СИНТЕЗ СЛОИСТОГО ГИДРООКСИДА ЭРБИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ВОДНЫЙ РАСТВОР НИТРАТА ЭРБИЯ
Аннотация
Впервые исследована кинетика образования гидрооксида эрбия при действии на водный раствор его нитратов разряда постоянного тока в воздухе. Диапазон исследованных концентраций нитратов составлял (5-40) ммоль/л, а токов разряда (40-80) мА. Показано, что образование гидрооксида происходит только в случае, когда раствор является анодом. В этом случае действие разряда приводит к росту рН раствора и достигается концентрация ионов ОН-, необходимая для образования осадка гидрооксида. Определены формальные константы скоростей образования гидрооксида и степени превращения ионов Er3+ при разных токах разряда. Константы скорости зависели от тока разряда и начальной концентрации. При заданном токе разряда константы скорости росли с ростом начальной концентрации. При токе разряда 80 мА константы менялись от 2,1∙10-3 до 7,7∙10-3 с-1 при увеличении концентрации от 5 до 40 ммоль/л. При этом степени превращения Er3+ уменьшались от 0,58 до 0,32, а энергетические выходы увеличивались от 7,6∙10-2 до 0,86 ионов на 100 эВ вложенной энергии. Методом динамического рассеяния света обнаружено, что полученный гидрооксид образует две фракции с гидродинамическим диаметром частиц (45,5±5,2) нм и (582±85) нм. Содержание первой фракции (43±2)%, а второй – (57±2)%. Химический состав продукта, определенный методом ЭДС, соответствует формуле [Er2(OH)5](NO3)∙5H2O. То есть полученное вещество относится к слоистым двойным гидроксидам. Эти вещества состоят из положительно заряженных слоев гидроксидов редкоземельных элементов и отрицательно заряженных межслойных анионов. СЭМ фотографии подтверждают это заключение.
Для цитирования:
Сунгурова А.В., Иванов А.Н., Куколь А.А., Панин В.Ю., Рыбкин В.В. Синтез слоистого гидрооксида эрбия под действием разряда постоянного тока на водный раствор нитрата эрбия. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 8. С. 6-11. DOI: 10.6060/ivkkt.20266908.7170.
Литература
Liang J., Ma R., Sasaki T. Layered rare-earth hydroxides: crystal engineering toward functional nanosheets. Trends Chem. 2023. V. 5. N 11. P. 799-813. DOI: 10.1016/ j.trechm.2023.09.004.
Bai M., Wan H., Zhang Y., Chen S., Lu C., Liu X., Chen G., Zhang N., Ma R. Two-dimensional nanomaterials based on rare earth elements for biomedical applications. Chem. Sci. 2024. V. 15. P. 16887-16907. DOI: 10.1039/d4sc02625j.
Boumeriame H., Da Silva E.S., Cherevan A.S., Chafik T., Faria J.L., Eder D. Layered double hydroxide (LDH)-based materials: A mini-review on strategies to improve the performance for photocatalytic water splitting. J. Energy Chem. 2022. V. 63. P. 406-432. DOI: 10.1016/j.jechem.2021.04.050.
Seliverstov E.S., Golovin S.N., Lebedeva O.E. Layered Double Hydroxides Containing Rare Earth Cations: Synthesis and Applications. Front. Chem. Eng. 2022. V. 4. 867615. P. 1-8. DOI: 10.3389/fceng.2022.86761.
Assaaoudi H., Fang Z., Butler I.S., Kozinski J.A. Synthesis of erbium hydroxide microflowers and nanostructures in subcritical water. Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 185606. DOI: 10.1088/0957-4484/19/18/185606.
Dong X., Hong G. Preparation of Rare Earth Hydroxide and Oxide Nanoparticles by Precipitation Method. J. Mater. Sci. Technol. 2005. V. 21. N 4. P. 555-558.
Shutov D.A., Rybkin V.V., Ivanov A.N., Smirnova K.V. Synthesis of Zinc Oxide Powders in Plasma–Solution Systems. High Energy Chem. 2017. V. 51. N 1. P. 65-69. DOI: 10.1134/S0018143917010118.
Ryabukhin V.A., Ryabchikov D.I. Analytical chemistry of rare earth elements and yttrium. Series "Analytical chemistry of elements". M.: Nauka. 1966. 380 p. (in Russian).
Vasilyeva A.V., Getman A.A. Erbium and its use in modern technology. Casting and metallurgy. 2017. V. 3. P. 95-96 (in Russian). DOI: 10.21122/1683-6065-2017-3
Rybkin V.V., Bobkova E.S. Peculiarities of Energy Efficiency Comparison of Plasma Chemical Reactors for Water Purification from Organic Substances. Plasma Chem. Plasma Process. 2015. V. 35. N 1. P. 133-142. DOI 10.1007/s11090-014-9583-8.
Chirkst D.E., Lobacheva O.L., Berlinsky I.V., Levichev S.A. Thermodynamic study of erbium(III) ion flotation. Vest. St. Petersburg Univer. 2009. Ser. 4. Iss. 4. P. 89-94 (in Russian).
Shutov D.A., Smirnova K.V., Ivanov A.N., Rybkin V.V. The Chemical Composition of Species Formed in a Water Anode Under the Action of a Direct Current Electric Discharge: Comparison with Liquid Cathode—Experiment and Simulation. Plasma Chem. Plasma Process. 2023. V. 43. N 3. P. 577–597. DOI: 10.1007/s11090-023-10322-1.
Witzke M., Rumbach P., David B., Go D.B., Sankaran R.M. Evidence for the electrolysis of water by atmospheric-pressure plasmas formed at the surface of aqueous solutions. J. Phys. D: Appl. Phys. 2012. V. 45. N 44. P. 442001. DOI: 10.1088/0022-3727/45/44/442001.
Rumbach P., Bartels D.M., Sankaran R.M., Go D.B. The solvation of electrons by an atmospheric-pressure plasma. Nat. Commun. 2015. V. 6. N 1. P. 7248. DOI: 10.1038/ncomms8248.
Smirnova K.V., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Plasma-solution synthesis of cobalt ox-ides. Phys. Scr. 2024. V. 99. N 7. P. 075031. DOI: 10.1088/1402-4896/ad55b5.
Shutov D.A., Smirnova K.V., Gromov M.V., Ivanov A.N., Rybkin V.V. Synthesis of CdO Ultradisperse Powders Using Atmospheric Pressure Glow Discharge in Contact With Solution and the Investigation of Intermediate Products. Plasma Chem. Plasma Process. 2018. V. 38. N 1. P. 107–121. DOI: 10.1007/s11090-017-9856-0.
Shutov D.A., Smirnova K.V., Ivanov A.N., Rybkin V.V. Factors Governing the Formation of Oxygen Containing Copper Powders in a Plasma Solution System. Plasma Chem. Plasma Process. 2022. V. 42. N 1. P. 1-12. DOI: 10.1007/s11090-021-10208-0.
Smirnova K.V., Izvekova A.A., Shutov D.A., Ivanov A .N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Precipitation of nickel containing particles from nickel nitrate solutions under the action of a direct current glow discharge. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12. P. 112-118 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226512.6743.
Smirnova K.V., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Plasma-solution synthesis of zinc oxide doped with cadmium. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 7. P. 28-34. DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6629.
Wang Y., Wang S., Li X., Bai P., Yan W., Yu J. Layered inorganic cationic frameworks beyond layered double 24 hydroxides (LDHs): structures and applications. Eur. J. Inorg. Chem. 2020. V. 43. P. 4055–4063. DOI: 10.1002/ejic.202000710.
Oliver S.R.J. Cationic inorganic materials for anionic pollutant trapping and 26 catalysis. Chem. Soc. Rev. 2009. V. 38. N 7. P. 1868-1981. DOI: 10.1039/b710339p.
Geng F., Y. Matsushita Y., Ma R., Xin H., Tanaka M., Izumi F., Iyi N., Sasaki T. General Synthesis and Structural Evolution of a Layered Family of Ln8(OH)20Cl4·nH2O (Ln = Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Y). J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. N 48. P. 16344–16350. DOI: 10.1021/ja807050e.
Liang J., Ma R., Geng F., Ebina Y., Sasaki T. Ln2(OH)4SO4·nH2O (Ln = Pr to Tb; n ∼ 2): A New Family of Layered Rare-Earth Hydroxides Rigidly Pillared by Sulfate Ions. Chem. Mater. 2010. V. 22. N 21. P. 6001–6007. DOI: 10.1021/cm102236n.
