Молибдаты и вольфраматы являются перспективными функциональными материалами в современном наукоемком производстве, в заметной степени удовлетворяя потребности в лазерных, сегнетоэлектрических, каталитических и других материалах. В частности, молибдат железа (III) — один из значимых представителей молибдатов элементов d-блока, который является эффективным катализатором окисления метанола и метана [1]. Наряду с этим, он обладает интересными магнитными свойствами.
Однако, как показывает критический анализ, известные на сегодня методы синтеза молибдата железа (III) страдают рядом недостатков, например, они высокотемпературны (700-1200°С).
Таким образом, необходимо продолжить поиск оптимальных путей получения молибдата железа (III) и разработку перспективного способа синтеза Fe2(MoO4)3 в высокодисперсном состоянии. Цель настоящей работы — решение этой задачи для достижения которой выбрана рабочая система FeSO4-Na2CO3-MoO3.Прежде чем приступить к синтезу молибдата железа (III) нами на основе метода Темкина-Шварцмана и изотермы химических реакций Вант-Гоффа [2] дана термодинамическая оценка возможности процессов, лежащих в основе синтеза Fe2(MoO4)3. Ниже в таблице 1 приводятся результаты расчета изобарных потенциалов этих обменных реакций.
Реакции | Уравнения ΔrG0T= φ(Т) | ΔrG0T, кДж/моль и К0р при температурах, К | ||
298 | 873 | 923 | ||
2FeSO4+2Na2CO3+ 3MoO3+1/2O2= Fe2(MoO4)3+2Na2SO4+2CO2 | ΔrG0T= -324,73-0,2491Т + ΔrCp0М0T | -324,73 | — 542,19 | — 554,65 |
6,25*1018 | 7,88*107 | 3,53*106 | ||
Как видно из данных таблицы 1 процесс, протекающий в рабочей системе FeSO4-Na2CO3-MoO3 термодинамически разрешена и может составить основу для синтеза в ней молибдата железа (III).
Синтез и идентификация молибдата железа (III)
Для синтеза молибдата железа (III) исходные вещества растирали и просеивали через сито (0,25мк), после чего из полученных отсевов в соответствии с уравнением реакции
2FeSO4 + 2Na2CO3 + 3MoO3 +1/2О2 = Fe2(MoO4)3+ 2CO2 +2Na2SO4
составили стехиометрическую смесь заданной массы (3 навески), которые вносились в тигель, куда для их гомогенизации добавлялся ацетон, удаляемый в последующем полностью до начала реакции. Затем тигли с реагентами выдерживались в муфельной печи при температуре 600оС до достижения постоянной массы (140-200 мин). При этом потеря массы по CO2 от теоретического составляла 99,98%. Полученный таким образом спек охлаждали до комнатной температуры, выщелачивали горячей (70-800С) дистиллированной водой, осадок Fe2(MoO4)3 отфильтровывали, промывали на фильтре дистиллированной водой до отрицательной реакции на сульфат — ион. Полученный продукт сушили при 200-250ºС в течение часа, а затем прокаливали в муфельной печи при температуре 300-350оС до постоянной массы. Выход железа (III) молибденовокислого составляет 99,85% от теоретического.
Идентификацию полученного в системе FeSO4-Na2CO3-MoO3 молибдата железа (III) проводили химическим (табл. 2,3) и рентгенофазовым (РФА) методами (рис 1.)
№ | Масса навески Fe2(MoO4)3 для анализа, гр. | m(Fe2O3)теор в навеске Fe2(MoO4)3, гр. | m(Fe2O3)эксп в навеске Fe2(MoO4)3, гр. | Содержание Fe2O3 в навеске Fe2(MoO4)3,% | Содержание Fe2(MoO4)3 в синтезированном препарате по железу, % | |
Теория | Эксперимент | |||||
1 | 2 | 0,539939 | 0,535370 | 26,99 | 26,78 | 99,15 |
2 | 2 | 0,539939 | 0,536010 | 26,99 | 26,80 | 99,27 |
3 | 2 | 0,539939 | 0,53530 | 26,99 | 26,77 | 99,17 |
№ | Масса навески Fe2(MoO4)3 для анализа, гр | m(MoO3)теор. навеске Fe2(MoO4)3, гр | m(MoO3)эксп в навеске Fe2(MoO4)3, гр | Содержание MoO3 в навеске Fe2(MoO4)3,% | Содержание Fe2(MoO4)3 в синтезированном препарате по молибдену, % | |
Теория | Эксперимент | |||||
1 | 2 | 1,46011 | 1,44872 | 73,01 | 72,44 | 99,22 |
2 | 2 | 1,46011 | 1,44988 | 73,01 | 72,49 | 99,30 |
3 | 2 | 1,46011 | 1,44756 | 73,01 | 72,38 | 99,14 |
Как видно из этих результатов, данные химического и РФА анализов хорошо согласуются, указывая на высокие выход и чистоту синтезированного в системе FeSO4 — Na2CO3 - МоO3 молибдата железа (III).
В связи с возможными областями применения Fe2(MoO4)3, на приборе Fritsch Analysette 22 Nanotec Plus определялась дисперсность синтезированного порошков молибдата железа (III) (рис.2).
Как видно, образец состоит из одной фазы: размер частиц составляет от 3 до 60 микрон, что может представлять практический интерес. Таким образом, анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать вывод о достижений поставленной в работе цели.