Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Применение метода транспортного восстановления для синтеза систем Fe2S3-x, CuFeS2-xи CuFe2S3-x

Работа №71934

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

химия

Объем работы47
Год сдачи2016
Стоимость4800 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
50
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 4
1. Литературный обзор 5
1.1 Сульфидные соединения железа 5
1.1.1 Пирит FeS2 5
1.1.2 Грейгит (мельниковит) Fe3S4 6
1.1.3 Халькопирит CuFeS2 7
1.1.4 Кубанит CuFe2S3 8
1.1.5 Обобщение основных свойств сульфидов железа 10
1.2 Метод химических транспортных реакций 11
1.2.1 Явление химического и частичного химического транспорта 11
1.2.2 Процессы транспортного восстановления (ПТВ) 13
1.2.3 Применение метода ПТВ для синтеза пленочных структур 14
1.2.4 Бескислородные системы и возникающие при этом проблемы 15
1.3 Методы анализа 17
1.3.1 Рентгенофазовый анализ 17
1.3.2 Мессбауэровская спектроскопия 18
2. Экспериментальная часть 22
2.1 Исходные вещества 22
2.2 Использованное оборудование 22
2.3 Синтез грейгита (Fe2S3) 22
2.4 Проведение процесса транспортного восстановления 23
2.5 Получение халькопирита CuFeS^ 24
2.6 Определение соотношения Fe2+/Fe3+фотоколориметрическим методом с ортофенантролином 25
3. Обсуждение результатов 26
3.1 Установление принципиальной возможности восстановления сульфида
железа методом транспортного восстановления 26
3.2 Получение синтетического халькопирита (CuFeS2) из CuS и Fe2S3методом
транспортного восстановления 33
ВЫВОДЫ 38
Благодарности 39
Список литературы 40
Приложение 44


Химия магнитных материалов - одно из наиболее активно развиваемых направлений современной науки, в последние годы привлекающее все большее внимание исследователей из различных областей химии, физики, биологии и медицины [1, 2].
Халькогениды железа - это огромное семейство соединений, в котором встречаются материалы с различным типом проводимости (проводники, полупроводники и диэлектрики) и различными магнитными свойствами (ферри- и ферромагнетики, антиферромагнетики и парамагнетики).
Среди магнитных наноматериалов сульфидные соединения железа, такие как магнетит, гематит, грейгит и халькопирит, уже давно изучаются и в настоящее время широко используются в микроэлектронике и медицине. Например, предполагается их использование в качестве контрастного агента в магниторезонансной томографии, в адресной доставке лекарств, а также в различных устройствах записи и хранения информации, сенсорах. Основными требованиями здесь являются простота синтеза, нетоксичность, химическая стабильность. В отличие от оксидов, наночастицы сульфидов железа сложнее синтезировать из-за сильной зависимости свойств от соотношения Fe/S и температуры синтеза. Также они больше подвержены деградации и окислению на воздухе.
Целью настоящей работы является разработка подхода к модифицированию общего содержания серы в следующих фазовых композициях: грейгита (Рез84), халькопирита (CuFeS2) и кубанита (CuFe2S3) методом транспортного восстановления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проверить применимость метода транспортного восстановления для целенаправленного регулирования содержания серы в вышеперечисленных соединениях.
2. Исследовать физико-химические свойства полученных соединений.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность транспортного восстановления сульфидов железа и меди магнием при температурах 600-800оС.
2. Методом транспортного восстановления в системе Fe2S3-Mg-H2получен ряд двухфазных композиций FeS/Fe2S3с соотношения Fe2+/Fe3+в диапазоне от 0 до 4.
3. Предложен новый метод синтеза халькопирита из смеси рентгеноаморфных сульфидов (CuS, Fe2S3), основанный на транспортном восстановлении исходной смеси металлическим магнием с парами воды в качестве транспортного агента.
4. Показана эффективность методов рентгеновской дифракции и Мессбауэровской спектроскопии для контроля над протеканием процесса транспортного восстановления и изменениями структуры образующихся сульфидов.



1. Avilov A.S., Gubin S.P., Zaporozhets M.A. Electron crystallography as an informative method for studying the structure of nanoparticles // Crystallogr. Rep. 2013. Vol. 58, № 6. P. 788-804.
2. Vaughan D.J., Craig J.R. Mineral chemistry of metal sulfides. Cambridge [Eng.]; New York: Cambridge University Press, 1978. 512 p.
4. Дроздова С.В., Cамсонов Г.В. Сульфиды. Москва: Металлургия, 1972.
3. Liang D. et al. A facile synthetic approach for copper iron sulfide nanocrystals with enhanced thermoelectric performance // Nanoscale. 2012. Vol. 4, № 20. P. 6265-6268.
4. Wang Y.-H.A., Bao N., Gupta A. Shape-controlled synthesis of semiconducting CuFeS2 nanocrystals // Solid State Sci. 2010. Vol. 12, № 3. P. 387-390.
5. Verma S. et al. Chalcopyrite nanocomposite material for sustainable thermoelectrics // Jpn. J. Appl. Phys. 2014. Vol. 53, № 12. P. 120301.
6. Takayama T., Takagi H. Phase-change magnetic memory effect in cation-deficient iron sulfide Fe1-xS // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88, № 1. P. 012512.
7. Lyubutin I.S. et al. High-temperature redistribution of cation vacancies and irreversible magnetic transitions in the Fe1-x S nanodisks observed by the Mossbauer spectroscopy and magnetic measurements // J. Nanoparticle Res. 2011. Vol. 13, № 10. P. 5507-5517.
8. Yang K. et al. FeS nanoplates as a multifunctional nano-theranostic for magnetic resonance imaging guided photothermal therapy // Biomaterials. 2015. Vol. 38. P. 1-9.
148
9. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. Москва: Государственное Издательство геологической литературы, 1951.
11. Dekkers M.J., Schoonen A.A. An electrokinetic study of synthetic greigite and pyrrhotite // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. Vol. 58, № 19. P. 4147-4153.
12. Lin Z. Mineralogical and chemical characterization of wastes from the sulfuric acid industry in Falun, Sweden // Environ. Geol. 1997. Vol. 30, № 3-4. P. 152- 162.
13. Menyeh A., O’reilly W. The Magnetization Process In Monoclinic Pyrrhotite (Fe7S8) Particles Containing Few Domains // Geophys. J. Int. 1991. Vol. 104, № 2. P. 387-399.
14. Enkin R.J. et al. Magnetic hysteresis parameters and Day plot analysis to characterize diagenetic alteration in gas hydrate-bearing sediments // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2007. Vol. 112, № B6. P. n/a - n/a.
15. Tazibt S. et al. Electronic, magnetic and structural properties of neutral, cationic and anionic Fe2S2, Fe3S4 and Fe4S4 clusters // J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 2010. Vol. 43, №
16. P. 165101.
16. Beinert H., Holm R.H., Munck E. Iron-Sulfur Clusters: Nature’s Modular, Multipurpose Structures // Science. 1997. Vol. 277, № 5326. P. 653-659.
17. Kasama T. et al. Magnetic microstructure of iron sulfide crystals in magnetotactic bacteria from off-axis electron holography // Phys. B Condens. Matter. 2006. Vol. 384, № 1-2. P. 249-252.
18. Power L.F., Fine H.A. The iron-sulfur system.Part 1. The structure and physical properties of the compounds of the low-temperature phase fields // Mineral Science Engng. 1976. Vol. 8. P. 106-128.
19. Dekkers M.J. Some rockmagnetic parameters for natural goethite, pyrrhotite and fine-grained hematite. University of Utrecht, 1988.
20. Snowball I., Torii M. Incidence and significance of magnetic iron sulphides in Quaternary sediments and soils // Quat. Clim. Environ. Magn. Cambridge University Press, 1999.
21. Cisarova I., Skala R., Drabek M. Inversion twinning in troilite // American Mineralogist. 2006. Vol. 91. P. 917-921.
22. Taylor L.A., Williams K.L. Smythite, (Fe,Ni)9S11 - A redefinition // American Mineralogist. 1972. Vol. 57. P. 1571.
23. Erd R.C., Evans, Jr. H.T., Richter D.H. Smythite, a new iron sulfide, and associated pyrrhotite from Indiana // American Mineralogist. 1957. Vol. 42. P. 309.
24. Morimoto N. et al. Superstructure and Nonstoichiometry of Intermediate Pyrrhotite // American Mineralogist. 1975. Vol. 60. P. 240-248.
25. Новиков В.Г., Егоров В.К., Соколов Ю.А. Пирротины: Кристаллическая и магнитная структура, фазовые превращения. Москва: Наука, 1988.
26. Lennie A.R. et al. Synthesis and Rietveld crystal structures refinement of mackinawaite, tetragonal FeS // Mineral. Mag. 1995. Vol. 59, № 4. P. 677-683. 149
27. Chang L. Fundamental magnetic properties of Greigite (Fe3S4): phd. University of Southampton, 2009. 162 p.
28. Kradinova L.V. et al. Novel zero-gap compounds, magnetics: CuFeS2 and CuFeTe2 // Semicond. Sci. Technol. 1993. Vol. 8, № 8. P. 1616.
29. Teranishi T. Magnetic and Electric Properties of Chalcopyrite // J. Phys. Soc. Jpn. 1961. Vol. 16, № 10. P. 1881-1887.
30. Hamajima T. et al. Self-consistent electronic structures of magnetic semiconductors by a discrete variational Xa calculation. III. Chalcopyrite CuFeS2 // Phys. Rev. B. 1981. Vol. 24, № 6. P. 3349-3353.
31. Hu J. et al. A hydrothermal reaction to synthesize CuFeS2 nanorods // Inorg. Chem. Commun. 1999. Vol. 2, № 12. P. 569-571.
32. Pauling L., Brockway L.O. The Crystal Structure of Chalcopyrite CuFeS2 // Z. Fur Krist. - Cryst. Mater. 1932. Vol. 82, № 1.
33. Pearce C.I. et al. Copper oxidation state in chalcopyrite: Mixed Cu d9 and d10 characteristics // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. Vol. 70, № 18. P. 4635-4642.
34. Pareek S. et al. Mossbauer study on microwave synthesized (Cu,Fe) sulfide composites and correlation with natural mineral—cubanite // Hyperfine Interact. 2008. Vol. 186, № 1-3. P. 113-120.
35. Cabri L.J. et al. On the transformation of cubanite // Can. Mineral. 1973. Vol. 12, № 1. P. 33-38.
36. Szymanski J.T. A refinement of the structure of cubanite, CuFe 2 S 3 // Z. Fur Krist. 1974. Vol. 140, № 3-4. P. 218-239. 37. Szymanski J.T. The crystal structure of high- temperature CuFe2S3 // Z. Fur Krist. 1974. Vol. 140, № 3-4. P. 240-248.
38. Chandra U. et al. 57Fe Mossbauer spectroscopy and electrical resistivity studies on naturally occurring native iron under high pressures up to 9.1 GPa // American Mineralogist. 2010. Vol. 95. P. 870-875.
39. McCammon C.A. Equation of state, bonding character, and phase transition of cubanite, CuFe2S3, studied from 0 to 5 GPa // American Mineralogist. 1980. Vol. 80. P. 1¬8.
40. Greenwood N.N., Whitfield H.J. Mossbauer effect studies on cubanite (CuFe2S3) and related iron sulphides // J. Chem. Soc. Inorg. Phys. Theor. 1968. № 0. P. 1697-1699.
41. Wintenberger M., Lambert-Andron B., Roudaut E. Determination de la structure magnetique de la cubanite par diffraction neutronique sur un monocristal // Phys. Status Solidi A. 1974. Vol. 26, № 1. P. 147-154.
42. Sawada M., Ozima M., Fujiki Y. Magnetic Properties of Cubanite (CuFe2S3) // J. Geomagn. Geoelect. 1962. Vol. 14. P. 107-112.
43. Miyamoto M. et al. A new polymorph of cubanite, CuFe2S3 // Mater. Res. Bull. 1980. Vol. 15, № 7. P. 907-910.
44. Pruseth K.L., Mishra B., Bernhardt H.J. An experimental study on cubanite irreversibility; implications for natural chalcopyrite-cubanite intergrowths // Eur. J. Mineral. 1999. Vol. 11, № 3. P. 471-476.
45. Caye R. Isocubanite, a New Definition of the Cubic Polymorph of Cubanite CuFe2S3 // Mineral. Mag. 1988. Vol. 52, № 367. P. 509-514.
46. Шеффер Г. Химические транспортные реакции. Изд. Мир: Москва 1964
47. Vladimir M. Smirnov, Vladimir G. Povarov, Gennadii P. Voronkov, Valentin G. Semenov, Igor’ V. Murin1, Viktor N. Gittsovich1 and Boris M. Solid-state water-mediated transport reduction of nanostructured iron oxides// Journal of Nanoparticle Research 3: 83-89, 2001.
48. V. G. Povarov. Formation of Bulk and Two-Dimensional Metal Oxide Nanostructures by Transport Reduction// Russian Journal of General Chemistry, Vol. 72, No. 7, 2002, pp. 101231016. Vol. 72, No. 7, 2002, pp. 108231087.
49. Л.М.Ковба, В.К.Трунов. Рентгенофазовый анализ-М. :изд. МГУ, 1976 - с.150
50. Семенов В.Г., Панчук В.В. Практическое руководство по спектроскопии ядерного гамма-резонанса. - СПб: Изд-во СПбУ, 2010 - с.78
51. П.Б.Фабричный, К.В.Похолок. Конспект курса лекций для студентов старших курсов и аспирантов химического факультета Мессбауэровская спектроскопия и ее применение для химической диагностики неорганических материалов. -М.: МГУ, 2008, - 142с.
52. Адамсон А.В. Физическая химия поверхностей Изд: Мир: Москва 1979 с.568


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.