Механізм дії лужних реагентів на процес формування золів та гідрогелів гідратованого діоксиду цирконію (ГДЦ) при нейтралізації водного розчину оксихлориду цирконію. Вплив хімічної та гідротермальної обробок на сорбційні та кислотні властивості ГДЦ.
Аннотация к работе
АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наукНауковий керівник:академік НАН України, доктор хімічних наук, професор СТРЕЛКО Володимир Васильович, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, директор, завідувач відділу сорбції та тонкого неорганічного синтезу Офіційні опоненти:доктор хімічних наук, професор ЯЦИМИРСЬКИЙ Віталій Костянтинович Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Захист відбудеться “22” червня 2009 року о 16 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.03 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01601 м. З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка (м.В літературі описано спосіб одержання сферично гранульованого ГДЦ шляхом електролізу водних розчинів солей цирконію, їх перетворення в золі, а потім коагуляцію в гелі шляхом краплинної інжекції в концентровані розчини аміаку. Зокрема, раніше було розроблено спосіб золь-гель синтезу з використанням гексаметилентетраміну в якості комплексона і реагента, що нейтралізує кислі солі цирконію і уповільнює формування ГДЦ, створюючи тим самим умови для одержання відповідного гелю. Виходячи з викладеного, актуальною є розробка способу золь-гель синтезу сферично гранульованого гідратованого діоксиду цирконію, який базується на використанні мінеральних солей цирконію і нейтралізуючих реагентів, що діють при кімнатній температурі змішуваних розчинів у відсутності токсичних і дорогих домішок з метою одержання мезопоруватого сферично гранульованого матеріалу з високою питомою поверхнею, придатного для використання в якості адсорбентів та каталізаторів. Дисертаційну роботу виконано згідно з тематичними планами науково-дослідних робіт Інституту сорбції та проблем ендоекології НАН України: „Неорганічні іоніти та суперкислоти на основі змішаних оксидів металів” (№ держреєстрації 0102U002398), „Дослідження закономірностей та механізмів селективної сорбції аніонних і катіонних форм важких металів та радіонуклідів неорганічними іонітами” (№ держреєстрації 0105U001240), „Новітні золь-гель процеси в хімії оксидних сорбентів і каталізаторів” (№ держреєстрації 0108U004554), згідно науково-дослідної роботи для молодих вчених НАН України „Золь-гель методи синтезу нових сорбентів та каталізаторів на основі гідратованих оксидів цирконію та титану” (№ держреєстрації 0103U006678) та було підтримано Національною стипендією для молодих науковців Всесвітньої Федерації Вчених. · зясувати закономірності гелеутворення в системі оксихлорид цирконію - лужний нейтралізуючий реагент, вивчити вплив співвідношення і концентрацій вихідних компонентів та температури на швидкість переходу золю в гель з використанням методів ротаційної візкозиметрії та фізико-хімічної механіки;Важливо відмітити, що при синтезі ГДЦ за кімнатної температури було застосовано нову двостадійну схему нейтралізації водного розчину оксихлориду цирконію лужними реагентами: І стадія: ZROCL2 неорганічний лужний реагент (NH4OH, MEO, MEOH, MEHCO3, де Ме-лужний/лужно-земельний метал)® ZRO(OH)Cl·H2O Таким чином, було виявлено, що подальше додавання „мяких” лужних реагентів на ІІ стадії процесу, тобто після нейтралізації гідролізної HCL в водному розчині ОХЦ на І стадії, дає можливість надійно реалізувати золь-гель процес, наприклад, в системі ZROCL2 - неорганічний лужний реагент - CH3COONH4 у відсутності раніше запропонованих інгібіторів гелеутворення - дорогих і токсичних органічних комплексонів (гексаметилентетраміну, карбамату, ацетаміду і ціанату амонію). Підвищення РН вихідного розчину ОХЦ під час процесу його нейтралізації на І стадії (розчин ГХЦ) викликає димеризацію поліядерних катіонів цирконію (IV) з утворенням октамерів. Враховуючи факт нестабільності розчину ГХЦ у часі, було проведено дослідження впливу хімічної природи та агрегатного стану лужних реагентів на першій стадії нейтралізації розчину ОХЦ на властивості одержуваних розчинів ГХЦ, перш за все, їх РН і ступінь гідролізу ГХЦ. Цей процес пояснюється схемою (рис.1): В деяких дослідах в якості додаткового нейтралізуючого реагенту, було використано карбамід з метою зниження концентрації оцтової кислоти, яка утворюється під час нейтралізації розчину ГХЦ ацетатом амонію на ІІ стадії нейтралізації в гранулах гідрогелю та підвищує їх розчинність і небажане старіння при зберіганні.Вивчено закономірності гелеутворення ГДЦ при нейтралізації водного розчину оксихлориду цирконію лужними реагентами різної природи та досліджено механізм їх дії. Вперше встановлено подвійну дію карбаміду як відомого нейтралізуючого реагенту, а також як комплексона-уповільнювача процесу формування ГДЦ, що призводить до контрольованого гелеутворення при синтезі ГДЦ. На основі проведених досліджень, розроблено новий високоефективний спосіб золь-гель синтезу екологічно чистого сферично гранульованого гідратованого діоксиду цирконію (ГДЦ).