Магнитные нанокомпозиты Fe₃O₄/FeOOH в качестве перспективной основы для процессов усовершенствованного окисления (фентоновской реакции)

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 Θ_D = 273±19 и 327±45 К для Fe₃O₄ и Fe₃O₄/FeOOH. Полученные магнитные характеристики Fe₃O₄/FeOOH (M_s ≈ 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.

1. Sifau 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.2018.07.027

2. Ping Zhao, Bo Jin, Qingchun Zhang, Rufang Peng. Appl. Surf. Sci., 586 (2022) 152792, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152792.

3. Dong Wan, Jie Wang, Tong Chen, Weiming Xiang. Water Res., 219 (2022) 118552, https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118552

4. Chen 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.2023.111269

5. Jianlong Wang, Run Zhuan. Sci. Total Environ., 701 (2020) 135023, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135023

6. D. Syam Babu, Vartika Srivastava, P. V. Nidheesh, M. Suresh Kumar. Sci. Total Environ., 696 (2019) 133961, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133961

7. J. Fedotova. Phys. Status Solidi (b), 259, N 8 (2022) 2100653, https://doi.org/10.1002/pssb.202100653

8. Ph. 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.2023.116571

9. Ling Zhao, Zhi-Rong Lin, Xiao-Hong Ma, Yuan-Hua Dong. Chem. Eng. J., 352 (2018) 343—351, https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.07.035

10. Bettina Zinder, Gerhard Furrer, Werner Stumm. Geochim. Cosmochim. Acta, 50, N 9 (1986) 1861—1869, https://doi.org/10.1016/0016-7037(86)90244-9

11. Ming-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)00268-4

12. Z. M. Li, P. J. Shea, S. D. Comfort. Chemosphere, 36, N 8 (1998) 1849—1865, https://doi.org/10.1016/S0045-6535(97)10073-X

13. Martin Sörensen, Fritz H. Frimmel. Water Res., 31, N 11 (1997) 2885—2891, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00143-7

14. K. Lagarec, D. G. Rancourt. Recoil-Mössbauer Spectral Analysis Software for Windows. University of Ottawa, Ottawa, ON 43 (1998)

15. D. G. Rancourt, J. Y. Ping. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 58 (1991) 85

16. Powder 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.com

17. A. L. Patterson. Phys. Rev., 56, N 10 (1939) 978—982

18. C. 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/s10751-016-1277-6

19. E. Kuchma, St. Kubrin, A. Soldatov. Biomed., 6 (2018) 78, https://doi.org/10.3390/biomedicines6030078

20. P. H. Linh, N. X. Phuc, L. V. Hong. J. Magnetism and Magnetic Materials, 460 (2018) 128—136

21. A. I. Figueroa. Physics Proc., 75 (2015) 1050—1057, https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.12.174

22. M. Iizumi. Struct. Sci, 38, N 8 (1982) 2121—2133, https://doi.org/10.1107/S0567740882008176

23. I. Dézsi. J. Аppl. Phys., 103, N 10 (2008), https://doi.org/10.1063/1.2937252

24. В. Г. Костишин, Б. К. Остафийчук, В. В. Мокляк, А. В. Нуриев. Изв. вузов. Материалы электронной техники, 4 (2013) 22—29, https://doi.org/10.17073/1609-3577-2013-4-22-29

25. Sei J. Oh, D. C. Cook, H. E. Townsend. Hyper. Interact., 112 (1998) 59—66, https://doi.org/10.1023/A:1011076308501

26. Kawauchi Taizo, Miura Yoshio, Asakawa Kanta, Fukutani Katsuyuki. J. Phys. Commun., 4, N 11 (2020) 115001, https://dx.doi.org/10.1088/2399-6528/abc8da

27. M. 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:1021897402158

28. J. 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)90641-8

29. X. Batlle. Appl. Phys., 74, N 5 (1993) 3333—3341

30. J. Shebha Anandhi, T. Arun, R. J. Joseyphu. Phys. B: Cond. Matter, 598, 1 (2020) 412429, https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412429

31. С. 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.2019.17.48220.17886

32. A.-F. Lehlooh, S. H. Mahmood. J. Magn. Magn. Mater., 151, N 1-2 (1995) 163—166, https://doi.org/10.1016/0304-8853(95)00385-1

33. П. П. Горбик, В. Н. Мищенко, Н. В. Абрамов, Д. Г. Усов, Ю. Н. Трощенков. Химия, физика и технология поверхности, № 16 (2010) 165—176

34. Carlos 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/srep01652

35. C. 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.74.054430

36. S. 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/10.1088/1367-2630/14/1/013025

37. Seung-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/nl301499u

38. С. В. Вонсовский. Магнетизм, Москва, Наука (1971)

39. 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.6b02033

40. 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/