vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2021-57-3-310-319vestich-667Research ArticleНЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯINORGANIC CHEMISTRYОсобенности синтеза высокодисперсных алюмофосфатов состава AlPO 4·nH2OFeatures of the synthesis of highly dispersed alumophosphates AlPO4·nH2OЕщенкоЛ. С.EshchenkoL. S.

Ещенко Людмила Семеновна – д-р техн. наук, профессор

ул. Свердлова 13а, 220006, Минск

Lyudmila S. Eshchenko – D. Sc. (Engineering), Professor

13a, Sverdlova Str., 220006, Minsk 

yeshchanko@belstu.byПонятовскийО. В.PaniatouskiA. V.

Понятовский Олег Витальевич – магистр

ул. Свердлова 13а, 220006, Минск

Aleh V. Paniatouski – M. Sc.

13a, Sverdlova Str., 220006, Minsk 

oleg.ponyatovskiy@gmail.comБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202103092021573310319Copyright © Ещенко Л.С., Понятовский О.В., 20212021Ещенко Л.С., Понятовский О.В.Eshchenko L.S., Paniatouski A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/667

Методом конденсации при гидротермальной обработке алюмофосфатных растворов с концентрацией (г/л) Al2O3 90 – 115, P2O5 340 – 440 в интервале температур 95–99 °C получен ортофосфат алюминия состава AlPO 4·2H2O с моноклинной структурой, идентичной структуре природного минерала метаварисцита. Впервые установлена роль старения алюмофосфатной системы в сокращении индукционного периода, одновременном зарождении первичных частиц во всем объеме раствора и образовании пастообразного продукта c преобладающим размером частиц 1–10 мкм в отличие от 30–50 мкм, характерного для мелкокристаллического, получаемого без старения раствора. Показано, что пастообразный AlPO4·2H2O, по сравнению с мелкокристаллическим, является труднорастворимым в HCl даже при длительном нагревании. Установлено влияние содержания P2O5 в алюмофосфатном растворе, условий его старения, продолжительности гидротермальной обработки на распределение частиц по размерам для синтезируемых ортофосфатов алюминия. Безводный алюмофосфат, полученный дегидратацией пастообразного AlPO 4·2H2O в интервале 150–200 °C с последующей термообработкой при 900 °C, хорошо растворим в кислотах, преобладающий размер частиц составляет 5–13 мкм.

Aluminum orthophosphate of the composition AlPO4·2H2O with a monoclinic structure identical to the structure of the natural mineral metavariscite was obtained by condensation method during hydrothermal treatment of alumophosphate solutions with a concentration (g/l) of Al2O3 90 – 115, P2O5 340 – 440 in the temperature range 95–99 °C. For the first time, the role of aging of the alumophosphate system in shortening of the induction period, simultaneous nucleation of primary particles in the entire volume of the solution and the formation of a pasty product with a predominant particle size of 1–10 μm, in contrast to 30–50 μm, characteristic of a fine-crystalline product obtained without aging of the solution, is established. It is shown that pasty AlPO4·2H2O, in comparison with fine-crystalline, is hardly soluble in HCl even under prolonged heating. The influence of P2O5 content in the alumophosphate solution, the conditions of its aging and the duration of hydrothermal treatment on the particle size distribution for synthesized aluminum orthophosphates have been established. Anhydrous alumophosphate obtained by dehydration of pasty AlPO4·2H2O in the temperature range of 150–200 °C with subsequent heat treatment at 900 °C is readily soluble in acids, and the predominant particle size is 5–13 μm.

гидратированный ортофосфат алюминиягидротермальная обработкакристаллизацияфазообразованиебезводный алюмофосфатдисперсностьраспределение частиц по размерамhydrated aluminum orthophosphatehydrothermal treatmentcrystallizationphase formationanhydrous alumophosphatedispersionparticle size distributionReferencesГребенько, Н. В. Влияние условий получения фосфатов алюминия на их физико-химические свойства / Н. В. Гребенько, Л. С. Ещенко, М. И. Кушель // Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология. – 1976. – Т. 19, вып. 7. – С. 1070–1073.Greben’ko N. V., Eshchenko L. S., Kushel’ M. I. Influence of conditions for obtaining aluminum phosphates on their physicochemical properties. Izvestiya VUZov. Khimiya I khimicheskaya tekhnologiya = Russian journal of chemistry and chemical technology, 1976, vol. 19, iss. 7, pp. 1070–1073 (in Russian).Гребенько, Н. В. Получение и свойства ортофосфатов алюминия / Н. В. Гребенько, Л. С. Ещенко, В. В. Печковский // Изв. Акад. наук СССР. Неорган. материалы. – 1978. – Т. 14, вып. 3. – С. 136–140.Greben’ko N. V., Eshchenko L. S., Pechkovskii V. V. Preparation and properties of aluminum orthophosphates. Izvestiya Akademii nauk SSSR. Neorganicheskie materialy = Proceedings of the NAS of the USSR. Inorganic materials, 1978, vol. 14, iss. 3, pp. 136–140 (in Russian).Получение наполнителей для ЭРС на основе гидратированного ортофосфата алюминия / Л. С. Ещенко [и др.] // Труды БГТУ. Сер. химия и технология неорганических веществ. – 2015. – № 3. – С. 56–63.Eshchenko L. S., Laevskaya E. V., Korobko E. V., Novikova Z. A. Preparation of fillers for ERS based on hydrated aluminum orthophosphate. Trudy BSTU, Seriya Khimiya i tekhnologiya neorganicheskikh veshchestv = Proceedings of BSTU. Chemistry and technology of inorganic substances, 2015, no. 3, pp. 56–63 (in Russian).Влияние структуры дигидрата ортофосфата алюминия на его электрореологическую активность / Е. В. Лаевская [и др.] // Тепло- и массоперенос–2014: сб. науч. тр. / Ин-т тепло- и массопереноса им. А. В. Лыкова НАН Беларуси. – Минск, 2015. – С. 263–270.Laevskaya E. V., Eshchenko L. S., Korobko E. V., Novikova Z. A., Unal Kh. I. Influence of the structure of aluminum orthophosphate dihydrate on its electrorheological activity. Teplo- i massoperenos-2014: sbornik nauchnykh trudov [Heat and mass transfer – 2014: collection of articles]. Minsk, A. V. Luikov Institute of Heat and Mass Transfer of the National Academy of Sciences of Belarus, 2015, pp. 263–270 (in Russian).Разработка составов дисперсных наполнителей для ЭРС / Л. С. Ещенко [и др.] // Фуллерены и наноструктуры в конденсированных средах; материалы XI Междунар. науч. конф., 24–26 нояб. 2020 г., Минск. – Минск: ИТМО НАН Беларуси, 2020. – С. 21–26.Eshchenko L. S., Ponyatovskii O. V., Korobko E. V., Novikova Z. A. Development of compositions of dispersed fillers for ERS. Materialy XI Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii «Fullerenyi nanostruktury v kondensirovannykh sredakh» [Fullerenes and nanostructures in condensed media, materials of the XI Intern. scientific. conf. 24–26 November, Minsk, 2020]. Minsk, A.V. Luikov Institute of Heat and Mass Transfer of the National Academy of Sciences of Belarus, 2020, pp. 21–26 (in Russian).Hao, T. Electrorheological Fluids. The Non-aqueous Suspensions / T. Hao. – 1st ed. – Cambridge, Massachusetts, USA: Elsevier Science, 2005. – Vol. 22. – 578 p. https://doi.org/10.1016/s1383-7303(05)x8015-2Hao T. Electrorheological Fluids. The Non-aqueous Suspensions. Vol. 22. 1st ed. Cambridge, Massachusetts, USA, Elsevier Science, 2005. 578 p. https://doi.org/10.1016/s1383-7303(05)x8015-2Влияние условий получения наноразмерного диоксида титана, модифицированного алюминием, на эффективность его применения в электрореологических дисперсиях / А. Н. Мурашкевич [и др.] // Коллоид. журн. – 2017. – Т. 79, № 1. – С. 65–72.Murashkevich A. N., Alisienok O. A., Zharskii I. M., Korobko E. V., Novikova Z. A. The effect of the synthesis conditions of aluminum-modified nanosized titanium dioxide on the efficiency of its use in electrorheological dispersions. Kolloidnyi zhurnal = Colloid Journal, 2017, vol. 79, no. 1, pp. 87–93. https://doi.org/10.1134/s1061933x17010100Tang, H. Giant electrorheological effects of aluminum-doped TiO2 nanoparticles / H.Tang, J. He, J. Persello // Particuology. – 2010. – Vol. 8, N 5. – P. 442–446. https://doi.org/10.1016/j.partic.2010.07.007Tang H., He J., Persello J. Giant electrorheological effects of aluminum-doped TiO2 nanoparticles. Particuology, 2010, vol. 8, no. 5, pp. 442–446. https://doi.org/10.1016/j.partic.2010.07.007Kniep, R. Orthophosphates in the system Al2O3-P2O5-H2O / R. Kniep // AngewandteChemie International Edition in English. – 1986. – Vol. 25, N 6. – Р. 525−534. https://doi.org/10.1002/anie.198605251Kniep R. Orthophosphates in the system Al2O3-P2O5-H2O. AngewandteChemie International Edition in English, 1986, no. 25, no. 6, pp. 525−534. https://doi.org/10.1002/anie.198605251Kolb, E. D. Solubility and Growth of A1PO4 in a hydrothermal solvent: HCl / E. D. Kolb, J. C. Grenier, R. A. Laudise // Journal of Crystal Growth. – 1981. – Vol. 51, N 2. – P. 178−182. https://doi.org/10.1016/0022-0248(81)90299-2Kolb E. D., Grenier J. C., Laudise R. A. Solubility and Growth of A1PO4 in a hydrothermal solvent: HCl. Journal of Crystal Growth, 1981, vol. 51, no. 2, pp. 178−182. https://doi.org/10.1016/0022-0248(81)90299-2Solubility, crystal growth and perfection of aluminium orthophosphate / E. D. Kolb [et al.] // Journal of Crystal Growth. – 1980. – Vol. 50, N 2. – P. 404–418. https://doi.org/10.1016/0022-0248(80)90088-3Kolb E. D., Barns R. L., Laudise R. A., Grenier J. C. Solubility, crystal growth and perfection of aluminium orthophosphate. Journal of Crystal Growth, 1980, vol. 50, no. 2, pp. 404−418. https://doi.org/10.1016/0022-0248(80)90088-3Bothe, Jr. J. V. Reactivity of alumina toward phosphoric acid / Jr. J. V. Bothe, P. W. Brown // Journal of the American Ceramic Society. – 1993. – Vol. 76, N 9. – P. 2353–2358. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb07776.xBothe Jr. J. V., Brown P. W. Reactivity of alumina toward phosphoric acid. Journal of the American Ceramic Society, 1993, vol. 76, no. 9, pp. 2353–2358. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb07776.xМелихов, И. В. Физико-химическая эволюция твердого вещества / И. В. Мелихов. – М.: БИНОМ. Лаб. знаний, 2006. – 309 с.Melikhov I. V. Physicochemical evolution of solids. Moscow, BINOM. Laboratoriya znanii Publ., 2006. 309 p. (in Russian).Eshchenko, L. S. Preparation of microcrystalline hydrated aluminum orthophosphate / L. S. Eshchenko, A. V. Paniatouski // The latest research in modern science: experience, traditions and innovations: Collected scientific articles of the X International scientific conference on February 18 – 19, Morrisville, NC, USA, 2020. – Lulu Press, Morrisville, NC, USA, 2020. – P. 21–26.Eshchenko L. S., Paniatouski A. V. Preparation of microcrystalline hydrated aluminum orthophosphate. The latest research in modern science: experience, traditions and innovations: Collected scientific articles of the X International scientific conference on February 18–19, Morrisville, NC, USA, 2020. Lulu Press, Morrisville, NC, USA, 2020, pp. 21–26.Kotova, N. P. Stability of strontium aluminophosphates in the system SrO–Al2O3–P2O5–HO at T = 25–350 °C and P = Psat – 500 bar / N. P. Kotova, L. P. Ivanov // Geochemistry International. – 2000. – Vol. 38. – P. 138−143.Kotova N. P., Ivanov L. P. Stability of strontium aluminophosphates in the system SrO-Al2O3-P2O5-H2O at T = 25–350 °C and P = Psat – 500 bar. Geochemistry International, 2000, vol. 38, pp. 138−143.JCPDS International Centre for Diffraction Data [Electronic Resource]. – Mode of access: https://www.icdd.com/JCPDS International Centre for Diffraction Data. Available at: https://www.icdd.com/

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