Аннотация
Проведено исследование кинетики процесса получения нанопорошка оксида никеля термическим разложением его гидроксида в различных средах (неподвижный слой, неподвижный слой с магнитным полем и вихревой слой) при температурах от 220 до 280°С. Нанопорошок Ni(OH)2 заранее получали химическим осаждением из водного раствора нитрата никеля (10 мас. %) и щелочи NaOH (10 мас. %) при комнатной температуре, рН=9. Исследование кристаллической структуры и состава образцов выполняли методом рентгенофазового анализа. Удельная поверхность Sуд порошков измеряли методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции азота. Размер и морфологию частиц изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что магнитное поле фактически не влияет на скорость процесса термического разложения. Показано, что процесс термического разложения в вихревом слое протекает гораздо интенсивнее, чем в неподвижных (5–10 раз). Наночастицы NiО, полученные термическим разложением гидроксида никеля при температуре 280°С в различных средах, имеют разные размер и морфологию. Выявлено, что термическое разложение в магнитном поле способствует округлению границ наночастиц, а вихревой слой активирует процесс их коагуляции.
Ключевые слова
Кинетика, гидроксид никеля, оксид никеля, термическое разложение, наночастица, нанопорошок, неподвижный слой, вихревой слой, магнитное поле, энергия активации.
1. Bhushan B. (Ed.). Springer Handbook of Nanotechnology. 4th edition. Berlin: Springer-Verlag Heidelberg. 2017. 1500 p.
2. Dahman Y. Nanotechnology and Functional Materials for Engineers. 1st Edition. Elsevier: Health Sciences Division. 2017. 282 p.
3. Garba D.S., Abubakar Y., Suleiman S. Nickel Oxide (NiO) Devices and Applications: A Review // International Journal of Engineering and Technical Research. 2019. Vol. 8(4). P. 461-467.
4. El-Kemary M., Nagy N., El-Mehasseb I. Nickel oxide nanoparticles: Synthesis and spectral studies of interactions with glucose // Materials Science in Semiconductor Processing. 2013. Vol. 16. P. 1747-1752.
5. Ruscello M., Sarkar T., Levitsky A. Nanocomposite of nickel oxide nanoparticles and polyethylene oxide as printable hole transport layer for organic solar cells // Sustainable Energy & Fuels. 2019. Vol. 3. P. 1418-1426.
6. Sun D.L., Zhao B.W., Liu J.B., Wang H., Yan H. Application of nickel oxide nanoparticles in electrochromic materials // Ionics. 2017. Vol. 23. P. 1509-1515.
7. Изучение факторов, влияющих на процесс восстановления NiO / О.В. Большакова, М.Н. Нафталь, Н.В. Белоусова, Е.В. Салимжанова // Цветные металлы. 2018. № 6. С. 71-77.
8. Волков Л.В., Калашникова М.И. Механизм растворения оксидов никеля растворами серной кислоты в окислительных условиях // Цветные металлы. 2011. № 8-9. С. 101-104.
9. Gkika D.A., Vordos N., Nolan J.W., Mitropoulos A.C., Vansant E.F., Cool P., Braet J. Price tag in nanomaterials? // Journal of Nanoparticle Research. 2017. Vol. 19. 177.
10. Нгуен Т.Х., Нгуен В.М. Влияние поверхностно-активных веществ на дисперсность нанопорошков железа, кобальта и никеля // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020. № 1. С. 22-28.
11. Предельная степень использования водорода в реакциях восстановления железа из оксидов / В.М. Колокольцев, В.А. Бигеев, С.К. Сибагатуллин, А.А. Бородин // Теория и технология металлургического производства. 2010. № 10. С. 4-11.
12. Конюхов Ю.В., Нгуен В.М., Рыжонков Д.И. Кинетические закономерности процессов водородного восстановления нанопорошка α-Fe2O3 при энергомеханической обработке в электромагнитном поле // Физика и химия обработки материалов. 2018. № 1. С. 66-74.
13. Анализ особенностей применения порошковых покрытий на основе никеля при востановлении автомобильных деталей / С.В. Зотов, А.С. Лимарев, И.Ю. Мезин, И.Г. Гун, И.В. Понурко // Теория и технология металлургического производства. 2020. Т. 32. № 1. С. 50-54.
14. Ryzhonkov D.I., Konyukhov Yu.V., Nguyen V.M. Kinetic Regularities and Mechanisms of Hydrogen Reduction of Nanosized Oxide Materials in Thin Layers // Nanotechnologies in Russia. 2017. Vol. 12. No. 11-12. P. 620-626.
15. Махоткина Е.С., Шубина М.В. Шлаки процесса прямого восстановления железа как источник получения ванадия и титана // Теория и технология металлургического производства. 2015. Т. 17. № 2. С. 60-65.
16. Свойства наноразмерных порошков железа, полученных химико-металлургическим методом с применением поверхностно-активных веществ / Ю.В. Конюхов, В.В. Левина, Д.И. Рыжонков, И.И. Пузик // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. № 5-6. С. 158-163.
17. Магнитные свойства нанопорошков Fe, Co, Ni, полученных химико-металлургическим методом / Т.Х. Нгуен, Ю.В. Конюхов, В.М. Нгуен, В.В. Левина, Д.Ю. Карпенков // XXII Международная конференция по постоянным магнитам, Суздаль, 23-27 сентября 2019 г.: сб. тезисов. М., 2019. С. 104–105.
18. Нгуен В.М., Конюхов Ю.В., Рыжонков Д.И. Исследование влияния электромагнитного поля и энергомеханической обработки на процесс получения наноразмерных порошков металлического кобальта восстановлением водородом // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. No. 2. С. 96-101.
19. Вершинин Н.П. Установки активации процессов. Использование в промышленности и в сельском хозяйстве. Экология. Ростов-на-Дону, 2004. 314 с.
20. Конюхов Ю.В. Разработка научно-технологических основ получения нанопорошков из техногенного сырья и модифицирования материалов с применением энергомеханической обработки: дис. … д-ра техн. наук. М.: МИСиС. 2018. 303 с.
21. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1989. 392 с.
22. McKewan W.M. Kinetics of iron oxide reduction // Trans. Met. Soc. AIME. 1960. Vol. 218. P. 2-6.