Исследование процесса синтеза и свойств наночастиц пентаоксида ванадия

Аннотация

Изложены результаты исследования возможности синтеза водных дисперсий наночастиц оксида ванадия (V), сохраняющих агрегативную устойчивость в течение длительного периода времени. В результате проведенных экспериментов получены трубчатые наночастицы пентаоксида ванадия (V₂O₅) длиной 50 мкм и диаметром 5...10 нм. Толщина стенок полученных трубок составила 1,1 нм. Экспериментально установлено, что тип применяемой кислоты не влияет на размер получаемых наночастиц, однако оказывает существенное влияние на срок хранения. Для увеличения оптимального срока хранения наночастиц в качестве реагента-пептизатора предложено применять растворы соляной кислоты. Указанный метод позволил не только увеличить стабильность системы, но и повысить концентрацию наночастиц до 1 % (масс.). В рамках экспериментов по изучению поверхностных характеристик полученных частиц установлено, что в интервале значений рН = 3,0--4,2 наночастицы заряжены отрицательно, агрегативная устойчивость в основном определяется электростатическим фактором. Предложенная химическая технология может быть использована для промышленного получения наночастиц пентаоксида ванадия в различных отраслях промышленности

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 21-19-00367)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Яровая О.В., Аверина Ю.М., Магжанов Р.Х. и др. Исследование процесса синтеза и свойств наночастиц пентаоксида ванадия. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 2 (107), с. 126--139. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-2-126-139

Литература

[1] Medhi R., Marquez M.D., Lee T.R. Visible-light-active doped metal oxide nanoparticles: review of their synthesis, properties, and applications. ACS Appl. Nano Mater., 2020, vol. 3, no. 7, pp. 6156--6185. DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.0c01035

[2] Воробьева С.А., Ржеусский С.Э. Применение в наномедицине и фармакологии наночастиц металлов и их неорганических соединений, полученных межфазным и контактным взаимодействием. Вестник РГМУ, 2018, № 6, с. 111--115. DOI: https://doi.org/10.24075/vrgmu.2018.076

[3] Тучина Е.С., Гвоздев Г.А., Кособудский И.Д. Изучение антибактериальных свойств покрытий на основе наночастиц металлов (Ag, Zn) в матрице диоксида кремния. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Химия. Биология. Экология, 2018, т. 18, № 2, с. 211--215. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2018-18-2-211-215

[4] Сайфуллин Р.С., Фомина Р.Е., Мингазова Г.Г. и др. Влияние наночастиц диоксида алюминия на коррозионную стойкость никелевых покрытий. Вестник Казанского технологического университета, 2010, № 11, с. 358--362.

[5] Irshad M.A., Nawaz R., Rehman M.Z., et al. Synthesis, characterization and advanced sustainable applications of titanium dioxide nanoparticles. A review. Ecotoxicol. Environ. Saf., 2021, vol. 212, art. 111978. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.111978

[6] Crane J.K. Metal nanoparticles in infection and immunity. Immunol Invest., 2020, vol. 49, no. 7, pp. 794--807. DOI: https://doi.org/10.1080/08820139.2020.1776724

[7] Hosseini-Ardali S., Fattahi M., Kazemeini M., et al. Preparation, physiochemical and kinetic investigations of V₂O₅/SiO₂ catalyst for the sulfuric acid production. Int. J. Eng., 2016, vol. 29, no. 11, pp. 1478--1488.

[8] Vo P.N.X., Le-Phuc N., Tran T.V., et al. Oxidative regeneration study of spent V₂O₅ catalyst from sulfuric acid manufacture. Reac. Kinet. Mech. Cat., 2018, vol. 125, no. 2, pp. 887--900. DOI: https://doi.org/10.1007/s11144-018-1442-9

[9] Alrammouz R., Lazerges M., Pironon J., et al. V₂O₅ gas sensors. Sens. Actuator A: Phys., 2021, vol. 332-2, art. 113179. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2021.113179

[10] Schimmoeller B., Schulz H., Pratsinis S.E., et al. Ceramic foams directly-coated with flame-made V₂O₅/TiO₂ for synthesis of phthalic anhydride. NSTI-Nanotech, 2007, vol. 4, pp. 222--225.

[11] Farzaneh F. Synthesis and characterization of V₂O₅/SiO₂ nanoparticles as efficient catalyst for aromatization 1,4-dihydropyridines. Journal of Sciences, 2012, vol. 23, no. 4, pp. 313--318.

[12] Lei Z., Long A., Wen C., et al. Experimental and kinetic study of low temperature selective catalytic reduction of NO with NH₃ over the V₂O₅ AC catalyst. Ind. Eng. Chem. Res., 2011, vol. 50, no. 9, pp. 5360--5368. DOI: https://doi.org/10.1021/ie102110r

[13] Huang Z., Zhu Z., Liu Z. Combined effect of H₂O and SO₂ on V₂O₅AC catalysts for NO reduction with ammonia at lower temperatures. Appl. Catal. B: Environ., 2002, vol. 39, no. 4, pp. 361--368. DOI: https://doi.org/10.1016/S0926-3373(02)00122-4

[14] Martin-Martin J.A., Gallastegi-Villa M., Gonzalez-Marcos M.P., et al. Bimodal effect of water on V₂O₅/TiO₂ catalysts with different vanadium species in the simultaneous NO reduction and 1,2-dichlorobenzene oxidation. Chem. Eng. J., 2021, vol. 417, art. 129013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129013

[15] Петров М.М., Пичугов Р.Д., Локтионов П.А. и др. Ячейка для тестирования мембранно-электродного блока ванадиевой проточной редокс-батареи. Доклады Академии Наук. Химия, науки о материалах, 2020, т. 491, № 1, с. 39--44. DOI: http://doi.org/10.31857/S2686953520020077

[16] Loktionov P., Kartashova N., Konev D., et al. Fluoropolymer impregnated graphite foil as a bipolar plates of vanadium flow battery. Int. J. Energy. Res, 2022, vol. 46, iss. 8, pp. 10123--10132. DOI: https://doi.org/10.1002/er.7088

[17] Loktionov P., Pichugov R., Konev D., et al. Promising material based on paraffin-impregnated graphite foil with increased electrochemical stability for bipolar plates of vanadium redox flow battery. ChemistrySelect, 2021, vol. 46, iss. 6, pp. 13342--13349. DOI: https://doi.org/10.1002/slct.202103996

[18] Boukhalfa S., Evanoff K., Yushin G. Atomic layer deposition of vanadium oxide on carbon nanotubes for high-power supercapacitor electrodes. Energy Environ. Sci., 2012, vol. 5, iss. 5, pp. 6872--6879. DOI: https://doi.org/10.1039/C2EE21110F

[19] Chen X., Pomerantseva E., Banerjee P., et al. Ozone-based atomic layer deposition of crystalline V₂O₅ films for high performance electrochemical energy storage. Chem. Mater., 2012, vol. 4, no. 7, pp. 1255--1261. DOI: https://doi.org/10.1021/cm202901z

[20] Peng C., Jin M., Han D., et al. Structural engineering of V₂O₅ nanobelts for flexible supercapacitors. Mater. Lett., 2022, vol. 320, art. 132391. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132391

[21] Thamer A.A., Juzsakova T., Rasheed R.T., et al. V₂O₅ nanoparticles for dyes removal from water. Chem. J. Mold., 2021, vol. 16, iss. 2, pp. 102--111. DOI: http://doi.org/10.19261/cjm.2021.911

[22] Peng G., Tai M.H., Sun D.D. Hierarchical TiO₂/V₂O₅ multifunctional membrane for water purification. Chem. Plus. Chem., 2013, vol. 78, iss. 12, pp. 1475--1482. DOI: http://doi.org/10.1002/cplu.201300264

[23] Брауэр Г., ред. Руководство по неорганическому синтезу. Т. 5. М., Мир, 1985.

[24] Vernardou D. State-of-the-art of chemically grown vanadium pentoxide nanostructures with enhanced electrochemical properties. Adv. Mater. Lett., 2013, vol. 4, iss. 11, pp. 798--810. DOI: https://dx.doi.org/10.5185/amlett.2013.5485

[25] Гетманцев С.В., Нечаев И.А., Гандурина Л.В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. М., АСВ, 2008.

[26] Bogoslovskii S.Y., Kuznetsov N.N., Boldyrev V.S. Parameter optimization of electrolytic process of obtaining sodium hypochlorite for disinfection of water. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 918, no. 1, art. 0120228. DOI: http://doi.org/10.1088/1742-6596/918/1/012028

[27] Аверина Ю.М., Калякина Г.Е., Меньшиков В.В. и др. Проектирование процессов нейтрализации хромо- и циансодержащих сточных вод на примере гальванического производства. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2019, № 3 (84), с. 70--80. DOI: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2019-3-70-80

[28] Богомолов Б.Б., Болдырев В.С., Зубарев А.М. и др. Интеллектуальный логико-информационный алгоритм выбора энергоресурсоэффективной химической технологии. Теоретические основы химической технологии, 2019, т. 53, № 5, с. 483--492. DOI: http://doi.org/10.1134/S0040357119050026

[29] Болдырев В.С., Аверина Ю.М., Меньшиков В.В. и др. Технологически-организационный инжиниринг окрасочных производств. Теоретические основы химической технологии, 2020, т. 54, № 3, с. 299--303. DOI: https://doi.org/10.31857/S004035712003001X

[30] Болдырев В.С., Кузнецов С.В., Меньшиков В.В. Инновационное развитие малотоннажных научно-производственных предприятий лакокрасочной отрасли. М., Пэйнт-Медиа, 2021.

[31] Kuzin E., Kruchinina N., Averina Yu., et al. Titanium-containing coagulants in wastewater treatment processes in the alcohol industry. Processes, 2022, vol. 10, no. 3, art. 440. DOI: http://doi.org/10.3390/pr10030440