Гидротермальный синтез нанодисперсной «железной слюдки» из желтого железоокисного пигмента

Abstract

Изучено влияние температуры предварительной термообработки на воздухе желтого железоокисного пигмента (фаза a-FeОOН) в интервале температур t от 150 до 200 °С на дисперсный состав «железной слюдки» (фаза a-Fe2O3 с пластинчатой формой кристаллов), которая образуется при гидротермальной обработке (230+5 °С) образцов желтого железоокисного пигмента в водном растворе гидроксида калия с концентрацией 3,5 моль/л. Установлено, что с увеличением температуры предварительной термообработки от 150 до 200 °С размер областей когерентного рассеяния, рассчитанный из данных рентгенофазового анализа и средний размер кристаллов d «железной слюдки» (в плоскости пластины), наблюдаемый с помощью растрового электронного микроскопа, уменьшаются по сравнению с образцами, не прошедшими предварительную термообработку, соответственно в ~ 2 и ~ 20 раз. Существенное изменение формы кристаллов исходной (a-FeOOH - игольчатая форма кристаллов) и образующейся фаз (a-Fe2O3 - пластинчатая форма кристаллов) при фазовом превращении свидетельствует о том, что превращение a-FeOOH ^ a-Fe2O3 протекает по механизму «растворение - осаждение» путем растворения кристаллов неравновесной в данных термодинамических условиях фазы (a-FeOOH), образования зародышей и роста кристаллов равновесной фазы (a-Fe2O3). Сделан вывод об образовании зародышей a-Fe2O3 на поверхности кристаллов желтого железоокисного пигмента в процессе предварительной термообработки. Количество образовавшихся зародышей тем больше, чем выше температура t и продолжительность т предварительной термообработки. Эти параметры (t и т) позволяют целенаправленно варьировать количество зародышей a-Fe2O3 и, как следствие, дисперсный состав «железной слюдки». The temperatures within the 150-200 °C interval of preliminary heat treatment of yellow iron oxide pigment (the a-FeOOH phase) influence the disperse composition of “iron mica” (the a-Fe2O3 phase with platelet crystals), which is formed at hydrothermal treatment (230+5 °С) of the samples of yellow iron oxide pigment in aqueous solution of potassium hydroxide with 3.5 M concentration. It has been found that increasing temperature of preliminary heat treatment from 150 to 200 °C leads to decreasing sizes of coherent scattering regions, calculated from the X-ray phase analysis data, as well as the mean size of the d crystals of “iron mica” (in the plate plane), observed with the use of scanning electron microscope, by ~ 2 and ~ 20 times, respectively, compared to the samples without preliminary heat treatment. Significant change in the form of the crystals of initial (a-FeOOH has needle-like crystals) and resultant phases (a-Fe2O3 has platelet crystals) during phase transition testifies that the transformation of a-FeOOH into a-Fe2O3 proceeds according to the “dissolution - precipitation” mechanism, by way of dissolution of the phase that is nonequilibrial at the given thermodynamic conditions (a-FeOOH), formation of nuclei and growth of the equilibrium phase crystals (a-Fe2O3). The conclusion has been made concerning formation of the a-Fe2O3 nuclei on the surface of the yellow iron oxide crystals in the process of preliminary heat treatment. The number of the formed nuclei is greater at higher temperature t and duration x of the preliminary heat treatment. These parameters (t and x) let intentionally vary the number of the a-Fe2O3 nuclei, and, consequently, the disperse composition of “iron mica”.