СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА МЕДИ Российский патент 1998 года по МПК C01G3/02 

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения оксида меди, включающий взаимодействие 100 г пятиводного сульфата меди в 400 мл воды с 35,4 г гидроксида натрия в 600 мл воды при температуре 80 - 90^oC с последующим отделением осадка оксида меди (Ю. В. Карякин. "Чистые химические реактивы. Руководство по лабораторному приготовлению неорганических препаратов". М - Л, Гос. науч.-тенх. изд. хим. литературы, 1947 г., с. 339 - 340).

Недостатком известного способа является то, что приготовленный на основе полученного оксида меди катализатор имеет низкую активность в окислении оксида углерода. Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения оксида меди, включающий взаимодействие раствора сульфата меди с концентрацией 32 - 42 мас. % при перемешивании при температуре 80 - 95^oC в течение 10 - 15 минут с последующим отделением продукта. (Пат. РФ N 2077155 от. 09.11.94 г., МПК⁶ C 01 C 3/02).

Недостатком указанного способа является то, что катализатор, приготовленный на основе полученного оксида меди, имеет низкую активность в окислении оксида углерода.

Предлагаемое изобретение направлено на решение следующей задачи: получение высокодисперсного активного оксида меди, пригодного для изготовления на его основе высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода, что достигается предложенным способом, включающим взаимодействие раствора сульфата меди с раствором гидроксида натрия при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что после отделения продукт обрабатывают путем электродиализа.

Способ осуществляется следующим образом.

Смешивают 1200 - 1300 мл раствора сульфата меди с концентрацией 14 - 18 мас.% с 200 - 300 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 32 - 42 мас. % при температуре 80 - 95^oC в течение 10 - 15 минут. При проведении процесса осуществляют непрерывное перемешивание растворов посредством воздушного барботажа. Полученную суспензию оксида меди фильтруют и промывают осадок горячей водой при температуре 60 - 80^oC. Промывку заканчивают при отсутствии сульфат-ионов в промывных водах. Промытый продукт переносят в смеситель, добавляют воду в 5 - 10 кратном избытке, готовят суспензию и загружают ее в среднюю камеру электродиализатора, состоящего из трех камер, разделенных полупроницаемыми мембранами. В боковые камеры с размещенными в них электродами заливают воду и ведут процесс электродиализа при градиенте потенциала 50 - 300 В/см в течение 10 - 15 часов. В ходе процесса суспензии в средней камере непрерывно перемешивается посредством воздушного барботажа. По окончании обработки суспензию фильтруют и на основе полученного оксида меди приготавливают катализатор окисления оксида углерода. Каталитическая активность полученного катализатора составила 15,2 - 15,9; каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного по известному способу, составила 10,1 - 10,8.

Пример 1.

Берут 1250 мл раствора сульфата меди с концентрацией 15 мас.% и смешивают его с 250 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 35 мас.% при температуре 80^oC в течение 10 минут. При проведении процесса осуществляют непрерывное перемешивание растворов посредством воздушного барботажа. Полученную суспензию оксида меди фильтруют и промывают осадок от сульфат-ионов горячей водой при температуре 60^oC. Промывку заканчивают при отсутствии сульфат-ионов в промывных водах. Промытый продукт переносят в смеситель, добавляют воду в 8-кратном избытке, готовят суспензию и загружают ее в среднюю камеру электродиализатора, состоящего из трех камер, разделенных полупроницаемыми мембранами. В боковые камеры с размещенными в них электродами заливают воду и ведут процесс электродиализа при градиенте потенциала 50 В/см в течение 15 часов. В ходе процесса суспензия в средней камере непрерывно перемешивается посредством воздушного барботажа. По окончании обработки суспензию фильтруют и на основе полученного оксида меди приготавливают катализатор окисления оксида углерода. Каталитическая активность приготовленного катализатора составила 15,2.

Пример 2.

Введение процесса как в примере 1, за исключением градиента потенциала, который составил 200 В/см. Каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе полученного оксида меди, составила 15,6.

Пример 3.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением градиента потенциала, который составил 300 В/см. Каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе полученного оксида меди, составила 15,9.

Результаты исследования влияния градиента потенциала на каталитическую активность катализатора, приготовленного на основе полученного оксида меди, приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая каталитическая активность наблюдается для катализатора, приготовленного на основе оксида меди, который был обработан путем электродиализа при градиенте потенциала 50 - 300 В/см. Уменьшение градиента потенциала ниже 50 В/см приводит к заметному снижению каталитической активности полученного катализатора, а увеличение градиента потенциала выше 300 В/см экономически нецелесообразно, поскольку повышение каталитической активности является незначительным и не оправдывает возрастающих энергетических затрат на проведение технологического процесса.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение каталитической активности в окислении оксида углерода для катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного по предлагаемому способу, обусловлено, вероятно, следующей причиной. Известно, что сульфат-ионы являются каталитическим ядом для оксидных систем в реакции окисления оксида углерода. Очевидно, что отмывка горячей водой не приводит к полному удалению сульфат-ионов с поверхности частиц оксида меди, и поэтому при приготовлении катализатора окисления оксида углерода имеет место частичное отравление каталитических активных центров. Однако обработка оксида меди путем электродиализа приводит к практически полному удалению сульфат-ионов с поверхности частиц оксида меди, вследствие чего приготовленный на основе такого оксида меди катализатор сохраняет высокую активность каталитических центров, что и приводит в конечном итоге к повышению каталитической активности.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить активный оксид меди, пригодный для изготовления на его основе высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода, значительно превосходящего известные в окислении оксида углерода.

Реализация предложенного способа позволит на основе полученного оксида меди приготовить высокоэффективный катализатор, применяемый для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей, что даст возможность эффективно решить широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а именно: на получение высокодисперсного активного оксида меди, пригодного для изготовления на его основе высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Использование. Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания в выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Сущность: способ по изобретению включает взаимодействие раствора сульфата меди с раствором гидроксида натрия при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта и его обработку путем электродиализа. Способ позволяет получить активный оксид меди, пригодный для изготовления на его основе высокоэффективновного катализатора окисления оксида углерода. 1 табл.

Способ получения оксида меди, включающий взаимодействие раствора сульфата меди с раствором гидроксида натрия при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта, отличающийся тем, что после отделения продукт обрабатывают путем электродиализа.