Сонохімічний спосіб одержання нанорозмірної фази a-znmoo4

Реферат: Спосіб одержання нанорозмірних частинок альфа-фази молібдату цинку -ΖnΜοΟ4 шляхом обробки суміші сполук цинку та молібдену при молярному співвідношенні 1:1. Використовують ультразвукову обробку суміші оксидів цих металів в воді, при масовому співвідношенні вода/суміш оксидів = 5-10/1, при акустичній частоті 22-50 кГц, протягом 1,0-1,5 год. UA 117264 U (12) UA 117264 U UA 117264 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до хімічної технології неорганічних речовин, а саме - до синтезу матеріалів з властивостями сегнетоелектрика. Більш конкретно, дане технічне рішення стосується сонохімічного (ультразвукового) синтезу нанорозмірної альфа-фази молібдату цинку (α-ZnMoO4). Такі матеріали можуть використовуватись в акустооптиці, лазерній техніці, сцинтиляційних детекторах та ін. Відомі методи одержання цієї сполуки співосадженням, гідротермальним та твердофазним синтезами дозволяють одержати порошки з розмірами наночастинок 500-800 нм та малою 2 питомою поверхнею (біля 2 м /г). Для відомих традиційних методів приготування молібдату цинку, існує ряд суттєвих недоліків, пов'язаних з використанням розчинів солей цих металів та необхідністю видалення їх аніонів, застосуванням окиснюючих агентів [1] та органічних розчинників [2], що потребує додаткових операцій для їх видалення. Недоліком цих технологічних методів є також те, що в результаті синтезу утворюється суміш молібдатів цинку: ΖnΜοΟ40.8Η2Ο, β-ΖnΜοΟ4 та α-ΖnΜοΟ4, результатом чого є необхідність проведення додаткових технологічних операцій для одержання чистої фази α-ΖnΜοΟ4. Найбільш близьким за технічною суттю до способу одержання α-ΖnΜοΟ4, що заявляється, є комбінований мікрохвильовий гідротермальний/сольвотермальний метод з використанням як реагентів Ζn(ΝΟ3)26Η2Ο та (ΝΗ4)6Μo7O244Η2O [3]. Спосіб включає змішування розчинів цих реагентів у воді, з додаванням етиленгліколю (співвідношення вода/етиленгліколь = 1/1), протягом 30 хв та подальшим перенесенням одержаного розчину в скляні замкнуті ємності (автоклави) для мікрохвильової обробки протягом 1-1,5 год. Одержаний продукт декілька разів промивають водою та етанолом і висушують протягом 12 год. при 80 °C. Недоліком такого способу є проведення синтезу в декілька стадій, використання солей металів та значної кількості канцерогенного етиленгліколю. Крім цього після видалення цільової речовини, аніонів та органічного розчинника етиленгліколю, які потрапляють у стічні води необхідне кількаразове промивання цільової речовини водою та етиловим спиртом (які також потрапляють до стічних вод) та довготривале висушування одержаного продукту. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є розробка ефективного способу одержання якісного цільового продукту - нанорозмірних частинок альфа-фази молібдату цинку. Розроблений для вирішення поставленої задачі сонохімічний (ультразвуковий) синтез нанодисперсних частинок α-ΖnΜοΟ4 дає можливість одержати технічний результат, то полягає у підвищенні продуктивності технології і покращенні якості одержуваного продукту, а саме чистоти, з більшою питомою поверхнею. Суть запропонованого способу полягає в тому, що у відомому способі одержання нанорозмірних частинок α-ΖnΜοΟ4 шляхом обробки суміші водних розчинів сполук цинку та молібдену при молярному співвідношенні 1:1, відповідно заявленої корисної моделі, використовують сонохімічну (ультразвукову) обробку суміші розчинів оксидів цих металів в промисловому апараті УЗДН, при частоті 22-50 кГц, масовому відношенні вода/суміш оксидів (510): 1 і температурі в межах 80 °C, причому обробку проводять протягом 1,0-1,5 годин. Аналіз відомих технічних рішень в даній області, опублікованих в доступних джерелах інформації, дозволяє зробити висновок про відсутність в них сукупності ознак, схожих на суттєві відрізняючі ознаки заявленого способу і признати запропоноване рішення відповідаючим критерію "новизна". Нижче наведено графічні матеріали та приклади, які підтверджують можливість здійснення заявленого способу. Суть корисної моделі пояснюється ілюстративними матеріалами на фіг. 1-9. На фіг. 1 представлено рентгенограми продуктів, одержаних після сонохімічної обробки. На фіг. 2-9 показано фотознімки трансмісійної електронної мікроскопії одержаних зразків. Приклад 1. В ємність для сонохімічної обробки завантажують 10 г суміші оксидів цинку та молібдену (молярне співвідношення 1:1) та 50 г дистильованої води (масове співвідношення води/суміш оксидів 5/1). Обробку проводять в УЗДН при 22 кГц протягом 0,5 год. Температуру синтезу підтримують 80 °C. Рентгенограма одержаного продукту (фіг. 1, а) показує наявність фази αZnMoO4 (JCPDS No. 35-0765) [4] та ΖnΜοΟ40.8Η2Ο (JCPDS No 25-1025) [4], а дані електронної мікроскопії (фіг. 2 та фіг. 3) - присутність як нанорозмірних тонких гілок (10-15 нм) фази αΖnΜοΟ4, так і нанодисперсних частинок ΖnΜοΟ40.8Η2Ο (а та б на фіг. 3, відповідно). Питома 2 поверхня зразка 3 м /г. Приклад 2. В ємність для сонохімічної обробки завантажують 10 г суміші оксидів цинку та молібдену (молярне співвідношення 1:1) та 80 г дистильованої води (масове співвідношення води/суміш оксидів 8/1). Обробку проводять в УЗДН при 22 кГц протягом 1,0 год. Рентгенограма 1 UA 117264 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 одержаного продукту (фіг. 1, б) показує лише наявність фази α-ΖnΜοΟ4 (JCPDS No. 35-0765) [4], а дані електронної мікроскопії (фіг. 4) - присутність лише нанорозмірних тонких гілок (10-15 нм) 2 фази α-ΖnΜοΟ4. Питома поверхня зразка 6 м /г. Приклад 3. В ємність для сонохімічної обробки завантажують 10 г суміші оксидів цинку та молібдену (молярне співвідношення 1:1) та 80 г дистильованої води (масове співвідношення води/суміш оксидів 8/1). Обробку проводять в УЗДН при 44 кГц протягом 1,0 год. Рентгенограма одержаного продукту (фіг. 1, в) показує лише наявність фази α-ZnMoO4 (JCPDS No. 35-0765) [4], а дані електронної мікроскопії (фіг. 5) - присутність лише нанорозмірних тонких гілок (10-15 нм) 2 фази α-ΖnΜοΟ4. Питома поверхня зразка 12 м /г. Приклад 4. В ємність для сонохімічної обробки завантажують 10 г суміші оксидів цинку та молібдену (молярне співвідношення 1:1) та 100 г дистильованої води (масове співвідношення води/суміш оксидів 10/1). Обробку проводять в УЗДН при 50 кГц протягом 1,5 год. Рентгенограма одержаного продукту (аналогічно фіг. 1, в) показує лише наявність фази α-ΖnΜοΟ4 (JCPDS No. 35-0765) [4], а дані електронної мікроскопії (фіг. 6) - присутність лише нанорозмірних тонких 2 гілок (10-15 нм) фази α-ΖnΜοΟ4. Питома поверхня зразка 13 м /г. Приклад 5. В ємність для сонохімічної обробки завантажують 10 г суміші оксидів цинку та молібдену (молярне співвідношення 1:1) та 100 г дистильованої води (масове співвідношення води/суміш оксидів 10/1). Обробку проводять в УЗДН при 50 кГц протягом 2,0 год. Рентгенограма одержаного продукту (аналогічно фіг. 1, в) показує лише наявність фази α-ΖnΜοΟ4 (JCPDS No. 35-0765) [4], а дані електронної мікроскопії (фіг. 7) - присутність нанорозмірних тонких гілок (102 15 нм) фази α-ΖnΜοΟ4 та домішок невідомої фази. Питома поверхня зразка 12 м /г. Приклад 6. В ємність для сонохімічної обробки завантажують 10 г суміші оксидів цинку та молібдену (молярне співвідношення 1:1) та 80 г дистильованої води (масове співвідношення води/суміш оксидів 8/1). Обробку проводять в УЗДН при 22 кГц протягом 1,5 год. Рентгенограма одержаного продукту (аналогічно фіг. 1, в) показує лише наявність фази α-ZnMoO4 (JCPDS No. 35-0765) [4], а дані електронної мікроскопії (фіг. 8) - присутність лише нанорозмірних тонких 2 гілок (10-15 нм) фази α-ΖnΜοO4. Питома поверхня зразка 15 м /г. Приклад 7. В ємність для сонохімічної обробки завантажують 10 г суміші оксидів цинку та молібдену (молярне співвідношення 1:1) та 120 г дистильованої води (масове співвідношення води/суміш оксидів 12/1). Обробку проводять в УЗДН при 22 кГц протягом 2,0 год. Рентгенограма одержаного продукту (аналогічно фіг. 1, в) показує лише наявність фази α-ΖnΜοΟ4 (JCPDS No. 35-0765) [4], а дані електронної мікроскопії (фіг. 9) - присутність нанорозмірних тонких гілок (102 15 нм) фази α-ΖnΜοΟ4 та домішок невідомої фази. Питома поверхня зразка 5 м /г. Наведені приклади (2,3,4,6) показують можливість одержання альфа-фази молібдату цинку виключно у вигляді нанорозмірних гілкоподібних частинок без домішок інших дисперсних частинок при проведенні сонохімічної обробки суміші водних розчинів оксидів цинку та молібдену (мольне співвідношення 1:1) в ультразвуковому диспергаторі УЗДН протягом 1-2 год. при використанні частоти 22-50 кГц, співвідношенні маси води до маси суміші оксидів від 10:1 до 5:1. Як показують дані, представлені в цих прикладах, одержані зразки фази α-ZnMoO4 мають більші значення питомої поверхні, у порівнянні з відомими, що покращує їх електрофізичні характеристики. Приклади 1, 5, 7 показують, що вихід за вказані параметри обробки, збільшення чи зменшення співвідношення маси води до суміші оксидів веде до утворення суміші, яка містить як нанорозмірні частинки α-ΖnΜοΟ4, так і нанодисперсні частинки інших фаз. Джерела інформації: 1. G.Zhang, S.Yu, Y. Yang, W. Jiang, S. Zhang, B.Huang, Synthesis, morphology and phase transition of the zinc molybdates ZnMoO40.8H2O/a-ZnMoO4/ZnMoO4 by hydrothermal method, J.Crystal Growth, 312 (2010) 1866-1874. 2. H.Ait ahsaine, M. Zbair, M. Ezahri, A. Benlhachemi, M. Arab, B. Bakiz, F. Guinneton, J.-R. Gavarri, Ceramics Int., 41 (2015) 15193-15201. 3. Y. Keereeta, T. Thongtem, S. Thongtem, Effect of medium solvent ratios on morphologies and optical properties of α-ΖnΜοO4, β-ΖnΜοΟ4 and ΖnΜοΟ40.8Η2Ο crystal synthesis by microwavehydrothermal/solvothermal method, Superlattices Microstruct., 69 (2014) 253-264. - прототип. 4. Powder Diffract., File. JCPDS-ICDD, 12 Campus Boulevard, Newtown Square, PA 19073-3273, USA, 2001. 2 UA 117264 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб одержання нанорозмірних частинок альфа-фази молібдату цинку -ΖnΜοΟ4 шляхом обробки суміші сполук цинку та молібдену при молярному співвідношенні 1:1, який відрізняється тим, що використовують ультразвукову обробку суміші оксидів цих металів в воді, при масовому співвідношенні вода/суміш оксидів = 5-10/1, при акустичній частоті 22-50 кГц, протягом 1,0-1,5 год. 3 UA 117264 U 4 UA 117264 U 5 UA 117264 U 6 UA 117264 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7