powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2021-1-4-11powder-586Research ArticleПроцессы получения и свойства порошковProduction Processes and Properties of PowdersВлияние концентрации гидрогеля пентаоксида ванадия, нанесенного на алюминий марки АСД-4, на его структурно-адсорбционные свойстваThe effect of the concentration of vanadium pentoxide hydrogel applied on ASD-4 grade aluminum on its structural and adsorption propertiesРябинаА. В.RyabinaA. V.

канд. хим. наук, науч. сотр. лаборатории физикохимии дисперсных систем

620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

Cand. Sci. (Chem.), research scientist of the Laboratory «Physical chemistry of disperse systems»

620990, Ekaterinburg, Pervomaiskaya str., 91

anna-ryabina@yandex.ruШевченкоВ. Г.ShevchenkoV. G.

докт. хим. наук, гл. науч. сотр., зав. лабораторией физикохимии дисперсных систем

г. Екатеринбург

Dr. Sci. (Chem.), chief scientific officer, head of the Laboratory «Physical chemistry of disperse systems»

Ekaterinburg

shevchenko@ihim.uran.ruИнститут химии твердого тела (ИХТТ) УрО РАНРоссияInstitute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (ISSC UB RAS)Russian Federation20211603202101411Copyright © НИТУ "МИСИС", 20212021НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/586

Методом низкотемпературной адсорбции азота изучено влияние концентрации гидрогеля пентаоксида ванадия (V2O5) в концентрациях 5 и 10 %, нанесенного на алюминий марки АСД-4, на его структурно-адсорбционные свойства. В качестве адсорбата использован азот особой чистоты. Были измерены изотермы адсорбции и рассчитаны удельная поверхность и пористость порошков, приведены результаты исследования морфологии. Поскольку графики БЭТ линейны в диапазоне относительных давлений от 0,05 до 0,35 Р/Р0, модель БЭТ хорошо применима для определения удельной площади поверхности образцов. Для образца АСД-4, по нашим расчетам, она составила 0,65 м2/г, для состава АСД-4 + 5 % V2O5 – 6 м2/г, для АСД-4 + 10 % V2O5 – 16 м2/г. То есть нанесение гидрогеля увеличивает удельную поверхность исходного АСД-4 более чем в десятки раз. Гранулометрический анализ показал, что после нанесения гидрогеля оба образца имеют достаточно узкое распределение частиц по размерам, что говорит о монодисперсности систем. Для АСД-4 средний размер частиц составил ~5÷7 мкм, для образца АСД-4 + 5 % V2O5 – около 9 мкм, для АСД-4 + 10 % V2O5 – 11 мкм. Установлено что благодаря слоистой структуре нанесенного ксерогеля в модифицированном образце появились мезопоры, радиус которых составил 35–40 Å. Показано, что наибольшей адсорбционной активностью обладает образец АСД-4 + 10 % V2O5 .

The effect of the concentration of V2O5 vanadium pentoxide hydrogel applied in concentrations 5 and 10 % on ASD-4 grade aluminum, on its structural and adsorption properties was studied by the low-temperature nitrogen adsorption method. High-purity nitrogen was used as an adsorbate. Adsorption isotherms were measured with the specific surface area and porosity of powders calculated and results of morphology studies presented. Since BET diagrams are linear in the interval of relative pressures from 0.05 to 0.35 Р/Р0 , the BET model is well applicable for the calculation of the specific surface area of samples. According to our calculations, the specific surface area was 0.65 m2/g for ASD-4 sample, 6 m2/g for ASD-4 + 5 % V2O5 composition, and 16 m2/g for ASD-4 + 10 % V2O5. Therefore, hydrogel application increases the specific surface area of initial ASD-4 tenfold and more. Grain size analysis showed that both samples have a rather narrow particle size distribution after hydrogel application, which indicates the monodispesity of the system. The average particle size was ~5÷7 μm for ASD-4, ~9 μm for ASD-4 + 5 % V2O5 , and ~11 μm for ASD-4 + 10 % V2O5. It was established that mesopores 35 to 40 Å in radius appeared in the modified sample due to the layered structure of xerogel applied. It was shown that the ASD-4 + 10 % V2O5 sample exhibits the greatest adsorption activity.

адсорбцияпористостьпентаоксид ванадияксерогельмезопорыadsorptionporosityvanadium pentoxidexerogelmesoporesРабота выполнена по госбюджетной теме № АААА-А19-119031890028-0.The research was carried out on State-Funded Topic No. АААА-А19-119031890028-0.ReferencesМоррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир, 1980.Morrison S. Chemical physics of solid state surface. Moscow: Mir, 1980 (In Russ.).Петров И.Я., Трясунов Б.Г. Структура и каталитические свойства нанесенных оксидно-молибденовых, оксидно-ванадиевых и оксидно-хромовых катализаторов дегидрирования углеводородов. VII. Приготовление и фазовый состав нанесенных оксидно-ванадиевых катализаторов. Вестн. КузГТУ. 2007. No. 3. С. 84—93.Petrov I.Ya., Tryasunov B.G. The structure and catalytic properties of supported molybdenum oxide, vanadium oxide and chromium oxide catalysts of hydrocarbon dehydration. VII. Preparation and phase composition of supported vanadium oxide catalysts. Vestnik KuzGTU. 2007. No. 3. P. 84—93 (In Russ.).Takahashi H., Shiotani M., Kobayashi H., Sohma J. ESR study of V2 O 5 catalyst on carriers J. Catal. 1969. Vol. 14. No. 1. P. 134—141.Takahashi H., Shiotani M., Kobayashi H., Sohma J. ESR study of V2 O 5 catalyst on carriers J. Catal. 1969. Vol. 14. No. 1. P. 134—141.Стайлз Элвин Б. Носители и нанесенные катализаторы. Теория и практика. Пер. с англ. Под ред. А.А. Слинкина. М.: Химия, 1991.Stayes Alvin B. Catalyst supports and supported catalysts. Theoretical and applied concepts. Guildford: Butterworths Scientific Ltd., 1987.Воробьев Л.Н., Бадалова И.К., Талипов Г.Ш. Изучение структуры алюмованадиевых катализаторов методом ЭПР. Узбек. хим. журн. 1976. No. 6. С. 20—22.Vorob’ev L.N., Badalova I.K., Talipov G.Sh. EPR study of the structure of alumo-vanadium catalysts. Uzbek. khimicheskii zhurnal. 1976. No. 6. P. 20—22 (In Russ.).Vernardou D. State of the art of chemically grown vanadium pentoxide nanostructures with enhanced electrochemical properties. Adv. Mater. Lett. 2013. No. 4(11). Р. 798—810.Vernardou D. State of the art of chemically grown vanadium pentoxide nanostructures with enhanced electrochemical properties. Adv. Mater. Lett. 2013. No. 4(11). Р. 798—810.Chernova N.A. Layered vanadium and molybdenum oxides: batteries and electrochromics. J. Mater. Chem. 2009. No. 19. Р. 2526—2552.Chernova N.A. Layered vanadium and molybdenum oxides: batteries and electrochromics. J. Mater. Chem. 2009. No. 19. Р. 2526—2552.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Конюкова А.В., Красильников В.Н. Способ активации порошка алюминия: Пат. 2509790 (РФ). 2014.Shevchenko V.G., Eselevich D.А., Konyukova А.V., Krasil’nikov V.N. Method of activation of aluminum powder: Pat. 2509790 (RF). 2014 (In Russ.).Витязь П.А. Классификация свойств пористых материалов. Порошк. металлургия. 1998. No. 12. С. 72—77.Vityaz’ P.А. The classification of properties of porous materials. Poroshkovaya metallurgiya. 1998. No. 12. P. 72—77 (In Russ.).Шевченко В.Г., Красильников В.Н., Еселевич Д.А., Конюкова А.В., Анчаров А.И., Толочко Б.П. Влияние V2 O 5 на механизм окисления порошка АСД-4. Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51. No. 5. С. 70—76.Shevchenko V.G., Krasil’nikov V.N., Eselevich D.А., Konyukova А.V., Ancharov А.I., Tolochko B.P. The effect of V2O5 on the mechanism of oxidation of АSD-4 powder. Fizika goreniya i vzryva. 2015. Vol. 51. No. 5. P. 70—76 (In Russ.).Рябина А.В., Кононенко В.И. Удельная поверхность дисперсных материалов на основе алюминия. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. No. 2. С. 3—7.Ryabina А.V., Kononenko V.I. The specific surface of dispersed materials based on aluminum. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universities’ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2014. No. 2. P. 3—7 (In Russ.).Волков В.Л. Фазы внедрения на основе оксидов ванадия. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987.Volkov V.L. Interstitial phases based on vanadium oxides. Sverdlovsk: UNTs AN SSSR, 1987 (In Russ.).Zhao J., Wang G., Li X., Li C. Intercalation of conducting poly (N-propane sulfonic acid aniline) in V2 O5 xerogel. J. Appl. Polymer Sci. 2007. Vol. 103. P. 2569—2574.Zhao J., Wang G., Li X., Li C. Intercalation of conducting poly (N-propane sulfonic acid aniline) in V2 O5 xerogel. J. Appl. Polymer Sci. 2007. Vol. 103. P. 2569—2574.Lee C.-Y., Marschilok A.C., Subramanian A., Takeuchi K.J., Takeuchi E.S. Synthesis and characterization of sodium vanadium oxide gels: The effects of water (n) and sodium (x) on the electrochemistry of Nax V2O5 ·nH2O. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. Vol. 13. P. 18047—18054.Lee C.-Y., Marschilok A.C., Subramanian A., Takeuchi K.J., Takeuchi E.S. Synthesis and characterization of sodium vanadium oxide gels: The effects of water (n) and sodium (x) on the electrochemistry of Nax V2O5 ·nH2O. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. Vol. 13. P. 18047—18054.Livage J. Vanadium pentoxide gels. Chem. Mater. 1991. Vol. 3. No. 4. Р. 578—593.Livage J. Vanadium pentoxide gels. Chem. Mater. 1991. Vol. 3. No. 4. Р. 578—593.Bailes M., Stone F.S. Heterogeneity of V2O5 /Al2O3 as studied by water vapour adsorption microcalorimetry. Catal. Today. 1991. Vol. 10. No. 3. P. 303—313.Bailes M., Stone F.S. Heterogeneity of V2O5 /Al2O3 as studied by water vapour adsorption microcalorimetry. Catal. Today. 1991. Vol. 10. No. 3. P. 303—313.Avansi W., Ribeiro C., Leite E.R., Matelaro V.R. Growth kinetics of vanadium pentoxide Nanostructures under hydrothermal conditions. J. Cryst. Growth. 2010. No. 312. Р. 3555—3559.Avansi W., Ribeiro C., Leite E.R., Matelaro V.R. Growth kinetics of vanadium pentoxide Nanostructures under hydrothermal conditions. J. Cryst. Growth. 2010. No. 312. Р. 3555—3559.Legendre J.J. Vanadium pentoxide nanostructures: An effective control of morphology and crystal structure in hydrothermal conditions. J. Colloid. A. Interface Sci. 1983. Vol. 94. No. 1. Р. 75—83.Legendre J.J. Vanadium pentoxide nanostructures: An effective control of morphology and crystal structure in hydrothermal conditions. J. Colloid. A. Interface Sci. 1983. Vol. 94. No. 1. Р. 75—83.Inomata M., Mori K., Murakami Y. Structures of supported vanadium oxide catalysts. 1. Vanadium (V) oxide/titanium dioxide (anatase), vanadium (V) oxide/titanium dioxide (rutile), and vanadium (V) oxide/titanium dioxide (mixture of anatase with rutile). J. Phys. Chem. 1983. Vol. 87. No. 5. P. 761—768.Inomata M., Mori K., Murakami Y. Structures of supported vanadium oxide catalysts. 1. Vanadium (V) oxide/titanium dioxide (anatase), vanadium (V) oxide/titanium dioxide (rutile), and vanadium (V) oxide/titanium dioxide (mixture of anatase with rutile). J. Phys. Chem. 1983. Vol. 87. No. 5. P. 761—768.Грег С., Синг К. Адсорбция. Удельная поверхность. Пористость. Пер. с англ. 2-е изд. М.: Мир, 1984.Greg S., Sing K. Adsorption. Specific surface. Porosity. 2-nd ed. Academic Press, 1982.Линсен Б.Г. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов. М.: Мир, 1973Linsen B.G. Structure and properties of adsorbents and catalysts. Moscow: Mir, 1973 (In Russ.).Карнаухов А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1999.Karnaukhov А.P. Adsorption. Texture of dispersed and porous materials. Novosibirsk: Nauka, Sib. otd., 1999 (In Russ.).Фенелонов В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов. 2-е изд., испр. и доп. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004.Fenelonov V.B. Introduction to physical chemistry of formation of supramolecular structure of adsorbents. 2-nd ed. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2004 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.