Формирование соединений с алунитоподобной структурой в системе Bi2O3–Al2O3–Fe2O3–P2O5–H2O в гидротермальных условиях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В гидротермальных условиях в системе Bi2O3–Al2O3–Fe2O3–P2O5–H2O получены соединения переменного состава Bi(Al1–xFex)3(PO4)2(OH)6 с алунитоподобной структурой. На основании экспериментальных данных о пределах смесимости компонентов в системе (1 – x)BiAl3(PO4)2(OH)6–xBiFe3(PO4)2(OH)6 определены параметры модели субрегулярных растворов (Q1 = 6.395, Q2 = 8.987 кДж/моль) и рассчитаны кривые спинодального и бинодального распада твердых растворов с алунитоподобной структурой. Термодинамические расчеты показали, что индивидуальные BiAl3(PO4)2(OH)6 и BiFe3(PO4)2(OH)6 могут образовываться при t > 122 и 170°C соответственно, что согласуется с полученными в работе экспериментальными данными, показывающими отсутствие соединений с алунитоподобной структурой при 160°C в диапазоне 0.8 < x ≤ 1.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. П. Еловиков

ФГБУ “Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ “Курчатовский институт”; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова

Автор, ответственный за переписку.
Email: syncdima@mail.ru

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова

Россия, наб. Макарова, 2, Санкт-Петербург, 199034; ул. Профессора Попова, 5, Санкт-Петербург, 197022

О. В. Проскурина

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: syncdima@mail.ru
Россия, ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург, 194021; Московский пр-т, 26, Санкт-Петербург, 190013

В. В. Гусаров

ФГБУ “Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ “Курчатовский институт”; Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе

Email: syncdima@mail.ru

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова

Россия, наб. Макарова, 2, Санкт-Петербург, 199034; ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург, 194021

Список литературы

  1. Sunyer A., Currubí M., Viñals J. // J. Hazar. Mater. 2013. V. 261. P. 559. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.08.011
  2. Kolitsch U. // Can. Mineral. 2015. V. 53. № 5. P. 833. https://doi.org/10.3749/canmin.1400103
  3. Jones F. // Minerals. 2017. V. 7. № 6. P. 90. https://doi.org/10.3390/min7060090
  4. Wang L., Xue N., Zhang Y., Hu P. // Minerals. 2021. V. 11. № 8. P. 892. https://doi.org/10.3390/min11080892
  5. Cruells M., Roca A. // Metals. 2022. V. 12. № 5. P. 802. https://doi.org/10.3390/met12050802
  6. Luo Z., Mu W., Zhou X., Chen Z. // Environ.Technol. 2022. V. 43. № 19. P. 2881. https://doi.org/10.1080/09593330.2021.1908428
  7. Kolitsch U., Ping A. // J. Mineral. Petrol. Sci. 2001. V. 96. P. 67. https://doi.org/10.2465/jmps.96.67
  8. Monteagudo J.M., Durán A., Martín I.S. et al. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2005. V. 81. P. 262. https://doi.org/10.1002/jctb.1368
  9. Aguilar-Carrillo J., Villalobos M., Pi-Puig T. et al. // Environ. Sci.: Processes. Impacts. 2018. V. 20. № 2. P. 354. https://doi.org/10.1039/C7EM00426E
  10. Owen D.N., Cook N.J., Rollog M. et al. // J. Am. Mineral. 2019. V. 104. P. 1806. https://doi.org/10.2138/am-2019-7116
  11. Hudson-Edwards K.A. // Am. Mineral. 2019. V. 104. № 5. P. 633. https://doi.org/10.2138/am-2019-6591
  12. Luo W., Kelly S.D., Kemner K.M. et al. // Environ. Sci. Technol. 2009. V. 43. № 19. P. 7516. https://doi.org/10.1021/es900731a
  13. Lee S., ul Hassan M., Ryu H.J. // Sustainable Mater. Technol. 2021. V. 30. P. e00356. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2021.e00356
  14. Rakhimova N. // Sustainability. 2022. V. 15. № 1. P. 689. https://doi.org/10.3390/su15010689
  15. Zhou Y., Wang T., Fan F. et al. // Adv. Explor. Indicat. Mineral. 2022. V. 12. № 8. P. 958. https://doi.org/10.3390/min12080958
  16. Morales-Leal J.E., Campos E., Kouzmanov K. et al. // Miner. Deposita. 2023. V. 58. P. 593. https://doi.org/10.1007/s00126-022-01149-5
  17. Bouvart T., Poot J., Dekoninck A. et al. // Geochemistry. 2024. V. 84. № 4. P. 126204. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2024.126204
  18. Brophy G.P., Scott E.S., Snellgrove R.A. // Am. Mineral.: J. Earth Planetary Mater. 1962. V. 47. № 1–2. P. 112.
  19. Stoffregen R.E., Alpers C.N., Jambor J.L. // Rev. Мineral. Geochem. 2000. V. 40. № 1. P. 453. https://doi.org/10.2138/rmg.2000.40.9
  20. Kim Y., Wolf A.S., Becker U. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2019. V. 248. P. 138. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.11.017
  21. Grigg A.R.C., Notini L., Kaegi R. et al. // ACS Earth Space Chemistry. 2024. V. 8. № 2. P. 194. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.3c00174
  22. Gilkes R.J., Palmer B. // J. Mineral. Mag. 1983. V. 47. P. 221. https://doi.org/10.1180/minmag.1983.047.343.13
  23. Hikichi Y., Ohsato H., Miyamoto M. // J. Mineral. Soc. Jpn. 1989. V. 19. P. 67. https://doi.org/10.2465/gkk1952.19.67
  24. Schwab R.G., Pimpl T., Schukow H. et al. // Neues Jahrbuch für Mineralogie. 2004. V. 9. P. 385. https://doi.org/10.1127/0028-3649/2004/2004-0385
  25. Enikeeva M.O., Zhidomorova K.A., Danilovich D.P. et al. // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2024. V. 15. № 6. P. 781. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-781-792
  26. Филиппова А.Д., Румянцев А.А., Баранчиков А.Е. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 706. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060083
  27. Svinolupova A.S., Lomakin M.S., Kirillova S.A. et al. // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2020. V. 11. № 3. P. 338. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2020-11-3-338-344
  28. Бачина А.К., Альмяшева О.В. Попков В.И. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 761. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060022
  29. Enikeeva M.O., Proskurina O.V., Danilovich D.P. et al. // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2020. V. 11. P. 705. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2020-11-6-705-715
  30. Ломакин М.С., Проскурина О.В., Левин А.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 750. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060149
  31. Еникеева М.О., Кенес К.М., Проскурина О.В. и др. // Журн. прикл. химии. 2020. Т. 93. № 4. С. 529. https://doi.org/10.31857/S0044461820040076
  32. Zlobin V., Nevedomskiy V., Tomkovich M. et al. // NanoStructures & Nano-Objects. 2024. V. 37. P. 101076. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2023.101076
  33. Егорышева А.В., Голодухина С.В., Либерман Е.Ю. и др. // Журн. неорган. химии. 2024. Т. 69. № 7. С. 947. https://doi.org/10.31857/S0044457X24070018
  34. Nikolaev A.I., Gerasimova L.G., Maslova M.V. et al. // Synthesis and application, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 704. https://doi.org/10.1088/1757-899X/704/1/ 012003
  35. Gavryushkin P.N., Thomas V.G., Bolotina N.B. et al. // J. Cryst. Growth. 2016. V. 16. № 4. P. 1893. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01398
  36. Thomas V.G., Demin S.P., Foursenko D.A. et al. // J. Cryst. Growth. 1999. V. 206. № 3. P. 203. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(99)00312-7
  37. Еловиков Д.П., Томкович М.В., Левин А.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 782. https://doi.org/10.31857/S0044457X2206006X
  38. Elovikov D.P., Proskurina O.V., Tomkovich M.V. et al. // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2022. V. 13. № 6. P. 662. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2022-13-6-662-667
  39. Van Wambeke L. // Bull. Minéral. 1975. V. 98. № 6. P. 351. https://doi.org/10.3406/bulmi.1975.7016
  40. Morimitsu Y., Shirose Y., Enju S. et al. // J. Mineral. Petrol. Sci. 2021. V. 116. № 2. P. 104. https://doi.org/10.2465/jmps.201130d
  41. Elovikov D.P., Nikiforova K.O., Tomkovich M.V. et al. // Inorg. Chim. Acta. 2024. V. 561. P. 121856. https://doi.org/10.1016/j.ica.2023.121856
  42. Liu Y., Li Z., You Y. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 51281. https://doi.org/10.1039/C7RA09186A
  43. Guo L., Li L., Guo Y. et al. // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng., IOP Publishing. 2018. V. 382. № 5. P. 382. https://doi.org/10.1088/1757-899X/382/5/052018
  44. Eremin O.V., Yurgenson G.A., Solodukhina M.A. et al. // Mineralogy of Technogenesis. 2018. V. 19. P. 103.
  45. Gaboreau S., Vieillard P. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. V. 68. P. 3307. https://doi.org/10.1016/j.gca.2003.10.040.
  46. Baloch A.A., Alqahtani S.M., Mumtaz F. et al. // Phys. Rev. Mater. 2021. V. 5. № 4. P. 043804. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.043804
  47. Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В. и др. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник. АН СССР. Ин-т химии силикатов им. И.В. Гребенщикова. Двойные системы / 22 см. 2-е изд., доп. Ленинград: Наука, 1969.
  48. Elovikov D.P., Osminina A.A. // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2024. V. 15. № 3. P. 361. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-3-361-368
  49. Phu N.D., Ngo D.T., Hoang L.H. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44. № 34. P. 345002. https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/34/345002
  50. Machala L., Zboril R., Gedanken A. // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. № 16. P. 4003. https://doi.org/10.1021/jp064992s
  51. Drüppel K., Hösch A., Franz G. // Am. Mineral. 2007. V. 92. № 10. P. 1695. https://doi.org/10.2138/am.2007.2487
  52. Barros I.R., Benincá C., Zanoelo E.F. // Environ. Technol. 2024. V. 45. № 21. P. 4266. https://doi.org/10.1080/09593330.2023.2246643

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы образцов 1–10 (табл. 1) после изотермической выдержки в гидротермальных условиях при 160°С и давлении ~6 МПа в течение 10 сут.

Скачать (29KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы образцов, полученных при различной продолжительности изотермической выдержки водно-солевой суспензии с заданной стехиометрией элементов для формирования соединений переменного состава в системе (1 – x)BiAl3(PO4)2(OH)6–xBiFe3(PO4)2(OH)6, где x0 = 0.5: а — 8, б — 14, в — 23, г — 30, д — 90 сут. Обозначения линий на рисунке по цвету: красный — расчет, черный — эксперимент, фиолетовый — разница между расчетом и экспериментом, синий и зеленый — структура состава с бóльшим и меньшим содержанием железа соответственно.

Скачать (71KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость объема элементарной ячейки (V) твердых растворов Bi(Al1–xFex)3(PO4)2(OH)6 с алунитоподобной стуктурой от содержания железа в системе (1 – x)BiAl3(PO4)2(OH)6–xBiFe3(PO4)2(OH)6. Черные символы — содержание железа в структуре, по данным рентгенодифракционного анализа, для образцов 1–7, красные символы — содержание железа в структуре при различной продолжительности изотермической выдержки образца 5. Символы с незакрашенной серединой отвечают составам системы (1–x)BiAl3(PO4)2(OH)6–xBiFe3(PO4)2(OH)6 с неоднофазными образцами.

Скачать (21KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости энергии Гиббса образования соединений с алунитоподобной структурой в системе (1 – x)BiAl3(PO4)2(OH)6–xBiFe3(PO4)2(OH)6 (a, сплошная линия) и энергии Гиббса смешения (б) от температуры и содержания железа в системе; кривые спинодального и бинодального распада фазы с алунитоподобной структурой (в) в этой системе. Обозначения на рисунках (a) и (б): 1 — 122, 2 — 150, 3 — 160, 4 — 170°C. Точки на рисунке в: ромбики — составы 8 и 9 (табл. 1).

Скачать (43KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025