Состав – структура – электрофизические свойства природных цеолитов клиноптилолитов, подвергнутых механической активации с гидросульфатом калия
Аннотация
Цель статьи: Механохимическая модификация цеолитов с добавками кислых солей приводит к увеличению дефектности их структуры, изменению дисперсности порошка и проводимости таблетированных образцов. Цель работы заключалась в получении минеральных образцов с улучшенной проводимостью механохимическим методом из воздушно-сухих смесей клиноптилолит-стильбитовых и клиноптилолитовых пород и гидросульфата калия в разных соотношениях.
Экспериментальная часть: Форма и размеры частиц, химический, фазовый состав порошков, их физические свойства исследованы методами электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии, рентгенофазового анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии, инфракрасной спектроскопии, ситового анализа, гравиметрии, воздухопроницаемости. Электропроводность таблетированных образцов измеряли по трёхэлектродной схеме в диапазоне температур от 25 до 100 °C.
Выводы: Найдено, что механическое воздействие на смеси цеолитов с кислой солью приводят к аморфизации стильбита и полевого шпата, полиморфным превращениям кварца в кристобалит и тридимит, повышению дефектности структуры. Найдено, что компоненты взаимодействуют посредством силанольных групп клиноптилолита и гидросульфатных групп через водородные связи с участием молекул воды. Также установлено, что электрическая проводимость минерального таблетированного образца на основе клиноптилолитовой породы и гидросульфата калия в экви-
массовом соотношении, подвергнутого ударно-сдвиговому воздействию с дозой механической энергии в 2.16 кДж/г, составляет 4.26·10–4 См·м–1 при 100 °C. Значения электропроводности такого же порядка получены ранее при механохимической активации природных цеолитов с гидрофосфатами калия. Следовательно, гидросульфатный анион не вносит по сравнению с гидрофосфатным анионом значительного вклада в проводимость цеолитных образцов.
Скачивания
Литература
Lesiak P. Zeolites as catalysts: a review of the recent developments. Jntes. 2023;2: 065–073. https://doi.org/10.53412/jntes-2023-2-4.
Luzanova V. D., Rozhmanova N. B., Lanin S. N., Nesterenko P. N. Application of zeolites in high-performance liquid chromatography. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy. 2023;23(4): 691–704. (In Russ.). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11576
Stocker K., Ellersdorfer M., Lehner M., Raith J. G. Characterization and utilization of natural zeolites in technical applications. BHM Berg- Und Hüttenmännische Monatshefte. 2017;162 (4): 142–147. https://doi.org/10.1007/s00501-017-0596-5
Grifasi N., Ziantoni B., Fino D., Piumetti M. Fundamental properties and sustainable applications of the natural zeolite clinoptilolite. Environmental Science and Pollution Research. 2024; 32:27805–27840. https://doi.org/10.1007/s11356-024-33656-5
Barbosa J. C., Gonçalves R., Costa C. M., … Lanceros-Méndez S. Metal-organic frameworks and zeolite materials as active fillers for lithium-ion battery solid polymer electrolytes. Materials Advances. 2021;2(12): 3790–3805. https://doi.org/10.1039/d1ma00244a
Li M., Chi X., Yu J. Zeolite-based electrolytes: a promising choice for solid-state batteries. PRX Energy. 2022;1(3): 1–16. https://doi.org/10.1103/prxenergy.1.031001
Shi H., Zhang J., Li J. The effect of guest cations on proton conduction of LTA zeolite. RSC Advances. 2021;11(10): 5393–5398. https://doi.org/10.1039/d0ra09917a
Kalogeras J. M., Vassilikou-Dova A. Molecular mobility in microporous architectures: conductivity and dielectric relaxation phenomena in natural and synthetic zeolites. Crystal Research and Technology. 1996;31(6): 693–726. https://doi.org/10.1002/crat.2170310602
Bolotin O. A., Goncharuk V. P., Bologa M. K., Mitina T. F., Polikarpov, A. A., Kostryukova, N. V. Activation of zeolite in a magnetic fluidized bed. Electronic Processing of Materials. 2024;60(3): 50–55. (In Russ.) https://doi.org/10.52577/eom.2024.60.3.50
Buzimov A. Y., Kulkov S. N., Gömze L. A., Géber R., Kocserha, I. Effect of mechanical treatment on the structure and properties of natural zeolite. Perspektivnye Materialy. 2018;9(5): 031–039. https://doi.org/10.30791/1028-978x-2018-4-31-39
Dabizha O. N., Soloboeva T. P., Khamova T. V., Shilova O. A. Mechanical activation of clinoptilolites with sodium and ammonium hydrophosphates to improve their electrophysical properties. Glass Physics and Chemistry. 2023; 49(3): 293–305. https://doi.org/10.1134/S1087659623600059
Astapova E. S., Pavlov S. S., Astapov I. A. Determination of structure characteristics and conductivity of Na-HSzeolite with Mo, W and Ni nanopowders. The Bulletin of the Adyghe State University, the series 4: Natural, Mathematical and Technical Sciences. 2012;2(4): 31–39. (In Russ.) Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18055827
Rainer D. N., Morris R. E. New avenues for mechanochemistry in zeolite science. Dalton Transactions. 2021;50(26): 8995–9009. https://doi.org/10.1039/d1dt01440d
Nikashina V. A., Streletskii A. N., Kolbanev I. V., … Shumskaya L. G. Effect of mechanical activation on the properties of natural zeolites. Inorganic Materials. 2011;47(12): 1341–1346. https://doi.org/10.1134/S0020168511120144
Bebiya A. G., Gulyaev P. Y., Milyukova I. V. Change of physical and chemical properties clinoptilolite after mechanical activation. Yugra State University Bulletin. 2012;7-8: 7-13. (in Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24989138
Velichkina L. M., Zaikovskii V. I., Barbashin Ya. E., Ryabova N. V., Perevezentsev S. A., Vosmerikov A. V. Changes in the physicochemical properties of nickel-containing ZSM‑5 zeolite under mechanical treatment. Chemistry for Sustainable Development. 2020;28 (4): 378–386. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/khur2020242
Ovsyuk N. N., Goryaĭnov S. V. Amorphous-toamorphous phase transition in zeolites. JETP Letters. 2006; 83(3): 138–142. https://doi.org/10.1134/S0021364006030064
Buzimov A. Y., Eckl W., Gömze L. A., Kocserha I., Kurovics E., Kulkov A. S., Kulkov S. N. Effect of mechanical treatment on properties of Si-Al-O zeolites. Epitoanyag - Journal of Silicate Based and Composite Materials. 2018;70(1): 023–026. https://doi.org/10.14382/epitoanyag-jsbcm.2018.5
Dabizha O. N., Soloboeva T. P., Kalinina M. V., Shilova O. A. Structure formation and electrophysical properties of natural zeolites mechanically activated with potassium hydrophosphate to produce solid electrolytes. Glass Physics and Chemistry. 2024;50(4): 428–443. https://doi.org/10.1134/S1087659624600996
de Izarra A., Coudert F. X., Fuchs A. H., Boutin A. Molecular simulation of the impact of defects on electrolyte intrusion in zeolites. Langmuir. 2023;39(51): 19056–19063. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c03306
Ponomareva V. G., Lavrova G. The investigation of disordered phases in nanocomposite proton electrolytes based on MeHSO4 (Me = Rb, Cs, K). Solid State Ionics. 2001;145: 197–204. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(01)00957-2
Dabizha O. N., Derbeneva T. V., Khamova T. V., Shilova О. А. Controlling the sorption activity of clinoptilolites with mechanical activation. Inorganic Materials. 2021;57(4): 399-408. https://doi.org/10.1134/s0020168521040038
Soloboeva T. P., Dabizha O. N. Investigation of electrical conductivity of mechanically activated clinoptilolite rocks. In: Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies: VI International conference, 21-24 November 2022, Novosibirsk. Novosibirsk: ISSCM SB RAS, 2022. p. 46.
Rat’ko A. I., Ivanets A. I., Kulak A. I., Morozov, E. A., Sakhar I. O. Thermal decomposition of natural dolomite. Inorganic Materials. 2011;47(12): 1372–1377. https://doi.org/10.1134/s0020168511120156
Kosenko N. F., Smirnova M. A. Quartz polymorphic transformations stimulated by mechanical treatment. Refractories and Industrial Ceramics. 2012;7-8: 7–13. (In Russ.). https://elibrary.ru/item.asp?id=17889319
Selezneva E. V., Makarova I. P., Grebenev V. V., … Choundhury R. R. The changes of thermal, dielectric, and optical properties at insertion of small concentrations of ammonium to K3H(SO4)2 crystals. Crystallography Reports. 2018; 63: 553–562. https://doi.org/10.1134/s1063774518040247
Swain D., Bhadram V. S., Pradhan G. K., Bhat S. V., Narayana C., Rao C. B. H. Superionic phase transition in KHSO4: a temperature-dependent raman investigation. Journal of Physical Chemistry A. 2010;114(37): 10040-10044. https://doi.org/10.1021/jp103005g
Periasamy A., Muruganand S., Palaniswamy M. Vibrational studies of Na2SO4, K2SO4, NaHSO4 and KHSO4 crystals. RASĀYAN Journal of Chemistry. 2009;2 (4): 981–989. Available at: https://rasayanjournal.co.in/vol-2/issue-4/34.pdf
Payan F., Haser R. On the hydrogen bonding in potassium hydrogensulphate. Comparison with a previous crystal structure determination. Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry. 1976;32(6): 1875–1879. https://doi.org/10.1107/s0567740876006572
Cura Ö., Ajjaq A., Çağırtekin A., Cavdar S., Acar S. Low-energy ball milling effect on the dielectric response and electrical transport mechanisms of natural clinoptilolite zeolites in a wide temperature range. Materials Today Communications. 2021;29: 102964. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102964
Copyright (c) 2025 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
