1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 10, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 10, стр. 1111-1120

Формирование, морфология и размерные параметры нанопорошков на основе наносвитков состава Mg3Si2O5(OH)4–Ni3Si2O5(OH)4

М. Е. Кургузкина 1, 2, *, Т. П. Масленникова 1, 2, В. В. Гусаров 1

1 Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук
199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2, Россия

2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова
197022 Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5, Россия

* E-mail: kotovamaria715@gmail.com

Поступила в редакцию 26.06.2023
После доработки 18.10.2023
Принята к публикации 19.10.2023

Аннотация

Исследовано влияние состава исходных нанопластин Mg1– xNix(OH)2 на формирование наносвитков (Mg1–хNiх)3Si2O5(OH)4 в гидротермальных условиях. Определены структура, морфология, размерные параметры и удельная площадь поверхности полученных нанопорошков на основе гидросиликатов (Mg1– хNiх)3Si2O5(OH)4 со структурой хризотила. Показано определяющее влияние термодинамически обусловленной дегидратации исходного (Mg1–xNix)(OH)2 при х $ \gtrsim $ 0.4 в процессе гидротермальной обработки дисперсии смеси нанопластин гидроксида магния-никеля с частицами силикагеля (SiO2∙nH2O) в водном растворе гидроксида натрия на формирование и структурные характеристики нанопорошков (Mg1– хNiх)3Si2O5(OH)4 с трубчатым строением.

Ключевые слова: гидросиликат магния, гидросиликат никеля, наносвитки, хризотил, пекораит

Список литературы

  1. Zhuang Y., Yang Y., Xiang G., Wang X. Magnesium Silicate Hollow Nanostructures as Highly Efficient Absorbents for Toxic Metal Ions // J. Phys. Chem. 2009. V. 113. № 24. P. 10441−10445. https://doi.org/10.1021/jp9014756

  2. Tripathi S., Roy A., Nair S., Durani S., Bose R. Removal of U(VI) from Aqueous Solution by aAdsorption onto Synthesized Silica and Zinc Silicate Nanotubes: Equilibrium and Kinetic Aspects with Application to Real Samples // Environ. Nanotechnol., Monitoring Management. 2018. V. 10. P. 127−139. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2018.05.003

  3. Cao C.-Y., Wei F., Qu J., Song W.-G. Programmed Synthesis of Magnetic Magnesium Silicate Nanotubes with High Adsorption Capacities for Lead and Cadmium Ions // Chem. Eur. J. 2013. V. 19. № 5. P. 1558−1562. https://doi.org/10.1002/chem.201203986

  4. Qu J., Li W., Cao C.-Y., Yin X.-J., Zhao L., Bai J., Qin Z., Song W.-G. Metal Silicate Nanotubes with Nanostructured Walls as Superb Adsorbents for Uranyl Ions and Lead Ions in Water // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. № 33. P. 17222–17226. https://doi.org/10.1039/c2jm33178k

  5. Sun X., Liu X., Yang B., Xu L., Yu S. Functionalized Chrysotile Nanotubes with Mercapto Groups and Their Pb(II) and Cd(II) Adsorption Properties in Aqueous Solution // J. Mol. Liq. 2015. V. 208. P. 347–355. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2015.04.060

  6. Голубева О.Ю., Масленникова Т.П., Ульянова Н.Ю., Дякина М.П. Сорбция ионов свинца (II) и паров воды синтетическими гидро- и алюмосиликатами со слоистой, каркасной и нанотрубчатой морфологией // Физика и химия стекла. 2014. Т. 40. № 2. С. 323–330.

  7. Cheng L., Yu S., Zha C., Yao Y., Pan X. Removal of Simulated Radionuclide Ce(III) from Aqueous Solution by As-Synthesized Chrysotile Nanotubes // Chem. Eng. J. 2012. V. 213. P. 22–30.https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.09.083

  8. Cheng L., Zhai L., Liao W., Huang X., Niu B., Yu Sh. An Investigation on the Behaviors of Thorium(IV) Adsorption onto Chrysotile Nanotubes // J. Environ. Chem. Eng. 2014. V. 2. № 3. P. 1236–1242. https://doi.org/10.1016/j.jece.2014.05.014

  9. Olson B.G., Decker J.J., Nazarenko S., Yudin V.E., Otaigbe J.U., Korytkova E.N., Gusarov V.V. Aggregation of Synthetic Chrysotile Nanotubes in the Bulk and in Solution Probed by Nitrogen Adsorption and Viscosity Measurements // J. Phys. Chem. 2008. V. 112. № 33. P. 12943–12950. https://doi.org/10.1021/jp801522q

  10. Bian Z., Li Z., Ashok J., Kawi S. A Highly Active and Stable Ni–Mg Phyllosilicate Nanotubular Catalyst for Ultrahigh Temperature Water-Gas Shift Reaction // Chem. Commun. 2015. V. 51. P. 16324–16326. https://doi.org/10.1039/C5CC05226B

  11. Liu Q., Peng H., Tian X., Guo J. Synthesis of Chrysotile Based Nanocomposites for Tuning Band Gap and Photocatalytic Property // Appl. Clay Sci. 2020. V. 199. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105885

  12. Teixeira A.P.C., Santos E.M., Vieira A.F.P., Lago R.M. Use of Chrysotile to Produce Highly Dispersed K-Doped MgO Catalyst for Biodiesel Synthesis // Chem. Eng. J. 2013. V. 232. P. 104–110. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.07.065

  13. Lopez-Salinas E., Toledo-Antonio J.A., Manriquez M.E., Sanchez-Cantu M., Cruz Ramos I., Hernandez-Cortez J.G. Synthesis and Catalytic Activity of Chrysotile-Type Magnesium Silicate Nanotubes Using Various Silicate Sources // Microporous Mesoporous Mater. 2019. V. 274. P. 176–182. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.07.041

  14. Везенцев А.И., Макридина О.И., Смоликов А.А. Защитно-декоративная жидкостекольная композиция для кровельных хризотил-цементных изделий // Вестн. БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. Т. 1. С. 47–50.

  15. Ястребинский Р.Н. Нанодисперсный хризотиловый наполнитель для термостойких радиационно-защитных композитов // Междун. науч.-исслед. журн. 2016. Т. 8. № 50. С. 123–129. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.50.180

  16. Habaue S., Hirasa T., Akagi Y., Yamashita K., Kajiwara M. Synthesis and Property of Silicone Polymer from Chrysotile Asbestos by Acid-Leaching and Silylation // J. Inorg. Organomet. Polym. 2006. V. 16. № 2. P. 155–160. https://doi.org/10.1007/s10904-006-9038-7

  17. Schwanke A.J., Lopes C.W., Pergher S.B.C. Synthesis of Mesoporous Material from Chrysotile-Derived Silica // Mater. Sci. 2013. V. 4. № 8. P. 68–72. https://doi.org/10.4236/msa.2013.48a009

  18. Gubanova G., Kononova S., Bronnikov S., Romashkova K., Sukhanova T., Korytkova E., Timpu D., Cristea M., Harabagiu V. Nanocomposites Based on Aromatic Polyamide-Imide and Magnesium Hydrosilicate Nanotubes // J. Macromol. Sci., Phys. 2014. V. 53. № 4. P. 555–567. https://doi.org/10.1080/00222348.2013.847399

  19. Губанова Г.Н., Кононова С.В., Вылегжанина М.Э., Суханова T.E., Григорьев А.И., Ромашкова К.А., Светличный В.М., Корыткова Э.Н., Кристи М., Тимпу Д., Харабаджу В. Структура, морфология и теплофизические свойства нанокомпозитов на основе полиамидоимида и гидросиликатных нанотрубок // Журн. прикл. химии. 2010. Т. 83. № 12. С. 2048–2055.

  20. Kononova S.V., Gubanova G.N., Korytkova E.N., Sapegin D.A., Setnickova K., Petrychkovych R., Uchytil P. Polymer Nanocomposite Membranes // Appl. Sci. 2018. V. 8. № 7. P. 1–42. https://doi.org/10.3390/app8071181

  21. Yudin V.E., Otaigbe J.U., Gladchenko S., Olson B.G., Nazarenko S., Korytkova E.N., Gusarov V.V. New Polyimide Nanocomposites Based on Silicate Type Nanotubes: Dispersion, Processing and Properties // Polymer. V. 48. № 5. P. 1306–1315. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2007.01.012

  22. Yang Y., Liang Q., Li J., Zhuang Y., He Y., Bai B., Wang X. Ni3Si2O5(OH)4 Multi-Walled Nanotubes with Tunable Magnetic Properties and Their Application as Anode Materials for Lithium Batteries // Nano Res. 2011. V. 4. № 9. P. 882–890. https://doi.org/10.1007/s12274-011-0144-7

  23. Храпова Е.К., Ежов И.С., Румянцев А.М., Жданов В.В., Красилин А.А. Нанотубулярный гидросиликат никеля и продукты его термического отжига в качестве анодных материалов литий-ионных аккумуляторов // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 12. С. 1317–1327. https://doi.org/10.31857/S0002337X2012009X

  24. Krasilin A.A., Bodalyov I.S., Malkov A.A., Khrapova E.K., Maslennikova T.P., Malygin A.A. On an Adsorption/Photocatalytic Performance of Nanotubular Mg3Si2O5(OH)4/TiO2 Composite // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2018. V. 9. № 3. P. 410–416. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2018-9-3-410-416

  25. Масленникова Т.П., Гатина Э.Н., Котова М.Е., Уголков В.Л., Абиев Р.Ш., Гусаров В.В. Формирование наносвитков гидросиликата магния со структурой хризотила из нанокристаллического гидроксида магния и их термически стимулированная трансформация // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 11. С. 1192–1201. https://doi.org/10.31857/S0002337X22110112

  26. Krasilin A.A., Khrapova E.K., Maslennikova T.P. Cation Doping Approach for Nanotubular Hydrosilicates Curvature Control and Related Applications // Crystals. 2020. V. 10. № 8. P. 1–41. https://doi.org/10.3390/cryst10080654

  27. Корыткова Э.Н., Пивоварова Л.Н. Гидротермальный синтез нанотрубок на основе гидросиликатов (Mg,Fe,Co,Ni)3Si2O5(OH)4 // Физика и химия стекла. 2010. Т. 36. № 1. С. 69–78.

  28. Корыткова Э.Н., Маслов А.В., Пивоварова Л.Н., Дроздова И.А., Гусаров В.В. Формирование нанотрубок состава Mg3Si2O5(OH)4 в гидротермальных условиях // Физика и химия стекла. 2004. Т. 30. № 1. С. 72–78.

  29. Корыткова Э.Н., Пивоварова Л.Н., Дроздова И.А., Гусаров В.В. Синтез нанотрубчатых Ni- и Ni-Mg-гидросиликатов в гидротерамальных условиях // Физика и химия стекла. 2005. Т. 31. № 6. С. 1099–1105.

  30. Корыткова Э.Н., Маслов А.В., Пивоварова Л.Н., Полеготченкова Ю.В., Повинич В.Ф., Гусаров В.В. Образование нанотрубчатых гидросиликатов системы Mg3Si2O5(OH)4–Ni3Si2O5(OH)4 при повышенных температурах и давлениях // Неорган. материалы. 2005. Т. 41. № 7. С. 849–855.

  31. Корыткова Э.Н., Бровкин А.С., Масленникова Т.П., Пивоварова Л.Н., Дроздова И.А. Влияние физико-химических параметров синтеза на рост нанотрубок состава Mg3Si2O5(OH)4 на затравках в гидротермальных условиях // Физика и химия стекла. 2011. Т. 37. № 2. С. 215–228.

  32. Красилин А.А., Альмяшева О.В., Гусаров В.В. Влияние строения исходной композиции на формирование нанотубулярного гидросиликата магния // Неорган. материалы. 2011. Т. 47. № 10. С. 1222–1226.

  33. Масленникова Т.П., Корыткова Э.Н. Влияние физико-химических параметров синтеза на рост нанотрубок Ni3Si2O5(OH)4 и заполнение их растворами гидроксидов и хлоридов щелочных металлов // Физика и химия стекла. 2013. Т. 39. № 1. С. 99–107.

  34. Jancar B., Suvorov D. The Influence of Hydrothermal-Reaction Parameters on the Formation of Chrysotile Nanotubes // Nanotechnology. 2006. V. 17. № 1. P. 25–29. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/1/005

  35. White R.D., Bavykin D.V., Walsh F.C. Morphological Control of Synthetic Ni3Si2O5(OH)4 Nanotubes in an Alkaline Hydrothermal Environment // J. Mater. Chem. 2013. V. 1. № 3. P. 548–556. https://doi.org/10.1039/C2TA00257D

  36. Lafay R., Montes-Hernandez G., Janots E., Chiriac R., Findling N., Toche F. Nucleation and Growth of Chrysotile Nanotubes in H2SiO3/MgCl2/NaOH Medium at 90 to 300°C // Chem. Eur. J. 2013. V. 19. № 17. P. 5417–5424. https://doi.org/10.1002/chem.201204105

  37. McDonald A., Scott B., Villemure G. Hydrothermal Preparation of Nanotubular Particles of a 1 : 1 Nickel Phyllosilicate // Microporous Mesoporous Mater. 2009. V. 120. № 3. P. 263–266. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2008.11.013

  38. Alvarez-Ramírez F., Toledo-Antonio J.A., Angeles-Chavez C. Complete Structural Characterization of Ni3Si2O5(OH)4 Nanotubes: Theoretical and Experimental Comparison // J. Phys. Chem. 2011. V. 115. № 23. P. 11442–11446. https://doi.org/10.1021/jp201941x

  39. Whittaker E.J.W. The Structure of Chrysotile // Acta Crystallogr. 1953. V. 6. P. 747–748. https://doi.org/10.1107/S0365110X53002118

  40. Yada K. Study of Microstructure of Chrysotile Asbestos by High Resolution Electron Microscopy // Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 1971. V. 27. P. 659–664. https://doi.org/10.1107/S0567739471001402

  41. Falini G., Foresti E., Gazzano M., Gualtieri A.F., Leoni M., Lesci I.G., Roveri N. Tubular-Shaped Stoichiometric Chrysotile Nanocrystals // Chem. Eur. J. 2004. V. 10. № 12. P. 3043–3049. https://doi.org/10.1002/chem.200305685

  42. Sprynskyy M., NiedojadŁo J., Buszewski B. Structural Features of Natural and Acids Modified Chrysotile Nanotubes // J. Phys. Chem. Solids. 2011. V. 72. № 9. P. 1015–1026. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2011.05.013

  43. Skinner H.C.W., Ross M., Frondel C. Asbestos and other Fibrous Minerals. Mineralogy, Crystal Chemistry and Health Effects. N. Y.: Oxford Univ. Press, 1988. 222 p.

  44. Везенцев А.И., Горшков А.И., Смоликов А.А., Бахтин А.И., Диков Ю.П. Синтез минералов ряда хризотил – пекораит // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1991. Т. 8. С. 146–152.

  45. Kotova M.E., Maslennikova T.P., Ugolkov V.L., Gusarov V.V. Formation, Structure, Composition in the Dispersed State, and Behavior of Nanoparticles Heated in the Mg(OH)2–Ni(OH)2 System // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2022. V. 13. № 5. P. 514–524. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2022-13-5-514-524

  46. Levin A., Khrapova E., Kozlov D., Krasilin A., Gusarov V. Structure Refinement, Microstrains and Crystallite Sizes of Mg-Ni-Phyllosilicate Nanoscroll Powders // J. Appl. Crystallogr. 2022. V. 55. P. 484–502. https://doi.org/10.1107/S1600576722003594

  47. Krasilin A.A., Suprun A.M., Ubyivovk E.V., Gusarov V.V. Morphology vs. Chemical Composition of Single Ni-doped Hydrosilicate Nanoscroll // Mater. Lett. 2016. V. 171. P. 86–71. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.01.152

  48. Krasilin A.A., Gusarov V.V. Redistribution of Mg and Ni Cations in Crystal Lattice of Conical Nanotube with Chrysotile Structure // Nanosyst.: Phys., Chem., Math. 2017. V. 8. № 5. P. 620–627. https://doi.org/10.17586/22208054201785620627

  49. Krasilin A.A., Khrapova E.K., Nomine A., Ghanbaja J., Belmonte T., Gusarov V.V. Cations Redistribution along the Spiral of Ni-doped Phyllosilicate Nanoscrolls: Energy Modelling and STEM/EDS Study // ChemPhysChem. 2019. V. 20. № 5. P.719–726. https://doi.org/10.1002/cphc.201801144

  50. Iorish V.S., Belov G.V. IVTANTHERMO/WIN – Database and Software for High Temperature Chemical Processes Modeling // 9th Int. Conf. on High Temperature Materials Chemistry. Penn State University, 1997. P. 42.

  51. Belov G.V., Dyachkov S.A., Levashov P.R., Lomonosov I.V., Minakov D.V., Morozov I.V., Sineva M.A., Smirnov V.N. The IVTANTHERMO-Online Database for Thermodynamic Properties of Individual Substances with Web Interface // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 946. P. 012120. https://doi.org/10.1088/1742-6596/946/1/012120

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал