From Chemistry Towards Technology Step-By-Step From Chemistry Towards Technology Step-By-Step От химии к технологии шаг за шагом 2782-1900 99748 10.52957/2782-1900-2025-6-2-34-42 Научные статьи Scientific articles Научные статьи Diffuziya shchelochnogo metalla v ferritnykh sistemakh Диффузия щелочного металла в ферритных системах Дворецкая Александра Николаевна Dvoretskaya Alexandra Nikolaevna dvoretskayaaleksandra@mail.ru Аниканова Любовь Германовна Anikanova Lyubov Germanovna anikanoval@mail.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Судзиловская Татьяна Николаевна Sudzilovskaya Tatiana Nikolaevna sudzilovskayatn@mail.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Дворецкий Николай Витальевич Dvoretskii Nikolay Vitalievich dvoretskiin@mail.ru

доктор химических наук;

doctor of chemical sciences;

 Ярославский государственный технический университет Yaroslavl State Technical University 21 06 2025 21 06 2025 6 2 34 42 05 02 2025 17 03 2025 https://chemintech.ru/en/nauka/article/99748/view

Выяснен механизм твердофазного взаимодействия моноферрита калия с гематитом. Определена роль оксида железа как матрицы для создания дальнейшей структуры катализатора. В процессе эксперимента готовились таблетированные образцы моноферрита калия и гематита. Таблетки помещались в специальный зажим и подвергались термообработке. Методом искусственной метки был исследован механизм твердофазного взаимодействия в системе KFeO2-Fe2O3. Для оценки соотношения продуктов твердофазного взаимодействия моноферрита калия с гематитом использовали параметры q, рассчитываемые по данным рентгенографии. Представлена столбчатая диаграмма параметров q[β"(0111)], q[β(017)] и q[Fe2O3(110)] в зависимости от глубины проникновения калия в объем гематита. Анализ структур гематита и полиферритов калия позволяет предположить, что ионы щелочного металла диффундируют в решетку гематита. В образовавшемся полиферрите движение катионов продолжается между блоками состава {Fe11O17}. Ионы K+ занимают правильные позиции в решётке образовавшегося полиферрита. Ближе к границе соприкосновения таблеток располагается слой, богатый β″-полиферритом калия. По мере удаления от границы контакта таблеток образуются полиферриты щелочного металла со структурами β"-глинозема и β-глинозема. По мере удаления от границы соприкосновения таблеток содержание β″-полиферрита уменьшается с возрастание доли β- фазы. Образующиеся полиферриты по своей сути являются твердыми электролитами, способными обеспечивать транспорт ионов щелочного металл по определенным каналам в структуре полиферрита. Приведена зависимость фактора f(β″), описывающего соотношение β- и β″-фаз в продуктах ферритообразования, от степени превращения моноферрита калия в полиферриты при термообработке смесей KFeO2+2Fe2O3 при температуре 1150 К. При увеличении степени превращения f(β″) уменьшается, достигая определенного соотношения β- и β″-полиферритов. Стабилизация в этом случае быстрее всего достигается за счет энергии когерентного срастания β- и β″-фаз.

Vyyasnen mekhanizm tverdofaznogo vzaimodeistviya monoferrita kaliya s gematitom. Opredelena rol' oksida zheleza kak matritsy dlya sozdaniya dal'neishei struktury katalizatora. V protsesse ehksperimenta gotovilis' tabletirovannye obraztsy monoferrita kaliya i gematita. Tabletki pomeshchalis' v spetsial'nyi zazhim i podvergalis' termoobrabotke. Metodom iskusstvennoi metki byl issledovan mekhanizm tverdofaznogo vzaimodeistviya v sisteme KFeO2-Fe2O3. Dlya otsenki sootnosheniya produktov tverdofaznogo vzaimodeistviya monoferrita kaliya s gematitom ispol'zovali parametry q, rasschityvaemye po dannym rentgenografii. Predstavlena stolbchataya diagramma parametrov q[β"(0111)], q[β(017)] i q[Fe2O3(110)] v zavisimosti ot glubiny proniknoveniya kaliya v ob"em gematita. Analiz struktur gematita i poliferritov kaliya pozvolyaet predpolozhit', chto iony shchelochnogo metalla diffundiruyut v reshetku gematita. V obrazovavshemsya poliferrite dvizhenie kationov prodolzhaetsya mezhdu blokami sostava {Fe11O17}. Iony K+ zanimayut pravil'nye pozitsii v reshetke obrazovavshegosya poliferrita. Blizhe k granitse soprikosnoveniya tabletok raspolagaetsya sloi, bogatyi β″-poliferritom kaliya. Po mere udaleniya ot granitsy kontakta tabletok obrazuyutsya poliferrity shchelochnogo metalla so strukturami β"-glinozema i β-glinozema. Po mere udaleniya ot granitsy soprikosnoveniya tabletok soderzhanie β″-poliferrita umen'shaetsya s vozrastanie doli β- fazy. Obrazuyushchiesya poliferrity po svoei suti yavlyayutsya tverdymi ehlektrolitami, sposobnymi obespechivat' transport ionov shchelochnogo metall po opredelennym kanalam v strukture poliferrita. Privedena zavisimost' faktora f(β″), opisyvayushchego sootnoshenie β- i β″-faz v produktakh ferritoobrazovaniya, ot stepeni prevrashcheniya monoferrita kaliya v poliferrity pri termoobrabotke smesei KFeO2+2Fe2O3 pri temperature 1150 K. Pri uvelichenii stepeni prevrashcheniya f(β″) umen'shaetsya, dostigaya opredelennogo sootnosheniya β- i β″-poliferritov. Stabilizatsiya v ehtom sluchae bystree vsego dostigaetsya za schet ehnergii kogerentnogo srastaniya β- i β″-faz.

 моноферрит калия гематит твердофазное взаимодействие полиферриты со структурой β-глинозема и β"-глинозема monoferrit kaliya gematit tverdofaznoe vzaimodeistvie poliferrity so strukturoi β-glinozema i β"-glinozema

Дворецкая А.Н., Аниканова Л.Г., Судзиловская Т.Н., Малышева З.Г., Дворецкий Н.В. Электропроводность полиферрита калия, легированного двухзарядными катионами. От химии к технологии шаг за шагом, 2024, 5(2), 70-77. URL: https://chemintech.ru/ru/nauka/issue/5176/view (дата обращения 24.12.2024). Dvoreckaya A.N., Anikanova L.G., Sudzilovskaya T.N., Malysheva Z.G., Dvoreckiy N.V. Elektroprovodnost' poliferrita kaliya, legirovannogo dvuhzaryadnymi kationami. Ot himii k tehnologii shag za shagom, 2024, 5(2), 70-77. URL: https://chemintech.ru/ru/nauka/issue/5176/view (data obrascheniya 24.12.2024). Дворецкая А.Н., Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. Влияние прекурсора и режима синтеза на свойства гематита для приготовления промотированных железооксидных катализаторов. Катализ в промышленности, 2022, 22(5), 6-14. DOI: 10.18412/1816-0387-2022-5-6-14. Dvoreckaya A.N., Anikanova L.G., Dvoreckiy N.V. Vliyanie prekursora i rezhima sinteza na svoystva gematita dlya prigotovleniya promotirovannyh zhelezooksidnyh katalizatorov. Kataliz v promyshlennosti, 2022, 22(5), 6-14. DOI: 10.18412/1816-0387-2022-5-6-14. Lamberov A.A., Dementyeva E.V., Vavilov D.I., Kuzmina O.V., Gilmullin R.R., Pavlova E.A. The influence of ceric oxide on phase composition and activity of iron oxide catalysts. Adv. Chem. Eng. Sci., 2012, 2(1), 28-33. URL: https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=16714 (дата обращения 24.12.2024). Lamberov A.A., Dementyeva E.V., Vavilov D.I., Kuzmina O.V., Gilmullin R.R., Pavlova E.A. The influence of ceric oxide on phase composition and activity of iron oxide catalysts. Adv. Chem. Eng. Sci., 2012, 2(1), 28-33. URL: https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=16714 (data obrascheniya 24.12.2024). Дворецкий Н.В., Аниканова Л.Г., Малышева З.Г. Типы активных центров на поверхности промотированного железооксидного катализатора. Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2018, 61(6), 61-68. DOI:10.6060/tcct.20186106.5658. Dvoreckiy N.V., Anikanova L.G., Malysheva Z.G. Tipy aktivnyh centrov na poverhnosti promotirovannogo zhelezooksidnogo katalizatora. Izv. vuzov. Himiya i him. tehnologiya, 2018, 61(6), 61-68. DOI:10.6060/tcct.20186106.5658. Kotarba A., Rożek W., Serafin I., Sojka Z. Reverse Effect of Doping on Stability of Principal Components of Styrene Catalyst: KFeO2 and K2Fe22O34. Journal of Catalysis, 2007, 247(2), 238-244. DOI: 10.1016/j.jcat.2007.02.009. Kotarba A., Rożek W., Serafin I., Sojka Z. Reverse Effect of Doping on Stability of Principal Components of Styrene Catalyst: KFeO2 and K2Fe22O34. Journal of Catalysis, 2007, 247(2), 238-244. DOI: 10.1016/j.jcat.2007.02.009. Joseph Y., Ketteler G., Kuhrs C., Ranke W., Weiss W., Schlögl R. On the Preparation and Composition of Potassium Promoted Iron Oxide Model Catalyst Films. Phys. Chem. Chem. Phys., 2001, 18(3), 4141-4153. DOI: 10.1039/B104263G. Joseph Y., Ketteler G., Kuhrs C., Ranke W., Weiss W., Schlögl R. On the Preparation and Composition of Potassium Promoted Iron Oxide Model Catalyst Films. Phys. Chem. Chem. Phys., 2001, 18(3), 4141-4153. DOI: 10.1039/B104263G. Li Zh., Shanks B.H. Role of Cr and V on the stability of potassium-promoted iron oxides used as catalysts in ethylbenzene dehydrogenation. Appl. Catal., A, 2011, 405(1–2), 101-107. DOI: 10.1016/j.apcata.2011.07.036. Li Zh., Shanks B.H. Role of Cr and V on the stability of potassium-promoted iron oxides used as catalysts in ethylbenzene dehydrogenation. Appl. Catal., A, 2011, 405(1–2), 101-107. DOI: 10.1016/j.apcata.2011.07.036. do Carmo Rangel M., Mayer F.M., de Oliveira S.J., Marchetti S.G., Faita F.L., Ruiz D., Saboia G., Dagostini M.K., Morais J., Alves M.D.C.M. Dehydrogenation of ethylbenzene to styrene over magnesium-doped hematite catalysts. Appl. Catal., A, 2024, 669, 119514. DOI: 10.1016/j.apcata.2023.119514. do Carmo Rangel M., Mayer F.M., de Oliveira S.J., Marchetti S.G., Faita F.L., Ruiz D., Saboia G., Dagostini M.K., Morais J., Alves M.D.C.M. Dehydrogenation of ethylbenzene to styrene over magnesium-doped hematite catalysts. Appl. Catal., A, 2024, 669, 119514. DOI: 10.1016/j.apcata.2023.119514. Shijie L., Tong C., Changxi M., Weimin Y., Zaiku X., Qingling C. Deactivation of the Industrial Catalyst for Ethylbenzene Dehydrogenation to Styrene. Chin. J. Catal., 2008, 29(2), 179-184. URL: https://www.cjcatal.com/EN/Y2008/V29/I2/179. Shijie L., Tong C., Changxi M., Weimin Y., Zaiku X., Qingling C. Deactivation of the Industrial Catalyst for Ethylbenzene Dehydrogenation to Styrene. Chin. J. Catal., 2008, 29(2), 179-184. URL: https://www.cjcatal.com/EN/Y2008/V29/I2/179. de Souza Ramos M., de Santana Santos M., Gomes L. P., Albornoz A., do Carmo Rangel M. The influence of dopants on the catalytic activity of hematite in the ethylbenzene dehydrogenation. Appl. Catal., A, 2008, 341(1–2), 12-17. DOI: 10.1016/j.apcata.2007.12.035. de Souza Ramos M., de Santana Santos M., Gomes L. P., Albornoz A., do Carmo Rangel M. The influence of dopants on the catalytic activity of hematite in the ethylbenzene dehydrogenation. Appl. Catal., A, 2008, 341(1–2), 12-17. DOI: 10.1016/j.apcata.2007.12.035. Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. Стабилизация щелочных промоторов в структуре железооксидных катализаторов дегидрирования. Катализ в промышленности, 2016, 16(1), 29-36. DOI: 10.18412/1816-0387-2016-1-29-36. Anikanova L.G., Dvoreckiy N.V. Stabilizaciya schelochnyh promotorov v strukture zhelezooksidnyh katalizatorov degidrirovaniya. Kataliz v promyshlennosti, 2016, 16(1), 29-36. DOI: 10.18412/1816-0387-2016-1-29-36. Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1984, 376 с. Shaskol'skaya M.P. Kristallografiya. M.: Vysshaya shkola, 1984, 376 s. Chen M., Zhao E., Yan Q., Hu Z., Xiao X., Chen D. The Effect of Crystal Face of Fe2O3 on the Electrochemical Performance for Lithium-ion Batteries. Sci. Rep., 2016, 6(1), 29381. URL: https://www.nature.com/articles/srep29381 Chen M., Zhao E., Yan Q., Hu Z., Xiao X., Chen D. The Effect of Crystal Face of Fe2O3 on the Electrochemical Performance for Lithium-ion Batteries. Sci. Rep., 2016, 6(1), 29381. URL: https://www.nature.com/articles/srep29381 Аниканова Л.Г., Дворецкий Н.В. Распределение щелочных промоторов в структуре железооксидного катализатора дегидрирования. Катализ в промышленности, 2012, 4, 18-23. Anikanova L.G., Dvoreckiy N.V. Raspredelenie schelochnyh promotorov v strukture zhelezooksidnogo katalizatora degidrirovaniya. Kataliz v promyshlennosti, 2012, 4, 18-23.