[go: up one dir, main page]

RU2542260C2 - Ion selective material for detecting ammonium ions and method for preparing it - Google Patents

Ion selective material for detecting ammonium ions and method for preparing it Download PDF

Info

Publication number
RU2542260C2
RU2542260C2 RU2013129089/05A RU2013129089A RU2542260C2 RU 2542260 C2 RU2542260 C2 RU 2542260C2 RU 2013129089/05 A RU2013129089/05 A RU 2013129089/05A RU 2013129089 A RU2013129089 A RU 2013129089A RU 2542260 C2 RU2542260 C2 RU 2542260C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ammonium
solution
ion
hydrated
bronze
Prior art date
Application number
RU2013129089/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013129089A (en
Inventor
Галина Степановна Захарова
Вен ЧЕН
Цюаньяо Джу
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2013129089/05A priority Critical patent/RU2542260C2/en
Publication of RU2013129089A publication Critical patent/RU2013129089A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2542260C2 publication Critical patent/RU2542260C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: hydrated ammonium vanadium oxide bronze of formula (NH4)0.5V2O5·0,5H2O is used as an ion-selective material for the selective detection of the ammonium ion concentration in solutions. Preparing hydrated ammonium vanadium oxide bronze of the above formulation is ensured by ammonium metavanadate NH4VO3 and anaqueous solution of citric acid is added drop by drop with constant stirring to set solution acidity within the range of 2.0≤pH≤6.0. The mixture is processed at temperature 140-180°C for 24-48 hours in a pressure steriliser. The prepared product is filtered, washed and dried.
EFFECT: invention enables preparing the ion-selective material for simple and reliable detection of the NH4+ concentration in the solutions.
2 cl, 5 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к материалам на основе оксидных ванадиевых соединений и может быть использовано в качестве ионоселективного материала для определения ионов аммония в растворах.The invention relates to materials based on oxide vanadium compounds and can be used as an ion-selective material for the determination of ammonium ions in solutions.

В настоящее время для количественного определения ионов N H 4 +

Figure 00000001
в аналитической химии используют формальдегидный метод анализа, являющийся обязательным при анализе арбитражных проб (Л.Д. Глузман, И.И. Эдельман. Лабораторный контроль коксохимического производства. Харьков: Металлургиздат. 1957. 635 с.). Согласно известному способу ионы аммония с помощью формальдегида переводят в гексаметилентетрамин по реакции:Currently for the quantification of ions N H four +
Figure 00000001
in analytical chemistry, the formaldehyde analysis method is used, which is mandatory in the analysis of arbitration samples (L.D. Gluzman, I.I. Edelman. Laboratory control of coke production. Kharkov: Metallurgizdat. 1957. 635 p.). According to a known method, ammonium ions with formaldehyde are converted into hexamethylenetetramine by the reaction:

Figure 00000002
Figure 00000002

При этом выделяется минеральная кислота в количестве, эквивалентном находящимся в пробе аммонийным солям. Далее титрованием раствором гидроксида натрия NaOH определяют количество освободившейся при этом кислоты и эквивалентное ей количество азота. Определение N H 4 +

Figure 00000001
проводят по следующей схеме: навеску исследуемого вещества растворяют в воде, прибавляют 25%-ный формалин, предварительно нейтрализованный 0.1 N раствором щелочи в присутствии фенолфталеина. Выделившуюся кислоту титруют 0.5 N раствором NaOH в присутствии фенолфталеина. Содержание азота в пересчете на сухое вещество (х, %) определяют по формуле:In this case, mineral acid is released in an amount equivalent to the ammonium salts in the sample. Next, by titration with a solution of sodium hydroxide NaOH, the amount of acid liberated in this case and the equivalent amount of nitrogen are determined. Definition N H four +
Figure 00000001
carried out according to the following scheme: a sample of the test substance is dissolved in water, 25% formalin is added, previously neutralized with 0.1 N alkali solution in the presence of phenolphthalein. The liberated acid is titrated with a 0.5 N NaOH solution in the presence of phenolphthalein. The nitrogen content in terms of dry matter (x,%) is determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где V - количество раствора гидроксида натрия NaOH, пошедшее на титрование, мл;where V is the amount of sodium hydroxide NaOH solution used for titration, ml;

T - предварительно установленный по стандартному образцу титр раствора гидроксида натрия;T is the titer of sodium hydroxide solution pre-installed according to the standard sample;

m - навеска исследуемого вещества, г.m - sample of the test substance, g.

Недостатком известного способа является необходимость соблюдения нейтральности раствора, т.к. содержание ионов аммония определяют титриметрически по количеству кислоты, выделяющейся согласно реакции (1). Вследствие чего затруднено определение ионов аммония в образцах, слабо и/или практически нерастворимых в воде, но растворимых в кислой или щелочной среде. Кроме того, перед каждым определением ионов аммония необходимо проверять титр раствора гидроксида натрия по фенолфталеину.The disadvantage of this method is the need to observe the neutrality of the solution, because the content of ammonium ions is determined titrimetrically by the amount of acid released according to reaction (1). As a result, it is difficult to determine ammonium ions in samples that are weakly and / or practically insoluble in water, but soluble in an acidic or alkaline medium. In addition, before each determination of ammonium ions, it is necessary to check the titer of the sodium hydroxide solution by phenolphthalein.

На сегодняшний день наиболее распространенным способом определения ионов аммония является способ фотометрического определения с использованием реактива Несслера, основанный на образовании оранжевого раствора при взаимодействии солей аммония с реактивом Несслера (Коростелев П.П. Фотометрический и комплексометрический анализ в металлургии. М.: Металлургия. 1984. 179 с.). По оптической плотности раствора, измеренной фотоколориметрическим методом, пропорциональной интенсивности окраски анализируемого раствора судят о количественном содержании ионов аммония.To date, the most common method for determining ammonium ions is the method of photometric determination using the Nessler reagent, based on the formation of an orange solution during the interaction of ammonium salts with the Nessler reagent (Korostelev P.P. Photometric and complexometric analysis in metallurgy. M .: Metallurgy. 1984. 179 p.). By the optical density of the solution, measured by the photocolorimetric method, proportional to the color intensity of the analyzed solution, the quantitative content of ammonium ions is judged.

Недостатком известного способа определения является использование высокотоксичного реактива Несслера, представляющего собой щелочной водный раствор дигидрата тетраиодомеркурата(II) калия состава K2Hgl4(H2O)2. Реактив Несслера содержит ртуть, поэтому он ядовит. Кроме того, следует соблюдать определенные условия его хранения (темная склянка с притертой пробкой, холодное место). Известный способ не позволяет определять ионы аммония с большой точностью при повышенном содержании в исследуемом растворе ионов Mg, Ca, Fe и ряда других, так как образующийся с аммонием цветной коллоидный комплекс становится неустойчивым. Мешающие ионы вызывают его коагуляцию, вследствие чего происходит помутнение раствора, изменяется его оптическая плотность. Определению ионов аммония с реактивом Несслера мешает присутствие в исследуемом растворе аминов, хлораминов, ацетона, альдегидов, сульфидов, реагирующих с реактивом Несслера.The disadvantage of this method of determination is the use of highly toxic Nessler's reagent, which is an alkaline aqueous solution of potassium tetraiodomercurate (II) dihydrate of the composition K 2 Hg l4 (H 2 O) 2 . Nessler's reagent contains mercury, so it is toxic. In addition, certain storage conditions should be observed (dark bottle with a ground stopper, cold place). The known method does not allow determination of ammonium ions with high accuracy at an increased content of Mg, Ca, Fe and a number of others in the test solution, since the color colloidal complex formed with ammonia becomes unstable. Interfering ions cause its coagulation, as a result of which the solution becomes cloudy, its optical density changes. The determination of ammonium ions with the Nessler reagent is impeded by the presence of amines, chloramines, acetone, aldehydes, sulfides reacting with the Nessler reagent in the test solution.

Наиболее близким по назначению к заявленному является способ определения ионов аммония с использованием ионоселективного электрода (патент US 2010/0290951, МПК C07 K/54, C07D 273/00, 2010), изготовленного с использованием ионофора 11-меркапто-N-(9,15,18-триизопропил-6,12-диметил-2,5,8,11,14,17-гексаоксо-1,7,13-триокса-4,10,16-триазациклооктадекан-3-ил)бутил) ундеканамида в поливинилхлоридной матрице (ионофор - органическое вещество, осуществляющее перенос катионов N H 4 +

Figure 00000001
через мембраны). Известный способ определения основан на изменении емкости монослоя ионофора в зависимости от концентрации N H 4 +
Figure 00000001
ионов, включающий определение изменения электропроводности или емкости монослоя ионофора, сформированного на подложке из золота, методом импедансной спектроскопии в зависимости от концентрации ионов аммония N H 4 +
Figure 00000001
в растворе.The closest to the intended application is a method for determining ammonium ions using an ion-selective electrode (patent US 2010/0290951, IPC C07 K / 54, C07D 273/00, 2010), manufactured using an ionophore 11-mercapto-N- (9.15 , 18-triisopropyl-6,12-dimethyl-2,5,8,11,14,17-hexaoxo-1,7,13-trioxa-4,10,16-triazacyclooctadecan-3-yl) butyl) undecanamide in polyvinyl chloride matrix (ionophore is an organic substance carrying out the transfer of cations N H four +
Figure 00000001
through membranes). The known method of determination is based on a change in the capacitance of the ionophore monolayer depending on the concentration N H four +
Figure 00000001
ions, including determining the change in electrical conductivity or capacitance of an ionophore monolayer formed on a gold substrate by impedance spectroscopy depending on the concentration of ammonium ions N H four +
Figure 00000001
in solution.

Недостатком известного способа является узкий рабочий интервал определения концентраций ионов аммония 10-2-10-1 M. Кроме того известный ионоселективный материал умеренно селективен по отношению к ионам Na+ (K=5.9·10-2) и К+(K=6.8·10-3). Данные по селективности к другим катионам не известны. Принцип работы известного ионофора как ионоселективного материала основан на процессе комплексообразования с ионом аммония. Для обеспечения достаточной скорости процесса комплексообразования в качестве электролита используется тетрабутиламмоний бромид или тетраэтиламмоний хлорид, что влияет на точность определения указанного иона, так как аммонийная группировка входит в состав указанных электролитов. Кроме того, электрод с известным ионоселективным материалом преимущественно может быть использован только в нейтральной области кислотности (pH 6).The disadvantage of this method is the narrow working range for determining the concentration of ammonium ions 10 -2 -10 -1 M. In addition, the known ion-selective material is moderately selective with respect to ions Na + (K = 5.9 · 10 -2 ) and K + (K = 6.8 · 10 -3 ). Data on selectivity for other cations is not known. The principle of operation of the known ionophore as an ion-selective material is based on the complexation process with an ammonium ion. To ensure a sufficient speed of the complexation process, tetrabutylammonium bromide or tetraethylammonium chloride is used as the electrolyte, which affects the accuracy of determination of the indicated ion, since the ammonium group is part of these electrolytes. In addition, an electrode with a known ion-selective material can mainly be used only in the neutral region of acidity (pH 6).

Известна гидратированная оксидная ванадиевая бронза аммония состава (NH4)0.5V2O0.9H2O (P.N. Trikalitis, V. Petkov, M. G. Kanatzidis, Chem. Mater. 2003. V. 15. P. 3337-3342). Для получения известной ванадиевой бронзы 6.67 мМ ксерогеля V2O5·nH2O (1 г), растворенного в 50 мл ацетонитрила, смешивают в атмосфере азота в течение 4 часов со стехиометрическим количеством иодида аммония NH4I. Затем осадок промывают ацетонитрилом и сушат в вакууме. В результате образуется темно-синий продукт состава (NH4)0,5V2O5·0,9H2O, кристаллизующийся в моноклинной сингонии с параметрами элементарной ячейки a=11.845 Å, b, b=3.677(1) Å, c=9.058 Å, β=88.635°. Частицы (NH4)0,5V2O5·0,9H2O имеют морфологию нанолент шириной 10 нм и длиной несколько микрон. В настоящее время не известно какое-либо использование гидратированной оксидной ванадиевой бронзы аммония.Known hydrated oxide vanadium ammonium bronze composition (NH 4 ) 0.5 V 2 O 5 · 0.9H 2 O (PN Trikalitis, V. Petkov, MG Kanatzidis, Chem. Mater. 2003. V. 15. P. 3337-3342). To obtain the well-known vanadium bronze, 6.67 mM xerogel V 2 O 5 · nH 2 O (1 g) dissolved in 50 ml of acetonitrile is mixed under nitrogen atmosphere for 4 hours with a stoichiometric amount of ammonium iodide NH 4 I. Then, the precipitate is washed with acetonitrile and dried in a vacuum. As a result, a dark blue product of the composition (NH 4 ) 0.5 V 2 O 5 · 0.9H 2 O is formed, crystallizing in monoclinic syngony with unit cell parameters a = 11.845 Å, b, b = 3.677 (1) Å, s = 9.058 Å, β = 88.635 °. Particles (NH 4 ) 0.5 V 2 O 5 · 0.9 H 2 O have a morphology of nanoribbons 10 nm wide and several microns long. No use of hydrated ammonium vanadium oxide bronze is currently known.

Синтез известного соединения происходит в результате топотактической (топотактическая реакция - это твердофазная реакция, в которой упаковка атомов в кристалле реагента остается в значительной степени неизменной в ходе течения реакции) гетерогенной окислительно-восстановительной реакции, в которой восстановление ионов V5+ до V4+ происходит за счет окисления ионов I- до I0. Недостатком известного способа получения является использование очень слабого восстановителя иодида аммония NH4I, что приводит к значительному увеличению времени реакции и требует дополнительного перемешивания, перетирания реакционной массы в процессе синтеза для получения продукта со 100% выходом.The synthesis of a known compound occurs as a result of a topotactic (topotactic reaction is a solid-phase reaction in which the packing of atoms in the reagent crystal remains largely unchanged during the course of the reaction) of a heterogeneous redox reaction in which the reduction of V 5+ to V 4+ ions occurs due to the oxidation of ions I - to I 0 . A disadvantage of the known production method is the use of a very weak reducing agent of ammonium iodide NH 4 I, which leads to a significant increase in reaction time and requires additional mixing, grinding the reaction mass during synthesis to obtain a product with 100% yield.

Таким образом, перед авторами стояла задача получить ионоселективный материал для определения ионов аммония в растворе, позволяющий просто и надежно определять концентрацию

Figure 00000004
в растворе. Причем предлагаемый материал должен быть селективен в отношении других одно- и двухвалентных ионов в присутствии ионов аммония.Thus, the authors were faced with the task of obtaining ion-selective material for the determination of ammonium ions in solution, which allows simple and reliable determination of the concentration
Figure 00000004
in solution. Moreover, the proposed material should be selective for other mono- and divalent ions in the presence of ammonium ions.

Поставленная задача решена путем применения гидратированной оксидной ванадиевой бронзы аммония состава

Figure 00000005
в качестве ионоселективного материала для селективного определения концентрации ионов аммония в интервале концентраций
Figure 00000006
и кислотности среды
Figure 00000007
The problem is solved by the use of hydrated oxide vanadium ammonium bronze composition
Figure 00000005
as an ion-selective material for the selective determination of the concentration of ammonium ions in the concentration range
Figure 00000006
and acidity
Figure 00000007

Поставленная задача также решена в способе получения гидратированной оксидной ванадиевой бронзы аммония состава

Figure 00000008
включающем растворение метаванадата аммония
Figure 00000009
в воде, добавление при постоянном перемешивании по каплям водного раствора лимонной кислоты
Figure 00000010
до установления кислотности раствора
Figure 00000011
с последующей обработкой смеси при температуре 140 - 180°С в течение 24-48 часов в автоклаве, фильтрацию, промывание и сушку.The problem is also solved in the method of obtaining hydrated oxide of vanadium ammonium bronze composition
Figure 00000008
including dissolution of ammonium metavanadate
Figure 00000009
in water, adding with constant stirring dropwise an aqueous solution of citric acid
Figure 00000010
until the acidity of the solution is established
Figure 00000011
followed by processing the mixture at a temperature of 140 - 180 ° C for 24-48 hours in an autoclave, filtering, washing and drying.

В настоящее время в патентной и научно-технической литературе не известно применение в качестве ионоселективного материала для определения ионов аммония в растворе гидратированной оксидной ванадиевой бронзы аммония состава

Figure 00000012
а также не известен способ получения этой бронзы путем гидротермальной обработки в предлагаемых условиях.Currently, the patent and scientific and technical literature do not know the use as an ion-selective material for determining ammonium ions in a solution of hydrated vanadium oxide bronze ammonium composition
Figure 00000012
and also not known is the method of producing this bronze by hydrothermal treatment under the proposed conditions.

Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что гидратированная оксидная ванадиевая бронза аммония состава

Figure 00000013
обладает свойством катионной функции, которое позволяет использовать ее в качестве ионоселективного материала для определения ионов аммония в растворе. Предпосылками возникновения катионной функции являются наличие в соединении ионов ванадия в двух степенях окисления
Figure 00000014
а также слоистая структура, обеспечивающая легкость процесса интеркаляции/деинтеркаляции катиона аммония по отношению к ванадий-кислородной матрице.Studies conducted by the authors led to the conclusion that hydrated ammonium oxide vanadium bronze composition
Figure 00000013
It has the property of a cationic function, which allows its use as an ion-selective material for the determination of ammonium ions in solution. The prerequisites for the emergence of the cationic function are the presence of vanadium ions in two oxidation states in the compound
Figure 00000014
as well as a layered structure, which ensures the ease of intercalation / deintercalation of the ammonium cation with respect to the vanadium-oxygen matrix.

Существенными являются условия соблюдения параметров процесса получения, заявляемые в предлагаемом техническом решении. Только использование лимонной кислоты, являющейся мягким восстановителем, для создания требуемой кислотности (рН) раствора позволяет получить гидратированную бронзу требуемого состава со 100% выходом, без возможных примесей в виде соединений

Figure 00000015
, или
Figure 00000016
или
Figure 00000017
или
Figure 00000018
или
Figure 00000019
или
Figure 00000020
или
Figure 00000021
или
Figure 00000022
Экспериментальным путем было установлено, что существенным фактором, определяющим состав, структуру и морфологию конечного продукта, является величина кислотности исходного раствора
Figure 00000023
(значение рН), создаваемая лимонной кислотой. В процессе получения в присутствии лимонной кислоты пятивалентный ванадий частично восстанавливается до четырехвалентного состояния, образуя продукт с низкоразмерной морфологией. Необходимо соблюдать точное значение рН среды
Figure 00000024
для получения бронзы требуемого состава. Проведение процесса в указанном интервале кислотности позволяет получать однофазный продукт, исключить процессы гидролиза исходного метаванадата аммония
Figure 00000025
и образование в качестве примесей различных ванадатов.Essential are the conditions for observing the parameters of the production process, as claimed in the proposed technical solution. Only the use of citric acid, which is a mild reducing agent, to create the required acidity (pH) of the solution allows one to obtain hydrated bronze of the required composition in 100% yield, without possible impurities in the form of compounds
Figure 00000015
, or
Figure 00000016
or
Figure 00000017
or
Figure 00000018
or
Figure 00000019
or
Figure 00000020
or
Figure 00000021
or
Figure 00000022
It was established experimentally that the essential factor determining the composition, structure and morphology of the final product is the acidity of the initial solution
Figure 00000023
(pH value) created by citric acid. In the process of preparation in the presence of citric acid, pentavalent vanadium is partially restored to the tetravalent state, forming a product with a low-dimensional morphology. The exact pH of the medium must be observed.
Figure 00000024
to obtain bronze of the required composition. Carrying out the process in the specified range of acidity allows to obtain a single-phase product, to exclude the hydrolysis of the initial ammonium metavanadate
Figure 00000025
and the formation of various vanadates as impurities.

Кроме того, при значении кислотности раствора, равном

Figure 00000026
, образуется продукт с морфологией частиц, подобной шарам. При значении кислотности раствора в интервале
Figure 00000027
образуется продукт с морфологией частиц, подобной цветку. Экспериментально были определены температура и время гидротермальной обработки реакционной смеси, только при соблюдении которых может быть получена гидратированная ванадиевая бронза аммония состава
Figure 00000028
Так, при снижении температуры гидротермальной обработки менее 140°С или при повышении ее выше 180°С и при выходе за заявленные значения временного интервала, в конечном продукте появляются в качестве примеси непрореагировавший метаванадат аммония
Figure 00000029
оксид ванадия(V) V2O5 или оксид ванадия(IV) V2O4. Совокупность предлагаемых условий проведения процесса позволяет получать гидротермальной обработкой реакционной смеси низкоразмерную гидратированную оксидную ванадиевую бронзу аммония состава
Figure 00000030
In addition, when the acidity of the solution is equal to
Figure 00000026
, a product is formed with particle morphology similar to spheres. When the acidity of the solution is in the range
Figure 00000027
a product with a flower-like morphology is formed. The temperature and time of hydrothermal treatment of the reaction mixture were determined experimentally, only if they are observed, hydrated vanadium ammonium bronze of the composition can be obtained
Figure 00000028
So, when the temperature of the hydrothermal treatment decreases below 140 ° C or if it rises above 180 ° C and when the stated time interval is exceeded, unreacted ammonium metavanadate appears as an impurity in the final product
Figure 00000029
vanadium (V) oxide V 2 O 5 or vanadium (IV) oxide V 2 O 4 . The combination of the proposed process conditions allows to obtain a hydrothermal treatment of the reaction mixture low-dimensional hydrated ammonium oxide vanadium bronze composition
Figure 00000030

Гидратированная оксидная ванадиевая бронза аммония состава

Figure 00000031
может быть получена следующим образом. Берут метаванадат аммония
Figure 00000032
и растворяют его в воде, добавляют при постоянном перемешивании по каплям водный раствор лимонной кислоты
Figure 00000033
до установления кислотности раствора
Figure 00000034
затем помещают в автоклав и обрабатывают при температуре 140-180°С в течение 24-48 часов. Полученный продукт фильтруют, промывают и сушат.Hydrated Oxide Vanadium Ammonium Bronze Composition
Figure 00000031
can be obtained as follows. Ammonium metavanadate taken
Figure 00000032
and it is dissolved in water, an aqueous solution of citric acid is added dropwise with constant stirring
Figure 00000033
until the acidity of the solution is established
Figure 00000034
then placed in an autoclave and processed at a temperature of 140-180 ° C for 24-48 hours. The resulting product is filtered, washed and dried.

Контроль фазовой однородности и морфологии полученного продукта проводят соответственно методами рентгенофазового анализа (РФА) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). При проведении процесса за счет регулирования рН реакционной среды появляется возможность получения продукта разной морфологии и, следовательно, разного гранулометрического состава.Phase uniformity and morphology of the obtained product are controlled by X-ray phase analysis (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. When carrying out the process by adjusting the pH of the reaction medium, it becomes possible to obtain a product of different morphology and, therefore, different particle size distribution.

Для исследования ионоселективной функции полученного материала готовят смесь, содержащую поливинилхлорид, дибутилфталат и полученный порошок гидратированной ванадиевой бронзы аммония при следующем соотношении компонентов: поливинилхлорид:дибутилфталат:гидратированная ванадиевая бронза аммония

Figure 00000035
соответственно. При этом поливинилхлорид добавляют в виде 5%-ного раствора в тетрагидрофуране. Полученную смесь наносят на графитовый стержень, а затем сушат при комнатной температуре до полного испарения тетрагидрофурана.To study the ion-selective function of the obtained material, a mixture is prepared containing polyvinyl chloride, dibutyl phthalate and the obtained powder of hydrated ammonium vanadium bronze in the following ratio of components: polyvinyl chloride: dibutyl phthalate: hydrated vanadium ammonium bronze
Figure 00000035
respectively. In this case, polyvinyl chloride is added in the form of a 5% solution in tetrahydrofuran. The resulting mixture was applied to a graphite rod, and then dried at room temperature until the tetrahydrofuran was completely evaporated.

Исследование ионоселективной функции материала проводили путем измерения ЭДС гальванического элемента типаThe study of the ion-selective function of the material was carried out by measuring the EMF of a galvanic cell of the type

электрод | исследуемый раствор || КСl нас., AgCl | Agelectrode | test solution || KCl us., AgCl | Ag

с использованием иономера И-130.2М.using the ionomer I-130.2M.

Для определения коэффициентов потенциометрической селективности использовали метод непрерывных растворов (Окунев М.С., Хитрова Н.В., Корниенко О.И. Оценка селективности ионоселективных электродов // Журн. аналит. химии. 1982. Т. 37. № 1. С. 5-13). Полученные значение коэффициентов селективности аммонийселективного материала представлены в таблице.To determine the potentiometric selectivity coefficients, the continuous solution method was used (Okunev M.S., Khitrova N.V., Kornienko O.I. Estimation of the selectivity of ion-selective electrodes // Journal of Analytical Chemistry. 1982. V. 37. No. 1. P. 5-13). The obtained value of the selectivity coefficients of ammonium selective material are presented in the table.

ТаблицаTable

Коэффициенты селективности (KNH/М) аммонийного материалаSelectivity factors (K NH / M ) of ammonium material

Figure 00000036
Figure 00000036

Способы получения и применения гидратированной оксидной ванадиевой бронзы аммония иллюстрируются следующими примерами.The methods for producing and using hydrated ammonium vanadium bronze are illustrated by the following examples.

Пример 1. Берут 0.2 г порошка метаванадата аммония NH4VO3 и растворяют его в 12 мл дистиллированной воды. К полученному раствору при перемешивании по каплям добавляют водный раствор лимонной кислоты до установления рН раствора 2.0. Полученную смесь помещают в автоклав, нагревают до 140°С и при этой температуре выдерживают 48 часов. После этого автоклав охлаждают до комнатной температуры, полученный продукт фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при комнатной температуре. По данным рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов полученный продукт однофазный, имеет состав

Figure 00000037
кристаллизуется в моноклинной сингонии с параметрами кристаллической решетки
Figure 00000038
и
Figure 00000039
Figure 00000040
и состоит из слабо агломерированных наночастиц шарообразной формы диаметром 150-250 нм. 2 мг полученного порошка смешивают с 0,5 мл 5%-ного поливинилхлорида в тетрагидрофуране и 0,05 мл дибулилфталата, что соответствует соотношению поливинилхлорид:дибутилфталат:гидратированная ванадиевая бронза аммония
Figure 00000041
Полученную смесь наносят на графитовый стержень и сушат при комнатной температуре до полного испарения тетрагидрофурана.Example 1. Take 0.2 g of powder of ammonium metavanadate NH 4 VO 3 and dissolve it in 12 ml of distilled water. An aqueous solution of citric acid is added dropwise to the resulting solution, with stirring, until a pH of 2.0 is established. The resulting mixture was placed in an autoclave, heated to 140 ° C and maintained at this temperature for 48 hours. After that, the autoclave is cooled to room temperature, the resulting product is filtered, washed with water and dried in air at room temperature. According to x-ray phase and electron microscopy analyzes, the resulting product is single-phase, has the composition
Figure 00000037
crystallizes in monoclinic syngony with crystal lattice parameters
Figure 00000038
and
Figure 00000039
Figure 00000040
and consists of weakly agglomerated spherical nanoparticles with a diameter of 150-250 nm. 2 mg of the obtained powder is mixed with 0.5 ml of 5% polyvinyl chloride in tetrahydrofuran and 0.05 ml of dibulyl phthalate, which corresponds to the ratio of polyvinyl chloride: dibutyl phthalate: hydrated ammonium vanadium bronze
Figure 00000041
The resulting mixture was applied to a graphite rod and dried at room temperature until the tetrahydrofuran was completely evaporated.

На фиг. 1 представлена рентгенограмма

Figure 00000042
На фиг. 2 приведено изображение наночастиц
Figure 00000043
синтезированных при рН = 2.0, полученное на сканирующем электронном микроскопе. На фиг. 3 представлен ИК-спектр соединения. Полосы поглощения при 3215 см-1 и 1395 см-1, при 3413 см-1 и 1631 см-1 подтверждают наличие в полученном соединении аммонийных группировок и адсорбционной воды, соответственно. На фиг. 4 представлена зависимость потенциала электрода от концентрации катионов аммония в растворе при рН 4. При рН 4 в интервале концентраций
Figure 00000044
угловой коэффициент электродной функции близок к теоретическому значению и равен
Figure 00000045
In FIG. 1 presents a radiograph
Figure 00000042
In FIG. 2 shows an image of nanoparticles
Figure 00000043
synthesized at pH = 2.0, obtained using a scanning electron microscope. In FIG. 3 shows the IR spectrum of the compound. Absorption bands at 3215 cm -1 and 1395 cm -1 , at 3413 cm -1 and 1631 cm -1 confirm the presence of ammonium groups and adsorption water in the resulting compound, respectively. In FIG. Figure 4 shows the dependence of the electrode potential on the concentration of ammonium cations in solution at pH 4. At pH 4 in the concentration range
Figure 00000044
the angular coefficient of the electrode function is close to the theoretical value and is equal to
Figure 00000045

Пример 2. Берут 0.2 г порошка метаванадата аммония

Figure 00000046
и растворяют его в 12 мл дистиллированной воды. К полученному раствору при перемешивании по каплям добавляют водный раствор лимонной кислоты до установления рН раствора 3.0. Полученную смесь помещают в автоклав, нагревают до 150°С и при этой температуре выдерживают 48 часов. После этого автоклав охлаждают до комнатной температуры, полученный продукт фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при комнатной температуре. 2 мг полученного порошка смешивают с 0,5 мл 5%-ного поливинилхлорида в тетрагидрофуране и 0,05 мл дибулилфталата, что соответствует соотношению поливинилхлорид:дибутилфталат:гидратированная ванадиевая бронза аммония
Figure 00000047
Полученную смесь наносят на графитовый стержень и сушат при комнатной температуре до полного испарения тетрагидрофурана.Example 2. Take 0.2 g of powder of ammonium metavanadate
Figure 00000046
and dissolved in 12 ml of distilled water. An aqueous citric acid solution is added dropwise to the resulting solution with stirring until the pH of the solution reaches 3.0. The resulting mixture was placed in an autoclave, heated to 150 ° C and maintained at this temperature for 48 hours. After that, the autoclave is cooled to room temperature, the resulting product is filtered, washed with water and dried in air at room temperature. 2 mg of the obtained powder is mixed with 0.5 ml of 5% polyvinyl chloride in tetrahydrofuran and 0.05 ml of dibulyl phthalate, which corresponds to the ratio of polyvinyl chloride: dibutyl phthalate: hydrated ammonium vanadium bronze
Figure 00000047
The resulting mixture was applied to a graphite rod and dried at room temperature until the tetrahydrofuran was completely evaporated.

По данным рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов полученный продукт однофазный, имеет состав

Figure 00000048
кристаллизуется в моноклинной сингонии с параметрами кристаллической решетки
Figure 00000049
Figure 00000050
и состоит из слабо агломерированных наночастиц шарообразной формы диаметром 150-250 нм. При рН 5 в интервале концентраций
Figure 00000051
угловой коэффициент электродной функции близок к теоретическому значению и равен 54±2 мВ/pCNH.According to x-ray phase and electron microscopy analyzes, the resulting product is single-phase, has the composition
Figure 00000048
crystallizes in monoclinic syngony with crystal lattice parameters
Figure 00000049
Figure 00000050
and consists of weakly agglomerated spherical nanoparticles with a diameter of 150-250 nm. At pH 5 in the range of concentrations
Figure 00000051
the angular coefficient of the electrode function is close to the theoretical value and is equal to 54 ± 2 mV / pC NH .

Пример 3. Берут 0.2 г порошка метаванадата аммония NH4VO3 и растворяют его в 12 мл дистиллированной воды. К полученному раствору при перемешивании по каплям добавляют водный раствор лимонной кислоты до установления рН раствора 4.0. Полученную смесь помещают в автоклав, нагревают до 180°С и при этой температуре выдерживают 24 часа. После этого автоклав охлаждают до комнатной температуры, полученный продукт фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при комнатной температуре. 40 мг полученного порошка смешивают с 3,0 мл 5%-ного поливинилхлорида в тетрагидрофуране и 0,4 мл дибулилфталата, что соответствует соотношению поливинилхлорид:дибутилфталат:гидратированная ванадиевая бронза аммония

Figure 00000052
Полученную смесь наносят на графитовый стержень и сушат при комнатной температуре до полного испарения тетрагидрофурана.Example 3. Take 0.2 g of powder of ammonium metavanadate NH 4 VO 3 and dissolve it in 12 ml of distilled water. An aqueous citric acid solution is added dropwise to the resulting solution with stirring until the pH of the solution reaches 4.0. The resulting mixture was placed in an autoclave, heated to 180 ° C and maintained at this temperature for 24 hours. After that, the autoclave is cooled to room temperature, the resulting product is filtered, washed with water and dried in air at room temperature. 40 mg of the obtained powder is mixed with 3.0 ml of 5% polyvinyl chloride in tetrahydrofuran and 0.4 ml of dibulyl phthalate, which corresponds to the ratio of polyvinyl chloride: dibutyl phthalate: hydrated ammonium vanadium bronze
Figure 00000052
The resulting mixture was applied to a graphite rod and dried at room temperature until the tetrahydrofuran was completely evaporated.

По данным рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов полученный продукт однофазный, имеет состав

Figure 00000053
кристаллизуется в моноклинной сингонии с параметрами кристаллической решетки
Figure 00000054
Figure 00000055
и состоит из частиц с морфологией, подобной цветку, образованной пересекающимися пластинками толщиной 100-350 нм и шириной 0.8 - 1 мкм (фиг. 5). При рН 6 в интервале концентраций
Figure 00000056
угловой коэффициент электродной функции близок к теоретическому значению и равен
Figure 00000057
According to x-ray phase and electron microscopy analyzes, the resulting product is single-phase, has the composition
Figure 00000053
crystallizes in monoclinic syngony with crystal lattice parameters
Figure 00000054
Figure 00000055
and consists of particles with a flower-like morphology formed by intersecting plates with a thickness of 100-350 nm and a width of 0.8 - 1 μm (Fig. 5). At pH 6 in the range of concentrations
Figure 00000056
the angular coefficient of the electrode function is close to the theoretical value and is equal to
Figure 00000057

Пример 4. Берут 0.2 г порошка метаванадата аммония

Figure 00000058
и растворяют его в 12 мл дистиллированной воды. К полученному раствору при перемешивании по каплям добавляют водный раствор лимонной кислоты до установления рН раствора 6.0. Полученную смесь помещают в автоклав, нагревают до 180°С и при этой температуре выдерживают 32 часа. После этого автоклав охлаждают до комнатной температуры, полученный продукт фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при комнатной температуре. 2 мг полученного порошка смешивают с 0,5 мл 5%-ного поливинилхлорида в тетрагидрофуране и 0,05 мл дибулилфталата, что соответствует соотношению поливинилхлорид:дибутилфталат:гидратированная ванадиевая бронза аммония
Figure 00000059
Полученную смесь наносят на графитовый стержень и сушат при комнатной температуре до полного испарения тетрагидрофурана.Example 4. Take 0.2 g of powder of ammonium metavanadate
Figure 00000058
and dissolved in 12 ml of distilled water. An aqueous solution of citric acid is added dropwise to the resulting solution with stirring until the pH of the solution is 6.0. The resulting mixture was placed in an autoclave, heated to 180 ° C and maintained at this temperature for 32 hours. After that, the autoclave is cooled to room temperature, the resulting product is filtered, washed with water and dried in air at room temperature. 2 mg of the obtained powder is mixed with 0.5 ml of 5% polyvinyl chloride in tetrahydrofuran and 0.05 ml of dibulyl phthalate, which corresponds to the ratio of polyvinyl chloride: dibutyl phthalate: hydrated ammonium vanadium bronze
Figure 00000059
The resulting mixture was applied to a graphite rod and dried at room temperature until the tetrahydrofuran was completely evaporated.

По данным рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов полученный продукт однофазный, имеет состав

Figure 00000060
кристаллизуется в моноклинной сингонии с параметрами кристаллической решетки
Figure 00000061
Figure 00000062
и состоит из частиц с морфологией, подобной цветку, образованной пересекающимися пластинками толщиной 100-350 нм и шириной 0.8-1 мкм. При рН 5 в интервале концентраций
Figure 00000063
угловой коэффициент электродной функции близок к теоретическому значению и равен 54 ± 2 мВ/рСNH·According to x-ray phase and electron microscopy analyzes, the resulting product is single-phase, has the composition
Figure 00000060
crystallizes in monoclinic syngony with crystal lattice parameters
Figure 00000061
Figure 00000062
and consists of particles with a flower-like morphology formed by intersecting plates 100-350 nm thick and 0.8-1 microns wide. At pH 5 in the range of concentrations
Figure 00000063
the angular coefficient of the electrode function is close to the theoretical value and is equal to 54 ± 2 mV / rC NH ·

Таким образом, авторами предложено применение в качестве ионоселективного материала для определения ионов аммония в растворе гидратированной ванадиевой бронзы аммония состава

Figure 00000064
Предлагается также простой и надежный способ получения ванадиевой бронзы указанного состава.Thus, the authors proposed the use as an ion-selective material for determining ammonium ions in a solution of hydrated ammonium vanadium bronze composition
Figure 00000064
A simple and reliable method for producing vanadium bronze of the specified composition is also proposed.

Claims (2)

1. Применение гидратированной оксидной ванадиевой бронзы аммония состава (NH4)0,5V2O5·0,5H2O в качестве ионоселективного материала для селективного определения концентрации ионов аммония.1. The use of hydrated ammonium vanadium bronze ammonium composition (NH 4 ) 0.5 V 2 O 5 · 0,5H 2 O as an ion-selective material for the selective determination of the concentration of ammonium ions. 2. Способ получения гидратированной оксидной ванадиевой бронзы аммония состава (NH4)0,5V2O5·0,5H2O по п.1, включающий растворение метаванадата аммония NH4VO3 в воде, добавление при постоянном перемешивании по каплям водного раствора лимонной кислоты C6H8O7 до установления кислотности раствора 2,0≤pH≤6,0 с последующей обработкой смеси при температуре 140-180°C в течение 24-48 часов в автоклаве, фильтрацию, промывание и сушку. 2. A method of obtaining a hydrated ammonium vanadium oxide bronze of the composition (NH 4 ) 0.5 V 2 O 5 · 0.5H 2 O according to claim 1, comprising dissolving ammonium metavanadate NH 4 VO 3 in water, adding dropwise aqueous under continuous stirring a solution of citric acid C 6 H 8 O 7 until the acidity of the solution is 2.0 p pH 6 6.0, followed by processing the mixture at a temperature of 140-180 ° C for 24-48 hours in an autoclave, filtering, washing and drying.
RU2013129089/05A 2013-06-25 2013-06-25 Ion selective material for detecting ammonium ions and method for preparing it RU2542260C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013129089/05A RU2542260C2 (en) 2013-06-25 2013-06-25 Ion selective material for detecting ammonium ions and method for preparing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013129089/05A RU2542260C2 (en) 2013-06-25 2013-06-25 Ion selective material for detecting ammonium ions and method for preparing it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013129089A RU2013129089A (en) 2015-01-10
RU2542260C2 true RU2542260C2 (en) 2015-02-20

Family

ID=53278764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013129089/05A RU2542260C2 (en) 2013-06-25 2013-06-25 Ion selective material for detecting ammonium ions and method for preparing it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2542260C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115536066B (en) * 2022-10-24 2023-09-22 哈尔滨工业大学 Preparation method and application of ammonium vanadate nanomaterials with ammonium ions partially removed in advance
CN117486258A (en) * 2023-11-30 2024-02-02 淮阴工学院 Preparation method and application of phenolphthalein intercalated ammonium vanadate material

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2091915C1 (en) * 1991-12-13 1997-09-27 Сантр Насьональ Д'Этюд Спасьаль Use of vanadium, iron, and/or aluminium oxide base bronze for electrochemical generators
WO2002013291A2 (en) * 2000-08-04 2002-02-14 E.I. Dupont De Nemours And Company Trivanadium oxide hydrate compositions
RU2350940C1 (en) * 2007-07-09 2009-03-27 ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького Ion-selective electrode for definition of concentration of oxygen-containing ions of tungsten, molybdenum and vanadium and method for manufacture of ion-selective electrode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2091915C1 (en) * 1991-12-13 1997-09-27 Сантр Насьональ Д'Этюд Спасьаль Use of vanadium, iron, and/or aluminium oxide base bronze for electrochemical generators
WO2002013291A2 (en) * 2000-08-04 2002-02-14 E.I. Dupont De Nemours And Company Trivanadium oxide hydrate compositions
RU2350940C1 (en) * 2007-07-09 2009-03-27 ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького Ion-selective electrode for definition of concentration of oxygen-containing ions of tungsten, molybdenum and vanadium and method for manufacture of ion-selective electrode

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TRIKALITIS P.N. et al., Structure of Redox Intercalated (NH 4 ) 0.5 V 2 O 5 ∴υ215;mH 2 O Xerogel Using the Pair Distribution Function Technique, Chem. Mater, 2003, v. 15, p. 3337-3342 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013129089A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. An ingenious turn-on ratiometric fluorescence sensor for sensitive and visual detection of tetracyclines
Hu et al. Zinc-doped carbon quantum dots-based ratiometric fluorescence probe for rapid, specific, and visual determination of tetracycline hydrochloride
Kanchana et al. Electrochemical detection of mercury using biosynthesized hydroxyapatite nanoparticles modified glassy carbon electrodes without preconcentration
Guo et al. Spectrophotometric determination of dopamine hydrochloride in pharmaceutical, banana, urine and serum samples by potassium ferricyanide-Fe (III)
Shrivas et al. Food safety monitoring of the pesticide phenthoate using a smartphone-assisted paper-based sensor with bimetallic Cu@ Ag core–shell nanoparticles
Durai et al. A facile, solid-state reaction assisted synthesis of a berry-like NaNbO 3 perovskite structure for binder-free, highly selective sensing of dopamine in blood samples
Rahman et al. Chloride ion sensors based on low-dimensional α-MnO2–Co3O4 nanoparticles fabricated glassy carbon electrodes by simple I–V technique
Gao et al. A self-assembled fluorescent organic nanoprobe and its application for sulfite detection in food samples and living systems
Gumus et al. Determination of bismuth and zinc in pharmaceuticals by first derivative UV–Visible spectrophotometry
Rahman et al. Development of ionic-sensor based on sono-chemically prepared low-dimensional β-Fe2O3 nanoparticles onto flat-gold electrodes by an electrochemical approach
Cheng et al. Morphology control of ZnO by adjusting the solvent and non-enzymatic nitrite ions electrochemical sensor constructed with stir bar-shaped ZnO/Nafion nanocomposite
CN102419325A (en) Method for measuring strontium calcium barium in strontium carbonate
Rahman et al. A microchip based fluoride sensor based on the use of CdO doped ferric oxide nanocubes
Rahman et al. Fabrication of an ultra-sensitive para-nitrophenol sensor based on facile Zn-doped Er 2 O 3 nanocomposites via an electrochemical approach
Alizadeh et al. Synthesis of nanosized sulfate-modified α-Fe2O3 and its use for the fabrication of all-solid-state carbon paste pH sensor
Ranganatha BiVO4 nanoballs: a simple precipitation pathway, promising electrochemical sensor, and photodegradation under visible light
RU2542260C2 (en) Ion selective material for detecting ammonium ions and method for preparing it
Ramezani et al. A novel ionic liquid/polyoxomolybdate based sensor for ultra-high sensitive monitoring of Al (III): Optimization by Taguchi statistical design
Kirillov et al. Oxidation of synthetic hausmannite (Mn3O4) to manganite (MnOOH)
Potdar et al. Europium oxide modified reduced graphene oxide composite for trace detection of hydrogen phosphate ions in soil samples
Mokhtari et al. Fabrication and characterization of Cu (OH) 2/CuO nanowires as a novel sensitivity enhancer of the luminol–H 2 O 2 chemiluminescence system: determination of cysteine in human plasma
Salandari-Jolge et al. Metal–organic framework derived metal oxide/reduced graphene oxide nanocomposite, a new tool for the determination of dipyridamole
Nezamzadeh-Ejhieh et al. Application of surfactant modified zeolite membrane electrode towards potentiometric determination of perchlorate
Li et al. Rapid detection of urine chloride enabled by ion exchange in hydrophilic lead halide perovskite nanocrystals
CN113278157B (en) Cadmium coordination polymer and preparation method and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170626