• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15 февраля
КНЦ РАН
4 537

Апатитские ученые синтезировали сорбент, который можно использовать для создания аккумуляторов

4.5

Группа ученых из Кольского научного центра научилась синтезировать фосфат титана с заданными свойствами из местного сырья и рассмотрела способы получения на его основе новых функциональных материалов. По сравнению с известными методами синтеза предложенный способ экологически перспективен, требует в два-три раза меньше времени и позволяет получать продукт в одну стадию.

Апатитские ученые синтезировали сорбент, который можно использовать для создания аккумуляторов / © Getty images

Зеленые технологии весьма популярны в современной промышленности. Все шире применяются сорбенты – материалы, позволяющие избирательно извлекать определенные вещества из смеси. Так можно возвращать в производство полезные компоненты из продуктов переработки либо увеличивать степень их извлечения из сырья, а можно надежно «запирать» опасные вещества в сорбенте, избегая загрязнения природы.

Однако для создания сорбентов порой используются совсем не зеленые технологии. Возникает замкнутый круг: чтобы что-то очистить и принести таким образом пользу, мы используем вещества, производство которых наносит вред. Одно из направлений исследований ученых Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра – комплексная переработка полезных ископаемых Мурманской области. Целью нескольких проводимых здесь исследований стало создание гибкой технологической системы, в которой один функциональный материал может служить прекурсором для получения другого такого материала, что позволяет расширить линейку получаемых продуктов на базе одной технологии.

Чешуйчатая структура фосфата титана в электронном микроскопе / ©Пресс-служба КНЦ

Группа ученых под руководством доктора технических наук Марины Масловой научилась синтезировать фосфат титана с заданными свойствами из местного сырья и рассмотрела способы получения на его основе новых функциональных материалов. По сравнению с известными методами синтеза предложенный способ экологически перспективен, требует в два-три раза меньше времени и позволяет получать продукт в одну стадию. Статья об этом была опубликована в журнале Journal of Material Science.

Фосфаты титана (TiP) стабильны при высоких температурах, ионизирующем излучении и в кислых условиях и обладают хорошими ионообменными свойствами. Поэтому они имеют широкий спектр применения в технологиях разделения, особенно при очистке радиоактивных стоков и воды. Очень подходят они и в качестве матрицы для захоронения радиоактивных отходов. При включении различных катионов в матрицу TiP она приобретает уникальные свойства: ионную проводимость, антимикробную и электрокаталитическую активность, сенсорные и нелинейно-оптические свойства. Из-за способности к ионному обмену и наличия кислотных центров в структуре TiP и их производные используют также в качестве прекурсоров для окислительно-восстановительных катализаторов, оптических материалов, полупроводников и фотокатализаторов, биосенсоров и электродов в литий-ионных аккумуляторах.

Но чтобы обеспечить требуемые свойства, необходимо получить чистую фазу TiP желаемой структуры. Распространенный метод синтеза – это реакция между фосфорной кислотой и титансодержащими растворами (например, Ti(SO4)2, TiOSO4, TiCl3, TiCl4 или алкоксидами титана). Быстрый гидролиз частиц титана делает эти реакции неконтролируемыми, поэтому управлять синтезом для обеспечения желаемого состава крайне трудно. Чтобы преодолеть эти ограничения, применяют дорогостоящие темплатирующие агенты или специальное оборудование, что увеличивает себестоимость продукции.

©Пресс-служба КНЦ

Основной интерес представляют кислые фосфаты титана, содержащие дигидрофосфатные группы (TiHP). Благодаря наличию групп Н2РО4-, образующих сильнокислотные центры, фосфаты титана можно использовать в качестве сорбентов и в кислой среде. Кроме того, TiHP пригодны для получения электрохимически активных материалов. Среди многочисленных ионообменников на основе фосфатов титана есть два соединения, содержащие только дигидрофосфатные группы: Ti2O3(H2PO4)2·2H2O и TiO(OH)(H2PO4)·2H2O. Это слоистые соединения, в межслоевые пространства которых можно внедрять различные частицы, придавая им новые свойства.

Новый метод, разработанный апатитскими учеными, отличается простотой, низкой стоимостью и заключается во взаимодействии кристаллического титанилсульфата аммония с фосфорной кислотой (такой твердый прекурсор никогда ранее не использовался для синтеза TiHP). Применение именно этого сырья в качестве источника титана позволило значительно сократить количество стадий синтеза и объем стоков, использовать разбавленную фосфорную кислоту и получить фосфат титана необходимого состава экологически безопасным способом. На Кольском полуострове титанилсульфат аммония доступен и производится из минерала титанита, побочного продукта переработки апатит-нефелиновой руды.

Возможность направленного регулирования структурно-фазовой организации фосфата титана состава TiO(OH)H2PO4·2H2O позволила существенно улучшить сорбционные свойства конечного продукта по сравнению с известными сорбентами на основе индивидуальных фосфатов титана.

Термической обработкой частично замещенных катионами лития кислых фосфатов титана ученые получили композит материала, содержащего равномерно распределенный твердый электролит со структурой типа NASICON, обладающий высокой ионной проводимостью. Использование такого материала в качестве анода позволит обеспечить создание более энергоемкой электрохимической системы с повышенным потенциалом химического источника тока без разложения электролита. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
14 мая
Василий Парфенов

Космическую компанию Илона Маска в шутку иногда называют пиротехнической — так часто ее изделия взрываются во время испытаний. Пара свежих инцидентов на тестовом полигоне в городе Макгрегор лишь подтверждают эту славу. Не успели фанаты космонавтики наладить онлайн-трансляцию из этой локации, как запечатлели сразу два взрыва подряд с промежутком всего в десятки часов.

11 часов назад
Мария Азарова

Польские исследователи впервые продемонстрировали, как три чистых нитрофенола — или их смесь, образующаяся в том числе при приготовлении шашлыка — влияют на клетки легких человека.

8 часов назад
Сергей Васильев

Биологи впервые смогли использовать метод генной модификации CRISPR для насекомых. Испытывая новый подход, они создали новые линии ГМ-жуков и тараканов.

14 мая
Василий Парфенов

Космическую компанию Илона Маска в шутку иногда называют пиротехнической — так часто ее изделия взрываются во время испытаний. Пара свежих инцидентов на тестовом полигоне в городе Макгрегор лишь подтверждают эту славу. Не успели фанаты космонавтики наладить онлайн-трансляцию из этой локации, как запечатлели сразу два взрыва подряд с промежутком всего в десятки часов.

12 мая
Мария Азарова

Авторы нового исследования проверяли, насколько выполнение второстепенного задания влияет на аргументы, которые выдвигали люди, говорящие правду или неправду.

13 мая
Алиса Гаджиева

Один из самых археологически изученных ландшафтов в мире до сих преподносит сюрпризы.

21 апреля
Александр Березин

Местные чиновники пытаются переложить ответственность за случившееся на резкое уменьшение турпотока из-за коронавируса, но цифры показывают, что ключевая проблема совсем в другом. В 2019 году на выборах в этой стране победил президент — сторонник модных зеленых идей. Вскоре там запретили продажу минеральных удобрений и двинулись к «устойчивому сельскому хозяйству». Как именно популярные «органические» идеи повлияли на еще не так давно быстро растущую местную экономику? И почему уроки шри-ланкийской трагедии могут пригодиться даже Западу и России?

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: