SYNTHESIS OF PHOSPHATES CA, CE(III), LA(III) IN AN AQUEOUS SOLUTION FOR USE AS FERTILIZERS
Authors: N.I. Karakchieva , E.B. Daibova , M.V. Susid , L.G. Vidyaykina , S.M. Aronov , M.V. Kazantseva , V.I. Sachkov , A.S. Knyazev 
Published: November 2024

The relevance of the article is due to the wide range of applications of phosphate materials (biomaterials, ceramics, optics, nuclear waste disposal, etc.) of the presented cerium (III) and lanthanum (III) cations. The synthesis parameters turn out to be significant variables, as they affect the final phase composition of the samples. Phosphate synthesis based on precipitation from aqueous solutions is characterized by low cost, which makes it suitable for obtaining controlled release fertilizers. Turning to cerium (III) and lanthanum (III) phosphates, their different structures (monazite and rhabdophane) are noted. In this work, a series of calcium, cerium(III) and lanthanum(III) phosphates was obtained by precipitation from aqueous solutions and the phase composition, specific surface area, and porosity were studied. To obtain phosphates, solutions of phosphate, hydrophosphate, or sodium dihydrophosphate were poured into nitrate solutions. The resulting precipitate was dried at 100 °C for 24 hours. The phase composition was determined by XRD and IR spectroscopy. In the IR spectra, characteristic absorption bands (PO43-, OH-, adsorbed H2O, CO32-, HPO42-, etc.) were observed in certain wavenumber ranges consistent with the XRD results. The values of the specific surface area of the samples were calculated from the N2 adsorption data. The highest specific surface area is typical for samples obtained by precipitation with sodium phosphate (Ca2+- 82 m2/g, Ce3+ - 144 m2/g, La3+ - 187 m2/g). It is noted that the synthesis of cerium(III) and lanthanum(III) phosphates makes it possible to obtain materials with a larger specific surface area and a smaller average pore size compared to samples containing Ca2+. Optimal conditions for the precipitation of lanthanum and cerium phosphates in an aqueous medium have been determined. The yield of the final product for La3+ (hydrophosphate ion) is 42.3%, for Ce3+ the yield (with dihydrogen phosphate) was 67.7%. The obtained samples are proposed to be used as controlled release fertilizers, based on their physicochemical characteristics.

Актуальность статьи обусловлена широкой областью применения фосфатных материалов (биоматериалы, керамика, оптика, захоронения ядерных отходов и др.) представленных катионов церия (III) и лантана (III). Параметры синтеза оказываются значимыми переменными, так как влияют на конечный фазовый состав образцов. Синтез фосфатов, основанный на осаждении из водных растворов, отличается низкой стоимостью, что позволяет рассматривать его подходящим для получения удобрений пролонгированного действия. Переходя к фосфатам церия (III) и лантана (III), отмечаются их различные структуры (монацит и рабдофан). В работе методом осаждения из водных растворов получена серия фосфатов кальция, церия(III) и лантана(III) и исследованы фазовый состав, удельная поверхность, пористость. Для получения фосфатов вносили в растворы нитратов – растворы фосфата, гидрофосфата или дигидрофостфата натрия. Полученный осадок высушивали при 100 °C в течение 24 часов. Фазовый состав определялся методом РФА и ИК-спектроскопии. В ИК-спектрах наблюдались характерные полосы поглощения (PO43-, OH-, адсорбированная H2O, CO32-, HPO42-и др.) в определенных диапазонах волновых чисел, согласующиеся с результатами РФА. Значения удельной поверхности образцов рассчитывали из данным адсорбции N2. Наибольшее значение удельной поверхности характерно для образцов, полученных осаждением фосфатом натрия (Ca2+ - 82 м2/г, Ce3+- 144 м2/г, La3+ - 187 м2/г). Отмечено, что синтез фосфатов церия(III), лантана(III), позволяет получить материалы с большей удельной поверхностью и меньшим средним размером пор, по сравнению с образцами, содержащими Ca2+. Определены оптимальные условия осаждения фосфатов лантана и церия в водной среде. Выход конечного продукта для La3+ (гидрофосфат ион) 42,3%, для Ce3+ выход (с дигидрофосфатом) составил 67,7%. Полученные образцы предложено использовать в качестве удобрений с пролонгированным действием, основываясь на их физико-химических характеристиках.