ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПРЕКУРСОРОВ ФЕРРИТОВ БАРИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРИЧНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА
Аннотация
В статье показана целесообразность использования анодного окисления низкоуглеродистой стали для получения ферритов бария. Во время электролиза раствор перемешивался за счет выделения водорода на катоде, а движение пузырьков газа обеспечивало перемещение масс электролита в направлении снизу вверх от центра к периферии, что способствует лучшему перемешиванию электрогенерируемых реагентов (OH-, Fe2+), компонентов электролита и уменьшению концентрационной поляризации. Согласно современным представлениям, на аноде происходит образование растворимых поверхностных комплексных соединений, которые переходят в раствор с образованием полигетероядерных комплексов. Далее имеет место их полимеризация, в конечном итоге сопровождающаяся формированием первичных частиц (кластеров), которые, укрупняясь, образуют осадок предшественника оксидной системы. Характеристикой процесса анодного растворения является выход по току, который соответствует количеству железа, перешедшего в раствор при определенном текущем значении. Фазовый состав дисперсного продукта, полученного прокаливанием осадка, образовавшегося при низкой концентрации соляной кислоты в электролите при температуре 1100 °С, демонстрирует наличие моно- и гексаферритов бария (99 мас.%). Однако, при повышении концентрации соляной кислоты в электролите в ~6-7 раз преобладающей фазой становится сложный оксид железа (II, III) - 96 мас.%, ферриты бария присутствуют в небольших количествах (~2%). Это указывает на то, что при относительно высоком содержании хлорид-ионов в кислом растворе (рН < 1) основным процессом является исключительно растворение (коррозия) железа. В случае меньших количеств соляной кислоты, скорее всего, возникает конкуренция между нитрат- и хлорид-ионами во время стимулирующей адсорбции, что способствует более равномерному растворению железа и образованию осадка в виде гидроксидов.
Для цитирования:
Дресвянников А.Ф., Мухамадеев А.Э., Хайруллина А.И., Валеева Э.Э. Электрохимический синтез прекурсоров ферритов бария с использованием вторичного технического железа. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 12. С. 74-82. DOI: 10.6060/ivkkt.20256812.7245.
Литература
Shull R.D. Magnetocaloric effect of ferromagnetic particles. IEEE Trans. Mag. 1993. V. 29. P. 2614-2615. DOI: 10.1109/20.280849.
Gubin S.P., Koksharov Yu.A., Khomutov G.B., Yurkov G.Yu. Magnetic nanoparticles: preparation, structure and properties. Russ. Chem. Rev. 2005. V. 74. N 6. P. 489-520. DOI: 10.1070/RC2005v074n06ABEH000897.
Balars A.C., Emrick T., Russel T.P. Nanoparticle Polymer Composites: Where Two Small Worlds Meets. Sci-ence. 2006. V. 314. P. 1107-1110. DOI: 10.1126/science.1130557.
Ditsch A., Laibinis P.E., Wang D.I.C., Hatton T.A. Controlled Clustering and Enhanced Stability of Polymer-Coated Magnetic Nanoparticles. Langmuir. 2005. V. 21. P. 6006-6018. DOI: 10.1021/la047057.
Lysenko V.I., Gorev V.N., Litvinenko Yu.A., Bardakhanov S.P. Production and properties of ceramics from iron oxide nanopowder. Vestn. NGU. Ser: Fizika. 2013. V. 8. N 1. P. 99-103 (in Russian). DOI: 10.54362/1818-7919-2013-8-1-99-103.
Taketomi S., Chikazumi S. Magnetic fluids. M.: Mir. 1993. 272 p. (in Russian).
Chen K., Bakusis A.F., Luo W. Improving surfactant grafting in magnetic colloids. Appl. Surf. Sci. 2006. V. 252. P. 6379-6382. DOI: 10.1016/j.apsusc.2005.12.160.
Ge J., Biasini M., Dong C., Guo J., Beyermann W.P. One step-synthesis of Highly Water-Soluble Magnetic Colloidal Nanocrystals. Chem. Eur. J. 2007. V. 13. P. 7153-7161. DOI: 10.1002/chem.200700375.
Hong R.Y., Pan T.T., Han Y.P., Li H.Z., Ding J., Han S. Magnetic field synthesis of Fe3O4 nanoparticles used as precursor of ferrofluids. JMMM. 2007. V. 310. P. 37-47. DOI: 10.1016/j.jmmm.2006.07.026.
Kaneva I.I., Kostishin V.G., Andreev V.G., Chitanov D.N., Nikolaev A.N., Kislyakova E.I. Production of bar-ium hexaferrite with improved isotropic properties. Izv. VUZov. Meter. Elektron. Tekh. 2014. V.17. N 3. P. 183-188 (in Russian). DOI: 10.17073/1609–3577–2014–3–183–188.
Martirosyan K., Galstyan E., Hossain S., Wang Y.-J., Litvinov D. Barium hexaferrite nanoparticles: synthesis and magnetic properties. Mater. Sci. Eng., B. 2011. V. 176. N 1. P. 8-13. DOI: 10.1016/j.mseb.2010.08.005.
Harris V.G., Chen Z., Chen Y., Yoon S., Sakai T., Gieler A., Yang A., He Y., Ziemer K.S., Sun N.X., Vittoria C. Ba-hexaferrite films for next generation microwave devices (invited). J. Appl. Phys. 2006. V. 99. N 8. P. 08M911-1-08M911-5. DOI: 10.1063/1.2165145.
Ghasemi A., Hossienpour A., MorisakoA., Liu X., Ashrafizadeh A. Investigation of the microwave absorptive behavior of doped barium ferrites. Mater. Des. 2008. V. 29. N 1. P. 112-117. DOI: 10.1016/j.matdes.2006.11.019.
Pankhurst Q.A., Connolly J., Jones S., Dobson J. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine. J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. V. 36. N 13. P. R167 - R181. DOI: 10.20538/1682-0363-2008-2-70-78.
Veverka P., Pollert E., Zaveta K., Vasseur S., Duguet E. Srhexaferrrite/maghemite composite nanoparticles – possible new mediators for magnetic hyperthermia. J. Nannotech. 2008. V. 19. N 21. P. 215705. DOI: 10.1088/ 0957-4484/19/21/215705.
Hyeon T. Chemical Synthesis of Magnetic Nanoparticles. Chem. Commun. 2003. V. 21. N 8. P. 927-934. DOI: 10.1039/B207789B.
Balmasova O.V., Korolev V.V., Efimova K.V. Magne-tothermal properties of copper ferrite. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 1. P. 45-50. DOI: 10.6060/ivkkt.20246701.6851.
Martinez-Mera I., Espinoza-Pesqueira M.E., Perez-Hernandez R., Arenas-Alatorre J. Synthesis of magnetite (Fe3O4) nanoparticles withour surfactants at room temperature. Mater. Lett. 2007. V. 61. P. 927-934. DOI: 10.1016/j.matlet.2007.02.018.
Junliang L., Ping L., Xingkai Z., Dongjun P., Peng Z., Ming Z. Synthesis and properties of single domain sphere-shaped barium hexaferrite nano powders via an ultrasonic-assisted coprecipitation route. Ultrason. Sono-chem. 2015. V. 23. P. 46-52. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2014.08.001.
Liu X., Kaminski M.D., Guan Y., Chen H., Liu H., Rosengart A.J. Preparation and characterization of hy-drophobic superparamagnetic magnetite gel. JMMM. 2006. V. 306. P. 248–253.
Meng Y.Y., He M.H., Zeng Q., Jiao D.L., Shukla S., Ramanujan R.V., Liu Z.W. Synthesis of barium ferrite ultrafine powders by a solgel combustion method using glycine gels. J. Alloys Compd. 2014. V. 583. P. 220-225. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.08.156. DOI: 10.1016/j.jmmm.2006.03.049.
Park J., Lee E., Hwang N.-M., Kang M.,Kim S.C., Hwang Y., Park J.-G., Noh H.-J., Kim J.-Y., Park J.-H., Hyeon T. One-Nanometer-Scale Size-Controlled Synthesis of Monodisperse Magnetic Iron Oxide Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 2005. V. 44. P. 2872–2877. DOI: 10.1002/anie.200461665.
Peng S., Wang C., Xie J., Sun S. Synthesis and stabilization of monodisperse Fe nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 10676–1067. DOI: 10.1021/ja063969h.
Ovejero J.G., Mayoral A., Cañete M., García M., Hernando A., Herrasti P. Electrochemical Synthesis and Magnetic Properties of MFe2O4 (M = Fe, Mn, Co, Ni) Nanoparticles for Potential Biomedical Applications. J. Nanosci. Nanotechnol. 2019. 19. P. 2008–2015. DOI: 10.1166/jnn.2019.15313.
Ritter T.G., Phakatkar A.H., Md Golam Rasul, Tolou Shokuhfar, Gonçalves J.M., Shahbazian-Yassar R. Electrochemical synthesis of high entropy hydroxides and oxides boosted by hydrogen evolution reaction. Cell Rep. Phys. Sci. 2022. V. 3. P. 100847. DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.100847.
Mazar E., Herrasti P., Morales M.P., Menendez N. Synthesis and characterization of CoFe2O4 ferrite nano-particles obtained by an electrochemical method. Nano-technology. 2012. V. 23. P. 355708. DOI: 10.1088/0957-4484/23/35/355708.
Kalaeva S.Z., Yamanina N.S., Makaro V.M. Zaharova I.N., Shipilin A.M., Solovyova A.N., Terzi M.E. The synthesis of nanodispersed magnetite using electrochemical method. J. Nano-Electron. Phys. 2014. V. 6. N 3. P. 03030.
Grigoryeva I.O., Dresvyannikov A.F. Electrochemical synthesis of dispersed barium ferrite using anodic disso-lution of metal. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 4. P. 59-66 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216404.6315.
Samouhos M., Taxiarchou M. D4.3 Circular Economy and zero waste aspects and business models of produc-tion. URL: http://scrreen.eu/wpcontent/uploads/2018/07/D4.3-Circular-Economy-and-zero-waste-aspects-and-business-modelsof-production.
Yamauchi T., Tsukahara Y., Sakata T., Mori H., Chikata T., Katoh S., Wada Y. Barium ferrite powders prepared by microwave-induced hydrothermal reaction and magnetic property. J. Magn. Magn. Mater. 2009. V. 321. N 1. P. 8-11. DOI: 10.1016/j.jmmm.2008.07.005.
Liu Y., Drew M.G.B., Liu Y., Wang J., Zhang M. Efficiency and purity control in the preparation of pure and/or aluminum-doped barium ferrites by hydrothermal methods using ferrous ions as reactants. J. Magn. Magn. Mater. 2010. V. 322. N 3. P. 366-374. DOI: 10.1016/j.jmmm.2009.09.062.
