Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

For citation: Ershov D. S., Sinel’shchikova O. Yu., Besprozvannykh N. V. Sorption properties of potassium polytitanate nanoparticles doped with nickel ions // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 154-159. doi:10.37614/2949-1215.2024.15.1.024. Введение Материалы на основе титанатов калия активно исследуются в последние несколько десятков лет. Это связано с их относительной экономичностью получения и очень широким спектром возможностей применения, опирающихся на различные физико-химические характеристики. Это фрикционные, диэлектрические, ион-проводящие материалы, катализаторы, фотокатализаторы и сорбенты [ 1 - 1 1 ]. При этом для данного класса соединений на функциональные физико-химические свойства очень значительно влияют замещения основных компонентов, а также микроструктура конечного продукта, в свою очередь определяемая методом синтеза. В литературе приведены примеры успешного синтеза титанатов калия методом твердофазных реакций [4] с использованием кристаллизации в расплаве [10] методом сжигания [12] и с использованием гидротермального синтеза [3, 8 , 11, 12]. В гидротермальных условиях получаются наноматериалы, характеризующиеся наибольшей сорбционной ёмкостью за счёт наибольших значений удельной площади поверхности, при этом сохраняется влияние на свойства состава наночастиц. В представленной работе мы использовали гидротермальный метод синтеза одномерных наночастиц титаната калия и краситель метиленовый синий (МГ) как один из наиболее популярных катионных загрязнителей, имитирующих сточные воды. Целью настоящего исследования являлось изучение влияния содержания никеля на сорбционные характеристики полученных наночастиц на основе полититаната калия K2Ti6O13. Результаты исследований С помощью синтеза методом совместного осаждения с последующей гидротермальной обработкой были получены наночастицы титанатов калия с замещением 0, 2,5, 4, 6 , 8 и 10 ат. % титана никелем. В качестве исходных реактивов использовали особо чистые ТіСІ 4 , NH 4 OH, чистый для анализа NiCh- 6 H 2 O и химически чистый КОН. Используя охлаждение льдом, смешивали тетрахлорид титана (TiCl 4 ) с дистиллированной водой в объёмном соотношении 1:5. Далее около 1 2 ч смесь держали в холодильнике, ожидая просветления раствора, после чего определяли концентрацию оксида титана в нём весовым методом. Необходимое по стехиометрии количество титансодержащего раствора смешивали с заранее приготовленным раствором хлорида никеля. Затем проводили соосаждение сильно разбавленным раствором аммиака (при рН ~ 9). Полученный осадок промывали дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хлора (реакция с AgNO 3 ), затем высушивали при температуре 80 °С. Высушенный порошок перемешивали с 10 М раствором КОН на магнитной мешалке 1 ч. Далее раствор помещали в автоклав с тефлоновым покрытием (заполнение составляло 80 % от максимального объёма) и затем нагревали до 180 °С в течение 24 ч. Полученные образцы отмывали дистиллированной водой от остатков непрореагировавшего КОН до отрицательной реакции с фенолфталеином. Далее композиции будут обозначаться как 0, 2,5, 4, 6 , 8 и 10 — в соответствии с рассчитанным процентным содержанием замещённого титана. На рис. 1 представлены результаты рентгенофазового анализа (РФА) полученных образцов. Съёмку вели на дифрактометре ДРОН-3 с Cu Ка-излучением. Установлено, что дифракционные пики полученных структур хорошо соответствуют основным пикам гексатитаната калия, которые были описаны ранее [13, 14]. Исследования микроструктуры полученных порошков проводили методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на приборе Tescan MIRA 3. Согласно СЭМ, после гидротермальной обработки формируются наночастицы с внешним диаметром приблизительно 9-11 нм и средней длиной более 1 мкм, свёрнутые в объёмные пористые «клубки» (рис. 2 ). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 154-159. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 154-159. © Ершов Д. С., Синельщикова О. Ю., Беспрозванных Н. В., 2024 155