zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1805Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ НАНОСТРУКТУРSPECTROSCOPY OF NANOSTRUCTUREМагнитные нанокомпозиты Fe3O4/FeOOH в качестве перспективной основы для процессов усовершенствованного окисления (фентоновской реакции)Magnetic Nanocomposites Fe3O4/FeOOH as a Promising Basis for Advanced Oxidation Processes (Fenton Reaction)МицкевичЕ. Д.MitskevichY. D.

Мицкевич Евгений Дмитриевич - студент физического факультета.

Минск

Minsk

fcfvvv12@gmail.comДегтярикМ. М.DegtyarikM. M.

Минск

Minsk

ХарченкоА. А.KharchankaA. A.

Минск

Minsk

БушинскийМ. В.BushinskyM. V.

Минск

Minsk

ФедотоваЮ. А.FedotovaYu. A.

Минск

Minsk

ВоропайЕ. С.VoropayE. S.

Минск

Minsk

Белорусский государственный университет; Учреждение БГУ “Научно-исследовательский институт ядерных проблем”Belarusian State University; Research Institute for Nuclear Problems of the Belarusian State UniversityУчреждение БГУ “Научно-исследовательский институт физико-химических проблем”Research Institute of Physical and Chemical Problems of the Belarusian State UniversityУчреждение БГУ “Научно-исследовательский институт ядерных проблем”Research Institute for Nuclear Problems of the Belarusian State UniversityГО “НПЦ НАН Беларуси по материаловедению”State Scientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for Materials ScienceБелорусский государственный университетBelarusian State University202507092025924492504Copyright © Мицкевич Е.Д., Дегтярик М.М., Харченко А.А., Бушинский М.В., Федотова Ю.А., Воропай Е.С., 20252025Мицкевич Е.Д., Дегтярик М.М., Харченко А.А., Бушинский М.В., Федотова Ю.А., Воропай Е.С.Mitskevich Y.D., Degtyarik M.M., Kharchanka A.A., Bushinsky M.V., Fedotova Y.A., Voropay E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1805

Магнитные нанокомпозиционные частицы Fe3O4/α-FeOOH синтезированы методом щелочного соосаждения из водных растворов солей двух- и трехвалентного железа. Методами рентгеноструктурного анализа, мёссбауэровской спектроскопии и вибрационной магнитометрии исследованы фазовый состав и магнитные характеристики нанокомпозиционных частиц в сопоставлении с наночастицами монофазного Fe3O4. Различными методами определены размеры полученных частиц (средние диаметры 4—21 нм), а также температура Дебая ΘD = 273±19 и 327±45 К для Fe3O4 и Fe3O4/FeOOH. Полученные магнитные характеристики Fe3O4/FeOOH (Ms ≈ 32 э.м.е./г при Т = 300 К) позволяют использовать данный композитный материал в качестве реагента в процессах усовершенствованного окисления с последующей магнитной декантацией.

Magnetic nanocomposite particles Fe3O4/α-FeOOH were synthesized by the method of alkaline coprecipitation from aqueous solutions of salts of di- and trivalent iron. The phase composition and magnetic characteristics of the nanocomposite particles were studied in comparison with nanoparticles of single-phase Fe3O4 using the methods of X-ray structural analysis, Mössbauer spectroscopy and vibration magnetometry. The conducted studies made it possible to determine the sizes of the obtained particles (the average diameters are in the range from 4 to 21 nm) and the Debye temperature, which was ΘD = 273±19 and 327±45 K for Fe3O4 and Fe3O4/FeOOH, respectively. The obtained magnetic characteristics of Fe3O4/FeOOH (Ms ≈ 32 emu/g at T = 300 K) allow using this composite material as a reagent in processes of improved oxidation followed by magnetic decantation.

наночастицы Fe3O4/α-FeOOHмёссбауэровская спектроскопияфентоновская реакцияFe3O4/α-FeOOH nanoparticlesMössbauer spectroscopyFenton reactionРабота выполнена в рамках программы ГПНИ “Фотоника и электроника для инноваций”, контракта № 100-03006 и ГПНИ “Материаловедение, новые материалы и технологии” № 20211234, “ARIADNA-Модификация”, НИР № гос. регистрации 20212560, а также договора № 08/54-82/24 от 10.04. 2024 г. между НИИ ЯП БГУ и НИИ ФХП БГУReferencesSifau A. Adejumo, Mary B. Ogundiran, Adeniyi O. Togun. J. Environ. Chem. Eng., 6, N 4 (2018) 4809—4819, https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.07.027Sifau A. Adejumo, Mary B. Ogundiran, Adeniyi O. Togun. J. Environ. Chem. Eng., 6, N 4 (2018) 4809—4819, https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.07.027Ping Zhao, Bo Jin, Qingchun Zhang, Rufang Peng. Appl. Surf. Sci., 586 (2022) 152792, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152792.Ping Zhao, Bo Jin, Qingchun Zhang, Rufang Peng. Appl. Surf. Sci., 586 (2022) 152792, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152792.Dong Wan, Jie Wang, Tong Chen, Weiming Xiang. Water Res., 219 (2022) 118552, https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118552Dong Wan, Jie Wang, Tong Chen, Weiming Xiang. Water Res., 219 (2022) 118552, https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118552Chen Wang, Peng Shi, Zhaobo Wang, Rui Guo, Junhua You, Hangzhou Zhang. J. Environ. Chem. Eng., 11, N 6 (2023) 111269, https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111269Chen Wang, Peng Shi, Zhaobo Wang, Rui Guo, Junhua You, Hangzhou Zhang. J. Environ. Chem. Eng., 11, N 6 (2023) 111269, https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111269Jianlong Wang, Run Zhuan. Sci. Total Environ., 701 (2020) 135023, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135023Jianlong Wang, Run Zhuan. Sci. Total Environ., 701 (2020) 135023, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135023D. Syam Babu, Vartika Srivastava, P. V. Nidheesh, M. Suresh Kumar. Sci. Total Environ., 696 (2019) 133961, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133961D. Syam Babu, Vartika Srivastava, P. V. Nidheesh, M. Suresh Kumar. Sci. Total Environ., 696 (2019) 133961, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133961J. Fedotova. Phys. Status Solidi (b), 259, N 8 (2022) 2100653, https://doi.org/10.1002/pssb.202100653J. Fedotova. Phys. Status Solidi (b), 259, N 8 (2022) 2100653, https://doi.org/10.1002/pssb.202100653Ph. H. Linh, J. Fedotova, S. Vorobyova, L. H. Nguyen, Tr. Th. Huong, H. Nh. Nguyen, Thi Ng. Anh Nguyen, Anh Son Hoang, Q. Anh Nguyen, U. Gumiennik, A. Konakov, M. Bushinskij, P. Zukowski, T. N. Koltunowicz. Mat. Sci. Eng. B, 295 (2023) 116571, https://doi.org/10.1016/j.mseb.2023.116571Ph. H. Linh, J. Fedotova, S. Vorobyova, L. H. Nguyen, Tr. Th. Huong, H. Nh. Nguyen, Thi Ng. Anh Nguyen, Anh Son Hoang, Q. Anh Nguyen, U. Gumiennik, A. Konakov, M. Bushinskij, P. Zukowski, T. N. Koltunowicz. Mat. Sci. Eng. B, 295 (2023) 116571, https://doi.org/10.1016/j.mseb.2023.116571Ling Zhao, Zhi-Rong Lin, Xiao-Hong Ma, Yuan-Hua Dong. Chem. Eng. J., 352 (2018) 343—351, https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.07.035Ling Zhao, Zhi-Rong Lin, Xiao-Hong Ma, Yuan-Hua Dong. Chem. Eng. J., 352 (2018) 343—351, https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.07.035Bettina Zinder, Gerhard Furrer, Werner Stumm. Geochim. Cosmochim. Acta, 50, N 9 (1986) 1861—1869, https://doi.org/10.1016/0016-7037(86)90244-9Bettina Zinder, Gerhard Furrer, Werner Stumm. Geochim. Cosmochim. Acta, 50, N 9 (1986) 1861—1869, https://doi.org/10.1016/0016-7037(86)90244-9Ming-Chun Lu, Jong-Nan Chen, Cheu-Ping Chang. J. Heat Transfer, 65, N 3 (1999) 277—288, https://doi.org/10.1016/S0304-3894(98)00268-4Ming-Chun Lu, Jong-Nan Chen, Cheu-Ping Chang. J. Heat Transfer, 65, N 3 (1999) 277—288, https://doi.org/10.1016/S0304-3894(98)00268-4Z. M. Li, P. J. Shea, S. D. Comfort. Chemosphere, 36, N 8 (1998) 1849—1865, https://doi.org/10.1016/S0045-6535(97)10073-XZ. M. Li, P. J. Shea, S. D. Comfort. Chemosphere, 36, N 8 (1998) 1849—1865, https://doi.org/10.1016/S0045-6535(97)10073-XMartin Sörensen, Fritz H. Frimmel. Water Res., 31, N 11 (1997) 2885—2891, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00143-7Martin Sörensen, Fritz H. Frimmel. Water Res., 31, N 11 (1997) 2885—2891, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00143-7K. Lagarec, D. G. Rancourt. Recoil-Mössbauer Spectral Analysis Software for Windows. University of Ottawa, Ottawa, ON 43 (1998)K. Lagarec, D. G. Rancourt. Recoil-Mössbauer Spectral Analysis Software for Windows. University of Ottawa, Ottawa, ON 43 (1998)D. G. Rancourt, J. Y. Ping. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 58 (1991) 85D. G. Rancourt, J. Y. Ping. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 58 (1991) 85Powder Diffraction File [Электронный ресурс]: PDF-2 database/The International Centre for Diffraction Data. Release 2024. Электрон. дан. (1 DVD-ROM). Mode of access: http://www.icdd.comPowder Diffraction File [Электронный ресурс]: PDF-2 database/The International Centre for Diffraction Data. Release 2024. Электрон. дан. (1 DVD-ROM). Mode of access: http://www.icdd.comA. L. Patterson. Phys. Rev., 56, N 10 (1939) 978—982A. L. Patterson. Phys. Rev., 56, N 10 (1939) 978—982C. E. Johnson, J. A. Johnson, H. Y. Hah, M. Cole, S. Gray, V. Kolesnichenko, P. Kucheryavy, G. Goloverda. Hyperfine Interact., 237, N 27 (2016), https://doi.org/10.1007/s10751-016-1277-6C. E. Johnson, J. A. Johnson, H. Y. Hah, M. Cole, S. Gray, V. Kolesnichenko, P. Kucheryavy, G. Goloverda. Hyperfine Interact., 237, N 27 (2016), https://doi.org/10.1007/s10751-016-1277-6E. Kuchma, St. Kubrin, A. Soldatov. Biomed., 6 (2018) 78, https://doi.org/10.3390/biomedicines6030078E. Kuchma, St. Kubrin, A. Soldatov. Biomed., 6 (2018) 78, https://doi.org/10.3390/biomedicines6030078P. H. Linh, N. X. Phuc, L. V. Hong. J. Magnetism and Magnetic Materials, 460 (2018) 128—136P. H. Linh, N. X. Phuc, L. V. Hong. J. Magnetism and Magnetic Materials, 460 (2018) 128—136A. I. Figueroa. Physics Proc., 75 (2015) 1050—1057, https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.12.174A. I. Figueroa. Physics Proc., 75 (2015) 1050—1057, https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.12.174M. Iizumi. Struct. Sci, 38, N 8 (1982) 2121—2133, https://doi.org/10.1107/S0567740882008176M. Iizumi. Struct. Sci, 38, N 8 (1982) 2121—2133, https://doi.org/10.1107/S0567740882008176I. Dézsi. J. Аppl. Phys., 103, N 10 (2008), https://doi.org/10.1063/1.2937252I. Dézsi. J. Аppl. Phys., 103, N 10 (2008), https://doi.org/10.1063/1.2937252В. Г. Костишин, Б. К. Остафийчук, В. В. Мокляк, А. В. Нуриев. Изв. вузов. Материалы электронной техники, 4 (2013) 22—29, https://doi.org/10.17073/1609-3577-2013-4-22-29В. Г. Костишин, Б. К. Остафийчук, В. В. Мокляк, А. В. Нуриев. Изв. вузов. Материалы электронной техники, 4 (2013) 22—29, https://doi.org/10.17073/1609-3577-2013-4-22-29Sei J. Oh, D. C. Cook, H. E. Townsend. Hyper. Interact., 112 (1998) 59—66, https://doi.org/10.1023/A:1011076308501Sei J. Oh, D. C. Cook, H. E. Townsend. Hyper. Interact., 112 (1998) 59—66, https://doi.org/10.1023/A:1011076308501Kawauchi Taizo, Miura Yoshio, Asakawa Kanta, Fukutani Katsuyuki. J. Phys. Commun., 4, N 11 (2020) 115001, https://dx.doi.org/10.1088/2399-6528/abc8daKawauchi Taizo, Miura Yoshio, Asakawa Kanta, Fukutani Katsuyuki. J. Phys. Commun., 4, N 11 (2020) 115001, https://dx.doi.org/10.1088/2399-6528/abc8daM. J. Navrotsky, A. Woodfield, B. F. Lang, B. E. Boerio-Goates, Jr., R. A. Fisher. J. Low Temp. Phys., 130 (2003) 69—76, https://doi.org/10.1023/a:1021897402158M. J. Navrotsky, A. Woodfield, B. F. Lang, B. E. Boerio-Goates, Jr., R. A. Fisher. J. Low Temp. Phys., 130 (2003) 69—76, https://doi.org/10.1023/a:1021897402158J. W. Niemantsverdriet, C. F. J. Flipse, B. Selman, J. J. Van Loef, A. M. Van der Kraan. Phys. Lett. A, 100, N 8 (1984) 445—447, https://doi.org/10.1016/0375-9601(84)90641-8J. W. Niemantsverdriet, C. F. J. Flipse, B. Selman, J. J. Van Loef, A. M. Van der Kraan. Phys. Lett. A, 100, N 8 (1984) 445—447, https://doi.org/10.1016/0375-9601(84)90641-8X. Batlle. Appl. Phys., 74, N 5 (1993) 3333—3341X. Batlle. Appl. Phys., 74, N 5 (1993) 3333—3341J. Shebha Anandhi, T. Arun, R. J. Joseyphu. Phys. B: Cond. Matter, 598, 1 (2020) 412429, https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412429J. Shebha Anandhi, T. Arun, R. J. Joseyphu. Phys. B: Cond. Matter, 598, 1 (2020) 412429, https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412429С. В. Столяр, С. В. Комогорцев, Л. А. Чеканова, Р. Н. Ярославцев, О. А. Баюков, Д. А. Великанов, М. Н. Волочаев, Е. В. Черемискина, M. Sh. Bairmani, П. Е. Ерошенко, Р. С. Исхаков. Письма в ЖТФ, 45, № 17 (2019) 28—30, https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.17.48220.17886С. В. Столяр, С. В. Комогорцев, Л. А. Чеканова, Р. Н. Ярославцев, О. А. Баюков, Д. А. Великанов, М. Н. Волочаев, Е. В. Черемискина, M. Sh. Bairmani, П. Е. Ерошенко, Р. С. Исхаков. Письма в ЖТФ, 45, № 17 (2019) 28—30, https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.17.48220.17886A.-F. Lehlooh, S. H. Mahmood. J. Magn. Magn. Mater., 151, N 1-2 (1995) 163—166, https://doi.org/10.1016/0304-8853(95)00385-1A.-F. Lehlooh, S. H. Mahmood. J. Magn. Magn. Mater., 151, N 1-2 (1995) 163—166, https://doi.org/10.1016/0304-8853(95)00385-1П. П. Горбик, В. Н. Мищенко, Н. В. Абрамов, Д. Г. Усов, Ю. Н. Трощенков. Химия, физика и технология поверхности, № 16 (2010) 165—176П. П. Горбик, В. Н. Мищенко, Н. В. Абрамов, Д. Г. Усов, Ю. Н. Трощенков. Химия, физика и технология поверхности, № 16 (2010) 165—176Carlos Martinez-Boubeta, Konstantinos Simeonidis, Antonios Makridis, Makis Angelakeris, Oscar Iglesias, Pablo Guardia, Andreu Cabot, Lluis Yedra, Sonia Estradé, Francesca Peiró, Zineb Saghi, Paul A. Midgley, Iván Conde-Leborán, David Serantes, Daniel Baldomir. Sci. Rep., 3 (2013) 1652, https://doi.org/10.1038/srep01652Carlos Martinez-Boubeta, Konstantinos Simeonidis, Antonios Makridis, Makis Angelakeris, Oscar Iglesias, Pablo Guardia, Andreu Cabot, Lluis Yedra, Sonia Estradé, Francesca Peiró, Zineb Saghi, Paul A. Midgley, Iván Conde-Leborán, David Serantes, Daniel Baldomir. Sci. Rep., 3 (2013) 1652, https://doi.org/10.1038/srep01652C. Martínez-Boubeta, K. Simeonidis, M. Angelakeris, N. Pazos-Pérez, M. Giersig, A. Delimitis, L. Nalbandian, V. Alexandrakis, D. Niarchos. Phys. Rev. B, 74 (2006) 054430, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.054430C. Martínez-Boubeta, K. Simeonidis, M. Angelakeris, N. Pazos-Pérez, M. Giersig, A. Delimitis, L. Nalbandian, V. Alexandrakis, D. Niarchos. Phys. Rev. B, 74 (2006) 054430, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.054430S. Disch, E. Wetterskog, R. P. Hermann, A. Wiedenmann, U. Vainio, G. Salazar-Alvarez, L. Bergström, Th. Brückel. New J. Phys., 14 (2012), https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/1/013025S. Disch, E. Wetterskog, R. P. Hermann, A. Wiedenmann, U. Vainio, G. Salazar-Alvarez, L. Bergström, Th. Brückel. New J. Phys., 14 (2012), https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/1/013025Seung-hyun Noh, Wonjun Na, Jung-tak Jang, Jae-Hyun Lee, Eun Jung Lee, Seung Ho Moon, Yongjun Lim, Jeon-Soo Shin, Jinwoo Cheon. Nano Lett., 12, N 7 (2012) 3716—3721, https://doi.org/10.1021/nl301499uSeung-hyun Noh, Wonjun Na, Jung-tak Jang, Jae-Hyun Lee, Eun Jung Lee, Seung Ho Moon, Yongjun Lim, Jeon-Soo Shin, Jinwoo Cheon. Nano Lett., 12, N 7 (2012) 3716—3721, https://doi.org/10.1021/nl301499uС. В. Вонсовский. Магнетизм, Москва, Наука (1971)С. В. Вонсовский. Магнетизм, Москва, Наука (1971)W. Zhu, J. Winterstein, I. Maimon, Q. Yin, L. Yuan, A. N. Kolmogorov, R. Sharma, G. Zhou. Phys. Chem. C, 120, N 27 (2016) 14854—14862, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b02033W. Zhu, J. Winterstein, I. Maimon, Q. Yin, L. Yuan, A. N. Kolmogorov, R. Sharma, G. Zhou. Phys. Chem. C, 120, N 27 (2016) 14854—14862, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b02033K. Persson. Materials Data on Fe3O4 (SG:227) by Materials Project. United States, doi: 10.17188/1194194 (2015), https://legacy.materialsproject.org/materials/mp-19306/K. Persson. Materials Data on Fe3O4 (SG:227) by Materials Project. United States, doi: 10.17188/1194194 (2015), https://legacy.materialsproject.org/materials/mp-19306/

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