ПОШУК СПОСОБІВ КЕРОВАНОГО МОДИФІКУВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ВУЗЛІВ АДАПТИВНИХ СИСТЕМ ОЧИЩЕННЯ ПОВІТРЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2021.02.06Ключові слова:
лужні координаційні нітрати лантаноїдів, умови утворення, кристалічна будова сполук, характерні властивості, перетворення з фізичною активацією, модифікування характеристик композитних систем, адаптивні системи керування.Анотація
Узагальнено важливі для практичного використання відомості про лужні координаційні нітрати рідкісноземельних елементів церієвої підгрупи – прекурсори перспективних сучасних багатофункціональних матеріалів – щодо умов їх утворення й існування, природи хімічного зв’язку, складу, будови, форми координаційних поліедрів Ln, типу координації ліганд, існування ізотипних рядів по стехіометрії складу, структурі, виявляємих характерних властивостей. Одержані дані (як первинна інформація) є основою для виявлення, ідентифікації, контролю фазового стану об’єктів перероблення у підготовчих стадіях, вибору критеріїв сумісності складових при формуванні одношарових і шаруватих наноструктурованих оксидних композитних систем лантаноїдів і перехідних елементів широкого призначення, з каталітичною і фотокаталітичною активністю, покриття здатного самоочищатися з гідрофільними властивостями; розроблення різних комбінованих способів їх активації та встановлення технологічно-функціональних залежностей; керованого модифікування властивостей одержуваних цільових продуктів. Для підвищення фотокаталітичної активності зразків покриттів на основі високодисперсного TiO2 анатазної модифікації запропонована методологія хімічного модифікування центрів окиснення у їхньому поверхневому шарі з термооброленням у контакті з продуктами термолізу розплавів лужних координаційних нітратів лантаноїдів. Виявлена ефективна тестова фотокаталітична деструкція парів органічних субстратів на прикладі етанолу. Доведена дієва активація роботи функціональних вузлів у складі самоналаштовуючихся комплексів очищення повітря з використанням нових фотокаталітичноактивних трьох шарових перовскітоподобних оксидних матеріалів М2Ln2Ti3O10 (М – Li, Na, K; Ln – La, Nd). Варіативність таких способів створення і модифікування характеристик поліфункціональних покриттів визначається кількістю й індивідуальними властивостями представників природніх рядів лантаноїдів, лужних металів періодичної системи, особливостями їх кооперативної поведінки у підготовчих технологічних стадіях, умовами і методами активації процесів формування, природою підкладки та іншими чинниками.
Посилання
Mazurenko E.A., Gerasemchuk A.I., Trunova E.K. i dr. Koordinacionnye soedinenija metallov – prekursory funkcional’nyh materialov [Coordination compounds of metals - precursors of functional materials]. Ukr. chem. journal. 2004, vol. 70, no. 7, pp. 32–37.
Belous A.G. Nekotorye tendencii razvitija funkcional’nyh materialov na osnove slozhnyh oksidnyh system [Some trends in the development of functional materials based on complex oxide systems]. Ukr. chem. journal. 2009, vol. 75, no. 7, pp. 3–14.
Zhang, Q., Schmidt, N., Lan, J. et al. A facile method for the synthesis of the Li0,3La0,57TiO3 solid state electrolyte. Chem. Com. 2014, vol. 50, pp. 5593–5596.
Gavrilenko O.M., Pashkova O.V., Bіlous A.G. Kristalohіmіchnі osoblivostі ta vlastivostі Li+,{Na+, K+}-zamіwenih nіobatіv lantanu і strukturoju defektnogo perovskіtu [Crystallochemical properties and properties of Li+,{Na+, K+}-substituted niobates of lanthanum and the structure of defective perovskite]. Ukr. chem. journal. 2005, vol. 71, no. 8, pp. 73–77.
Fortal’nova E.A., Gavrilenko O.N., Belous A.G. i dr. Litijprovodjawie oksidy: sintez, struktura, jelektroprovodjawie svojstva [Lithium conductive oxides: synthesis, structure, electrically conducting properties]. Ros. chem. journal. 2008, vol. LII, no. 5, pp. 43–51.
Belous A.G. Slozhnye oksidy metallov dlja sverhvysokochastotnyh i vysokopronicaemyh dijelektrikov [Complex metal oxides for super-high-frequency and high-permeability dielectrics]. Ukr. chem. journal. 2008, vol. 74, no. 1, pp. 3–21.
Pat. RU 2440292 S 2, C 01 B 3/18 Sposob poluchenija perovskitov [Method for obtaining perovskites]. Yakovleva I.S., Isupova L.A. (RU); application 2009149781/05; claimed. 31.12.2009; publ. 20.01.2012. Bul. no. 2, 19 p.
Schaak, R.E., Mallouk, T.E. Perovskites by Design: A Toolbox of Solid-State Reactions. Chemistry of Materials. 2002, vol. 14, no. 4, pp. 1455–1471.
Rodionov I.A., Siljukov O.I., Zvereva I.A. Issledovanie fotokataliticheskoj aktivnosti sloistyh oksidov ALnTiO4 (A = Na, Li, H) [Investigation of the photocatalytic activity of layered oxides ALnTiO4 (A = Na, Li, H)]. Journal of General Chemistry. 2012, no. 4, pp. 548–555.
Drjuchko O. G., Storozhenko D. O., Bunjakіna N. V. ta іn. Fіzikohіmіchne oharakterizuvannya koordinacіjnih nіtratіv RZE і luzhnih metalіv – prekursorіv oksidnih polіfunkcіonal’nih materіalіv. [Physico-chemical characterization of coordination nitrates of REE and alkali metals – precursors of oxide polyfunctional materials]. Bulletin of the NTU «KhPI». Series: Chemistry, Chemical Technology and Ecology, 2018, vol. 39 (1315), pp. 3–13. doi: 10.20998 / 2079-0821.2018.39.01.
Dryuchko, O., Storozhenko, D., Vigdorchik, A., Bunyakina, N., Ivanytska I. et al. Features of transformations in REE-containing systems of nitrate precursors in preparatory processes of formation of multifunctional oxide materials. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2019, vol. 672(1), pp. 199–214.
doi:10.1080/15421406.2018.1542066
Pat. CN. 102382490A. Preparation and application of a hydrophilic self-cleaning coating with photocatalytic activity.: Zhang Xianhong, Zhang Anji, Zhang Haiyin, Luo Jihe, Chen Lily. – Сlaimed. 30.08.2011; publ. 23.03.2012.
Varma, A., Mukasyan, A. S., Rogachev, A. S. et al.: Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials. American Chemical Society. Chem. Rev. 2016, vol. 116, pp. 14493–14586.
Murray, J. and Wriedt, H. The O− Ti (oxygen-titanium) system. Journal of Phase Equilibria. 1987, vol. 8(2), pp. 148–165.
Fujishima, A., Zhang, X. and Trykc, D.A. TiO2 photocatalysis and related surface phenomena. Surface Science Reports. 2008, vol. 63(12), pp. 515–582.
Kudrenko E. O., Shmyt’ko Y. M., Strukova H. K. Struktura prekursorov slozhnyh oksidov RZEH, poluchennyh metodom termoliza rastvoritelya. [Structure of the precursors of the complex oxides rare-earth elements, obtained by the method of the thermolysis of the solvent]. Fyzyka tverdoho tela. 2008, vol. 50, no. 5, pp. 924–930.
Rodionov I.A., Zvereva I.A. Fotokataliticheskaja aktivnost’ sloistyh perovskitopodobnyh oksidov v prakticheski znachimyh himicheskih reakcijah [Photocatalytic activity of layered perovskite-like oxides in practically significant chemical reactions]. Advances in chemistry. 2016, vol. 85, no. 3, pp. 248–279; Russian Chem. Reviews. 2016, vol. 85, no. 3, pp. 248–279.
Lagaly, G. Interaction of alkylamines with different types of layered compounds. Solid State Ionics. 1986, vol. 22, no. 1, pp. 43–51.
Masato Machida, Kaori Miyazaki, Shigenori Matsushima and Masao Arai Photocatalytic properties of layered perovskite tantalates, MLnTa2O7 (M = Cs, Rb, Na, and H; Ln = La, Pr, Nd, and Sm). J. Mater. Chem. 2003, vol. 13, pp. 1433–1437.
Gopalakrishnan, J., Sivakumar, T., Ramesha, K. et al. Transformations of Ruddlesden-Popper oxides to new layered perovskite oxides by metathesis reactions. Chem. Phys. 2000, vol. 9, pp. 6237–6241.
Schaak, R. E., Mallouk, T. E. KLnTiO4 (Ln=La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy): A New Series of Ruddlesden–Popper Phases Synthesized by Ion-Exchange of HLnTiO4. J. Solid State Chem. 2001, vol. 161(2), pp. 225–232.
Zhu, W. J., Feng, H. H., Hor, P. H. Synthesis and characterization of layered titanium oxides NaRTiO4 (R = La, Nd and Gd). Mater. Res. Bull. 1996, vol. 31(1), pp. 107–111.
Richard, M., Brohan, L., Tournoux, M. Synthesis, characterization, and acid exchange of the layered perovskites A2Nd2Ti3O10 (A = Na, K). J. Solid State Chem. 1993, vol. 112, pp. 345–354.
Gopalakrishnan, J., Bhat, V. A2Ln2Ti3O10 (A = potassium or rubidium; Ln = lanthanum or rare earth): a new series of layered perovskites exhibiting ion exchange. Inorg. Chem. 1987, vol.26(26), pp. 4299–4301.
Utkina, T., Chislov, M., Silyukov, O., Burovikhina, A., Zvereva, I. TG and DSCinvestigation of water intercalation and p rotonation processes in perovskite-like layered structure of titanate К2Nd2Ti3O10. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2016, vol. 125, pp. 281–287.
Patent RF no. 2478413 C1 IPC B01D 21/06 B01J 21/08 B01J 21/18 B01J 23/38 B01D 53/86 C02F 1/30. Kompozitnyj fotokatalizator dlya ochistki vody i vozduha. [Composite photocatalyst for water and air purification ] / D.V. Kozlov, D.S. Selishchev, P.A. Kolinko, E.A. Kozlov. – claimed. 08.01.2011; publ. 04.10.2013, Bul. 10. – 12 p.
Kato, M., Kajita, T., Hanakago, R. et al. Search for new superconductors by the Liintercalation into layered perovskites. Phys. C Supercond. 2006, vol. 445, pp. 26–30.
Thangadurai, V., Subbanna, G. N. & Gopalakrishnan, J. Ln2Ti2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Gd): a novel series of defective Ruddlesden-Popper phases formed by topotactic dehydration of HLnTiO4 J. Chem. Commun. 1998, vol. 7, pp. 1299–1300.
Ranmohotti, K.G.S., Josepha, E., Choi, J. et al. Topochemical manipulation of perovskites: low-temperature reaction strategies for directing structure and properties. Adv. Mater. 2011, vol. 23(4), pp. 442–460.
Dryuchko O.G., Storozhenko D.O., Bunyakina N.V., Korobko B.O., Ivanytska I.O., Pashchenko A.M. Osoblyvosti peretvoren’ v RZE-vmisnyh systemah nitratnyh prekursoriv u pidgotovchyh procesah formuvannja perovskitopodibnyh oksydnyh materialiv. [Peculiarities of transformations in REE-containing systems of nitrate precursors in preparatory processes of perovskite-like oxide materials formation]. Bulletin of the NTU «KhPI». Series: Chemistry, Chemical Technology and Ecology. 2016, vol. 22 (1194), pp. 63–71.
Rodionov I.A., Silyukov O.I., Utkina T.D. et al. Photocatalytic properties and hydration of perovskite-type layered titanates A2Ln2Ti3O10 (A = Li, Na, K; Ln = La, Nd). Russian Journal of General Chemistry. 2012, vol. 82(7), pp. 1191–1196.
Anosov, V.Ya., Ozerova, M.I., Fialkov, Yu.Ya. Osnovy fiziko-himicheskogo analiza [Basics of Physical and Chemical Analysis]. Мoscov, Nauka Publ. 1976. 503 p.
Goroshchenko, Ya.G. Fiziko-himicheskij analiz gomogennyh i geterogennyh sistem [Physical and Chemical Analysis of homogenous and heterogenous systems]. Kiev, Naukova dumka Publ. 1978. 490 p.
Busev, A.I., Tiptsova, V.G., Ivanov, V.M. Rukovodstvo po analiticheskoj himii redkih jelementov. [Management on analytical chemistry of rare elements]. Moscov. Chemistry Publ. 1978. 432 p.
Kreshkov A.P. Osnovy analiticheskoj himii. Kolichestvennyj analiz. [Fundamentals of Analytical Chemistry. Quantitative analysis]. Moscov, Chemistry Publ., book. 2. 1976. 480 p.
Storozhenko, D.O., Dryuchko, O.G., Bunyakina, N.V., Ivanytska, I.O. Phase Formation in REE-Containing Water-Salt Systems at the Preparatory Stages of the Multicomponent Oxide Functional Materials Formation. Innovations in Corrosion and Materials Science. 2015, vol. 5, no. 2, pp. 80–84.
Vigdorchik, А.G., Malinovskiy,Yu.A., Dryuchko, A.G. et al. Nizkotemperaturnoye rentgenostrukturnoye issledovaniye kaliy-neodimovykh nitratov K3[Nd2(NO3)9] i K2[Nd(NO3)5(H2O)2] [Low-temperature X-ray structure analysis of potassium-neodymium nitrates K3[Nd2(NO3)9] and K2[Nd(NO3)5(H2O)2]. Kristallografiya [Crystallography]. 1992, vol. 37, no. 4, pp. 882–888.
Eriksson, B., Larrson, L.O., Niinisto, L. et al. Crystal and molecular structure of potassium diaquapentanitratolanthanate (III). Acta Chem. Scand. 1980, A 34, no. 8, pp. 567–572.
Meille, V. Review on methods to deposit catalysts on structured surfaces. Appl. Catal. 2006, A 315, pp. 1–17.
Avila, P.; Montes, M.; Miró, E.E. Monolithic reactors for environmental applications: A review on preparation technologies. Chem. Eng. J. 2005, vol. 109, pp. 11–36.
Cromer, D.T., Herrington, K. The structures of anatase and rutile. Journal American Chemical. Society. 1955, vol. 77, no. 18, pp. 4708–4709.
Schaak, R.E., Mallouk, T.E. Perovskites by Design: A Toolbox of Solid-State Reactions. Chemistry of Materials. 2002, vol. 14, no. 4, pp. 1455–1471.
Storozhenko, D., Dryuchko, О., Golik, Yu., Kytaihora, К., Gornitsky, I., Misko, A. Monitoring activity of the CO2 emission objects system components in formation of the air mass in individual closed premises. Academic journal. Series: Industrial Machine Building, Civil Engineering. 2019, no. 2(53), pp. 157–170. doi.org/10.26906/znp.2019.53.1907.
