DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.01.11

Фотокаталітична активність шпінельних феритів CoxFe3-XO4 (0,25-x-1), отриманих під дією контактної низькотемпературної нерівноважної плазми

Liliya Frolova

Анотація


Інтерес дослідників до системи CoxFe3-xO4 значно виріс за останні десятиліття. Це пов'язано з використанням феритів кобальту для виготовлення високочастотних пристроїв, в магнітно-резонансній томографії, біотехнології внаслідок високої магнітокрісталічної анізотропії, високої коерцитивності і помірної намагніченості насиченості, здатності зменшувати магнітні втрати на високих частотах. Одним із способів поліпшення магнітних властивостей феритових порошків є регулювання структури вихідного матеріалу. Гідрофазні методи синтезу, в тому числі інноваційні, є основою для створення перспективних і високотехнологічних феритових матеріалів. Тому закономірності їх формування є об'єктом всебічного вивчення. Особливість гідрофазного синтезу полягає в тому, що він дозволяє забезпечити високу стехіометрію і однорідність кінцевого продукту, більш низькі температури синтезу, ніж при твердофазному і порівняно просте і доступне обладнання. Метою дослідження було визначення кристалохімічних параметрів феритів кобальту зі структурою шпінелі в системі CoxFe3-xO4 (0,25<x<1), встановлення залежності структури і магнітних характеристик сполук, що утворюються від складу, і визначення фотокаталітичної активності феритів кобальту в реакції розкладання 4-нітрофенолу. Порівняльне дослідження кобальтових феритів CoxFe3-xO4 з різним складом (x = 0,25 0,5, 0,75, 1,0), синтезованих за допомогою контактної низькотемпературної нерівноважної плазми показало, що композіціі, відмінні від стехіометричних мають дефектну структуру. Середній розмір кристалітів розрахований з піків дифрактограм підтвердив діапазон розмірів 35,0 -41,8 нм. Намагніченість насиченості зразків зростає зі зменшенням мольного співвідношення катіонів. Максимальна коерцитивної сила відповідає стехіометричному складу. Вивчено фотокаталітичні властивості в реакції розкладання 4 нітрофенолу. Зі збільшенням вмісту кобальту ступінь розкладу 4-нітрофенолу зменшується.


Ключові слова


ферит кобальту; магнітна наночастинки; рентгенівська дифракція; УФ-спектри, коерцитивність, намагніченість

Повний текст:

PDF

Посилання


Sugimoto, M. The past, present, and future of ferrites. Journal of the American Ceramic Society, 1999, 82(2), 269-280, doi: 10.1111/j.1551-2916.1999.tb20058.x.

Thanigai, Arul K. et al. Novel polyvinyl alcohol polymer based nanostructure with ferrites co‐doped with nickel and cobalt ions for magneto‐sensor application. Polymer International, 2016, 65(12), 1482-1485, doi: 10.1002/pi.5242.

Ren, B. et al. Ferrites as Photocatalysts for Water Splitting and Degradation of Contaminants. Ferrites and Ferrates: Chemistry and Applications in Sustainable Energy and Environmental Remediation, 2016, 79-112, doi: 10.1021/bk-2016-1238.ch003.

Ibrahim, I., Ali, I. O., Salama, T. M., Bahgat, A. A., Mohamed, M. M. Synthesis of magnetically recyclable spinel ferrite (MFe2O4, M = Zn, Co, Mn) nanocrystals engineered by sol gel-hydrothermal technology: High catalytic performances for nitroarenes reduction. Applied Catalysis B: Environmental, 2016, 181, 389-402, doi: 10.1016/j.apcatb.2015.08.005.

Ferreira, T. A. S. et al. Structural and morphological characterization of FeCo2O4 and CoFe2O4 spinels prepared by a coprecipitation method. Solid State Sciences, 2003, 5(2), 383-392, doi: 10.1016/S1293-2558(03)00011-6.

Deng, Y. et al. Hematite mesocrystals templated by hydrolyzed and aminolyzed glycidyl methacrylate, and their application in photocatalytic Fenton reaction. Cryst. Eng. Comm. 2019, 21(10), 1579-1586, doi: 10.1039/C8CE01631C.

Zhao, K. et al. Enhanced organic pollutants degradation and electricity production simultaneously via strengthening the radicals reaction in a novel Fenton-photocatalytic fuel cell system. Water research, 2017, 108, 293-300, doi: 10.1016/j.watres.2016.11.002.

Wang, C., Liu H., Sun Z. Heterogeneous photo-Fenton reaction catalyzed by nanosized iron oxides for water treatment // International Journal of Photoenergy, 2012, Article ID 801694, doi: 10.1155/2012/801694.

Ren, Y., Lin, L., Ma, J., Yang, J., Feng, J., Fan, Z. Sulfate radicals induced from peroxymonosulfate by magnetic ferrospinel MFe2O4 (M = Co, Cu, Mn, and Zn) as heterogeneous catalysts in the water. Applied Catalysis B: Environmental, 2015, 165, 572-578, doi: 10.1016/j.apcatb.2014.10.051.

Xiong, Z. et al. Degradation of p-nitrophenol (PNP) in aqueous solution by a micro-size Fe0/O3 process (mFe0/O3): Optimization, kinetic, performance and mechanism. Chemical Engineering Journal, 2016, 302, 137-145, doi: 10.1016/j.cej.2016.05.052.

Zhu, Z., Liu, F., Zhang, H., Zhang, J., Han, L. Photocatalytic degradation of 4-chlorophenol over Ag/MFe2O4 (M = Co, Zn, Cu, and Ni) prepared by a modified chemical co-precipitation method: a comparative study. Rsc Advances, 2015, 5(68), 55499-55512, doi: 10.1039/C5RA04608D.

Frolova, L., Derhachov, M. The Effect of Contact Non-equilibrium Plasma on Structural and Magnetic Properties of MnХFe3−XО4 Spinels. Nanoscale research letters, 2017, 12(1), 505, doi: 10.1186/s11671-017-2268-5.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Sugimoto, M. The past, present, and future of ferrites / M. Sugimoto // Journal of the American Ceramic Society. – 1999. – Vol. 82. – № 2. – P. 269-280. – doi: 10.1111/j.1551-2916.1999.tb20058.x.
  2. Thanigai, Arul K. Novel polyvinyl alcohol polymer based nanostructure with ferrites co‐doped with nickel and cobalt ions for magneto‐sensor application / Arul K. Thanigai et al. // Polymer International. – 2016. – Vol. 65. – № 12. – P. 1482-1485. – doi: 10.1002/pi.5242.
  3. Ren, B. Ferrites as Photocatalysts for Water Splitting and Degradation of Contaminants / B. Ren et al. // Ferrites and Ferrates: Chemistry and Applications in Sustainable Energy and Environmental Remediation. – 2016. – P. 79-112. – doi: 10.1021/bk-2016-1238.ch003.
  4. Ibrahim, I. Synthesis of magnetically recyclable spinel ferrite (MFe2O4, M= Zn, Co, Mn) nanocrystals engineered by sol gel-hydrothermal technology: High catalytic performances for nitroarenes reduction. / I. Ibrahim, I. O. Ali, T. M. Salama, A. A. Bahgat, M. M. Mohamed // Applied Catalysis B: Environmental. – 2016. - Vol. 181. – P. 389-402. – doi: 10.1016/j.apcatb.2015.08.005.
  5. Ferreira, T. A. S. Structural and morphological characterization of FeCo2O4 and CoFe2O4 spinels prepared by a coprecipitation method / T. A. S. Ferreira et al.. // Solid State Sciences. – 2003. – Vol. 5. – № 2. – P. 383-392. – doi: 10.1016/S1293-2558(03)00011-6.
  6. Deng, Y. Hematite mesocrystals templated by hydrolyzed and aminolyzed glycidyl methacrylate, and their application in photocatalytic Fenton reaction / Y. Deng et al. // Cryst. Eng. Comm. – 2019. – Vol. 21. – № 10. – P. 1579-1586. – doi: 10.1039/C8CE01631C.
  7. Zhao, K. Enhanced organic pollutants degradation and electricity production simultaneously via strengthening the radicals reaction in a novel Fenton-photocatalytic fuel cell system / K. Zhao et al. // Water research. – 2017. – Vol. 108. – P. 293-300. – doi: 10.1016/j.watres.2016.11.002.
  8. Wang, C. Heterogeneous photo-Fenton reaction catalyzed by nanosized iron oxides for water treatment / C. Wang, H. Liu, Z. Sun // International Journal of Photoenergy. – 2012. – Vol. 2012. – Article ID 801694. – doi: 10.1155/2012/801694.
  9. Ren, Y. Sulfate radicals induced from peroxymonosulfate by magnetic ferrospinel MFe2O4 (M= Co, Cu, Mn, and Zn) as heterogeneous catalysts in the water / Y. Ren, L. Lin, J. Ma, J. Yang, J. Feng, Z. Fan // Applied Catalysis B: Environmental. – 2015. – 165. – P. 572-578. – doi: 10.1016/j.apcatb.2014.10.051.
  10. Xiong, Z. Degradation of p-nitrophenol (PNP) in aqueous solution by a micro-size Fe0/O3 process (mFe0/O3): Optimization, kinetic, performance and mechanism / Z. Xiong et al. //Chemical Engineering Journal. – 2016. – Vol. 302. – P. 137-145. – doi: 10.1016/j.cej.2016.05.052.
  11. Zhu, Z. Photocatalytic degradation of 4-chlorophenol over Ag/MFe2O4 (M = Co, Zn, Cu, and Ni) prepared by a modified chemical co-precipitation method: a comparative study / Z. Zhu, F. Liu, H. Zhang, J. Zhang, L. Han // Rsc Advances. – 2015. – Vol. 5(68). – P. 55499-55512. – doi: 10.1039/C5RA04608D.
  12. Frolova, L. A. The Effect of Contact Non-equilibrium Plasma on Structural and Magnetic Properties of MnХFe3−XО4 Spinels / L. A. Frolova, M. P. Derhachov // Nanoscale research letters.– 2017. – 12. – №. 1. – P. 505. – doi: 10.1186/s11671-017-2268-5.