УДК  546.185:541.486


Про умови одержання твердих розчинів на основі Co3(PO4)28H2O


Новак І.О., Поєнко М.О., Антрапцева Н.М.

Національний  університет  

біоресурсів і природокористування України,

                             м. Київ, Україна


Можливості синтезу нових фосфатних матеріалів на основі індивідуальних гідратованих солей значною мірою вичерпані. Перспективними в цьому плані є неорганічні фосфати, що містять у структурі декілька катіонів. До них належать тверді розчини, співвідношення катіонів в яких, а, відповідно, і властивості можна керовано змінювати в широких межах. Відомості про умови синтезу твердих розчинів на основі Co3(PO4)28H2O в літературі поодинокі.

Мета даної роботи – встановити умови утворення на основі фосфату-матриці Co3(PO4)28H2O твердих розчинів заміщення з регульованим вмістом Mg, Mn(ІІ), Zn.

Синтез твердих розчинів здійснювали за умов, що забезпечують спільне попарне осадження катіонів Co2+ і Mg2+, Co2+ і Mn2+, Co2+ і Zn2+у вигляді середніх фосфатів. Для цього використовували обмінну взаємодією між розчинами відповідних сульфатів і осаджувачем. Конкретні умови осадження та особливості утворення твердих розчинів заданого складу встановлювали за результатами визначення залежності складу твердої фази від основних параметрів процесу. рН реакційного середовища змінювали, використовуючи в якості осаджувача водні розчини Na2НPO4, Na3PO4 або їх суміш. Це дозволяло у кожному конкретному випадку встановлювати певне значення рН. Співвідношення в складі вихідних розчинів n = Р/ΣCo2+ і M2+ (M2+ = Mg2+, Mn2+ або Zn2+) підтримували рівним 0,67 – стехіометрично необхідне для утворення середніх фосфатів двовалентних металів. Співвідношення катіонів K = Co2+/ M2+ варіювали в межах від 0 до 100 мол. %. Концентрацію вихідних розчинів змінювали в інтервалі 0,05 - 0,25 моль/л. Температуру осадження фіксували в межах 50 - 750 С.

Варіюючи під час синтезу склад вихідних реагентів та умови їх взаємодії були одержані обмежені тверді розчини середніх гідратованих фосфатів із структурою Co3(PO4)28H2O складу: Co3-хMgx(PO4)2·8H2O (0 1.00),
Co3-хMnx(PO4)2·8H2O (0 1.00). Індивідуальність синтезованих фосфатів доведена результатами хімічного, рентгенофазового та ІЧ спектроскопічного аналізів (табл.).

З метою оптимізації умов одержання твердого розчину гідратованих фосфатів Co3-хMnx(PO4)2·8H2O (0 1.00) виконано повний факторний експеримент. Визначений вплив на склад та вихід цільового продукту таких факторів процесу як концентрація вихідних розчинів, співвідношення в їх складі Co2+ і Mn2+, тривалість процесу.

Таблиця 1 – Характеристика середніх  фосфатів  Со3-xMgx(PO4)2·8H2O,

                        0<x1.00 (осаджувач – Nа2HPO4, n = P/Σ Со,Mg =0.67, 750С)

К = Co/Mg,

атомне

Склад твердої фази,

% мас.

Хімічний склад

Фазовий склад

(за результатами РФА та ІЧ-спектроскопії)

Со

Mg

P

H2O

100

33.54

-

11.88

28.21

Co3(PO4)2·8H2O

Со3(PO4)2·8H2O

10.0

33.11

0.42

12.19

28.22

Со2.97Mg0.03(PO4)2·8H2O

Твердий розчин

Со3-xMgx(PO4)2·8H2O

(0<x1.00)

структури  Со3(PO4)2·8H2O


5.00

32.80

0.69

12.28

28.23

Со2.95Mg0.05(PO4)2·8H2O

3.00

32.74

0.70

12.16

28.19

Со2.85Mg0.15(PO4)2·8H2O

2.00

32.48

1.28

12.24

28.28

Со2.75Mg0.25(PO4)2·8H2O

1.50

31.82

2.18

12.24

28.32

Со2.47Mg0.53(PO4)2·8H2O

1.00

28.81

3.14

12.54

28.37

Со2.36Mg0.63(PO4)2·8H2O

0.67

25.82

5.12

12.95

28.40

Со2Mg(PO4)2·8H2O

0.50

22.70

6.37

13.45

28.52

Со2Mg(PO4)2·8H2O +

MgНPO4·3H2O


Механічна суміш двох фаз

На основі кореляцій, встановлених між умовами осадження, складом і фізико-хімічними властивостями синтезованих твердих розчинів, визначено умови реалізації їх керованого синтезу.