Институт катализа им. Г. К. Борескова, Новосибирск, Россия:

М. В. Батыгина, младший научный сотрудник, эл. почта: monolasta@gmail.com
Н. М. Добрынкин, старший научный сотрудник
А. С. Носков, заведующий отделом технологии каталитических процессов

Изучен гидротермальный синтез Al-O-H продуктов в результате совместного гидролиза гексагидрата хлорида алюминия AlCl₃·6H₂O и карбамида: 2AlCl₃ + 3(NH₂)₂CO + 7H₂O = 2AlO(OH)↓ + 6NH₄Cl + 3CO₂↑. Эксперименты выполнены с использованием реактора автоклавного типа объемом 200 мл в составе экспериментальной установки высокого давления в интервале температур от 423 до 513 К при давлении 0,6–2,4 МПа в течение 3–10 ч в потоке аргона. Концентрация хлорида алюминия в растворе составляла 3–20 %, скорость потока аргона поддерживали постоянной и равной 0,00125 м³/ч, давление в реакторе соответствовало давлению насыщенных паров воды при температуре опыта. Изучено влияние различных добавок (C₂H₅OH, Na₂CO₃, NaHCO₃, Al₂O₃, (NH₂)₂CO) на глубину гидролиза раствора хлорида алюминия. Показано, что карбамид является наиболее эффективной добавкой, позволяющей осуществить полный гидролиз AlCl3. При этом выход 99 % Al-O-H продукта образуется при мольном отношении AlCl₃: (NH₂)₂CO = 0,67, температуре 433–513 К и давлении 0,6–2,4 МПа. Методами рентгеновской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения показано, что образующийся при гидролизе продукт представляет собой высокодисперсный (наноразмерный) γ-AlOOH (бемит). При гидролизе AlCl₃ в низкотемпературной области (423 К) на дифрактограммах образцов Al-O-H продуктов обнаружены дифракционные максимумы (32,7^о, 44,85^о и 57,43^о), соответствующие фазе оксихлорида Al₄₅O₄₅(OH)₄₅Cl. Рассмотренный способ проведения гидротермального совместного гидролиза гексагидрата хлорида алюминия и карбамида позволяет получить бемит с выходом до 99 % и с содержанием хлорид-иона в высушенном до постоянной массы бемите 1,06 %. Полученный наноразмерный бемит представляет интерес для различных областей применения (катализ, нанофильтрация, производство алюминия и др.).

Данная работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации. Уникальный идентификатор проекта — RFMEFI60715X0142.

1. Логинова И. В., Кырчиков А. В., Пенюгалова Н. П. Технология производства глинозема : уч. пособие. — Екатеринбург : Изд-во Уральского университета, 2015. — 336 с.
2. Междунар. заявка WO 2014/042549 A1. Способ получения глинозема / Л. Н. Максимова, А. С. Сенюта, А. В. Панов ; опубл. 20.03.2014.
3. Междунар. заявка WO 2014/021729 A1. Способ получения глинозема / А. С. Сенюта, А. В. Панов, А. Г. Сусс, А. А. Дамаскин ; опубл. 06.02.2014.
4. Междунар. заявка WO 2015/053645 A1. Способ переработки алюминийсодержащего сырья / А. А. Дамаскин, Л. Н. Максимова, Э. А. Слободянюк, А. С. Сенюта, А. Г. Сусс ; опубл. 16.04.2015.
5. Междунар. заявка WO 2014/021730 A1. Способ получения глинозема / А. С. Сенюта, А. В. Панов ; опубл. 06.02.2014.
6. Глинка Н. Л. Общая химия. — М. : Юрайт, 2013. — 898 с.
7. Tan J., Chan K. S. Understanding Advanced Physical Inorganic Chemistry. — Singapore : World Scientific Publishing Co Pte Ltd, 2011. — 472 p.
8. Suchanek W. L. Hydrothermal synthesis of alpha alumina (α-Al₂O₃) powders: study of the processing variables and growth mechanisms // Journal of the American Ceramic Society. 2010. Vol. 93. P. 399–412.

9. ГОСТ 3759–75. Реактивы. Алюминий хлористый 6-водный. Технические условия. — Введ. 01.07.76.
10. Воскресенский П. И. Техника лабораторных работ. — М. : Химия, 1973. — 717 с.
11. Angel Brad M. Geochemical controls on aluminium concentrations in coastal waters // Environ. Chem. 2016. Vol. 13. P. 111–118.
12. Yang Z. L., Gao B. Y., Yue Q. Y., Wang Y. Effect of pH on the coagulation performance of Al-based coagulants and residual aluminum speciation during the treatment of humic acid–kaolin synthetic water // J. Hazard. Mater. 2010, No.178. P. 596–603.
13. Xu Hui, Jiao Ruyuan, Xiao Feng, Wang Dong Sheng. Relative importance of hydrolyzed Al species (Ala, Alb, Alc) on residual Al and effects of nano-particles (Fe-surface modified TiO2 and Al₂O₃) on coagulation process // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2014. No. 446. P. 139–150.
14. Brosset C., Biederman G., Sillen L. G. Studies of the hydrolysis of metal ions // Chemica Scandinavica. 1954. Vol. 8. P. 1917–1926.
15. Wanga C., Hana Z., Wang P., Laoa N. C. T., Honga P. Potentiometric Titration Curves of Aluminium Salt Solutions and its Species Conversion in the Hydrolysis-Polymerization Course // Bull. Chem. Soc. Ethiop. 2008. Vol. 22. No. 2. P. 155–164.
16. Duan J., Gregory J. Coagulation by hydrolysing metal salts // Advances in Colloid and Interface Science. 2003. Vol. 100/102. P. 475–502.
17. Cvijović M., Kilibard V., Jelikić-Stankov M., Lazarević I., Jakov ljević I., Joksović L., Durdević P. ESI-MS study of speciation in hydrolyzed aluminum chloride solutions // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2012. Vol. 23, No. 6. P. 1087–1097.
18. Баранова Н. И., Сажин С. Г. Идентификация параметров, влияющих на процесс синтеза карбамида // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 2. C. 61–64.
19. Zhong L. S. Self-Assembled 3D Flowerlike Iron Oxide Nanostructures and Their Application in Water Treatment // Adv. Mat. 2006. Vol. 18, No. 1. P. 2426–2431.
20. Cao S. W. Preparation and photocatalytic property of α-Fe₂O₃ hollow core/shell hierarchical nanostructures // J. Phys. Chem. Solids. 2010. Vol. 71. P. 1680–1683.
21. Yu J. Hydrothermal Synthesis and Visible-light Photocatalytic Activity of Novel Cage-like Ferric Oxide Hollow Spheres // Cryst. Growth Design. 2009. Vol. 9. P. 1474–1480.
22. Yang Juan. Hydrothermal Synthesis of Submicrometer α-Alumina from Seeded Tetraethylammonium Hydroxide-Peptized Aluminum Hydroxide // J. Amer. Ceram. Soc. 2003. Vol. 86. No. 12. P. 2055–2058.