Визначення технологічних параметрів Zn-Al подвійно-шарових гідроксидів, як матриці для інтеркалювання функціональними аніонами, при різних умовах синтезу
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254496Ключові слова:
Zn–Al подвійно-шаровий гідроксид, інтеркалювання, нітрат, вихід продукту, швидкість седиментаціїАнотація
Подвійно-шарові гідроксиди, особливо Zn-Al, є цінними основами для інтеркалювання різних функціональних аніонів: барвниками, лікарськими засобами, харчовими добавками тощо. Для цілеспрямованої розробки та оптимізації технології синтезу функціональних матеріалів на основі Zn-Al подвійно-шарових гідроксидів були визначені технологічні параметри зразків Zn-Al-нітратного подвійно-шарового гідроксиду (Zn:Al=4:1), синтезованих при швидкостях подачі розчинів 0,8 и 1,6 л/год, рН=7, 8, 9, 10 и t=10, 20, 30, 40, 50 та 60 °С. Значення виходу зразків визначені гравіметричним методом. Швидкість седиментації вивчена шляхом вимірюванням нормалізованої товщини шару осаду (відносно початкової товщини шару) протягом 30 хвилин відстоювання. Виявлено, що при збільшенні рН синтезу виход зростає з 74,68 % до 83,54 %. Збільшення швидкості подачі розчинів призводить до зниження виходу. На залежності виходу від температури синтезу було виділено дві ділянки: 10–20 °С, 30–60 °С, в межах яких збільшення температури призводить до зниження виходу. Показано, що при збільшенні рН синтезу та швидкості додавання розчинів швидкість седиментації суттєво зростає. При рН=10 практично повне осадження зразка відбувається протягом перших 5 хвилин. Отримані дані вказують, що рН нульового заряду часток Zn-Al-NO3 подвійно-шарового гідроксиду близький до 10. Виявлено, що збільшення температури знижує швидкість седиментації. При цьому виявлено аномально низьку швидкість седиментації при температурі синтезу 30 °С та аномально високу при температурі 50 °С. Отримані дані підтверджують висловлену раніше гіпотезу щодо зміни механізму або кінетики формування подвійно-шарового гідроксиду при температурах 30 °С и 50 °С
Посилання
- Kesavan Pillai, S., Kleyi, P., de Beer, M., Mudaly, P. (2020). Layered double hydroxides: An advanced encapsulation and delivery system for cosmetic ingredients-an overview. Applied Clay Science, 199, 105868. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105868
- Viseras, C., Sánchez-Espejo, R., Palumbo, R., Liccardi, N., García-Villén, F., Borrego-Sánchez, A. et. al. (2021). Clays in cosmetics and personal-care products. Clays and Clay Minerals, 69 (5), 561–575. doi: https://doi.org/10.1007/s42860-021-00154-5
- Zaichuk, A. V., Amelina, A. A. (2018). Blue-green ceramic pigments in the system Ca–MgO–Al2O3–SiO2–СоО–Cr2O3 based on granulated blast-furnace slag. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 6, 120–124. doi: https://doi.org/10.32434/0321-4095-2018-121-6-120-124
- Zaychuk, A. V., Belyy, Ya. I. (2012). Korichnevye keramicheskie pigmenty na osnove martenovskogo shlaka. Zhurnal prikladnoy khimii, 85 (10), 1595–1600.
- Zaychuk, A., Iovleva, J. (2013). The Study of Ceramic Pigments of Spinel Type with the Use of Slag of Aluminothermal Production of Ferrotitanium. Chemistry & Chemical Technology, 7 (2), 217–225. doi: https://doi.org/10.23939/chcht07.02.217
- Zaychuk, A. V., Belyy, Ya. I. (2013). Sovershenstvovanie sostavov i svoystv serykh keramicheskikh pigmentov. Steklo i keramika, 6, 32–37.
- Zaychuk, A. V., Amelina, A. A. (2017). Poluchenie uvarovitovykh keramicheskikh pigmentov s primeneniem granulirovannogo domennogo shlaka. Steklo i keramika, 3, 32–36.
- Khan, A. I., Ragavan, A., Fong, B., Markland, C., O’Brien, M., Dunbar, T. G. et. al. (2009). Recent Developments in the Use of Layered Double Hydroxides as Host Materials for the Storage and Triggered Release of Functional Anions. Industrial & Engineering Chemistry Research, 48 (23), 10196–10205. doi: https://doi.org/10.1021/ie9012612
- Mandal, S., Tichit, D., Lerner, D. A., Marcotte, N. (2009). Azoic Dye Hosted in Layered Double Hydroxide: Physicochemical Characterization of the Intercalated Materials. Langmuir, 25 (18), 10980–10986. doi: https://doi.org/10.1021/la901201s
- Mandal, S., Lerner, D. A., Marcotte, N., Tichit, D. (2009). Structural characterization of azoic dye hosted layered double hydroxides. Zeitschrift Für Kristallographie, 224 (5-6), 282–286. doi: https://doi.org/10.1524/zkri.2009.1150
- Wang, Q., Feng, Y., Feng, J., Li, D. (2011). Enhanced thermal- and photo-stability of acid yellow 17 by incorporation into layered double hydroxides. Journal of Solid State Chemistry, 184 (6), 1551–1555. doi: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2011.04.020
- Liu, J. Q., Zhang, X. C., Hou, W. G., Dai, Y. Y., Xiao, H., Yan, S. S. (2009). Synthesis and Characterization of Methyl-Red/Layered Double Hydroxide (LDH) Nanocomposite. Advanced Materials Research, 79-82, 493–496. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.79-82.493
- Tian, Y., Wang, G., Li, F., Evans, D. G. (2007). Synthesis and thermo-optical stability of o-methyl red-intercalated Ni–Fe layered double hydroxide material. Materials Letters, 61 (8-9), 1662–1666. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.07.094
- Hwang, S.-H., Jung, S.-C., Yoon, S.-M., Kim, D.-K. (2008). Preparation and characterization of dye-intercalated Zn–Al-layered double hydroxide and its surface modification by silica coating. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69 (5-6), 1061–1065. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.11.002
- Tang, P., Deng, F., Feng, Y., Li, D. (2012). Mordant Yellow 3 Anions Intercalated Layered Double Hydroxides: Preparation, Thermo- and Photostability. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51 (32), 10542–10545. doi: https://doi.org/10.1021/ie300645b
- Tang, P., Feng, Y., Li, D. (2011). Fabrication and properties of Acid Yellow 49 dye-intercalated layered double hydroxides film on an alumina-coated aluminum substrate. Dyes and Pigments, 91 (2), 120–125. doi: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2011.03.012
- Tang, P., Feng, Y., Li, D. (2011). Improved thermal and photostability of an anthraquinone dye by intercalation in a zinc–aluminum layered double hydroxides host. Dyes and Pigments, 90 (3), 253–258. doi: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2011.01.007
- Burmistr, M. V., Boiko, V. S., Lipko, E. O., Gerasimenko, K. O., Gomza, Y. P., Vesnin, R. L. et. al. (2014). Antifriction and Construction Materials Based on Modified Phenol-Formaldehyde Resins Reinforced with Mineral and Synthetic Fibrous Fillers. Mechanics of Composite Materials, 50 (2), 213–222. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-014-9408-0
- Кovalenko, V., Kotok, V. (2017). Selective anodic treatment of W(WC)-based superalloy scrap. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (85)), 53–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91205
- Shamim, M., Dana, K. (2017). Efficient removal of Evans blue dye by Zn–Al–NO3 layered double hydroxide. International Journal of Environmental Science and Technology, 15 (6), 1275–1284. doi: https://doi.org/10.1007/s13762-017-1478-9
- Mahjoubi, F. Z., Khalidi, A., Abdennouri, M., Barka, N. (2017). Zn–Al layered double hydroxides intercalated with carbonate, nitrate, chloride and sulphate ions: Synthesis, characterisation and dye removal properties. Journal of Taibah University for Science, 11 (1), 90–100. doi: https://doi.org/10.1016/j.jtusci.2015.10.007
- Pahalagedara, M. N., Samaraweera, M., Dharmarathna, S., Kuo, C.-H., Pahalagedara, L. R., Gascón, J. A., Suib, S. L. (2014). Removal of Azo Dyes: Intercalation into Sonochemically Synthesized NiAl Layered Double Hydroxide. The Journal of Physical Chemistry C, 118 (31), 17801–17809. doi: https://doi.org/10.1021/jp505260a
- Darmograi, G., Prelot, B., Layrac, G., Tichit, D., Martin-Gassin, G., Salles, F., Zajac, J. (2015). Study of Adsorption and Intercalation of Orange-Type Dyes into Mg–Al Layered Double Hydroxide. The Journal of Physical Chemistry C, 119 (41), 23388–23397. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b05510
- Marangoni, R., Bouhent, M., Taviot-Guého, C., Wypych, F., Leroux, F. (2009). Zn2Al layered double hydroxides intercalated and adsorbed with anionic blue dyes: A physico-chemical characterization. Journal of Colloid and Interface Science, 333 (1), 120–127. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.02.001
- El Hassani, K., Beakou, B. H., Kalnina, D., Oukani, E., Anouar, A. (2017). Effect of morphological properties of layered double hydroxides on adsorption of azo dye Methyl Orange: A comparative study. Applied Clay Science, 140, 124–131. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.02.010
- Abdellaoui, K., Pavlovic, I., Bouhent, M., Benhamou, A., Barriga, C. (2017). A comparative study of the amaranth azo dye adsorption/desorption from aqueous solutions by layered double hydroxides. Applied Clay Science, 143, 142–150. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.03.019
- Santos, R. M. M. dos, Gonçalves, R. G. L., Constantino, V. R. L., Santilli, C. V., Borges, P. D., Tronto, J., Pinto, F. G. (2017). Adsorption of Acid Yellow 42 dye on calcined layered double hydroxide: Effect of time, concentration, pH and temperature. Applied Clay Science, 140, 132–139. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.02.005
- Bharali, D., Deka, R. C. (2017). Adsorptive removal of congo red from aqueous solution by sonochemically synthesized NiAl layered double hydroxide. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5 (2), 2056–2067. doi: https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.04.012
- Ahmed, M. A., brick, A. A., Mohamed, A. A. (2017). An efficient adsorption of indigo carmine dye from aqueous solution on mesoporous Mg/Fe layered double hydroxide nanoparticles prepared by controlled sol-gel route. Chemosphere, 174, 280–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.01.147
- Arizaga, G. G. C., Gardolinski, J. E. F. da C., Schreiner, W. H., Wypych, F. (2009). Intercalation of an oxalatooxoniobate complex into layered double hydroxide and layered zinc hydroxide nitrate. Journal of Colloid and Interface Science, 330 (2), 352–358. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2008.10.025
- Andrade, K. N., Pérez, A. M. P., Arízaga, G. G. C. (2019). Passive and active targeting strategies in hybrid layered double hydroxides nanoparticles for tumor bioimaging and therapy. Applied Clay Science, 181, 105214. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105214
- Kovalenko, V., Kotok, V., Yeroshkina, A., Zaychuk, A. (2017). Synthesis and characterisation of dyeintercalated nickelaluminium layereddouble hydroxide as a cosmetic pigment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 27–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109814
- Cursino, A. C. T., Rives, V., Arizaga, G. G. C., Trujillano, R., Wypych, F. (2015). Rare earth and zinc layered hydroxide salts intercalated with the 2-aminobenzoate anion as organic luminescent sensitizer. Materials Research Bulletin, 70, 336–342. doi: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.04.055
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). “Smart” anticorrosion pigment based on layered double hydroxide: construction and characterization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (100)), 23–30. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176690
- Carbajal Arízaga, G. G., Sánchez Jiménez, C., Parra Saavedra, K. J., Macías Lamas, A. M., Puebla Pérez, A. M. (2016). Folate‐intercalated layered double hydroxide as a vehicle for cyclophosphamide, a non‐ionic anti‐cancer drug. Micro & Nano Letters, 11 (7), 360–362. doi: https://doi.org/10.1049/mnl.2016.0106
- Ghotbi, M. Y., Hussein, M. Z. bin, Yahaya, A. H., Rahman, M. Z. A. (2009). LDH-intercalated d-gluconate: Generation of a new food additive-inorganic nanohybrid compound. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 70 (6), 948–954. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2009.05.007
- Hong, M.-M., Oh, J.-M., Choy, J.-H. (2008). Encapsulation of Flavor Molecules, 4-Hydroxy-3-Methoxy Benzoic Acid, into Layered Inorganic Nanoparticles for Controlled Release of Flavor. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 8 (10), 5018–5021. doi: https://doi.org/10.1166/jnn.2008.1385
- Rajamathi, M., Vishnu Kamath, P., Seshadri, R. (2000). Polymorphism in nickel hydroxide: role of interstratification. Journal of Materials Chemistry, 10 (2), 503–506. doi: https://doi.org/10.1039/a905651c
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Comparative investigation of electrochemically synthesized (α+β) layered nickel hydroxide with mixture of α-Ni(OH)2 and β-Ni(OH)2. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (92)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125886
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Influence of the carbonate ion on characteristics of electrochemically synthesized layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (97)), 40–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155738
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of the effect of tungstate ions on the electrochromic properties of Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (95)), 18–24. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145223
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Anionic carbonate activation of layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (99)), 44–52. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.169461
- Nalawade, P., Aware, B., Kadam, V. J., Hirlekar, R. S. (2009). Layered double hydroxides: A review. Journal of Scientific & Industrial Research, 68, 267–272. Available at: https://www.hazemsakeek.net/wp-content/uploads/2021/06/LDH.pdf
- Delhoyo, C. (2007). Layered double hydroxides and human health: An overview. Applied Clay Science, 36 (1-3), 103–121. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2006.06.010
- Hu, M., Lei, L. (2006). Effects of particle size on the electrochemical performances of a layered double hydroxide, [Ni4Al(OH)10]NO3. Journal of Solid State Electrochemistry, 11 (6), 847–852. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-006-0231-y
- Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Solovov, V. A., Kovalenko, P. V., Ananchenko, B. A. (2018). Effect of deposition time on properties of electrochromic nickel hydroxide films prepared by cathodic template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (9), 3076–3086. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2018/jeas_0518_7034.pdf
- Kotok, V., Kovalenko, V., Vlasov, S. (2018). Investigation of NiAl hydroxide with silver addition as an active substance of alkaline batteries. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (93)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133465
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Investigation of characteristics of double Ni–Co and ternary Ni–Co–Al layered hydroxides for supercapacitor application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (98)), 58–66. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.164792
- Xiao-yan, G., Jian-cheng, D. (2007). Preparation and electrochemical performance of nano-scale nickel hydroxide with different shapes. Materials Letters, 61 (3), 621–625. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.05.026
- Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A., Ananchenko, B. A., Chernyad’ev, A. V., Burkov, A. A. et. al. (2020). Al3+ Additive in the Nickel Hydroxide Obtained by High-Temperature Two-Step Synthesis: Activator or Poisoner for Chemical Power Source Application? Journal of The Electrochemical Society, 167 (10), 100530. doi: https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab9a2a
- Saikia, H., Ganguli, J. N. (2012). Intercalation of Azo Dyes in Ni-Al Layered Double Hydroxides. Asian Journal of Chemistry, 24 (12), 5909–5913. Available at: https://asianjournalofchemistry.co.in/User/ViewFreeArticle.aspx?ArticleID=24_12_134
- Kotok, V. A., Kovalenko, V. L. (2019). Non-Metallic Films Electroplating on the Low-Conductivity Substrates: The Conscious Selection of Conditions Using Ni(OH)2 Deposition as an Example. Journal of The Electrochemical Society, 166 (10), D395–D408. doi: https://doi.org/10.1149/2.0561910jes
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of multilayered electrochromic platings based on nickel and cobalt hydroxides. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (91)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121679
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Influence of ultrasound and template on the properties of nickel hydroxide as an active substance of supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (93)), 32–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133548
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Tartrazine-intercalated Zn–Al layered double hydroxide as a pigment for gel nail polish: synthesis and characterisation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (105)), 29–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205607
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Bifuctional indigocarminintercalated NiAl layered double hydroxide: investigation of characteristics for pigment and supercapacitor application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (104)), 30–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.201282
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Determination of the applicability of ZnAl layered double hydroxide, intercalated by food dye Orange Yellow S, as a cosmetic pigment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (107)), 81–89. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214847
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2021). The determination of synthesis conditions and color properties of pigments based on layered double hydroxides with Co as a guest cation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (114)), 32–38. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247160
- Kovalenko, V., Borysenko, A., Kotok, V., Nafeev, R., Verbitskiy, V., Melnyk, O. (2022). Determination of the dependence of the structure of Zn-Al layered double hydroxides, as a matrix for functional anions intercalation, on synthesis conditions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (115)), 12–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252738
- Vasserman, I. M. (1980). Khimicheskoe osazhdenie iz rastvorov. Leningrad: Khimiya, 208.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Vadym Kovalenko, Anastasiia Borysenko, Valerii Kotok, Rovil Nafeev, Volodymyr Verbitskiy, Olena Melnyk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.