Наноразмерные композиции системы LaPO4–ZrSiO4: синтез и физико-химические свойства

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

В соответствии с разработанной оригинальной методикой золь-гель синтеза композиций, основанной на раздельном осаждении компонентов (с приемом обратного осаждения) с последующим их смешением и спеканием, получены керамические композиты на основе системы LaPO4–ZrSiO4. Разработанная методика золь-гель синтеза основана на раздельном приготовлении коллоидных растворов LaPO4·nH2O и гидроксида циркония ZrO(OH)2, образованных после добавления раствора аммиака (золей), и спиртового раствора ТЭОС (геля) обратным осаждением и последующем смешении золей и геля с добавлением раствора аммиака для получения соответствующих композиций ((1-х)LaPO4·nH2O–x(H2SiO3–ZrO(OH)2)) в виде гелей. Методами РФА, ДСК/ТГ и сорбтометрии изучены физико-химические свойства порошков. Измерена микротвердость по Виккерсу керамических образцов, спеченных в интервале температур 1000–1300°C. На способ синтеза композитов на основе LaPO4 получен патент РФ. Минералоподобные матрицы на основе системы LaPO4–ZrSiO4 предполагается использовать для иммобилизации и захоронения отдельных изотопов актинид-редкоземельной фракции высокоактивных отходов.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Л. Мезенцева

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Autor responsável pela correspondência
Email: la_mez@mail.ru
Rússia, Санкт-Петербург

А. Осипов

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Rússia, Санкт-Петербург

В. Уголков

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Rússia, Санкт-Петербург

Л. Коптелова

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Rússia, Санкт-Петербург

Т. Хамова

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Rússia, Санкт-Петербург

Bibliografia

  1. Омельяненко Б.И., Лившиц Т. С., Юдинцев С. В., Никонов Б. С. Природные и искусственные минералы – матрицы для иммобилизации актиноидов // Геология рудных месторожд. 2007. Т. 49. № 3. С. 175–217.
  2. Wang L., Liang T. Ceramics for high level radioactive waste solidification // J. Adv. Ceramics. 2012. V. 1. № 3. P. 194–203.
  3. Меркушин А. О. Получение химически устойчивых матриц для иммобилизации актиноидной фракции ВАО // Дисс. к. х.н., Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева. – Москва, 2003 – 198 с.
  4. Burakov B.E., Ojovan M. I., Lee W. E. Crystalline materials for actinide immobilization. Imperial College Press, UK, Materials for Engineering, 2011. V. 1. 197 p.
  5. Glorieux B., Matecki M., Fayon F., Coutures J. P., Palau S., Douy A., Peraudeau G. Study of lanthanum orthophosphates polymorphism, in view of actinide conditioning // J. Nucl. Mater. 2004. V. 326. № 2–3. P. 156–162.
  6. Dacheux N., Clavier N., Podor R. Versatile monazite: Resolving geological records and solving challenges in materials science. Monazite as a promising long-term radioactive waste matrix: Benefits of high-structural flexibility and chemical durability // Am. Mineral. 2013. V. 98. № 5–6. P. 833–847.
  7. Schlenz H., Heuser J., Neumann A., Schmitz S., Bosbach D. Monazite as a suitable actinide waste form // Z. Kristallogr. (Cryst. Mater.). 2013. V. 228. № 3. P. 113–123.
  8. Grechanovsky A.E., Eremin N. N., Urusov V. S. Radiation resistance of LaPO4 (monazite structure) and YbPO4 (zircon structure) from data of computer simulation // Phys. Solid State. 2013. V. 55. № 9. P. 1929–1935.
  9. Vinogradova N.S., Shchapova Yu.V., Votyakov S. L., Ryzhkov M. V., Ivanovskii A. L. Electronic structure and relative radiation stability of orthophosphates LnPO4 (Ln = Ce, Nd, Sm) // J. Struct. Chem. 2014. V. 55. № 5. P. 809–815.
  10. Бураков Б. Е. Кристаллические минералоподобные матрицы для иммобилизации актиноидов. // Дисс. д.г-м.н., СПбГУ. – СПб. 2012. – 186 с.
  11. Burakov B.E., Anderson E. B., Rovsha V. S., Ushakov S. V., Ewing R. C., Lutze W., Weber W. J. Synthesis of zircon for immobilization of actinides // Mrs. Proc. 2011. V. 412. P. 33–39.
  12. Ferriss E.D.A., Ewing R. C., Becker U. Simulation of thermodynamic mixing properties of actinide-containing zircon solid solutions // Am. Mineral. 2010. V. 95. P. 229–241.
  13. Ding Y., Lu X., Dan H., Shu X., Zhang S., Duan T. Phase evolution and chemical durability of Nd-doped zircon ceramics designed to immobilize trivalent actinides // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 8. P. 10044–10050.
  14. Ding Y., Lu X., Tu H., Shu X., Dan H., Zhang S., Duan T. Phase evolution and microstructure studies on Nd3+ and Ce4+ co-doped zircon ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2015. V. 35. № 7. P. 2153–2161.
  15. Orlova A.I., Ojovan M. I. Ceramic mineral waste-forms for nuclear waste immobilization // Materials. 2019. V. 12. № 16. Article number 2638 (45 p.)
  16. Мезенцева Л.П., Осипов А. В., Криворучко Ю. А., Ловцова О. Ю., Коптелова Л. А. Керамические композиты на основе наноразмерного ортофосфата лантана и их свойства // Физ. хим. стекла. 2021. Т. 47. № 6. С. 678–688.
  17. Мезенцева Л.П., Осипов А. В., Уголков В. Л., Акатов А. А., Коптелова Л. А. Керамические композитные матрицы на основе системы LaPO4–ZrO2: Получение и свойства // Физ. хим. стекла. 2022. Т. 48. № 1. С. 44–51.
  18. Uraki A., Murata M., Daimon K., Hikichi Y., Ota T. Preparation and properties of LaPO4-contained machinable ZrSiO4 ceramics // Preprints of Annual Meeting of the Ceramic Society of Japan, 2003. Session ID: 1E35.
  19. Гречановский А.Е., Еремин Н. Н. Атомистическое компьютерное моделирование свойств смешения твердых растворов циркон ZrSiO4 – монацит LaPO4 и циркон ZrSiO4 – ксенотим YPO4 // Минерал. журн. 2016. Т. 38. № 3. С. 47–55.
  20. Патент РФ на изобретение № 2791913 «Способ получения керамических композитов на основе ортофосфата лантана», заявка № 2022108547, приоритет изобретения 29.03.2022 г., зарегистрировано в Гос. реестре изобретений РФ 14 марта 2023 г., патентообладатель Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН, авторы Мезенцева Л. П., Осипов А. В., Масленникова Т. П., Кручинина И. Ю., Любимцев А. С., Акатов А. А.
  21. Xiong X.-b., Ni X.-y., Li Y.-y., Chu C.-c., Zou J.-z., Zeng X.-r. A novel strategy for preparation of Si-HA coatings on C/C composites by chemical liquid vaporization deposition/hydrothermal treatments // Sci. Reports. 2016. V. 6. № 1. Article number 31309.
  22. Mezentseva L., Osipov A., Ugolkov V., Kruchinina I., Popova V., Yakovlev A., Maslennikova T. Solid solutions and thermal transformations in the nanosized LaPO4–YPO4–H2O and LaPO4–LuPO4–H2O systems // J. Ceram. Sci. Tech. 2014. V. 5. № 3. P. 237–244.
  23. Mezentseva L., Keskinova M., Osipov A., Sychov M. Preparation of ceramic composites by microwave sintering // Glass Phys. Chem. 2023. V. 49. Suppl. 1. P. S54–S65.
  24. Min W., Miyahara D., Yokoi K., Yamaguchi T., Daimon K., Hikichi Y., Matsubara T., Ota T. Thermal and mechanical properties of sintered LaPO4–Al2O3 composites // Mater. Res. Bull. 2001. V. 36. № 5–6. P. 939–945.
  25. Du A., Pan W., Ahmad K., Shi S., Qu Z., Wan C. Enhanced mechanical properties of machinable LaPO4/Al2O3 composites by spark plasma sintering // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2009. V. 6. № 2. P. 236–242.
  26. Wang R., Pan W., Chen J., Fang M., Meng J. Effect of LaPO4 content on the microstructure and machinability of Al2O3/LaPO4 composites // Mater. Lett. 2002. V. 57. № 4. P. 822–827.
  27. Suarez G., Acevedo S., Rendtorff N. M., Garrido L. B., Aglietti E. F. Colloidal processing, sintering and mechanical properties of zircon (ZrSiO4) // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 1. Pt. B. P. 1015–1021.
  28. Huang S., Li Q., Wang Z., Cheng X., Wen H. Effect of sintering aids on the microstructure and oxidation behavior of hot-pressed zirconium silicate ceramic // Ceram. Int. 2017. V. 43. № 1. Pt. A. P. 875–879.
  29. Rendtorff N.M., Grasso S., Hu C., Suarez G., Aglietti E. F., Sakka Y. Dense zircon (ZrSiO4) ceramics by high energy ball milling and spark plasma sintering // Ceram. Int. 2012. V. 38. № 3. P. 1793–1799.
  30. Gauna M.R., Conconi M. S., Suarez G., Aglietti E., Rendtorff N. M. Dense zircon (ZrSiO4) ceramics by a simple milling-sintering route // Sci. Sintering. 2018. V. 50. № 1. P. 15–28.
  31. Nakamori F., Ohishi Y., Muta H., Kurosaki K., Fukumoto K.-i., Yamanaka S. Mechanical and thermal properties of ZrSiO4 // J. Nucl. Sci. Technol. 2017. V. 54. № 11. P. 1267–1273.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Scheme of separate precipitation of components of compositions (1-x)LaPO4-nH2O-x(H2SiO3-ZrO(OH)2) to obtain precursor powders

Baixar (143KB)
Metadados
3. Fig. 2. X-ray diffractograms of precursor powders (1-h)LaPO4-nH2O-h(ZrO(OH)2-H2SiO3) synthesised by sol-gel method, for x = 0. 0 (1), 0.2 (2), 0.3 (3), 0.4 (4), 0.5 (5), 0.7 (6), 0.9 (7), and 1.0 (8); and bar diagram of LaPO4-nH2O from the ICDD-PDF 2 2022 database

Baixar (128KB)
Metadados
4. Fig. 3. DSC curves of precursor powders ((1-x)LaPO4-nH2O-x(ZrO(OH)2-H2SiO3) for x = 0.2 (curve 1, solid), 0.5 (curve 2, dashed,) and 0.9 (curve 3, dotted), and their corresponding TG curves (1, 2, 3)

Baixar (153KB)
Metadados
5. Fig. 4. Dependence of specific surface area of powders on composition, both initial and calcined at 850°C, for x = 0.0, 0.2, 0.5, 1.0

Baixar (64KB)
Metadados
6. Fig. 5. X-ray diffractograms of (1-x)LaPO4-xZrSiO4 powders after firing at 850°C (2 h) for x = 0.0 (1), 0.2 (2), 0.3 (3), 0.4 (4), 0.5 (5), 0.7 (6), 0.9 (7), and 1.0 (8); and bar diagram of LaPO4 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Baixar (186KB)
Metadados
7. Fig. 6. X-ray diffractograms of (1-x)LaPO4-xZrSiO4 samples after sintering at 1000°C (24 h) for x = 0.0 (1), 0.2 (2), 0.3 (3), 0.4 (4), 0.5 (5), 0.7 (6), 0.9 (7) and 1.0 (8), and bar diagram of LaPO4 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Baixar (188KB)
Metadados
8. Fig. 7. X-ray diffractograms of (1-x)LaPO4-xZrSiO4 samples after sintering at 1300°C (24 h), where x = 0.0 (1), 0.2 (2), 0.3 (3), 0.4 (4), 0.5 (5), 0.7 (6), 0.9 (7) and 1.0 (8), and bar diagram of LaPO4 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Baixar (200KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».