Preparação de Nanorods de Alumina a partir de Lodo de Alumina Contendo Cromo

Resumo

Nanobastões de alumina foram preparados a partir de lodo de alumina contendo cromo, e os efeitos de elementos dopantes, como Cr, Fe e Mg, foram pesquisados. Os resultados mostram que a transformação do cristal da alumina é restringida pelo Cr dopado e facilitada pelo Fe e Mg dopados, que é transformado a partir de θ -Al ₂ O ₃ para α -Al ₂ O ₃ no processo de calcinação. Enquanto isso, a transformação do cristal da alumina é fortemente restringida por elementos co-dopados da lama de alumina contendo cromo. Os elementos dopados mudam o curso da transformação da estrutura de fase e transformam levemente a ligação química dos nanobastões de alumina. Os elementos impuros são dopados no cristal de alumina e restringem o crescimento cristalino dos nanobastões de alumina de acordo com as regras. Na amostra preparada a partir de lodo de alumina contendo cromo, mais Cr e Mg, mas menos Fe, são dopados, e a maioria dos Cr existe como Cr (III). É possível que a dopagem com Fe esteja confinada à competição de Cr e Mg. Além disso, a imperfeição da rede da alumina é causada por íons dopados, como Cr, Fe e Mg, e o estado químico do O e Al são afetados. Os resultados desses experimentos fornecem informações essenciais para eliminar a poluição e promover a utilização abrangente da lama de alumina contendo cromo.

Histórico

A nanoalumina de baixa dimensão, como nanofibras de alumina [1,2,3] e nanobastões de alumina [4], tem propriedades superiores de alta resistência, alto módulo de elasticidade, estabilidade química, bom desempenho de isolamento térmico e baixa condutividade térmica [5, 6,7,8,9], por isso foi amplamente aplicado em vários campos, como reforço para compósitos de matriz de cerâmica e compósitos de matriz de metal e catalisador, transportador de catalisador, adsorventes, reator de membrana, revestimentos e materiais anódicos [4, 10, 11,12,13,14,15]. No entanto, o alto custo de produção tem limitado sua aplicação. Alguns autores relataram métodos de síntese de nanoalumina de baixa dimensão com sucesso, principalmente incluindo o método da fase sólida, o método da fase vapor [16] e o método da fase líquida [17, 18]. Entre eles, o método da fase líquida é amplamente aplicado por sua condição de reação moderada, produtos homogêneos e baixo custo de produção. Houve muitos relatórios sobre a preparação de nanoalumina pelo método sol-gel [5, 19,20,21], método de microemulsão [22], método hidrotérmico [23], método de precipitação [23], deposição química de vapor [16], e eletrofiação [1, 3, 24, 25]. No entanto, o método de precipitação é adequado para laboratórios e indústrias devido ao seu baixo consumo de energia, homogeneidade do produto e tamanho e forma controláveis.

A lama de alumina contendo cromo é um tipo de resíduo sólido perigoso, que é produzido no processo de produção de produtos de cromo por um método de torrefação sem cálcio. Sete mil quilos da lama de alumina contendo cromo são gerados a partir de cada tonelada de produto de cromo. É composto por 55 ~ 65% de Al ₂ O ₃ , 7 ~ 13% de cromo e poucos compostos de silício, ferro, magnésio e sódio. Os componentes da lama de alumina contendo cromo são mostrados na Tabela 1, que são fornecidos pelo fabricante (CITIC Jinzhou Metal Co., Ltd., China).

Como principal substância perigosa, o cromo existe na forma de Cr (III) ou Cr (VI) na lama de alumina contendo cromo, e o Cr (VI) é considerado o poluente dominante devido à sua carcinogenicidade [26]. Atualmente, a poluição da solução da lama de alumina contendo cromo é principalmente desintoxicada e utilizada. O primeiro transforma o Cr (VI) em Cr (III) de baixa toxidade, e o armazena como resíduo. Zhang Dalei [27] observou um método de pirólise para transformar Cr (VI) em Cr (III) usando palha. Duan Suhua [28] apontou que a escória contendo cromo poderia ser tratada com álcool industrial. No entanto, os métodos mencionados acima não apenas ocupam terras, mas também causam grande desperdício de recursos. Além disso, a poluição secundária pode ocorrer de forma inesperada. O último método consiste em separar e utilizar os componentes úteis da lama de alumina contendo cromo. Xue Wendong [29] relatou que a lama de alumina contendo cromo poderia ser usada para preparar refratários. No entanto, o método acima pode ser limitado devido ao seu baixo valor agregado. Consequentemente, alguns novos métodos devem ser propostos para eliminar a poluição e promover a utilização abrangente do lodo de alumina contendo cromo, o que pode não apenas resolver os problemas ambientais, mas também trazer grandes benefícios econômicos.

Neste artigo, os nanobastões de alumina são preparados a partir do lodo de alumina contendo cromo pelo método de precipitação-calcinação. Enquanto isso, a fim de pesquisar a influência do íon de dopagem única sobre os nanobastões de alumina, os nanobastões de alumina com íon de não ou simples dopagem são preparados e caracterizados. Os resultados fornecerão suporte técnico para a eliminação da poluição e promoção da utilização abrangente do lodo de alumina contendo cromo.

Métodos

Materiais

Os reagentes (por exemplo, sulfato de alumínio octadeca-hidratado, sulfato de cromo, sulfato férrico, sulfato de magnésio, hidróxido de sódio, ácido sulfúrico e dodecil benzeno sulfonato de sódio) usados neste estudo eram produtos químicos analiticamente puros. A lama de alumina contendo cromo foi fornecida por CITIC Jinzhou Metal Co., Ltd. (China). Todas as soluções foram preparadas com água desionizada.

Tratamento da lama de alumina contendo cromo

Inicialmente, a lama de alumina contendo cromo foi lavada e filtrada por água desionizada de acordo com a proporção sólido-líquido de 1:5 (g / mL). Como resultado, a maior parte do Cr ⁶⁺ os compostos foram separados da lama de alumina contendo cromo. Em seguida, a torta de filtro foi dissolvida com ácido sulfúrico de acordo com a proporção sólido-líquido de 1:3 (g / mL) e, em seguida, o H ₂ O ₂ foi usado para transformar o resíduo Cr ⁶⁺ para Cr ³⁺ . Por fim, a solução ácida do lodo de alumina contendo cromo foi obtida com sucesso, e os componentes foram analisados por titulação química e espectrofotômetro de luz visível (VIS, 721N, Varian, América) mostrado na Tabela 2.

Síntese de Nanorods de Alumina

Dois moles por litro de solução de NaOH e solução de dodecil benzeno sulfonato foram adicionados lentamente em 0,25 mol / L de Al ₂ (SO ₄ ) ₃ solução sob agitação magnética a 85 ° C, e o valor de pH da solução mista foi ajustado para 9,0 com NaOH ou H ₂ SO ₄ solução. Após agitação por 5 he envelhecimento por 20 h, os precipitados foram separados e lavados várias vezes com água desionizada e álcool etílico. Posteriormente, as amostras foram secas a vácuo a 40 ° C por 15 horas e, em seguida, os precursores foram preparados. Finalmente, as amostras foram calcinadas a 250 ° C por 1 h, 400 ° C por 1 h, 770 ° C por 1 h, 900 ° C por 1 h e 1050 ° C por 2 h continuamente e, em seguida, as amostras foram coletadas para uso. A alumina não dopada foi preparada a partir de Al ₂ puro (SO ₄ ) ₃ solução, e as amostras dopadas com íons foram preparadas pelo mesmo método acima. Enquanto isso, os cloratos de Cr, Fe e Mg foram adicionados no Al ₂ (SO ₄ ) ₃ solução de acordo com os conteúdos de elemento de dopagem na lama de alumina contendo cromo (Tabela 2), e as aluminas dopadas com Cr, Fe e Mg foram preparadas. Usando a solução ácida da lama de alumina contendo cromo como matéria-prima, a alumina foi nomeada, a qual foi preparada a partir da lama de alumina contendo cromo.

Caracterização de Nano Alumina Rods

As fases cristalinas das amostras foram caracterizadas por difração de pó de raios-X (XRD) usando difratômetro de raios-X D / MAX-RB (Rigaku, Japão) com radiação Cu K na faixa 2θ de 10 ° -70 ° em uma varredura taxa de 2 ° / min. Os espectros de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) das amostras foram caracterizados usando o espectrômetro Scimitar 2000 Near FT-IR (Thermo electron, EUA), e os espectros foram registrados na faixa de 4000–400 cm ⁻¹ . A estabilidade térmica do precursor foi examinada por analisador termogravimétrico (TG-DSC, STA449F3, NETZSCH, Alemanha) com uma taxa de fluxo de 30 mL / min em atmosfera de ar e uma temperatura de 15-1200 ° C com uma taxa de aquecimento de 10 ° C / min. A morfologia, estrutura cristalina e distribuição de elementos das amostras foram examinadas por microscopia eletrônica de transmissão de emissão de campo (FETEM, Jem-2100F, JEOL, Japão). Os espectros de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) das amostras foram registrados em XPS (ESCAMABMKLL, VG, UK) equipado com um analisador de elétrons hemisférico e um Al Kα Fonte de raios-X.

Resultados e discussão

Caracterização de XRD dos Nanorods de Alumina

Os padrões de XRD foram registrados para confirmar a estrutura cristalina das amostras, como mostrado na Fig. 1. Para os nanobastões de alumina não dopados, os resultados de XRD mostram a existência de diferentes estruturas cristalinas de alumina, incluindo corindo ( α -Al ₂ O ₃ , syn) (JCPDS No. 46-1212) e óxido de alumínio ( θ -Al ₂ O ₃ , JCPDS No. 35–0121), e os picos de difração de θ -Al ₂ O ₃ são mais fracos (Fig. 1 (a)). Em geral, as aluminas são transformadas do estado de transição θ -Al ₂ O ₃ para o estado estacionário α -Al ₂ O ₃ a 1000 ~ 1200 ° C. Em comparação com a amostra não dopada, os nanobastões de alumina dopados com Cr têm picos relativamente mais fortes de θ -Al ₂ O ₃ e picos relativamente mais fracos de α -Al ₂ O ₃ (Fig. 1 (b)). Isso significa que a transição do cristal é restringida pelo Cr dopado no processo de calcinação, portanto, menos θ -Al ₂ O ₃ é transformado em α -Al ₂ O ₃ após calcinado a 1050 ° C. Da Fig. 1 (c), pode-se ver que os picos de α -Al ₂ O ₃ são mais fortes e nítidos do que aqueles em (a) e (b), sugerindo o maior tamanho do cristal e melhor cristalinidade. Enquanto isso, os picos de θ -Al ₂ O ₃ são ainda mais fracos, o que indica que a transição do cristal é facilitada pelo Fe dopado. Pode ser porque mais θ -Al ₂ O ₃ é transformado em α -Al ₂ O ₃ após calcinação. A Figura 1 (d) mostra que os nanobastões de alumina dopados com Mg têm picos relativamente mais fortes e nítidos de α -Al ₂ O ₃ e picos relativamente mais fracos de θ -Al ₂ O ₃ . É sugerido que a amostra contenha mais α -Al ₂ O ₃ e menos θ -Al ₂ O ₃ , o que pode ser devido ao fato de o Mg dopado promover a transição cristalina da alumina no processo de calcinação. Para os nanobastões de alumina preparados a partir de lama de alumina contendo cromo, os picos de α -Al ₂ O ₃ quase desaparecem, enquanto os picos de θ -Al ₂ O ₃ tornam-se mais fortes, mas não o suficiente (Fig. 1 (e)). É indicado que o θ -Al ₂ O ₃ tem baixa cristalinidade e tamanho de cristal menor. Isso pode ser porque mais elementos de impureza da lama de alumina contendo cromo são dopados na alumina e a transição de cristal da alumina é restrita no processo de calcinação. Então, o θ -Al ₂ O ₃ raramente é transformado em α -Al ₂ O ₃ .

Padrões de XRD de nanobastões de alumina dopados com íons diferentes: a alumina não dopada, b Alumina dopada com cr, c Alumina dopada com Fe, d Alumina dopada com Mg e e a alumina preparada a partir da lama de alumina contendo cromo

Espectros FT-IR dos Nanorods de Alumina

Espectros FT-IR de nanobastões de alumina na faixa de 4000–400 cm ⁻¹ são representados na Fig. 2 [27]. Os picos de absorção em 3500-3300 e 1635 cm ⁻¹ que aparecem em todos os espectros são atribuídos à vibração de alongamento da associação de ligações não químicas de grupos OH e vibrações de flexão H – O – H, respectivamente, indicando que a água dos poros e a água adsorvida existem nas amostras [30]. Os picos em 2360 cm ⁻¹ são atribuídos à presença de dióxido de carbono. A Figura 2 (2) mostra a região da impressão digital dos espectros FT-IR das amostras. Conforme mostrado na Fig. 2 (2a), para a amostra não dopada, os picos em 829, 589 e 449 cm ⁻¹ são atribuídos a AlO ₆ vibrações, indicando a formação de α -Al ₂ O ₃ [1] Enquanto isso, os picos em 762 cm ⁻¹ são atribuídos à vibração de flexão de Al – O – Al, e os de 663 e 488 cm ⁻¹ são atribuídos às vibrações de alongamento e vibração de flexão de Al – O, respectivamente, indicando a formação de θ -Al ₂ O ₃ . A Figura 2 (2b) mostra que os picos de α -Al ₂ O ₃ são mais fracos do que aqueles na Fig. 2 (2a), indicando que o dopado com Cr impede a formação de α -Al ₂ O ₃ no processo de calcinação. Para a alumina dopada com Fe e Mg, os picos de θ -Al ₂ O ₃ tornam-se mais fracos, e os picos de α -Al ₂ O ₃ têm muito poucas mudanças (Fig. 2 (2c, d)). Em comparação com a Fig. 2 (2a), os picos foram desviados para o vermelho ou para o azul ligeiramente, ilustrando que o Fe e o Mg dopados se beneficiam do crescimento de α -Al ₂ O ₃ e transformar ligeiramente a ligação química dos nanobastões de alumina. A Fig. 2 (2e) é a região da impressão digital dos espectros FT-IR dos nanobastões de alumina preparados a partir da lama de alumina contendo cromo. Os picos abaixo de 500 cm ⁻¹ desaparecer, indicando que não há α -Al ₂ O ₃ nas amostras. Além disso, os picos em 900-500 cm ⁻¹ estão dispersos, o que pode ser resultado de vibrações de M – O e M – O – M (M é Al ou o elemento dopado de alumina da lama de alumina contendo cromo). Os resultados acima estão de acordo com os resultados de XRD.

Espectros FT-IR de barras de nanoalumina dopadas com íons diferentes: a alumina não dopada, b Alumina dopada com cr, c Alumina dopada com Fe, d Alumina dopada com Mg e e a alumina preparada a partir da lama de alumina contendo cromo

TG-DSC de Nanorods de Alumina

Analisador termogravimétrico (TG) e curvas de calorimetria de varredura diferencial (DSC) dos precursores de nanorod de alumina são mostrados na Fig. 3. Os resultados de XRD indicam que o precursor de nanorod de alumina é AlO (OH) (JCPDS No. 49-0133). Conforme mostrado na Fig. 3a, no ar, apenas três estágios podem ser vistos na amostra não dopada. Abaixo de 250 ° C, cerca de 40% de perda de massa na curva TG e picos endotérmicos correspondentes a 50 e 150 ° C na curva DSC estão associados à evaporação de umidade e dessorção de água adsorvida. O segundo estágio está entre 250 e 730 ° C, com uma perda de massa total de cerca de 35% e dois picos endotérmicos estão em 320 e 694 ° C. Na temperatura de 320 ° C, o pico endotérmico é devido à transformação de AlO (OH) em Al amorfo ₂ O ₃ . Enquanto isso, o pico endotérmico fraco a 694 ° C é atribuído à transformação de Al amorfo ₂ O ₃ para θ -Al ₂ O ₃ . No terceiro estágio acima de 730 ° C, há uma pequena perda de massa e um forte pico endotérmico a 980 ° C, que é principalmente o resultado da transformação de θ -Al ₂ O ₃ para α -Al ₂ O ₃ . Em comparação com a amostra não dopada, a dopagem com íons metálicos faz com que os picos endotérmicos mudem. A Figura 3b-e mostra que os picos endotérmicos são deslocados para temperaturas mais altas e se alargam. Pode ser porque os íons dopados mudam o curso da transformação da estrutura de fase, então o grau de transformação de θ -Al ₂ O ₃ para α -Al ₂ O ₃ é diferente para cada amostra. Os resultados estão de acordo com o XRD e FT-IR.

TG e DSC dos precursores da haste de nanoalumina dopados com íons diferentes: a alumina não dopada, b Alumina dopada com cr, c Alumina dopada com Fe, d Alumina dopada com Mg e e A alumina preparada a partir da lama de alumina contendo cromo

Imagens TEM, SAED e HRTEM de Nanorods de Alumina

A Figura 4 fornece os resultados de TEM, difração de elétrons de área selecionada (SAED) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Conforme mostrado na Fig. 4 (a1-a3), a alumina não dopada são nanobastões dispersivos com um diâmetro de 4-6 nm e comprimento de 20-60 nm. Enquanto isso, os planos (215), (006), (21 \ (\ overline {1} \)) e (20 \ (\ overline {4} \)) estão de acordo com θ -Al ₂ O ₃ (JCPDS No. 35–0121), e os planos (300), (214), (113) e (104) estão associados com α -Al ₂ O ₃ (JCPDS No. 46-1212). Além disso, a distância interplanar observada de 0,273 e 0,284 nm pode ser atribuída aos planos (20 \ (\ overline {2} \)) e (004) de θ -Al ₂ O ₃ , e o espaçamento da rede de 0,255 e 0,348 nm pode corresponder aos planos (104) e (012) de α -Al ₂ O ₃ . Em comparação com a amostra não dopada, a amostra dopada com Cr são nanobastões com um diâmetro de 4-6 nm e comprimento de 50-120 nm (Fig. 4 (b1)). A Figura 4 (b2) mostra que os planos (215), (21 \ (\ overline {1} \)), (20 \ (\ overline {2} \)) e (111) estão de acordo com θ -Al ₂ O ₃ , e os planos (300), (214), (113) e (104) estão de acordo com α -Al ₂ O ₃ . Como mostrado na Fig. 4 (b3), a distância interplanar de 0,202 nm, 0,273 nm, 0,284 nm e 0,454 nm são atribuídos ao (21 \ (\ overline {1} \)), (20 \ (\ overline { 2} \)), (004), e (10 \ (\ overline {2} \)) planos de θ -Al ₂ O ₃ , e a distância interplanar de 0,209 e 0,238 nm são atribuídos aos planos (113) e (110) de α -Al ₂ O ₃ . A Figura 4 (c1) mostra que a amostra dopada com Fe é a mistura de nanobastões com diâmetro de 5–10 nm e comprimento de 30–100 nm e nanopartículas de cerca de 10 nm. A Figura 4 (c2) mostra que os planos (20 \ (\ overline {2} \)) estão de acordo com θ -Al ₂ O ₃ , e os planos (300), (214), (024), (113), (104) e (116) estão de acordo com α -Al ₂ O ₃ , está de acordo com os resultados de XRD. Enquanto isso, as distâncias interplanares observadas de 0,284 e 0,454 nm são atribuídas aos planos (004) e (10 \ (\ overline {2} \)) de θ -Al ₂ O ₃ , e a distância interplanar de 0,238 e 0,255 nm são atribuídos aos planos (110) e (104) de α -Al ₂ O ₃ (Fig. 4 (c3)).

TEM, SAED e HRTEM de nanobastões de alumina dopados com íons diferentes: a alumina não dopada, b Alumina dopada com cr, c Alumina dopada com Fe, d Alumina dopada com Mg e e a alumina preparada a partir da lama de alumina contendo cromo. (1) TEM; (2) SAED; (3) HRTEM

Conforme mostrado na Fig. 4 (d1-d3), a amostra dopada com Mg é nanobastões bem dispersos com um diâmetro de 5–10 nm e comprimento de 20–50 nm, e nanopartículas de cerca de 10 nm existem simultaneamente. Os resultados do SAED mostram que os planos (215), (21 \ (\ overline {1} \)) e (20 \ (\ overline {2} \)) estão de acordo com θ -Al ₂ O ₃ , e os planos (300), (214), (113) e (104) estão de acordo com α -Al ₂ O ₃ . Os resultados do HRTEM mostram que as distâncias interplanares observadas de 0,226 e 0,191 nm são atribuídas aos planos (20 \ (\ overline {4} \)) e (006) de θ -Al ₂ O ₃ , e a distância interplanar de 0,255 e 0,238 nm são atribuídos aos planos (104) e (110) de α -Al ₂ O ₃ . A Figura 4 (e1-e3) mostra que a amostra preparada a partir de lodo de alumina contendo cromo são nanobastões bem dispersos com um diâmetro de 4–6 nm e comprimento de 50–100 nm, e nanopartículas de cerca de 5–10 nm existem simultaneamente. Os resultados SAED e HRTEM mostram que (215), (111), (21 \ (\ overline {1} \)), (31 \ (\ overline {3} \)), e (20 \ (\ overline {2 } \)) os planos estão de acordo com θ -Al ₂ O ₃ , e a distância interplanar observada de 0,226, 0,245, 0,284 e 0,454 nm são atribuídos a (20 \ (\ overline {4} \)), (111), (004) e (10 \ (\ overline {2 } \)) planos dele. No entanto, não há planos de acordo com α -Al ₂ O ₃ . Como resultado, os nanobastões de alumina não dopados são bem dispersivos do que os outros e as partículas têm forma regular. Pode ser que os elementos de impureza sejam dopados no cristal de alumina e restringem o crescimento cristalino dos nanobastões de alumina de acordo com as regras. Assim, as formas e dispersibilidades dos nanobastões de alumina são afetadas pelos elementos dopados.

Caracterização EDS do precursor de nanorods de alumina dopado com íons diferentes

Os resultados de EDS revelam que Cr, Fe e Mg são dopados no precursor de nanobastões de alumina com quantidade molar de 2,06, 0,99 e 0,58%, respectivamente (Tabela 3). Esta quantidade de dopagem está próxima da dosagem de adição do elemento de impureza (Tabela 2), indicando que a maioria dos elementos de impureza são dopados no precursor de nanorod de alumina. Enquanto isso, para a amostra preparada a partir de lodo de alumina contendo cromo, a quantidade molar dopada de Cr, Fe e Mg são 2,11, 0,14 e 0,96%, respectivamente. Os resultados sugerem que a maior parte do Cr e do Mg são dopados na amostra, mas uma pequena quantidade de Fe é dopada na mesma. É possível que a dopagem de Fe esteja confinada à competição de Cr e Mg.

Caracterização XPS de fibras nanométricas de alumina dopadas com íons diferentes

A Figura 5 mostra os espectros de XPS de O1 s e Al 2 p . Como mostrado na Fig. 5a, os picos em 531,90, 531,85, 531,15, 531,20 e 532,00 eV são atribuídos aos nanobastões de alumina não dopados, dopados com Cr, dopados com Fe e dopados com Mg e a amostra preparada a partir dos nanobastões de alumina contendo cromo lodo de alumina, respectivamente. Os picos são atribuídos a O ²⁻ do Al ₂ O ₃ [31]. A Figura 5b mostra os picos em 74,00, 74,25, 74,75, 74,38 e 73,90 eV de Al 2 p são atribuídos às amostras acima, respectivamente. Os picos são atribuídos a Al ³⁺ do Al ₂ O ₃ . Enquanto isso, as boas simetrias da curva são provadas pelo ajuste de Gauss, indicando que menos oxigênio e alumínio são formados nas amostras. O O1 s energia de ligação (BE) de nanobastões de alumina não dopados e dopados com Cr e a amostra preparada a partir da lama de alumina contendo cromo são quase e são maiores do que as de amostras dopados com Fe e Mg. A ordem dos menores O1s BE é a seguinte:nanobastões de alumina não dopados dopados com Fe, dopados com Mg, dopados com Cr, e a amostra preparada a partir do lodo de alumina contendo cromo. No entanto, o Al 2p BE está em contraste. Os resultados de XRD mostram que o estado mais transiente θ -Al ₂ O ₃ estão nos nanobastões de alumina não dopados e dopados com Cr e a amostra preparada a partir da lama de alumina contendo cromo, e mais α -Al ₂ O ₃ estão nos nanobastões de alumina dopados com Fe e Mg. Devido ao formulário de coordenação [AlO ₄ ] para θ -Al ₂ O ₃ e [AlO ₆ ] para α -Al ₂ O ₃ , é possível que o O1 s BE de [AlO ₆ ] é maior e Al 2 p BE é menor do que [AlO ₄ ] Além disso, as imperfeições da rede de Al ₂ O ₃ são causados por íons Cr, Fe e Mg entram em Al ₂ O ₃ treliça. Assim, os estados químicos de O e Al são afetados pelo defeito da rede e a energia de ligação é alterada.

Espectros XPS de a O1 s e b Al 2 p para nanobastões de alumina dopados com íons diferentes

A Figura 6 apresenta os espectros de XPS do íon de dopagem. Conforme mostrado na Fig. 6a, os picos em 589,80 e 578,52 eV são atribuídos a Cr 2p _1/2 e Cr 2p _3/2 de Cr (VI), e os picos em 587,53 e 577,39 eV são atribuídos a Cr 2p _1/2 e Cr 2p _3/2 de Cr (III). Mostra que o Cr existe nos nanobastões de alumina dopados com Cr como Cr (VI) e Cr (III). No entanto, a maioria dos Cr existem como Cr (III) na amostra preparada a partir da lama de alumina contendo cromo. Isso indica que a parte do Cr (III) é oxidada no processo de calcinação na amostra dopada com Cr, mas menos Cr (III) é oxidada nas amostras preparadas a partir da lama de alumina contendo cromo. Para as amostras preparadas a partir da lama de alumina contendo cromo, porque a combinação de ligação química de Cr – O e o elemento metálico de impureza são formados, o potencial do eletrodo de Cr ⁶⁺ / Cr ³⁺ é aumentado em alta temperatura, portanto, poucos Cr (VI) na amostra. Conforme mostrado na Fig. 6b, os picos em 724.45 e 711.30 eV são atribuídos a Fe 2p _1/2 e Fe 2p _3/2 de Fe ₂ O ₃ , e 722,38 e 710,44 eV são atribuídos a Fe 2p _1/2 e Fe 2p _3/2 de Fe ₃ O ₄ . Os resultados mostram que o Fe existe na amostra de dopagem com Fe como Fe (II) e Fe (III). É sugerido que o elemento Fe é inserido na rede do precursor de alumina e ocorre na rede de alumínio durante a síntese. No processo de calcinação subsequente, um pouco de Fe (III) é reduzido a Fe (II) pela redução da substância no ar. No entanto, não há picos de Fe na amostra preparada a partir da lama de alumina contendo cromo, devido a pouco Fe na amostra (Tabela 3). Conforme mostrado na Fig. 6c, os picos em 50,20 a 50,34 eV são atribuídos a Mg 2 p de MgO, sugerindo que existe Mg na amostra dopada com Mg como MgO. No entanto, o pico de Mg 2p é muito fraco na amostra preparada a partir da lama de alumina contendo cromo. É possível que o conteúdo de Mg seja raro. Os resultados estão de acordo com a EDS. De acordo com os resultados de XRD, FT-IR e XPS, é ilustrado que a imperfeição da rede de amostras de dopagem de elemento único é formada devido às impurezas do elemento metálico que entram na rede de alumina. No entanto, devido à competição de vários elementos, mais Cr é inserido na rede de alumina preparada a partir da lama de alumina contendo cromo, e poucos elementos de Fe e Mg são inseridos.

Espectros XPS de a Cr ³⁺ 2 p , b Fe ³⁺ 2 p , e c Mg ²⁺ 2 p

Conclusões

Em resumo, os elementos de impureza foram dopados em nanobastões de alumina, como Cr, Fe e Mg. A transformação do cristal da alumina é restringida pelo Cr dopado e facilitada pelo Fe e Mg dopados, que é transformado a partir de θ -Al ₂ O ₃ para α -Al ₂ O ₃ no processo de calcinação. Além disso, a transformação do cristal da alumina é fortemente restringida por elementos co-dopados da lama de alumina contendo cromo. O curso da transformação da estrutura de fase, ligação química, microestrutura e o estado químico de O e Al dos nanobastões de alumina são afetados pelos elementos dopados. Na amostra preparada a partir de lodo de alumina contendo cromo, a dopagem com Fe é confinada pela competição de Cr e Mg. Este estudo sugere que os nanobastões de alumina podem ser preparados a partir de lodo de alumina contendo cromo para reduzir custos e eliminar a poluição.

Abreviações

BE:: Energia de ligação
DSC:: Análise de calorimetria exploratória diferencial
EDS:: Espectrômetro de dispersão de energia
FETEM:: Microscopia eletrônica de transmissão de emissão de campo
FT-IR:: Espectro infravermelho da transformada de Fourier
HRTEM:: Microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução
SAED:: Difração de elétrons de área selecionada
TEM:: Microscopia eletrônica de transmissão
TG:: Analisador termogravimétrico
XPS:: espectroscopia de fotoelétrons de raios-X
XRD:: Difração de pó de raios-x

Características de chaveamento resistivo bipolar de dispositivos RRAM de estrutura tricamada de HfO2 / TiO2 / HfO2 em substratos revestidos com Pt e TiN fabricados por deposição de camada atômica Remoção de corante catiônico fotocataliticamente aprimorada com hidróxidos duplos em camadas de Zn-Al

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias