Wpływ miedzi na termiczną i biochemiczną aktywność szkieł krzemianowo-fosforanowych

• Autorzy: Sułowska J. , Wacławska I. , Szumera M.

Warianty tytułu

EN

The influence of copper on thermal and biochemical activity of silicate-phosphate glasses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono badania nad aktywnością termiczną i biochemiczną szkieł z układu SiO2-P2O5-K2O-MgO-CaO modyfikowanych dodatkiem CuO, które mogą działać jako wolno rozpuszczające się nawozy dostarczające roślinom makroelementy P, K, Mg, Ca, jak również mikroelementy w formie miedzi. Przeprowadzono charakterystykę termiczną szkieł za pomocą metody DSC, aby określić wpływ miedzi na przemianę stanu szklistego oraz na proces krystalizacji szkieł. W celu identyfikacji faz krystalicznych pojawiających się w wyniku krystalizacji, próbki szkieł ogrzewano izotermicznie w temperaturach wynikających z pomiarów DSC, po czym poddano je analizie metodą rentgenograficzną (XRD). Aktywność chemiczną szkieł modyfikowanych dodatkiem CuO określono, jako ich rozpuszczalność w 2 % roztworze kwasu cytrynowego, przy stosunku wagowym ilości szkła do roztworu kwasu 1:100. Ilość uwolnionych ze szkła pierwiastków określono przy użyciu atomowej spektroskopii emisyjnej z indukcyjnie wzbudzoną plazmą (ICP-AES). Wprowadzenie do struktury szkieł coraz większej ilości CuO spowodowało spadek temperatury transformacji stanu szklistego. Spadek temperatury transformacji stanu szklistego jest wyjaśniany zastępowaniem jonów wapnia i magnezu jonami miedzi o wyższej kowalencyjności wiązań. W procesie krystalizacji analizowanych szkieł miedź wbudowuje się w strukturę fosforanów krystalizując w formie fosforanu typu Ca19Cu2(PO4)14, natomiast niewielka część krystalizuje w postaci krzemianów typu diopsydu. Badania wykazały, że wzrost zawartości CuO w strukturze analizowanych szkieł powoduje obniżenie ich rozpuszczalności czego powodem jest zwiększająca się w nich ilość trwałych elementów fosforanowych.

EN

Thermal and biochemical activities of glasses from the SiO2-P2O5-K2O-MgO-CaO system modified with the addition of CuO were studied. The glasses can act as slowly dissolving fertilizers, supplying macroelements P, K, Mg, Ca and microelements in a form of copper for plants. Thermal characteristics of the glasses was carried out using the DSC method to determine the effect of copper on the glassy state transformation and crystallization process of glasses. In order to identify the crystalline phases appearing as a result of crystallization, the glass samples were heated isothermally at the temperatures indicated by the DSC measurements, and then subjected to analysis by X-ray diffractometry (XRD). The chemical activity of the glasses modified with the CuO addition was determined by measuring the solubility of glass samples in the 2 % citric acid solution at the weight ratio of glass to solution of 1:100. The amount of elements released from the glass sample was measured by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES). Incorporation to the glass structure the growing amount of CuO resulted in a decrease in the glass transition temperature. Reduction of the glass transition temperature is explained by the replacement of calcium ions and magnesium ions by copper having more covalent bonds. In the process of crystallization of the analyzed glasses, copper builds in the structure of phosphates crystallizing in a form of Ca19Cu2(PO4)14 phosphate, while only a small proportion of copper crystallizes as silicates of a type of diopside. The studies have shown that the increase in CuO content in the structure of the analyzed glasses causes a decrease of solubility as a result of increased number of durable phosphate elements in the glass microstructure.

Słowa kluczowe

PL

szkła krzemianowo-fosforanowe; miedź; przemiana stanu szklistego; krystalizacja

EN

silicate-phosphate glass; copper; glass transition; crystallization

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 63, nr 2
• Strony: 402--406
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., wykr., tab.

Twórcy

autor

Sułowska J.

autor

Wacławska I.

autor

Szumera M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KCS, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Wacław Nawotny: Szkła barwne, Wyd. Arkady, Warszawa (1958).
• [2] Bobkova N.M., Artem’eva S.A., Trusova E.E.: Glass and Ceramics, 64, 7-8, (2007).
• [3] Chachine A., Et-Tabirou M., Elbenaissi M., Haddad M., Pascal J.L.: Materials. Chem. Phys., 84, (2004), 341-347.
• [4] Shih P.Y., Yung S. W., Chin T.S.: J. Non-Cryst. Solids, 244, (1999), 211-222.
• [5] Shih P.Y., Chin T.S.: Mater. Chem. Phys., 60, (1999), 50-57.
• [6] Chachine A., Et-Tabirou M.: Mater. Res. Bull., 37, (2002), 1973-1979.
• [7] Metwalli E., Karabulut M., Sidebottom D. L., Morsi M.M., Brow R.K.: J. Non-Cryst. Solids, 344, (2004), 128-134.
• [8] Sato R., Komatsu T., Matusita K.: J. Non-Cryst. Solids, 201, (1996), 222-230.
• [9] Jamnicky M., Znasik P., Tunega D., Ingram M. D.: J. Non-Cryst. Solids, (1995), 151-158.
• [10] Bae B.S., Weinberg M.C.: Glass Technol., 35, (1994), 83.
• [11] Sandhya Rani P., Singh R.: J. Mater. Sci., 45, (2010), 2868- 2873.
• [12] Lee J., Yano T., Shibata S., Yamane M.: J. Non-Cryst. Solids, 222, (1997), 120-124.
• [13] Lee J., Yano T., Shibata S., Nakui A., Yamane M.: J. Non-Cryst. Solids, 277, (2000), 155-161.
• [14] Borisova N.V., Konakov V.G., Kostyreva T.G., Shultz M.M.: Glass Physics and Chemistry,.29, 1, (2003), 28-34.
• [15] Mekki A., Holland D., McConville C.F., J. of Non-Crystalline Solids 215 (1997) 271-282.
• [16] Gracinda Ferreira Da Silva M.: J. Non-Cryst. Solids, 100, (1988), 447-452.
• [17] Stoch L., Stoch Z., Wacławska I.: „Krzemianowe szkło nawozowe”, Patent PL 185 229 B.
• [18] Pikuła. D.: Nasza Rola, 2, 9, (2007).
• [19] Krzywy E.: Nawożenie gleb i roślin, Wyd. Akademii Rolniczej, Szczecin, (2000).
• [20] Lityński T., Jurkowska H., Görlach E.: Analiza chemiczna w rolnictwie, PWN, Warszawa, (1976).
• [21] Görlich E.: The effective nuclear charges and the electronegativity, Polska Akademia Umiejętności, Kraków, (1997).