Synthesis of complex alumina-cobalt systems using thermally activated gibbsite product

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using the methods of X-ray phase, thermal, microscopic, adsorption, and chemical analyses, the possibility of obtaining high-percentage mixed alumina-cobalt spinels by hydrochemical treatment under room or hydrothermal conditions of powder suspensions of the product of centrifugal thermal activation of gibbsite in aqueous solutions of cobaltous nitrate is studied and shown. Thermal treatment of hydrochemical interaction products, viz. xerogels in the range of 350–850°C, is established to lead to the formation of Co3O4 and CoAl2O4 spinel phases with their different ratio depending on the synthesis conditions. Thus, hydrochemical treatment of suspensions at room temperature provides, after calcination, the predominant formation of the Co3O4 phase while hydrothermal treatment at 150°C leads to a deeper interaction of suspension components at the treatment stage, forming CoAl2O4 after thermal treatment. It is noted that the maximum content of spinel of CoAl2O4 type (90% according to H2-TPR data) is observed for the hydrothermal product calcined at 850°C. The considered method is concluded to allow obtaining complex alumina-cobalt compounds with different phase ratio, reducing the number of initial reagents, preparation stages, completely excluding effluents, as well as reducing the total amount of nitrates by 75 wt.%, as compared to the nitrate classical co-precipitation scheme.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Zhuzhgov

G. K. Boreskov Institute of Catalysis of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Russian Federation, Novosibirsk

A. S. Gorkusha

G. K. Boreskov Institute of Catalysis of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

E. A. Suprun

G. K. Boreskov Institute of Catalysis of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Russian Federation, Novosibirsk

A. I. Lysikov

G. K. Boreskov Institute of Catalysis of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

L. A. Isupova

G. K. Boreskov Institute of Catalysis of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: zhuzhgov@catalysis.ru
Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Li F., Duan X. // Struct. Bond. 2006. V. 119. P. 193.
  2. Tian Li., Huang K., Liu Y. et al. // J. Solid State. Chem. 2011. V. 184. P. 2961.
  3. Merikhi J., Jungk H., Feldmann C. // J. Mat. Chem. 2002. V. 10. P. 1311.
  4. Veronesi P., Leonelli C., Bondioli F. // Technologies. 2017. V. 5. P. 42.
  5. Rangappa D., Ohara S., Naka T. et al. // J. Mat. Chem. 2007. V. 17. P. 4426.
  6. Tang Y., Liu Y., Yu S. et al. // J. Power Sour. 2014. V. 256. P. 160.
  7. Khodakov A.Y., Chu W., Fongarland P. et al. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 1692.
  8. Jacobs G., Das T.K., Zhang Y. et al. // App. Catal. A: General. 2002. V. 233. P. 263.
  9. Narayanan S., Unnikrishnan R. // J. Chemical Society, Faraday Transactions. 1998. V. 94. P. 1124.
  10. Gandia L.M., Montes M. // J. Molecular Catal. 1994. V. 94. P. 347.
  11. Ragupathi С., Vijaya J.D., Narayanan S. et al. // Ceram. Intern. 2015. V. 41. P. 2069.
  12. Choya A., Rivas B., Gutiérrez-Ortiz J.I. et al. // Materials. 2019. V. 19. P. 1.
  13. Moraz-Lazaro J.P., Blanco O., Rodriguez-Betancourtt V.M. et al. // Sensor and Actuators B: Chemical. 2016. V. 226. P. 518.
  14. Yang He., Goldbach A., Shen W. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 51. P. 1360.
  15. Das T., Kweon S., Nah In. et al. // Cryogenics. 2015. V. 69. P. 36.
  16. Жужгов А.В., Криворучко О.П., Исупова Л.А. и др. // Катализ промышленности. 2017. Т. 17. № 5. С. 346.
  17. Буянов Р.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2017. Т. 17. № 5. С. 390.
  18. Жужгов А.В., Криворучко О.П., Исупова Л.А. // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 1. С. 50.
  19. Boeva O., Antonov A., Zhavoronkova K. // Catal. Comm. 2021. V. 148. P. 106173.
  20. Lu H.T., Li W., Miandoab E.S. et al. // Front. Chem. Sci. Eng. 2021. V. 15. P. 464.
  21. Aasadni M., Mehrpooya M., Ghorbani B. // J. Cleaner Production. 2021. V. 278. P. 123872.
  22. Wang C., Lui S., Lui L. et al. // J. Mater. Chem. Phys. 2006. V. 96. P. 361.
  23. Casado P.G., Rasines I. // J. Solid state Chem. 1984. V. 52. P. 187.
  24. Li W., Li J., Guo J. // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. V. 23. P. 2289.
  25. Федотов M.A., Тарабан Е.А., Криворучко О.П. и др. // Журн. неорган. химии. 1990. Т. 35. № 5. С. 1226.
  26. Bai C.S., Soled S., Dwight K. // J. Solid State Chem. 1991. V. 91. P. 148.
  27. Fogg A.M., Williams G.R., Chester R. et al. // J. Mater. Chem. 2004. V. 14. P. 2369.
  28. Williams G.R., Moorhouse S.J., Timothy J.P. et al. // Dalton Trans. 2011. V. 40. P. 6012.
  29. Криворучко О.П., Буянов Р.А., Парамзин С.М. и др. // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29. № 1. С. 252.
  30. Буянов Р.А., Криворучко О.П., Золотовский Б.П. // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. 1986. № 11. Вып. 4. С. 39.
  31. Ingram-Jones V.J., Davies R.C.T., Southern J.C. et al. // J. Mat. Chem. 1996. V. 6. P. 73.
  32. Танашев Ю.Ю., Мороз Э.М., Исупова Л.А. и др. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. № 1. С. 161.
  33. Zhuzhgov A.V., Kruglyakov V.Y., Glazneva T.S. et al. // Chemistry. 2022. V. 4. P. 316.
  34. Жужгов А.В., Кругляков В.Ю., Супрун Е.А. и др. // Журн. прикл. химии. 2022. Т. 95. № 4. С. 450.
  35. Zhuzhgov A.V., Isupova L.A., Suprun E.A. et al. // Chem. Engineering. 2023. V. 7. № 4. 71:1–16.
  36. Ivanova Y., Zhuzhgov A., Isupova L. // Inorganic Chemistry Communications. 2024. V. 162. P. 1.
  37. Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО “Принта”, 2010. 288 с.
  38. Косенко Н.Ф. // Изв. высших учебных заведений. 2011. Т. 54. № 5. С. 3.
  39. Krivoruchko O.P., Plyasova L.M., Zolotovskii B.P. et al. // React. Kinet. Catal. Lett. 1983. V. 22. № 3–5. P. 375.
  40. Van Nordstrand R.A., Hettinger W.P., Keith C.D. // Nature. 1956. V. 177. P. 713.
  41. Шефер К.И., Черепанова С.В., Мороз Э.М. и др. // Журн. структур. химии. 2010. Т. 51. № 1. С. 137.
  42. Danilevich V., Isupova L., Parmon V. // Cleaner Engineering and Technology. 2021. V. 3. P. 1.
  43. Исупова Л.А., Иванова Ю.А. // Докл. РАН. Химия, науки о материалах (Докл. Академии наук до 2019 года). 2023. Т. 511. С. 60.
  44. Lin H.K., Wang C.B., Chiu H.C. et al. // Catal. Lett. 2023. V. 86. P. 63.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Powder diffractograms of comparison samples of aluminum hydroxides and oxides: a - pseudobemite synthesized by the classical nitrate precipitation method; b - well-oxidized bemite (1), well-oxidized bayerite (2); c - Al(150)-110 hydration product of CTA-GB in aqueous medium (without presence of Co2+ cations), representing pseudobemite; d - products of heat treatment at 550°C of bemite/pseudobemite and bayerite, representing low-temperature modifications of γ-Al2O3 (1) and η-Al2O3 (2), respectively.

Download (291KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Powder diffractograms of aluminocobalt systems after low-temperature drying at 110°C and heat treatment in the range of 350-850°C: a - comparison sample CoAl-CoAl-110, synthesized by conventional co-precipitation method using nitrate technology; b - comparison sample CoAl-CoAl-550, obtained by heat treatment of CoAl-CoAl-110 at 550°C; c - products of hydrothermal treatment of CTA-GB in Co2+ solutions in the concentration range of 10-20 wt%: 1 - 1°CoAl(150)-110, 2 - 15CoAl(150)-110, 3 - 2°CoAl(150)-110; d - products of room-temperature and hydrothermal treatment of CTA-HB in Co2+ solutions with stoichiometric concentration of ~33 wt%: 1 - 33CoAl(150)-110, 2 - 33CoAl(25)-110; e - products of heat treatment of samples in the range of 350-850°C of hydrochemical interaction of CTA-GB in Co2+ solutions with stoichiometric concentration in ~33 wt%: 1 - CoAl(25)-350, 2 - CoAl(25)-550, 3 - CoAl(25)-850, 4 - CoAl(150)-550, 5 - CoAl(150)-850.

Download (538KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Thermal analysis data: a - initial CTA-GB, b - Al(150)-110, c - 1°CoAl(150)-110, d - 15CoAl(150)-110, e - 2°CoAl(150)-110, f - 33CoAl(25)-110, g - 33CoAl(150)-110.

Download (530KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. TPV-H2 curves: a - 33CoAl(25)-350, b - 33CoAl(25)-550, c - 33CoAl(150)-550, d - 33CoAl(25)-850, e - 33CoAl(150)-850.

Download (337KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Desorption curves of pore size distribution: a - 33CoAl(25)-350 (1), 33CoAl(150)-350 (2); b - 33CoAl(25)-550 (1), 33CoAl(150)-550 (2); c - 33CoAl(25)-850 (1), 33CoAl(150)-850 (2).

Download (187KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Electron images of 33CoAl(25)-850 sample particles at different magnifications: 50 (a), 10 (b), 5 (c), 2 μm (d).

Download (187KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Electron images of 33CoAl(150)-850 sample particles at different magnifications: 50 (a), 10 (b), 5 (c), 2 μm (d).

Download (303KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».