Wpływ B2O3 na strukturę i aktywność chemiczną szkieł z układu SiO2-P2O5-K2O-CaO-MgO

• Autorzy: Łagowska B. , Bik E. , Wacławska I. , Szumera M.

Warianty tytułu

EN

Influence of B2O3 on the structure and chemical activity of glasses from the SIO2-P2O5-K2O-CAO-MGO system

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań w przedstawionej pracy były szkła krzemianowo–fosforanowe z układu SiO2-P2O5-K2O-CaO-MgO modyfikowane dodatkiem tlenku boru(III), mogące mieć zastosowanie jako materiały nawozowe dla potrzeb rolnictwa. Strukturę szkieł zanalizowano przy wykorzystaniu spektroskopii w zakresie środkowej podczerwieni oraz spektroskopii Ramana. Przy wykorzystaniu metody ICP–AES została wykonana analiza chemicznej aktywności szkieł w 2-procentowym, wodnym roztworze kwasu cytrynowego. Zmiany stanu powierzchni pod wpływem działania tego roztworu ekstrakcyjnego zostały zaobserwowane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego wraz z analizą składu chemicznego w mikroobszarach (EDS). Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że wprowadzenie jonów boru do struktury szkieł z analizowanego układu skutkuje powstawaniem jednostek [BO3], trwałych chemicznie jednostek [BO4], tworzeniem się połączeń typu P-O-B oraz postępującą polimeryzacją więźby krzemianowo–fosforanowej. Zmiany w strukturze szkieł, zachodzące pod wpływem wprowadzania tlenku boru(III) w coraz większych ilościach, prowadzą do zmniejszenia aktywności chemicznej badanych szkieł.

EN

In this paper, the subject of interest were silicate-phosphate glasses from the SiO2-P2O5-K2O-CaO-MgO system modified by addition of diboron trioxide, which can be used as fertilizers for agriculture demands. The structure of the glasses was analysed by using MIR and Raman spectroscopy. The analysis of chemical activity in 2% citric acid was carried out by ICP-AES. Changes in the surface state under the influence of this extraction solution were observed by scanning electron microscopy with the analysis of chemical composition in micro-areas (EDS). On the basis of the conducted research it was shown that the introduction of boron ions into the glass structure from the analyzed system results in the formation of [BO3] units, chemically stable units [BO4], formation of P-O-B bonds and progressive polymerization of the silicate-phosphate network. Changes in the structure of the glass, occurring under the influence of the introduction of boron(III) oxide in increasing amounts, lead to a decrease in the chemical activity of the tested glasses.

Słowa kluczowe

PL

szkła krzemianowo-boranowo-fosforanowe; spektroskopia FTIR; spektroskopia Ramana

EN

silicate-borate-phosphate glasses; FTIR spectroscopy; Raman spectroscopy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 70, nr 2
• Strony: 122--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łagowska B.

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

autor

Bik E.

• Uniwersytet Jagielloński, Wydział Chemii, Gronostajowa 2, 30-387 Kraków

autor

Wacławska I.

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

autor

Szumera M.

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

Bibliografia

• [1] Szumera, M., Wacławska, I.: Aktywność chemiczna szkliw ceramicznych, jako nośników mikroelementów dla zastosowań agrotechnicznych, Mater. Ceram. /Ceram. Mater./, 60, 4, (2008), 168-171.
• [2] Wacławska, I., Stoch, L.†, Szumera, M., Sułowska, J.: Influence of microelements on the glassy fertilizers dissolution, Sklář a Keramik, 61, (2011), 100-104.
• [3] Görlich, E., Mazur, T.: Chemia Rolna, Wydawnictwo Naukowe PWN, W-wa 2001.
• [4] Baidoc, S. C., Ardelean, I.: FT–IR and Raman spectroscopic studies of xAg2O•(100-x)[B2O3•As2O3] glass system, Mod. Phys. Lett. B, 10 Jan 2010.
• [5] Lucacel Ciceo, R., Trandafir, D. L., Radu, T., Ponta, O., Simon, V.: Synthesis, characterisation and in vitro evaluation of sol-gel derived SiO2-P2O5-CaO-B2O3 bioactive system, Ceram. Int., 40, (2014), 9517–9524.
• [6] Sitarz, M., Bułat, K., Pszczoła, J.: Krystalizacja szkieł krzemianowo–fosforanowych z układu NaCaPO4–SiO2, Mater. Ceram. /Ceram. Mater./, 64, 3 (2012), 364-366.
• [7] Bułat, K., Sitarz, M.,Gajewicz, M., Olejniczak, Z.: Wpływ jonów B3+ na strukturę i teksturę szkieł krzemianowo-fosforanowych, Mater. Ceram. /Ceram. Mater./, 63, 2, (2011), 386-390.
• [8] Cheng, Y., Xiao, H., Guo, W.: Structure and crystallization kinetics of PbO–B2O3 glasses, Ceram. Int., 33 (2007), 1341–1347.
• [9] Upender, G., Kamalaker, V., Vardhani, C. P., Chandra Mouli, V.: ESR, infrared and optical absorption studies of Cu2+ ion doped in 60B2O3-10TeO2-(30-x)MO-xPbO (M=Zn, Cd) glasses, Indian J. Pure Ap. Phys., 47 (2009), 551-556.
• [10] Canevali, C., Scotti, R., Vedda, A., Mattoni, M., Morazzoni, F.: Composition/structure relationships in monolithic borophosphosilicate glasses obtained by the sol-gel route, Chem. Mater., 16, (2004), 315-320.
• [11] Zhu, X., Mai, C., Li, M.: Effect of B2O3 content variation on the Bi ions in Bi2O3-B2O3-SiO2 glass structure, J. Non-cryst. Solids, 388, (2014), 55-61.
• [12] Ducel, J. F., Videau, J. J., Couzi, M.: Strucatural study of borophosphate glasses by Raman and infrared spectroscopy, Phys. Chem. Glass., 34, (1993), 212-218.
• [13] Szumera, M., Wacławska, I., Olejniczak, Z.: Influence of B2O3 on the structure and crystallization of soil active glasses; J. Therm. Anal. Calorim., 99, (2010), 879–886.
• [14] Konijnendijk, W. L., Stevels, J. M.: The structure of borosilicate glasses studied by Raman scattering, J. Non-cryst. Solids, 20, (1976), 193-224.
• [15] Christensen, R., Olson, G., Martin, S. W.: Structural Studies of Mixed Glass Former 0.35Na2O+0.65[xB2O3 (1−x)P2O5] Glasses by Raman and 11B and 31P Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopies, J. Phys. Chem., 117, (2013), 2169-2179.
• [16] Gan, H., Hess, P. C., Kirkpartick, R. J.: Phoshorous and boron speciation in K2O-B2O3-SiO2-P2O5, Geochim. Cosmochim. Ac., 58, (1994), 4633-4627.
• [17] Szumera, M.: The structural role of manganese ions in soil active silicate-phosphate glasses, Mol. Biomol. Spectrosc., 129 (2014), 601 – 608.
• [18] Meera, B. N., Ramakrishna, J.: Raman spectral studies of borate glasses, J. Non-cryst. Solids, 159, (1993), 1-21.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).