ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАСТВОРНОГО САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА НАНОЧАСТИЦ МЕДИ И ЕЕ ОКСИДОВ


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Наноструктурные медь и ее оксиды Cu2O и CuO являются перспективными для широкого применения в различных областях промышленности и техники материалами. Среди большого числа существующих методов их получения выделяется, благодаря своей технической и экономической эффективности, метод растворного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-Р), основанный на горении смеси реагентов сильно экзотермических окислительно-восстановительных реакций в растворе. Приведены результаты впервые проведенного термодинамического анализа реакции окислителя - нитрата меди Cu(NO3)2 и восстановителя (топлива) - мочевины CO(NH2)2, растворенных в дистиллированной воде. Составлено общее стехиометрическое уравнение окислительно-восстановительной реакции, выбраны условия для проведения термодинамического анализа. Применение компьютерной программы THERMO позволило рассчитать адиабатические температуры и составы продуктов реакции в зависимости от соотношения топливо/окислитель в смеси реагентов, определяемого величиной известного критерия φ, и наличия внешнего молекулярного кислорода в зоне реакции; определить условия протекания окислительно-восстановительной реакции в режиме растворного объемного СВС с образованием наночастиц меди и оксидов меди CuO и Cu2O. В случае топливо-бедных смесей реагентов ( φ ≤1) внутреннего атомарного кислорода в составе смеси с избытком хватает для полного окисления топлива, и обеспечивается образование оксида меди CuO. В случае топливо-богатых смесей ( φ ≥1) решающее значение имеет наличие или отсутствие внешнего газообразного кислорода в зоне реакции: при стехиометрическом его содержании газовая среда является окислительной и реакция СВС-Р сопровождается образованием оксида меди CuO; в отсутствие внешнего молекулярного кислорода газовая среда является восстановительной, и реакция СВС-Р приводит к синтезу чистой меди.

Об авторах

Н. В. Моисеев

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: mmt6m@mail.ru

магистрант кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Россия

В. А. Новиков

Самарский государственный технический университет

Email: vladislav_novyi@mail.ru

ассистент кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Россия

А. П. Амосов

Самарский государственный технический университет

Email: egundor@yandex.ru

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Россия

Список литературы

  1. Lv J.J., Li M.Y., Zeng Q.X. Preparation and Characterization of Copper Oxide and Copper Nanoparticles // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 308-310. P. 715-721.
  2. Zhang Q., Zhang K., Xu D., Yang G., Huang H., Nie F., Liu C., Yang S. CuO nanostructures: Synthesis, characterization, growth mechanisms, fundamental properties, and applications // Progress in Materials Science. 2014. Vol. 60. № 1. P. 208-337.
  3. Gawande M.B., Goswami A., Felpin F.-X., Asefa T., Huang X., Silva R., Zou X., Zboril R., Varma R.S. Cu and Cu-based nanoparticles: synthesis and applications in catalysis // Chemical Reviews. 2016. Vol. 116. № 6. P. 3722-3811.
  4. Lanje A.S., Sharma S.J., Pode R.B., Ningthoujam R.S. Synthesis and optical characterization of copper oxide nanoparticles // Advances in Applied Science Research. 2010. Vol. 1. № 2. P. 36-40.
  5. Pan K., Ming H., Yu H., Liu Y., Kang Z., Zhang H., Lee S.-T. Different Copper Oxide Nanostructures: Synthesis, Characterization, and Application for C-N Cross-Coupling Catalysis // Crystal Research and Technology. 2011. Vol. 46. № 11. P. 1167-1174.
  6. Umadevi M.A., Christy A.J. Synthesis, Characterization and Photocatalytic Activity of CuO Nanoflowers // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2013. Vol. 109. P. 133-137.
  7. Christy A.J., Nehru L.C., Umadevi M. A Novel Combustion Method to Prepare CuO Nanorods and Its Antimicrobial and Photocatalytic Activities // Powder Technology. 2013. Vol. 235. P. 783-786.
  8. Li G., Li X., Zhang Z. Preparation Methods of Copper Nanomaterials // Progress in Chemistry. 2011. Vol. 23. № 8. P. 1644-1656.
  9. González-Cortés L.S., Imbert F.E. Fundamentals, Properties and Applications of Solid Catalysts Prepared by Solution Combustion Synthesis (SCS) // Applied Catalysis A: General. 2013. Vol. 452. P. 117-131.
  10. Varma A., Mukasyan A., Rogachev A., Manukyan K. Solution Combustion Synthesis of nanoscale materials // Chemical Reviews. 2016. Vol. 116. № 23. P. 14493-14586.
  11. Novikov V., Xanthopoulou G., Knysh Yu., Amosov A.P. Solution Combustion Synthesis of nanoscale Cu-Cr-O spinels: mechanism, properties and catalytic activity in CO oxidation // Ceramics International. 2017. Vol. 43. № 15. P. 11733-11742.
  12. Podbolotov K.B., Khort A.A., Tarasov A.B., Trusov G.V., Roslyakov S.I., Mukasyan A.S. Solution combustion synthesis of copper nanopowders: The fuel effect // Combustion Science and Technology. 2017. Vol. 189. № 11. P. 1878-1890.
  13. Романовский В.И., Хорт А.А., Подболотов К.Б., Сдобняков Н.Ю., Мясниченко В.С., Соколов Д.Н. Одностадийный синтез полиметаллических наночастиц в воздушной среде // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2018. Т. 61. № 9-10. С. 42-47.
  14. Росляков С.И. Получение нанокристаллических порошков Ni и Fe2O3 методом СВС в растворах и исследование их каталитических и магнитных свойств : дис. … канд. техн. наук. М.: МИСИС, 2016. 146 с.
  15. Khaliullin Sh.M., Zhuravlev V.D., Bamburov V.G. Solution-combustion synthesis of oxide nanoparticles from nitrate solutions containing glycine and urea: Thermodynamic aspects // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2016. Vol. 25. № 3. P. 139-148.
  16. Khaliullin Sh.M., Zhuravlev V.D., Bamburov V.G. Solution-combustion synthesis of MZrO3 zirconates (M = Ca, Sr, Ba) in open reactor: Thermodynamic analysis and experiment // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2017. Vol. 26. № 2. P. 93-101.
  17. Jain S.R., Adiga K.C., Pai Verneker V.R. A New Approach to Thermochemical Calculations of Condensed Fuel-Oxidizer Mixtures // Combustion and Flame. 1981. Vol. 40. № С. P. 71-79.
  18. Ширяев А.А. Особенности использования метода термодинамического анализа при исследовании процессов СВС // Инженерно-физический журнал. 1993. Т. 65. № 4. С. 412-418.
  19. Mukasyan A.S., Epstein P., Dinka P. Solution Combustion Synthesis of Nanomaterials // Proceedings of the Combustion Institute. 2007. Vol. 31. № 2. P. 1789-1795.
  20. Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U. Self-propagating exothermic reactions: The synthesis of high-temperature materials by combustion // Materials Science Reports. 1989. Vol. 3. № 7-8. P. 277-365.
  21. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. 400 с.
  22. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ. М.: Дрофа, 2006. 685 с.
  23. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Реакции неорганических веществ. М.: Дрофа, 2007. 637 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах