Структурообразование и электрофизические свойства природных цеолитов, механоактивированных с гидрофосфатом калия для получения твердых электролитов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведена механохимическая активация ударно-сдвигового типа воздушно-сухих смесей клиноптилолит-стильбитовых и клиноптилолитовых пород совместно с 25, 33, 50 мас. % тригидратом гидрофосфата калия. Исследована структура, фазовый, элементный, гранулометрический состав, морфология и физические свойства порошков методами инфракрасной спектроскопии, дифференциально-сканирующей калориметрии, рентгенофазового анализа, энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии, ситового анализа, растровой электронной микроскопии, гравиметрии, воздухопроницаемости. Измерена электропроводность таблетированных образцов в температурном диапазоне от 25 до 580 °С. Установлено, что электропроводность клиноптилолит-стильбитовой породы, содержащей 50 мас. % 3-водного гидрофосфата калия, подверженной ударно-сдвиговому воздействию с поглощением дозы механической энергии 5.04 кДж/г, равна 7.06·10–2 См·м–1 при 560 °С. Показано, что механохимическая активация цеолита совместно с кристаллогидратом гидрофосфата калия способствует эффективному повышению проводимости и является перспективным методом для получения твердых электролитов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Н. Дабижа

Филиал федерального государственного бюджетного учреждения «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова

Автор, ответственный за переписку.
Email: dabiga75@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Т. П. Солобоева

Иркутский государственный университет путей сообщения

Email: dabiga75@mail.ru
Россия, Иркутск

М. В. Калинина

Филиал федерального государственного бюджетного учреждения «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова

Email: dabiga75@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

О. А. Шилова

Филиал федерального государственного бюджетного учреждения «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова

Email: dabiga75@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Özkan V., Özkan A. Adsorptive Desulfurization of Crude Oil with Clinoptilolite Zeolite // NESciences. 2022. Vol. 7 (3). P. 284–293.
  2. Abdelwahab O., Thabet W.M. Natural zeolites and zeolite composites for heavy metal removal from contaminated water and their applications in aquaculture Systems: A review // The Egyptian Journal of Aquatic Research. 2023. online 1 December 2023.
  3. Hovhannisyan V.A., Dong Ch.-Y., Lai F.-J., Chang N.-Sh., Chen Sh.-J. Natural Zeolite for Adsorbing and Release of Functional Materials // Journal of Biomedical Optics. 2018. № 23 (9). P. 91411–1 – 91411–7.
  4. Kasperkowiak M., Strzemiecka B., Voelkel A. Characteristics of natural and synthetic molecular sieves and study of their interactions with fragrance compounds // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2016. № 52 (2). P. 789–802.
  5. Carotenuto G., Nicolais L. Electrical Method for in Vivo Testing of Exhalation Sensors Based on Natural Clinoptilolite // Coatings. 2022. Vol. 12. P. 377.
  6. Slavova M., Mihaylova-Dimitrova E., Mladenova E., Abrashev B., Burdin B., Vladikov D. Zeolite based carbon-free gas diffusion electrodes for secondary metal-air batteries // J. Electrochem. Sci. Eng. 2020. Vol. 10 (2). P. 229–234.
  7. Li M., Chi X., Yu J. Zeolite-Based Electrolytes: A Promising Choice for Solid-State Batteries Zeolite-Based Electrolytes: A Promising Choice for Solid-State Batteries // PRX ENERGY. 2022. 1. 031001. 2768-5608/22/1(3)/031001(16).
  8. Chi X., Li M., Chen X., Xu J., Yin X., Li Sh., Jin Ziyue Z., Luo Zh., Wang X., Kong D., Han M., Xu J.-J., Liu Z., Mei D., Wang J., Henkelman G., Yu J. Enabling High-Performance All-Solid-State Batteries via Guest Wrench in Zeolite Strategy // J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, Р. 24116–24125.
  9. Chi X., Li M., Di J., Bai P., Song L., Wang X., Li F., Liang Sh., Xu J., Yu J. A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery // Nature. 2021. Vol. 592. P. 551–570.
  10. Fang L., Yi C. Zeolite-based Electrolyte Accelerating the Realization of Solid-state Li-Air Battery // Chem. Res. Chinese Universities. 2021. Vol. 37 (3). Р. 801–802.
  11. Колесникова Л.Г., Ланкин С.В., Юрков, В.В. Ионный перенос в клиноптилолите: монография. Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2007. 113 с.
  12. Harutyunyan V.V., Sahakyan A.A., Grigoryan N.E., Yeritsyan G.N., Nikoghosoyan S.K., Hovannisyan A.S., Arzumanyan V.V., Soulayman S.Sh. Electrophysical Properties of Natural Armenian and Syrian Zeolites // Armenian Journal of Physics. 2020. Vol. 13. Is. 4. P. 336–352.
  13. Carotenuto G. Electrical Investigation of the Mechanism of Water Adsorption/Desorption by Natural Clinoptilolite Desiccant Used in Food Preservation // The 2nd Coatings and Interfaces Web Conference. 2020. https://ciwc2020.sciforum.net/ Materials Proceedings. № 2. 7 p.
  14. Yeritsyan, H., Sahakyan, A., Nikoghosyan, S., Harutyunyan, Vachagan, Gevorkyan, V., Grigoryan, N., Hakhverdyan, E., Keheyan, Yeghis, Gevorgyan, R., Sargisyan, H.. Dielectric properties and specific conductivity of Armenian natural clinoptilolite irradiated by electrons. // Open Physics. 2005. 3. P. 610–622.
  15. Shi H., Zhang J., Li J. The effect of guest cations on proton conduction of LTA zeolite // RSC Adv. 2021. Vol. 11. P. 5393–5398.
  16. Ланкин С.В., Юрков В.В. Электропроводность клиноптилолита и его ионообменных форм // Перспективные материалы. 2006. № 5. С. 59–62.
  17. Пономарева В.Г., Шутова Е.С., Среднетемпературные протонные проводники на основе СsH2PO4 и модифицированного диоксида кремния // Электрохимия. 2007. Т. 43. № 5. С. 547–553.
  18. E. van der Bij H., Weckhuysen B.M. Phosphorus promotion and poisoning in zeolite-based materials: synthesis, characterisation and catalysis // Chem. Soc. Rev. 2015. 44. P. 7406–7428.
  19. Богомолов В.Н. Жидкости в ультратонких каналах (Нитяные и кластерные кристаллы) // Успехи физических наук. 1978. Т. 124. № 1. С. 171–182.
  20. Матвеева Т.Г., Соловьев В.Г. Диэлектрические свойства наночастиц сегнетовой соли в матрице цеолита NaA // Техника радиосвязи. 2022. Вып. 4 (55). С. 118–124.
  21. Bohács K., Faitli J., Bokányi L., Mucsi G. Control of Natural Zeolite Properties by Mechanical Activation in Stirred Media Mill // Archives of Metallurgy and Materials. 2017. V. 62. Р. 1399–1406.
  22. Sokić K., Dikić J., Veljović Đ., Đokić J., Anđić Z., Jevtić S. Mechanochemical Synthesis and Characterization of the Adsorbents Based on Natural Zeolite and Hydroxyapatite // 5 th Metallurgical & Materials Engineering Congress of South-East Europe 2023 – Trebinje, BIH. P. 395–400.
  23. Dalmaz A, Sivrikaya Özak S. Development of clinoptilolite zeolite-coated magnetic nanocomposite-based solid phase microextraction method for the determination of Rhodamine B in cosmetic products // J Chromatogr. A. 2022. Sep. 13. 1680:463433.
  24. Dabizha O.N., Soloboeva T.P., Khamova T.V., Shilova O.A. Mechanical activation of clinoptilolites with sodium and ammonium hydrophosphates to improve their electrophysical properties // Glass Physics and Chemistry. 2023. Vol. 49. N 3. P. 293–305.
  25. Адылходжаев А.И., Кадыров И.А., Умаров К.С., Назаров А.А. К вопросу механоактивации цеолитсодержащих пород // Известия Петербургского университета путей сообщения. СПб.: ПГУПС, 2019. Т. 16, вып. 3. С. 489–498.
  26. Арсентьев М.Ю., Тихонов П.А., Калинина М.В., Цветкова И.Н., Шилова О.А. Синтез и физико-химические свойства электродных и электролитных нанокомпозитов для суперконденсаторов // Физика и химия стекла. 2012. Т. 38. № 5. С. 653–664.
  27. Жерновский И.В., Бондаренко А.И., Соболев К.Г. Структурные преобразования кварцевого сырья при механоактивации // Строительные материалы. 2012. № 10. С. 56–58.
  28. Hubbard C. R., Snyder R. L. RIR – Measurement and Use in Quantitative XRD // Powder Diffraction. 1988. V. 3. P. 74–77.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость электропроводности таблетированного калия фосфорнокислого двузамещенного триводного от обратной температуры (тераомметр Е6-13А; I = const; U = 100 B; t = 25–80 °C; влажность воздуха 26%, измерительные электроды – алюминиевый, графитовый; охранный – медный, токопроводящий клей Контактол, режим нагрева).

Скачать (76KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы образцов: I, II – клиноптилолит-стильбитовая и клиноптилолитовая породы соответственно; с – гидрофосфат калия тригидрат; 25, 50 – содержание соли, мас. %; 5, 7 – время механоактивации, мин; Cl – клиноптилолит; M – микроклин; Р – моногидрат гидрофосфата калия; Р´ – дигидрат гидрофосфата калия; St – стильбит; Q – кварц; Q´ – кристобалит.

Скачать (431KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Инфракрасные спектры образцов: I, II – клиноптилолит-стильбитовая и клиноптилолитовая породы, соответственно; с – гидрофосфат калия тригидрат; 25, 33, 50 – содержание соли, мас. %; 3, 5, 7 – время механоактивации, мин.

Скачать (343KB)
Метаданные
5. Рис. 4. СЭМ-изображения некоторых образцов: I, II – клиноптилолит-стильбитовая и клиноптилолитовая породы, соответственно; с – гидрофосфат калия тригидрат; 33 – содержание соли, мас. %; 3, 7 – время механоактивации, мин.

Скачать (498KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кривые дифференциальной сканирующей калориметрии некоторых образцов: I, II – клиноптилолит-стильбитовая и клиноптилолитовая породы, соответственно; с – гидрофосфат калия тригидрат; 50 – содержание соли, мас. %; 3, 7 – время механоактивации, мин.

Скачать (205KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Термогравиметрические кривые некоторых образцов: I, II – клиноптилолит-стильбитовая и клиноптилолитовая породы, соответственно; с – гидрофосфат калия тригидрат; 50 – содержание соли, мас. %; 3, 7 – время механоактивации, мин.

Скачать (180KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости логарифма удельной проводимости от обратной температуры для таблетированных образцов: I, II – клиноптилолит-стильбитовая и клиноптилолитовая породы, соответственно; с – гидрофосфат калия тригидрат; 25, 50 – содержание соли, мас. %; 3, 5, 7 – время механоактивации, мин.

Скачать (213KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Рентгеновские дифрактограммы образцов после вжигания серебряной пасты и измерения электропроводности при нагревании до 600 °С: I, II – клиноптилолит-стильбитовая и клиноптилолитовая породы соответственно; с – гидрофосфат калия тригидрат; 25, 50 – содержание соли, мас. %; 3, 7 – время механоактивации, мин; Ag – серебро; Cl – клиноптилолит; Н – галит; М – ортоклаз; Р – гидрофосфат калия; Q – кварц; Q´ – кристобалит.

Скачать (322KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024