Добринський

1.

ЖИТОМИРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА
Природничий факультет
Кафедра хімії
АЛЮМІНАТИ ЗІ СТРУКТУРОЮ ШПІНЕЛІ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ
Кваліфікаційна робота
здобувача вищої освіти
першого (бакалаврського) рівня вищої освіти
спеціальності 102 Хімія
предметної спеціальності –
спеціалізації –
освітньої програми Хімія
41Бд-Хім групи
ДОБРИНСЬКОГО Олексія Володимировича
Науковий керівник
доцент кафедри хімії,
кандидат хімічних наук, доцент
КАМІНСЬКИЙ Олександр Миколайович

2.

Алюмінати зі структурою шпінелі – це важлива та широко досліджувана група оксидних керамічних
матеріалів, що мають загальну формулу AB₂O₄, де A – двовалентний катіон (наприклад, Mg²⁺, Ni²⁺,
Zn²⁺), а B – тривалентний катіон (Al³⁺, іноді змішаний із іншими тривалентними елементами).
Алюмінати зі структурою шпінелі відзначаються винятковою комбінацією властивостей, що
визначають їх широке застосування в техніці та науці. До таких властивостей належать висока
термічна та хімічна стабільність, висока твердість і механічна міцність, значна корозійна стійкість, а
також можливість тонкого налаштування властивостей за рахунок легування іншими іонами
(наприклад, Fe, Co, Ni, Mn).
Мета роботи є: цитратний золь-гель синтез алюмінатів типу МеАІ2O4 та дослідження їх
адсорбційних характеристик.
Завдання дослідження:
1. Здійснити аналіз літературних джерел з досліджуваної теми.
2. Провести синтез нанорозмірного кобальтового та цинкового алюмінатів золь-гель цитратним
методом за участю автогоріння (Печіні) та дослідити їх структуру методом ІЧ-Фур’є спектроскопії.
3. Провести порівняльний аналіз величин адсорбції метиленового синього (МС) з розчинів
поверхнями синтезованих алюмінатів.
4. Сформулювати висновки роботи.
Апробація роботи: матеріали роботи заслуховувались на засіданнях наукових гуртків: «Фізика і
хімія твердого тіла» та «Синтез і дослідження твердих неорганічних речовин», а також були
представлені на V Всеукраїнській Інтернет-конференції молодих вчених «Перспективи хімії в
сучасному світі» (19 листопада 2025 року).
2

3.

МЕТОДИКА СИНТЕЗУ АЛЮМІНАТІВ
У роботі проведено синтез кобальтового та цинкового
алюмінатів зі структурою шпінелі цитратним золь - гель
методом за участю автогоріння (метод Печіні).
Для синтезу використано відповідні розрахунки мас
речовин:
0,01 моль Со(NO3)2*6H2O марки «ч.», m = 2,91 г;
0,01 моль Zn(NO3)2*6H2O марки «ч.», m = 2,97 г
0,02 моль АІ(NO3)3* 9H2O марки «ч.д.а.», m = 7,50 г;
0,03 моль C6H8O7* H2O марки «ч.д.а.», m = 6,3 г.
Суміш солей металів та лимонної кислоти розчиняли в 50
мл дистильованої води. До одержаного розчину додавали
14-15 мл 25 % розчину аміаку (марки «ч.д.а.») порціями по 2
мл для підтримання рН ≈ 8. Розчин переносили у високу
склянку на 250 мл і нагрівали на електричній плитці до
повного випаровування розчинника з утворенням густого
гелю, який після висихання самоспалахував (відбувалося
автогоріння з утворенням пухкої маси нанодисперсного
алюмінату).
Рис. 1. Фотографія синтезованого
кобальтового алюмінату
Рис. 2. Фотографія синтезованого
цинкового алюмінату
3

4.

ДОСЛІДЖЕННЯ АЛЮМІНАТІВ МЕТОДОМ ІЧ-ФУР’Є СПЕКТРОСКОПІЇ
690 см-1
Рис. 3. ІЧ – Фур’є спектр синтезованого
кобальтового алюмінату
690 см-1
Ідентифіковано,
що
утоврений дуплет в області СП
2400-2300
cм-1
відповідає
валентним
симетричним
коливанням
–ОН
груп
адсорбованих молекул H2O. СП
при 1650- 1550 cм-1 вказує на
валентні коливання АІ – OH груп
шпінелі.
При 690 cм-1 виявлено
слабкі коливання йону [АІO4]2в структурі шпінелі.
Рис. 4. ІЧ – Фур’є спектр синтезованого
цинкового алюмінату
4

5.

ІЗОТЕРМА АДСОРБЦІЇ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЬОГО ПОВЕРХНЕЮ
КОБАЛЬТОВОГО АЛЮМІНАТУ
1,0
А, мг/г
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
2
4
6
Ср, мг/л
8
Встановлено, що максимальна адсорбційна ємність (А) становить 0,875 мг/г, а
ступінь вилучення становить 21,0 % за максимальної концентрації барвника (Со = 10
мг/л). Це означає, що спорідненість даного барвника до поверхні кобальтового алюмінату
також є незначною. Характер кривої ізотерми нагадує криві ізотерм Ленгмюра (L3-тип)
відповідно до класифікації Гільса, без виходу на насичення. Такий тип ізотерм
характерний для адсорбентів з малою енергією взаємодії адсорбент-адсорбат.
5

6.

ІЗОТЕРМА АДСОРБЦІЇ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЬОГО ПОВЕРХНЕЮ
ЦИНКОВОГО АЛЮМІНАТУ
0,7
0,6
А, мг/г
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
2
4
6
Ср, мг/л
8
10
Встановлено, що максимальна адсорбційна ємність (А) становить 0,635 мг/г, а ступінь
вилучення становить 15,25 % за максимальної концентрації барвника (Со = 10 мг/л). Це
означає, що спорідненість даного барвника до поверхні цинкового алюмінату також є
незначною. Характер кривої ізотерми нагадує криві ізотерм Ленгмюра (L6-тип) відповідно
до класифікації Гільса. Такий тип ізотерм вказує на те, що адсорбція відбувається на
непористому адсорбенті з однорідною поверхнею.
6

7.

ВИСНОВКИ
1. Проведено огляд сучасних джерел літератури, що стосуються фізико-хімічних
властивостей та структури алюмінатів, методів аналізу структури алюмінатів та їх
адсорбційних властивостей.
2. Здійснено цитратний золь-гель синтез кобальтового та цинкового алюмінатів за відомою
методикою. Методом ІЧ-Фур’є спектроскопії підтверджено їх структуру.
3. Досліджено адсорбцію метиленового синього з розчину поверхнями кобальтового та
цинкового алюмінатів та побудовано відповідні ізотерми адсорбції.
4. Визначено, що обидві ізотерми адсорбції
(мономолекулярна адсорбція), проте різних підтипів.
належать
до
ізотерм
Ленгмюра
5. Показано, що адсорбційна ємність та ступінь вилучення барвника незначні, що вказує на
низьку взаємодію на межі поділу «адсорбат-адсорбент».
7

8.

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ !!!