Thermo-acoustic properties of alkali-activated aluminosilicate materials incorporating neodymium(III)-oxide and samarium(III)-oxide

[С. Кнежевић ]

108 стр.

Хемија - Аналитичка хемија, наука о материјалима / Chemistry - Analytical chemistry, materials science

У овој докторској дисертацији детаљно је испитана синтеза алкално активираног материјала у који су уграђени неодим(III)-оксид (Nd2O3) и самаријум(III)-оксид (Sm2O3) као и термо-акустична својства алкално активираних материјала. У алкално активирани материјал је уграђено 1% и 5% Nd2O3 и Sm2O3. Један од главних циљева био је да се утврди утицај понашања неодима и самаријума као промене допанса и структурних наночестица коначног формираног алуминосиликатног материјала. Показано је да алуминосиликатни материјали настали алкалном активацијом метакаолина могу да приме катјоне ретких земаља Nd3+ и Sm3+ у њихову алуминосиликатну структуру. Главни производ алкалне активације идентификован у геловима је гел богат (Na)-Аs-H који садржи Al и Si у тетраедарској координацији. Промене у структури финалног производа окарактерисане су дифракцијом рендгенских зрака на поликристалном узорку (XRPD), инфрацрвеном спектроскопијом Фуријеове трансформације (DRIFT), рендгенском фотоелектронском спектроскопијом (XPS), трансмисијском електронском микроскопијом (ТЕМ), скенирајућом електронском микроскопијом (SEM), анализа са енергетско дисперзивном спектрометријом (EDS). Нуклеација на површини материјала доводи до формирања фазно одвојених гелова из фазе ретких земаља у раној фази процеса реакције. Потврђено је да Nd и Sm формирају нестабилне хидроксиде Nd(ОH)3 и Sm(ОH)3 који су у равнотежи са одговарајућим оксидима. Порозни алкално активирани материјали (ААМ) у које су уграђени неодим(III)-оксид/самаријум(III)-оксид, добијени из метакаолина алкалном активацијом раствором NaOH. Да би се добила адекватна порозна микроструктура, очврсле пасте ААМ (после 28 дана), подвргнуте су термичком третману на температурама 300°C, 600°C и 900°C. Због интумесцентног понашања специфичног за ову врсту материјала, током термичке обраде долази до значајног повећања запремине и порозности. Ови материјали се због специфичне микроструктуре (затворене поре различитих облика и величина) могу користити као топлотно и звучно изолациони материјали.

In this doctoral dissertation, the synthesis of an alkali-activated material incorporating neodymium(III)-oxide (Nd2O3) and samarium(III)-oxide (Sm2O3) as well as the thermo-acoustic properties of alkali-activated materials were examined in detail. The alkaline activated material incorporated 1% and 5% Nd2O3 and Sm2O3. One of the main objectives was to determine the influence of the behavior of neodymium and samarium as a change in dopant and structural nanoparticles of the final formed aluminosilicate material. It was shown that aluminosilicate materials created by alkaline activation of metakaolin can accept rare earth cations Nd3+ and Sm3+ in their aluminosilicate structure. The main alkaline activation product identified in the gels is a (Na)-As-Hrich gel containing Al and Si in tetrahedral coordination. Changes in the structure of the final product were characterized by X-ray diffraction on a polycrystalline sample (XRPD), Fourier transform infrared spectroscopy (DRIFT), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), analysis with energy dispersive spectrometry (EDS). Nucleation on the material's surface leads to the formation of phase-separated gels from the rare earth phase in the early stage of the reaction process. It was confirmed that Nd and Sm form unstable hydroxides Nd(OH)3 and Sm(OH)3, which are in equilibrium with the corresponding oxides. Porous alkaline-activated materials (AAM) incorporating neodymium(III)- oxide/samarium(III)- oxide were obtained from metakaolin by alkaline activation with NaOH solution. To obtain an adequate porous microstructure, the hardened AAM pastes (after 28 days) were subjected to heat treatment at temperatures of 300°C, 600°C, and 900°C. Due to the intumescent behavior specific to this type of material, a significant increase in volume and porosity occurs during heat treatment. Due to their specific microstructure (closed pores of different shapes and sizes), these materials can be used as heat and sound insulation materials.

метакаолин, неодим(III)-оксид, самаријум(III)-оксид, термо-акустична својства, AAM, XRPD, XPS, SEM, ТЕМ

metakaolin, neodymium(III)-oxide, samarium(III)-oxide, thermo-acoustic properties, AAM, XRPD, XPS, SEM, ТЕМ

543.2/.9:620.1/.2(043.3)

Tekst