СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА МАРГАНЦА, АКТИВНОГО В ОКИСЛЕНИИ ОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 1999 года по МПК C01G45/02 B01D61/44 

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 диоксида марганца, включающий взаимодействие раствора, содержащего 44,6 г четырехводного сульфата марганца в 500 мл воды и 50 мл концентрированной азотной кислоты, с 31 г тонкоизмельченного перменганата калия при постоянном перемешивании реагентов в течение 20 минут, фильтрацию и промывку полученного осадка (Пат. Великобритании N 1315374 от 20.04.70 г., кл. C 01 G 45/02).

Недостатком известного способа является низкая каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения диоксида марганца, включающий добавление 200 мл 5%-го раствора перманганата калия к 250 мл 5%-го раствора сернокислого марганца при температуре 50-60^oC при перемешивании в течение 2 часов. Смесь оставляют еще на 2 часа, после чего помещают ее на сутки в теплое место. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до удаления сульфат-ионов и высушивают в течение 8-10 часов при температуре 110-120^oC (Ю.В.Карякин "Чистые химические реактивы. Руководство по приготовлению неорганических препаратов". М-Л, 1947 г. Гос.научн.- техн.изд.хим.литературы, с. 324).

Недостатком указанного способа является низкая каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи - повышение каталитической активности диоксида марганца в окислении оксида углерода, что достигается предложенным способом, включающим добавление раствора перманганата калия к раствору сернокислого марганца при перемешивании, фильтрацию и промывку конечного продукта.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что после промывки диоксид марганца обрабатывают путем электролиза.

Способ осуществляется следующим образом.

К 250 мл 5%-го раствора сернокислого марганца добавляют 200 мл 5%-го раствора перманганата калия при температуре 50-60^oC при перемешивании в течение 2 часов. Смесь оставляют еще на 2 часа, после чего помещают ее на сутки в теплое место. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до удаления сульфат-ионов, загружают в камеру электродиализатора и обрабатывают в течение 10-15 часов при градиенте потенциала 50-300 в/см. После обработки диоксид марганца сушат при температуре 110-120 ^oC в течение 8-10 часов. Высушенный осадок прессуют при давлении 100 атм, дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 170 ^oC в течение 3 часов. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 11,7-12,5, каталитическая активность диоксида марганца, полученного по известному способу, составила 6,5-7,9.

Пример 1
Берут 200 мл 5%-го раствора перманганата калия и добавляют его к 250 мл 5%-го раствора сернокислого марганца при температуре 50 ^oC при перемешивании в течение 2 часов. Смесь оставляют еще на 2 часа, после чего помещают ее на сутки в теплое место. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до удаления сульфат-ионов, загружают в камеру электродиализатора и обрабатывают в течение 10 часов при градиенте потенциала 50 в/см. После обработки диоксид марганца сушат при температуре 110^oC в течение 8 часов. Высушенный осадок прессуют при давлении 100 атм, дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 170^oC в течение 3 часов. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 11,9.

Пример 2
Ведение процесса как в примере 1, за исключением градиента потенциала, который составил 150 в/см. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 11,9.

Пример 3
Ведение процесса как в примере 1, за исключением градиента потенциала, который составил 300 в/см. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 12,3.

Результаты исследования влияния градиента потенциала на каталитическую активность диоксида марганца в окислении оксида углерода приведены в таблице (см. в конце описания)
Каталитическую активность (А) рассчитывали по формуле:

где v - удельная скорость газовоздушного потока, 0,32 л/мин•см²;
τ время появления за слоем оксида углерода с концентрацией 0,1 Co;
s - площадь поперечного сечения, 3,14 см²;
C₀ - исходная концентрация оксида углерода, 6,2 мг/л;
V₀ - объем, занимаемый одним молем газа при нормальных условиях, 22,4 л;
M - молекулярная масса оксида углерода, 28 г/моль;
V - объем навески, 7,9 см³.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая каталитическая активность диоксида марганца в окислении оксида углерода наблюдается при обработке диоксида марганца путем электродиализа.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Повышение каталитической активности в окислении оксида углерода при обработке диоксида марганца путем электродиализа обусловлено, вероятно, следующей причиной. В процессе получения диоксида марганца, который протекает длительное время (более суток), на поверхности образующихся частиц диоксида марганца адсорбируется значительное количество сульфат-ионов, которые, как известно, являются сильным каталитическим ядом для оксидных систем в реакции окисления оксида углерода. Очевидно, что отмывка водой не приводит к полному удалению сульфат-ионов с поверхности частиц диоксида марганца и поэтому имеет место частичное отравление каталитических центров. Однако обработка диоксида марганца путем электродиализа приводит к практически полному удалению сульфат- ионов с поверхности частиц диоксида марганца, при этом каталитические центры сохраняют высокую активность, что и приводит в конечном итоге к повышению каталитической активности в окислении оксида углерода.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить диоксид марганца значительно превосходящий известные по каталитической активности в окислении оксида углерода.

Полученный по предлагаемому способу диоксид марганца даст возможность изготовить катализатор, позволяющий проводить более эффективную очистку газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и т.п.; и дающий реальную 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 повышение каталитической активности диоксида марганца в окислении оксида углерода, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Раствор перманганата калия добавляют к раствору сернокислого марганца при перемешивании. Конечный продукт обрабатывают путем электродиализа. Способ позволяет получить диоксид марганца, значительно превосходящий известные по каталитической активности в окислении оксида углерода. 1 табл.

Способ получения диоксида марганца, активного в окислении оксида углерода, включающий добавление раствора перманганата калия к раствору сернокислого марганца при перемешивании, фильтрацию и промывку конечного продукта, отличающийся тем, что после промывки диоксид марганца обрабатывают путем электродиализа.