КАТАЛІЗАТОР РОЗКЛАДУ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ НА ОСНОВІ ЗМІШАНОГО ФЕРИТУ КОБАЛЬТУ І МАНГАНУ

Каталізатор розкладу пероксиду водню на основі змішаного фериту кобальту і мангану, який відрізняється тим, що мольне співвідношення іонів мангану і кобальту становить 0,3:0,7.

Винахід належить до галузі хімічної технології. Неорганічні каталізатори розкладу пероксиду водню використовуються у процесах очищення води [1], а також у біомедицині та біохімічному аналізі [2,3]. Активними каталізаторами розкладу пероксиду є ферити шпінельної структури, такі як ферит міді [4], ферит кобальту [1,5] і ферит мангану [6]. Позитивними характеристиками фериту кобальту і фериту міді є магнітність і висока стійкість у водному середовищі [1,4]. Каталітичну активність фериту кобальту можна підвищити шляхом допування іонами металів змінної валентності. Найближчим аналогом винаходу є змішаний ферит кобальту і мангану [7]. Мольне співвідношення іонів кобальту і мангану у найближчому аналогу становить 0,5:0,5 [7]. Винахід полягає в тому, що допований манганом ферит кобальту містить іони мангану і кобальту у такому співвідношенні, яке є оптимальним для досягнення найвищої каталітичної активності у реакції розкладу пероксиду водню. Експериментальним шляхом встановлено, що оптимальне співвідношення іонів мангану і кобальту становить 0,3:0,7. Суттєві ознаки винаходу, які відмінні від найближчого аналога: мольна частка іонів мангану становить від 0,26 до 0,34. Опис реалізації винаходу для можливості його багаторазового відтворення: Наночастинки змішаного фериту кобальту і мангану з необхідним мольним співвідношенням отримують методом співосадження. Розчини точних наважок солей Co2+, Mn2+ та Fe3+ додають до 0,5 % розчину натрію карбоксиметилцелюлози, яка протидіє агломерації наночастинок. Отриманий розчин нагрівають до 90 °C при постійному перемішуванні. Як осаджувач додають 5 М розчин NaOH до отримання рН суміші 12. Отриману чорну суспензію змішаного фериту кобальту і мангану відокремлюють від розчину за допомогою неодимового магніту, промивають дистильованою водою до нейтрального рН промивної води та висушують за температури 60 °C. Результат реалізації винаходу полягає у підвищенні каталітичної активності змішаного фериту кобальту і мангану. Вимірювання швидкості розкладу пероксиду водню здійснено у реакторі періодичної дії об'ємом 100 мл при безперервному перемішуванні. Початкова концентрація H2O2 становила 5 мМ, доза каталізатора - 3 г/л. Залишкову концентрацію H2O2 вимірювали метаванадатним методом з фотометричним вимірюванням при 470 нм. Виміряні значення константи швидкості розкладу H2O2 наведені у Таблиці: Таблиця Mn:Co k, хв-1 0:1 0,0873 0,1:0,9 0,0725 0,3:0,7 0,1435 0,5:0,5 0,0560 1:0 0,0551 Джерела інформації: [1] J. Rodríguez-Chueca, E. Barahona-García, V. Blanco-Gutiérrez, L. Isidoro-García, A.J. Dos santos-García, Magnetic CoFe2O4 ferrite for peroxymonosulfate activation for disinfection of wastewater, Chem. Eng. J. 398 (2020) 125606. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125606. [2] C. Cao, N. Yang, X. Wang, J. Shao, X. Song, C. Liang, W. Wang, X. Dong, Biomedicine meets nanozyme catalytic chemistry, Coord. Chem. Rev. 491 (2023) 215245. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215245. [3] M. Zandieh, J. Liu, Nanozymes: Definition, Activity, and Mechanisms., Adv. Mater. 36 (2024) 2211041. https://doi.org/10.1002/adma.202211041. [4] Y. Liu, Z. Guo, F. Li, Y. Xiao, Y. Zhang, T. Bu, P. Jia, T. Zhe, L. Wang, Multifunctional Magnetic Copper Ferrite Nanoparticles as Fenton-like Reaction and Near-Infrared Photothermal Agents for Synergetic Antibacterial Therapy, ACS Appl. Mater. Interfaces. 11 (2019) 31649–31660. https://doi.org/10.1021/acsami.9b10096. [5] S. Li, X. Zhao, H. Ding, J. Chang, X. Qin, F. He, X. Gao, S. Gai, P. Yang, Advanced cobalt-ferrite layered double hydroxides sandwich-structured nanozymes for ROS-bloomed tumor therapy, Chem. Eng. J. 473 (2023) 145414. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145414. [6] J. Han, Y. Chen, X. Xiang, T. Wang, J. Shen, N. Zhang, C. Liang, X. Liu, X. Ma, A Comparative Analysis of the Antibacterial Spectrum of Ultrasmall Manganese Ferrite Nanozymes with Varied Surface Modifications., ACS Appl. Mater. Interfaces. 16 (2024) 14385–14404. https://doi.org/10.1021/acsami.3c16490. [7] H.-Y. Yang, J.-J. Wei, J.-Y. Zheng, Q.-Y. Ai, A.-J. Wang, J.-J. Feng, Integration of CuS/ZnIn2S4 flower-like heterojunctions and (MnCo)Fe2O4 nanozyme for signal amplification and their application to ultrasensitive PEC aptasensing of cancer biomarker., Talanta. 260 (2023) 124631. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.124631.