Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65190510.31857/S2686953524030035ZJDQRWCHEMICAL TECHNOLOGYХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯResearch ArticleThe change of phase composition and the morphology of particles of hydrothermal titanosilicate precipitates during their agingИзменение фазового состава и морфологии частиц при старении осадков титаносиликатов щелочных металловGerasimovaL. G.ГерасимоваЛ. Г.
Russian Federation
l.gerasimova@ksc.ruShchukinaE. S.ЩукинаЕ. С.
Russian Federation
l.gerasimova@ksc.ruNikolaevA. I.НиколаевА. И.
Russian Federation

Corresponding Member of the RAS

член-корреспондент РАН

l.gerasimova@ksc.ruVinogradovaS. V.ВиноградоваС. В.
Russian Federation
l.gerasimova@ksc.ruTananaev Institute of Chemistry – Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук”031120245161212902022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651905

During the study of phase formation under conditions of hydrothermal synthesis of alkaline titanosilicate systems (NH₄)₂TiO(SO₄)₂⋅H₂O или TiOSO₄⋅H₂O-Na₂SiO₃-NaOH-H₂O it was found that the formed titanosilicate solid phases differ both in composition and structure. The process of their aging under conditions of long-term exposure without forced heating is accompanied mainly by the loss of free water without noticeable structural and morphological changes. The exposure to the temperature of 70–100°С significantly accelerates the process of solid phase transformation. In these conditions, a porous system of particles is formed, which is confirmed by an increase in their specific surface area and total pore volume, as well as by an increase in the activity of the powders to absorb single- and double-charged cations. The effectiveness of hydrochloric acid treatment of fresh and especially aged precipitates on the ordering of the structure with the formation of crystals of a clear frame shape, inherent in the minerals zorite and ivanyukite, which contributes to increasing the sorption capacity of the final product is shown. The obtained results are used to adjust the technological regulations, which are used to test the technology of titanosilicate sorbent on the pilot plant.

При изучении фазообразования в условиях гидротермального синтеза щелочных титаносиликатных систем (NH₄)₂TiO(SO₄)₂⋅H₂O или TiOSO₄⋅H₂O-Na₂SiO₃-NaOH-H₂O установлено, что образующиеся титаносиликатные осадки отличаются как по составу, так и по структуре. Процесс их старения в условиях длительной выдержки без принудительного нагревания сопровождается в основном потерей свободной воды без заметных структурных и морфологических изменений. Под воздействием температуры процесс преобразования твердых фаз значительно ускоряется, при этом в частицах формируются поры. В результате получены образцы сорбентов, которые, по сравнению с исходным материалом, характеризуются повышением значений удельной поверхности и общего объема пор, а также более активным поглощением катионов Cs+, Sr2+, Co2+. Установлено, что при обработке сорбентов, полученных из свежих или состаренных титаносиликатных осадков раствором соляной кислоты, происходит упорядочивание первичных частиц с формированием хорошо ограненных кристаллов, структура которых соответствует минералам зориту и иванюкиту, что способствует повышению сорбционной емкости конечного продукта. Полученные результаты использованы для корректировки технологии получения титаносиликатного сорбента на пилотной установке.

titanosilicate precipitatesorbentagingstructural changessorption capacitymorphological propertiesspecific surface areaтитаносиликатный осадоксорбентстарениеструктурные изменениясорбционная емкостьморфологические свойстваудельная поверхностьМинистерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation122022400094-1Huang Z., Chen C., Хie J., Wang Z. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2016. V. 118. P. 225–230. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2016.02.006Venkataraman К., Thomas G.S. // ACS Omega. 2022. V. 7. № 6. P. 5393–5400. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c06630Чемерис О.Н. Физико-химическое исследование гидроксидов европия, гадолиния, тербия и систем на их основе: Дис. ... канд. хим. наук: 02.00.01: Краснодар, 2003. 125 с.Чалый В.П. Гидроокиси металлов (Закономерности образования, состав, структура и свойства). Киев: Наукова думка, 1972. 153 с.Zubkova N.V., Pushcharovsky D.Yu., Giester G., Pekov I.V., Turchkova A.G., Chukanov N.V., Tillmanns E. // Crystallogr. Rep. 2005. V. 50. № 3. P. 367–373. https://doi.org/10.1134/1.1927591Du H., Zhou F., Pang W., Yue Y. // Microporous Mater. 1996. V. 7. № 2–3. P. 73–80. https://doi.org/10.1016/0927-6513(96)00014-4Lin Z., Ferdov S. // Microporous Mesoporous Mater. 2022. V. 335. 111835. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2022.111835Gerasimova L.G., Nikolaev A.I., Artemenkov A.G., Shchukina E.S., Maslova M.V., Kiselev Yu.G. // Theor. Found. Chem. Eng. 2023. V. 57. № 5. P. 1066–1072. https://doi.org/10.1134/S0040579523050093Samburov G.O., Kalashnikova G.O., Panikorovskii T.L., Bocharov V.N., Kasikov A.G., Selivanova E.A., Bazai A.V., Bernadskaya D., Yakovenchuk V.N., Krivovichev S.V. // Crystals. 2022. V. 12. № 3. 311. https://doi.org/10.3390/cryst12030311Panikorovskii T.L., Yakovenchuk V.N., Yanicheva N.Yu., Pakhomovsky Ya.A., Shilovskikh V.V., Bocharov V.N., Krivovichev S.V. // Mineral. Mag. 2021. V. 85. № 4. P. 607–619. https://doi.org/10.1180/mgm.2021.51Герасимова Л.Г., Щукина Е.С., Маслова М.В., Николаев А.И. // Докл. РАН. Химия, науки о материалах. 2023. Т. 513. С. 86–92. https://doi.org/10.31857/S2686953523700255Щукина Е.С., Герасимова Л.Г., Охрименко Р.Ф. // Хим. технол. 2012. Т. 13. № 5. С. 263–267.Gerasimova L.G., Maslova M.V., Shchukina E.S. // Theor. Found. Chem. Eng. 2009. V. 43. № 4. P. 464–467. https://doi.org/10.1134/S0040579509040186Thomas М., Bąk J., Królikowska J. // Desalination and Water Treatment. 2020. V. 208. P. 261–272. https://doi.org/10.5004/dwt.2020.26689Гимаева М.В., Валинурова Э.Р., Игдавлетова Д.К., Петрова О.П., Кудашева Ф.Х. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12. № 2. С. 267–273.Герасимова Л.Г., Щукина Е.С., Маслова М.В., Семушин В.В. // Изв. ВУЗов. Сер. Химия и хим. технол. 2021. Т. 64. № 8. С. 115–122. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216408.6411