СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТОАКТИВНОГО СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C01G49/08 H01F1/01 

Изобретение относится к получению магнитоактивных соединений.

Частицы магнитоактивных соединений могут образовываться благодаря конденсации отдельных молекул. На размер образующихся частиц существенно влияют условия, при которых происходит конденсация отдельных молекул в частицы, поэтому для получения коллоидных частиц магнитных материалов используют различные варианты метода.

Одним из вариантов метода конденсации является реакция химической конденсации высокодисперсного магнетита:

2FeCl₃+FeCl₂+8NaOH→Fe₃O₄↓+8NaCl+4H₂O.

10%-ные растворы FeCl₂·4H₂O и FeCl₃·6H₂O смешивают при 70°C и при постоянном перемешивании к ним добавляют избыток 10%-ного раствора NaOH. Для ограничения роста частиц использовалось интенсивное перемешивание растворов. Для получения магнетита требуемого состава соотношение солей Fe³⁺/Fe²⁺ должно быть 2 к 1 [Elmore W.С. // Phys. Rew., 1938, V. 54, P. 309].

Существуют способы получения магнитных жидкостей и рентгеноконтрастных средств на основе органических соединений. В качестве магнитного компонента использован магнетит, осажденный из смеси солей железа(II) и железа(III) 25%-ным раствором аммония гидроксида. Замена гидроксида натрия на гидроксид аммония позволяет проводить соосаждение солей при 25…40°C [АС СССР №568598, МКл² C01G 49/08. 1977; АС СССР №861321, МКл² C01G 49/08, 1981; АС СССР №966015, МКл² C01G 49/08, 1982; АС СССР №978860, МКл² A61K 33/26, 1982].

Известен способ, в соответствии с которым первоначально из раствора соли железа(II) осаждается карбонат железа(II), который при температуре 55…60°C в течение 1 ч превращается в магнитоактивный магнетит, отделяемый от жидкости путем декантации до pH 7 [Пат. РФ №2230705, МПК⁷ C01G 49/08, 2004]. Недостатком указанного способа является низкая относительная магнитная восприимчивость образующегося магнитоактивного соединения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, в соответствии с которым магнитоактивное соединение образуется в результате конденсации из подкисленного раствора соли железа(II), которое проводится в присутствии соли азотистой кислоты. К подкисленному раствору соли железа(II) добавляется расчетное количество соли азотистой кислоты и полученный раствор подщелачивается. Выделяющийся бирюзовый осадок быстро уплотняется и через некоторое время превращается в магнитоактивное соединение с высокой относительной магнитной восприимчивостью [Патент 2476382 РФ, МКИ C01G 49/08 (2006.01). Способ получения магнитоактивного соединения. 2013]. Недостатком указанного способа является выделение токсичных оксидов азота.

Задачей изобретения является повышение экологической безопасности, т.е. получение магнитоактивного соединения без выделения токсичных оксидов азота и депонирования токсичных соединений хрома из растворов.

Это достигается тем, что к раствору сульфата железа(II) добавляется расчетный объем раствора соединения хрома(VI) и расчетный объем щелочного реагента, в частности гидроксида натрия, гидроксида аммония или карбоната натрия. В результат этого сразу же наблюдается выделение осадка магнитоактивного соединения.

Для оценки степени депонирования катионов хрома(VI) в надосадочной определяли оптическую плотность при 430 нм. Степень депонирования вычисляли из результатов сравнения оптических плотностей при 430 нм надосадочной жидкости и раствора в контрольном опыте. В контрольном опыте готовили раствор 1 г хромата калия в 25 мл воды, добавляли 20 мл 2 М раствора гидроксида натрия и определяли оптическую плотность полученного раствора при 430 нм.

Пример 1. Для получения магнитоактивного соединения 25 мл горячего раствора, содержащего 5,01 г гептагидрата сульфата железа(II), смешивали с 25 мл горячего раствора, содержащего 1 г хромата калия. Затем добавляли 16,6 мл 2 М раствора гидроксида натрия. Полученную суспензию центрифугировали, сливали надосадочную жидкость, промывали осадок декантацией до нейтральной среды и высушивали осадок до постоянной массы. После чего определяли относительную магнитную восприимчивость, которая составила 0,1 г/г Fe. У надосадочной жидкости определяли оптическую плотность при 430 нм в кюветах с длиной рабочего слоя 2 см. Величина оптической плотности составила 0,002, что соответствует степени осаждения хрома 99,8%.

Пример 2. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 1, отличается тем, что расход гептагидрата сульфата железа(II) составил 5,73 г, а расход 2 М раствора гидроксида натрия составил 18,8 мл. Относительная магнитная восприимчивость составила 1,14 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,002, что соответствует степени осаждения хрома 99,8%.

Пример 3. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 1, отличается тем, что расход гептагидрата сульфата железа(II) составил 6,44 г, а расход 2 М раствора гидроксида натрия составил 23,2 мл. Относительная магнитная восприимчивость составила 3,3 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,001, что соответствует степени осаждения хрома 99,9%.

Пример 4. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 1, отличается тем, что расход гептагидрата сульфата железа(II) составил 7,16 г, а расход 2 М раствора гидроксида натрия составил 25,8 мл. Относительная магнитная восприимчивость составила 5,9 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,002, что соответствует степени осаждения хрома 99,8%.

Пример 5. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 1, отличается тем, что расход гептагидрата сульфата железа(II) составил 8 г, а расход 2 М раствора гидроксида натрия составил 29,4 мл. Относительная магнитная восприимчивость составила 12,5 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,001, что соответствует степени осаждения хрома 99,9%.

Пример 6. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 3, отличается тем, что получение проводили при комнатной температуре. Относительная магнитная восприимчивость составила 1,1 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,003, что соответствует степени осаждения хрома 99,7%.

Пример 7. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 4, отличается тем, что получение проводили при комнатной температуре. Относительная магнитная восприимчивость составила 3,4 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,004, что соответствует степени осаждения хрома 99,6%.

Пример 8. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 5, отличается тем, что получение проводили при комнатной температуре. Относительная магнитная восприимчивость составила 5,9 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,002, что соответствует степени осаждения хрома 99,8%.

Пример 9. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 5, отличается тем, что вместо хромата калия использован бихромат калия, навеска которого составила 0,76 г. Относительная магнитная восприимчивость составила 12,1 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,001, что соответствует степени осаждения хрома 99,9%.

Пример 10. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 5, отличаются тем, что вместо 2 М раствора гидроксида натрия было использовано 10 мл 20%-ного раствора гидроксида аммония. Относительная магнитная восприимчивость составила 6,7 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,002, что соответствует степени осаждения хрома 99,8%.

Пример 11. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 9, отличается тем, что расход гептагидрата сульфата железа(II) составил 9 г. Относительная магнитная восприимчивость составила 12,1 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,001, что соответствует степени осаждения хрома 99,9%.

Пример 12. Получение магнитоактивного соединения в условиях примера 5, отличается тем, что вместо 2 М раствора гидроксида натрия было использовано 25 мл горячего раствора карбоната натрия концентрацией 168 г/л. Относительная магнитная восприимчивость составила 0,8 г/г Fe. Величина оптической плотности составила 0,005, что соответствует степени осаждения хрома 99,5%.

Результаты примеров сведены в таблице.

Таким образом, приведенные в таблице результаты показывают, что предлагаемое изобретение позволяет получать магнитоактивное соединение, обладающее высокой относительной магнитной восприимчивостью, без выделения токсичных оксидов азота и позволяет депонировать токсичные соединения хрома(VI).

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Магнитоактивное соединение получают путем конденсации из растворов соли железа(II) и окислителя при их смешении и добавлении щелочного реагента. В качестве соли железа(II) используют гептагидрат сульфата железа(II). В качестве окислителя используют раствор соли хрома(VI) - хромата калия или бихромата калия. Изобретение позволяет получить магнитоактивное соединение без выделения токсичных оксидов азота. 2 з п. ф-лы, 1 табл., 12 пр.

1. Способ получения магнитоактивного соединения путем конденсации из растворов соли железа(II) и окислителя при их смешении и добавлении щелочного реагента, отличающийся тем, что в качестве соли железа(II) используют гептагидрат сульфата железа(II), а в качестве окислителя используют раствор соли хрома(VI).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве раствора соли хрома(VI) используют хромат калия или бихромат калия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют 2 М раствор гидроксида натрия, или 20% раствор гидроксида аммония, или раствор карбоната натрия концентрацией 168 г/л.