Аспирант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов.
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Postgraduate of the Chair "Functional Nanosystems and High-Temperature Materials".
Кандидат технических наук, доцент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов.
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair "Functional Nanosystems and High-Temperature Materials".
Доктор технических наук, профессор-консультант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов.
119049, Москва, Ленинский пр., 4
Dr. Sci. (Eng.), Professor-Consultant of the Chair "Functional Nanosystems and High-Temperature Materials".
Значительные перспективы использования в различных областях науки, техники, промышленности и в медицине имеют нанопорошки на основе кобальта. Исследована кинетика процессов получения нанопорошков металлического кобальта восстановлением водородом из оксидного материала в электромагнитном поле и при энергомеханической обработке в вихревом слое ферромагнитных частиц, вра щающихся под действием этого поля. Нанопорошки оксида кобальта Co3O4 получали путем термического разложения синтезированного химическим осаждением гидроксидного соединения кобальта Co(OH)2 из 10 %-ных водных растворов соли нитрата кобальта Co(NO3 )2 и едкого натра NaOH при условиях: pH = 9, t = 20 °С. Восстановление образцов нанопорошков оксида кобальта Co3O4 для получения наноразмерных частиц кобальта проводили на установке модифицированного аппарата вихревого слоя модели УАП-3 с встроенными внутри камеры нагревательной печью и проточным реактором. Амплитудное значение индукции поля внутри реактора составляет 0,16 Тл. Выбор экспериментальных температур восстановления образцов выполняли на основе результата термогравиметрического анализа исходного образца гидроксида кобальта. Кинетические параметры процессов водородного восстановления в условиях линейного нагрева и в изотермических условиях рассчитаны с помощью моделей Фримена-Кэрола и Мак Кевана соответственно. Обнаружено снижение скорости получения нанопорошков кобальта в электромагнитном поле (до 14 % при 250 °С) вследствие затруднения способности адсорбции атомов водорода на поверхности образованных металлических наночастиц. Установлено, что энергомеханическая обработка в вихревом слое приводит к повышению скорости процесса в 4 – 5 раз благодаря эффекту механоактивации материала. Методами термогравиметрии, рентгеновской дифрактометрии, электронной микроскопии и измерения удельной поверхности по низкотемпературной адсорбции азота изучены свойства исходного материала и полученных продуктов. Показано, что при восстановлении образцов в электромагнитном поле формируются более мелкодисперсные наночастицы кобальта, чем в случае без воздействия поля. Энергомеханическая обработка в вихревом слое приводит к агрегированию восстановленных металлических наночастиц и к образованию гранул микрометрового размера.
Nanopowders (NP) based on cobalt have significant prospects for use in various fields of science, engineering, industry and medicine.In this work the authors have studied the kinetics of the production of metallic cobalt nanopowder by hydrogen reduction of oxide material Co3O4 in an electromagnetic field, and with an energy-mechanical processing (EMP) in eddy layer created by ferromagnetic bodies subjected to such field.Cobalt oxide Co3O4 NP was obtained by thermal decomposition of the hydroxide compound Co(OH)2 chemical-precipitated from 10 % aqueous solutions of nitrate cobalt Co(NO3 )2 and sodiumhydroxide NaOH under the conditions of pH = 9 and t = 20 °C. The production of metallic cobalt nanoparticles by the hydrogen reduction of Co3O4 NP was carried out on the apparatus of eddy layer (AED) of UAP-3 model modified with an internal heating furnace and a flow reactor. The amplitude value of induction of magnetic field inside the reactor was 0.16 T. The experimental temperatures of the reduction process were chosen based on the result of a thermogravimetric analysis (TGA) of the initial cobalt hydroxide sample. The kinetic parameters of hydrogen reduction processes under linear heating and in isothermal conditions were calculated using the Freeman-Carroll and McKewan models, respectively. The authors have found a decrease in the rate of obtaining Co nanopowder in the electromagnetic field (up to 14 % at 250 °C) due to the decrease in the adsorption ability of hydrogen atoms on the surface of the formed metallic nanoparticles. EMP in the eddy layer leads to an increase in the reduction rate by 4 – 5 times due to the effect of mechanical activation of the material. The properties of the initial material and the obtained products were investigated using the methods of thermogravimetry, X-ray diffractometry, electron microscopy and measurement of the specific surface area by low-temperature nitrogen adsorption. It was shown that reduction of the samples in the electromagnetic field facilitate the formation of more finer-dispersed Co nanoparticles, than in the case without the field. The EMP in the eddy layer leads to the aggregation of the formed metallic nanoparticles and the formation of granules of micron size.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.