СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ СОСТАВА CaS : Mn; Pb ИЗ ФОСФОГИПСА
Аннотация
Для цитирования:
Яхонова Д.В., Земченко Г.Н., Баранова В.А., Меденников О.А., Егорова М.А., Шабельская Н.П. Синтез и свойства люминесцентных материалов состава CaS : Mn; Pb из фосфогипса. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 9. С. 98-105. DOI: 10.6060/ivkkt.20266909.6978.
Проведено изучение возможности получения люминесцентных материалов в процессе термического восстановления фосфогипса. Синтезированы материалы, основной фазой которых является сульфид кальция. Получены легированные катионами марганца (II) и свинца (II) материалы, обладающие светимостью при воздействии ультрафиолетового излучения. Синтезированные материалы охарактеризованы методами рентгеновской дифракции, электронной микроскопии. Проведено изучение зависимости интенсивности светимости от количества введенной легирующей добавки, установлено оптимальное соотношение катионов легирования для получения образцов с наибольшей интенсивностью свечения. Впервые показана возможность получения ультрафиолетовых пигментов оранжевого и красного свечения из фосфогипса. Показано, что в процессе термической обработки фосфогипса в присутствии восстановителя образуется матрица сульфида кальция с сохранением формы кристаллов предшественника. Спектр люминесценции легированных сульфидных люминофоров представлен тремя полосами различной интенсивности – 502-505 нм; 580-611 нм; 672-696 нм; с увеличением содержания Mn2+ пики испускания смещаются в красную область. Наибольшей светимостью обладает образец, содержащий 0,1 ммоль Mn2+ на 0,1 моль CaS. В образцах CaS : Pb спектры излучения также представлены тремя пиками – 505-509 нм; 571-581 нм; 666-672 нм; с увеличением содержания Pb2+ наблюдается рост интенсивности пика в красной области. Наибольшей светимостью обладает образец, содержащий 0,12 ммоль Pb2+ на 0,1 моль CaS. Для люминофоров состава CaS : Mn установлено скачкообразное увеличение интенсивности свечения в красной области при облучении ультрафиолетовым коротковолновым излучением. Полученные результаты открывают широкие возможности использования многотоннажного отхода химической промышленности – фосфогипса – для получения инновационных продуктов.
Литература
Kuzin E.N. Complex titanium-containing reagents in wastewater treatment processes of the fishing industry. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N. 7. P. 127-135 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246707.6997.
Lanovetskiy S.V., Nisina O.E., Kosvintsev O.K. Devel-opment of technology for obtaining sodium chloride brines. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 1. P. 74-82 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246701.6909.
Afineevsky A.V., Prozorov D.A., Smirnov D.V., Gordina N.E. Strategies for the use of iron-containing waste in the production of high-tech products of the chemical industry. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 11. P. 6-14 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246711.7111.
Cui Y., Bai J., Chang I.-S., Wu J. A systematic review of phosphogypsum recycling industry based on the survey data in China – applications, drivers, obstacles, and solutions. En-viron. Imp. Asses. Rev. 2024. V. 105. P. 107405. DOI: 10.1016/j.eiar.2023. 107405.
Zheng K., Wang X., Liu P., Liu Y., Wang J., Xie N. Re-assessing the role of harmful elements in phosphogypsum: Advantage of phosphorus impurities in solid waste recycling. Construct. Build. Mater. 2025. V. 494. P. 143554. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.143554.
Liu J., Lu S., Tian Z., Liang G., Lu Y., Li J., Zhang J. Phase evolution of low-crystallinity k-struvite hydration sys-tem induced by recycled phosphogypsum: A strategy for synergistic enhancement of performance, environmental, and economic benefits. Construct. Build. Mater. 2025. V. 494. P. 143498. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.143498.
Xu X., Kong L., Li X., Lei B., Sun B., Li X., Qu, F., Pang B., Dong W. Energy conservation and carbon emission re-duction of cold recycled petroleum asphalt concrete pavement with cement-stabilized phosphogypsum. Construct. Build. Mater. 2024. V. 433. P. 136696. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.136696.
Kocyiğit S., Güler O., Hekimoğlu G., Ustaoğlu A., Erdoğmuş E., Sarı A., Gencel O., Ozbakkaloglu T. Novel integration of recycled-hemihydrate phosphogypsum and ethyl palmitate in composite phase change material for build-ing thermal regulation. J. Clean. Prod. 2024. V. 445. P. 141066. DOI: 10.1016/ j.jclepro.2024.141066.
Oubelhas I., Bouargane B., Barba-Lobo A., Pérez-Moreno S., Bakiz B., Biyoune M.G., Bolívar J.P., Atbir A. Simultaneous recycling of both desalination reject brine water and phosphogypsum waste in manufacturing K2Mg(SO4)2·6H2O fertilizer. Proc. Safet. Environ. Prot. 2024. V. 191 (A). P. 163-176. DOI: 10.1016/j.psep.2024.08.097.
Tavares R.S.N., Adamoski D., Girasole A., Lima E.N., Justo-Junior A. da S., Domingues R., Silveira A.C.C., Marques R.E., de Carvalho M., Ambrosio A.L.B., Leme A.F.P., Dia S.MG. Different biological effects of exposure to far-UVC (222 nm) and near-UVC (254 nm) irradiation. J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 2023. V. 243. P. 112713. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2023.112713.
Lahariya V., Dhoble S.J. Development and advancement of undoped and doped zinc sulfide for phosphor application. Displays. 2022. V. 74. P. 102186. DOI: 10.1016/j.displa.2022.102186.
Lin C., He J., Liu Z., Liang Q. Effectiveness, safety, and challenges of UVC irradiation in indoor environments: A decade of review and prospects. Build. Environm. 2025. V. 276. P. 112868. DOI: 10.1016/j.buildenv.2025.112868.
Busch L., Kröger M., Schleusener J., Klein A.L., Lohan S.B., Guttmann M., Keck C.M., Meinke M.C. Evaluation of DNA lesions and radicals generated by a 233 nm far-UVC LED in superficial ex vivo skin wounds. J. Photo-chem. Photobiol. B: Biology. 2023. V. 245. P. 112757. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2023.112757.
Ma B, Burke-Bevis S., Tiefel L., Rosen J., Feeney B., Linden K.G. Reflection of UVC wavelengths from common materials during surface UV disinfection: Assessment of human UV exposure and ozone generation. Sci. Total Envi-ronm. 2023. V. 869. P. 161848. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.161848.
Asaithambi S., Lee J., Lee J.-W., Lee B.D., Cho M.-Y., Park W.B., Sohn K.-S. Decay behavior of Eu2+-Activated sulfide phosphors: The Pivotal role of unique activator sites. J. Lumin. 2023. V. 263. P. 120109. DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120109.
Game D.N., Ingale N.B., Omanwar S.K. Converted white light emitting diodes from Ce3+ doping of alkali earth sulfide phosphors. Mat. Discovery. 2016. V. 4. P. 1-7. DOI: 10.1016/j.md.2016.09.002.
Yuan H., Zhang J., Yu R., Su S. Preparation of ternary rare earth sulfide LaxCe2–xS3 as red pigment. J. Rare Earths. 2013. V. 31. N 3. P. 327-330. DOI: 10.1016/S1002-0721(12)60280-4.
Hojjati-Najafabadi A., Farahbakhsh E., Gholamalian G., Feng P., Davar P., Aminabhavi T.M., Vasseghian Y., Kamyab H., Rahimi H. Controllable synthesis of nanostructured flower-like cadmium sulfides for photocata-lytic degradation of methyl orange under different light sources. J. Water Proc. Eng. 2024. V. 59. P. 105002. DOI: 10.1016/j.jwpe.2024.105002.
Dang P., Lian H., Lin J. Highly efficient narrow-band green emission in LaZn1-xMnxAl11O19 magnetoplumbite phosphors toward white LED application and optical ther-mometer. Adv. Opt. Mater. 2023. V. 11. P. 2202511. DOI: 10.1002/adom.2022 02511.
Yaemphutchong S., Wattanathana W., Deeloed W., Panith P., Wuttisarn R., Ketruam B., Singkammo S., Laobuthee A., Wannapaiboon S., Hanlumyuang Y. Characterization, luminescence and dye adsorption study of manganese and samarium doped and co-doped zinc sulfide phosphors. Opt. Mater. 2020. V. 107. P. 109965. DOI: 10.1016/j.optmat.2020.109965.
Trung D.Q., Tran, M.-T., Hung N.D., Van Q.N., Huyen N.T., Tu N., Thanh H.P. Emission-tunable Mn-doped ZnS/ZnO heterostructure nanobelts for UV-pump WLEDs. Opt. Mater. 2021. V. 121. P. 111587. DOI: 10.1016/j.optmat.2021.111587.
Qu C., Xu Y., Xiao Y., Zhang S., Liu H., Song G. Multi-functional displays and sensing platforms for the future: a re-view on flexible alternating current electroluminescence de-vices. A.C.S. App.l Electron. Mater. 2021. V. 3. N 12. P. 5188-5210. DOI: 10.1021/acsaelm.1c00833.
Zhang W., Pan C., Cao F., Wang H., Yang X. Synthesis and electroluminescence of novel white fluorescence quan-tum dots based on a Zn–Ga–S host. J. Mater. Chem. C. 2018. V. 6. P. 10233-10240. DOI: 10.1039/C8TC03742F.
Zhang W., Pan C., Cao F., Yang X. Fabrication of fall sunflower-like GeO2/C composite as high performance lithi-um storage electrode. J. Mater. Chem. C. 2017. V. 5. P. 10533-10542. DOI: 10.1007/s11581-021-04425-y.
Lahariya V., Ramrakhiani M. Luminescence study on Mn, Ni co‐doped zinc sulfide nanocrystals. Luminescence. 2020. V. 35. P. 924-933. DOI: 10.1002/bio.3802.
Hien N.T., Ca N.X., Kien N.T., Luyen N.T., Do P.V., Thanh L.D., Van H.T., Bharti S., Wang Y. N., Thuy T.M., Tan P.M. Structural, optical properties, energy trans-fer mechanism and quantum cutting of Tb3+ doped ZnS quantum dots. J. Phys. Chem. Solids. 2020. V. 147. P. 109638. DOI: 10.1016/j.jpcs.2020.109638.
Li X., Chen Z., Yu Z., Huang X., Yu Q., Wang S., Luo M. Synthesis and photoluminescence of Eu3+ and O2-co-doped ZnS nanoparticles with yellow emission synthesized by a solid-state reaction. J. Lumin. 2017. V. 190. P. 364-370. DOI: 10.1016/j.jlumin.2017.05.076.
Egorova M.A., Monastyrskiy D.I., Medennikov O.A., Shabelskaya N.P., Khliyan Z.D., Ulyanova V.A., Sulima S.I., Sulima E.V. Study of the Process of Calcium Sulfide-Based Luminophore Formation from Phosphogypsum. Mol-ecules. 2024. V. 29. P. 5486. DOI: 10.3390/molecules29225486.
Zvonarev E.N., Kozlov O.I., Kolegov D.F., Mashirev V.P., Shatalov V.V., Basiev T.T., Doroshenko M.E., Konyushkin V.A., Osiko V.V., Papashvili A.G., Siga-chev V.B., Gursky I.E., Kaftanov V.S., Semenov Yu.A. Preparation of cerium fluoride single crystals – promising material for ionizing radiation detectors. Yadernaya Energiya. 1997. V. 82. N 4. P. 301-308 (in Russian). DOI: 10.1007/BF02418954.
Zhang Y., Li G., Geng D., Shang M., Peng C., Lin J. Color-tunable emission and energy transfer in Ca3Gd7(PO4)(SiO4)5O2: Ce3+/Tb3+/Mn2+ phosphors. Inorg Chem. 2012. V. 5. N 51(21). P. 11655-64. DOI: 10.1021/ic3015578.
