|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Химическая термодинамика стеклообразующих расплавовНИР
- Руководитель НИР: Куценок И.Б.
- Участники НИР: Грищенко Р.О., Мамонтов М.Н., Успенская И.А.
- Подразделение: Кафедра физической химии
- Срок исполнения: 20 декабря 2009 г. - 20 сентября 2012 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 42/10
- Номер ЦИТИС: 01201063167
- Тип: Прикладная
- Приоритетное направление научных исследований: другое
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.25 Химическая термодинамика. Термохимия. Равновесия. Физико-химический анализ, фазовые переходы
-
Ключевые слова:
химическое равновесие, силикатные расплавы
-
Описание:
Цель работы заключалась в получении недостающих экспериментальных данных о влиянии железа на структуру натрий-силикатных стекол и соотношении окисленной и восстановленной форм Fe2+/Fe3+ с последующим построением термодинамической модели разбавленного раствора Fe2O3 в системе оксид натрия – оксид кремния – оксид железа (II,III). Основными экспериментальными методами исследования состава и структуры стекол были Мессбауэровская спектроскопия (МС), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), анализ тонкой и тонкой околопороговой структуры спектров поглощения рентгеновских лучей (EXAFS, XANES), разные виды химического анализа: титриметрия, ICP, EDX, лазерная масс-спектрометрия и рентгеновская флуоресцентная спектроскопия. Для описания термодинамических свойств расплава использовали квазихимическую модель, область с малыми концентрациями оксидов железа описывали в рамках модели Генри. Расчеты проводили с помощью программного комплекса FactSage.
-
Основные результаты:
В результате проведенных исследований в работе впервые: · определены соотношения Fe2+/Fe3+ в натрий-силикатных стеклах (100-x)Na2OxSiO2–yFe2O3 (x = 19, 25, 28 мол.%, y = 0.05 – 13 вес.%), полученных при различных температурах (1400 и 1470 С) и парциальных давлениях кислорода (0.21, 10-2 и 8.5·10-4 бар); · показано, что при синтезе натрий-силикатных стекол на воздухе соотношение Fe2+/Fe3+ слабо зависит от общего содержания железа в образцах и состава матрицы; · ионы Fe2+ находятся преимущественно в октаэдрических позициях в стеклах, независимо от общего содержания железа, в то время как координационное окружение ионов Fe3+ чувствительно к общему содержанию железа: при малых концентрациях ионы Fe3+ имеют КЧ = 6, а при больших – КЧ = 4. · показано, что при отжиге натрий-силикатных стекол с добавками железа при парциальных давлениях 10-3 – 0.21 бар и 1400 С соотношение Fe2+/Fe3+ изменяется незначительно, заметное возрастание количества восстановленной формы наблюдается при парциальных давлениях ниже 10-12 бар или в присутствии продуктов термолиза метана; · предложена новая, подтвержденная теоретическими расчетами, интерпретация сигналов спектров ЭПР железосодержащих стекол; · определены параметры модели Генри, адекватно описывающие соотношение Fe2+/Fe3+ при разных условиях получения натрий-силикатных стекол.
- Добавил в систему: Куценок Илья Борисович
Источник финансирования НИР
| Международная организация/программа, Представительство АО «Сен-Гобен СНГ» |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 20 декабря 2009 г.-31 августа 2010 г. | Химическая термодинамика стеклообразующих расплавов |
| Результаты этапа: За время выполнения I этапа работы был проведен сбор литературных данных в системах SiO2-Na2O-CaO (-MgO-FeOx) и SiO2-Al2O3-Li2O(-TiO2-BaO-V2O5) и освоен программный комплекс FactSage, с помощью которого в последующем будет проводиться термодинамическое моделирование окислительно-восстановительных равновесий железа Fe2+/Fe3+ в стеклообразующих системах. Был подготовлен массив имеющихся в литературе экспериментальных данных стеклообразующих систем, на основании которого проведена оптимизация параметров ранее предложенной термодинамической модели. Проведен расчет коэффициентов активности оксида железа Fe2O3 с учетом состава матрицы стекла в системе Na2O-SiO2-Fex. В рамках квазихимической модели установлены зависимости соотношения Fe2+/Fe3+ от температуры и общего содержания железа в расплаве. В процессе расчетов использованы две модели растворов – модель единого растворителя и модель смешанного растворителя. В последнем случае, стеклообразующую систему можно представить в виде совокупности квазибинарных систем с фиксированным соотношением компонентов. Проведено сравнение модельного описания соотношения Fe2+/Fe3+ с независимыми экспериментальными данными. | ||
| 2 | 1 сентября 2010 г.-31 августа 2011 г. | Химическая термодинамика стеклообразующих расплавов |
| Результаты этапа: За время выполнения II этапа работы отработаны методики определения содержания разновалентных форм железа с использованием методов мессбауэровской спектроскопии и электронного парамагнитного резонанса. Получен массив экспериментальных данных о влиянии состава матрицы стекла, общего содержания железа и парциального давления кислорода на окислительно-восстановительные равновесия в расплавах систем оксид натрия - оксид кремния - железо - кислород и оксид натрия - оксид кремния - оксид кальция - железо - кислород.В результате проведенных исследований сделаны выводы о том, что оценка соотношения количеств железа разной степени окисления в расплаве сильно зависит от модели матрицы стекла. | ||
| 3 | 1 сентября 2011 г.-30 сентября 2012 г. | Химическая термодинамика стеклообразующих расплавов |
| Результаты этапа: За время выполнения III этапа работы определено структурное окружение ионов железа и соотношение Fe2+/Fe3+ в натрий-силикатных стеклах, содержащих 18-25 мол.% оксида натрия, с добавками железа от 0.016 до 13 вес.%. Показано, что при синтезе стекол на воздухе соотношение Fe2+/Fe3+ слабо зависит от общего содержания железа в образцах, с уменьшением количества железа наблюдается незначительное увеличение количества восстановленной формы. Предложена новая, подтвержденная теоретическими расчетами, интерпретация сигналов спектров ЭПР железосодержащих стекол. Определены параметры модели Генри, адекватно описывающие соотношение Fe2+/Fe3+ при разных условиях получения натрий-силикатных стекол. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".