and growth mechanism. Journal
of Nanoparticle Research. 2014. Vol. 16. Iss. 8. 15 p. DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-014-2571-3
22. Buazar F., Bavi M., Kroushawi F., Halvani M., Khaledi-Nasab A., Hossieni S.A. Potato extract as reducing agent and stabiliser
in a facile green one-step synthesis of ZnO nanoparticles. Journal of Experimental Nanoscience. 2016. Vol. 11 (3). P. 175–184.
DOI: https://doi.org/10.1080/17458080.2015.1039610