СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРИТА КОБАЛЬТА Российский патент 2024 года по МПК C01G49/00 C01G51/00 B01J23/745 B01J23/75 

Изобретение относится к технологии получения ферритов, шпинелей и их твердых растворов и может найти применение в химической промышленности для производства катализаторов, магнитных материалов на основе феррита кобальта.

Известен способ получения ферритов кобальта и никеля, в котором смешивают ионообменную смолу с солями кобальта или никеля, выдерживают смесь в течении 0,5-0,8 часа при комнатной температуре, затем фильтруют на бумажном фильтре, высушивают на воздухе и прокаливают при температуре 400-1000°С в течении 0,8-1 часа. [Патент 2738940 Российская Федерация, МПК C01G 49/00, C01G 51/00, C01G 53/00, С01В 13/18, C30G 29/26, B82Y 32/00. Способ получения ферритов металлов восьмой группы четвертого периода: №2018125815: заявл. 12.07.2018: опубл. 18.12.20, Бюл №35 / Белая Е.А., Ковалев И.А., Викторов В.В., Грязнова М.С., Жеребцов Д.В.; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет" ФГБОУ ВО "ЮУрГГПУ" (RU). - 4 илл. - Текст: непосредственный.]

Недостатком данного способа является низкая технологичность процесса, обусловленная большим количеством технологических операций, применением высоких температур, пожароопасностью процесса на стадии синтеза ионообменной смолы.

В другом способе получения феррита кобальта(II) в качестве исходных материалов применяют растворы солей кобальта(II), железа(II) и разбавленный (0,2-0,4Н) раствор щавелевой кислоты. Каждую соль берут в необходимом количестве и растворяют в определенном количестве воды. Далее растворы солей добавляют в раствор щавелевой кислоты при постоянном перемешивании. После появления мути перемешивание прекращают, суспензию выдерживают еще 40-50 минут, далее порошок оксалата отфильтровывают от маточного раствора и сушат ацетоном на фильтре. Полученный порошок высушивают при температуре 150°С и прокаливают при температуре 800-1000°С. (Айрапетян С.С. Хачатрян А.Г. Получение магнитных носителей, покрытых кремнеземным слоем, на основе дисперсных ферритов кобальта и цинка-никеля // Журн. прикладной химии - 2004. Т.77. вып. 1.С.13-16).

Недостатком этого способа получения феррита кобальта (II) является загрязнение окружающей среды продуктами разложения солей, большие затраты энергии для нагрева и выпаривания воды.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом является способ получения феррита кобальта, включающий перемешивание и гомогенизацию смеси порошка металлического железа, щавелевой кислоты и воды в течение 0,5 часа в вибрационной мельнице с последующим добавлением оксалата кобальта и гомогенизацией полученной смеси, нагреванием массы до оптимальной формовочной массы, формовкой гранул, сушкой при температуре 120°С, прокаливанием при температуре 300°С в течение 6 часов. [Патент 2761198 Российская Федерация, МПК C01G 51/00, C01G 49/00, B01J 37/08, B82Y 40/00, B01J 23/745, B01J 23/75. Способ получения феррита кобальта: №201812581: заявл. 16.04.2021, опубл. 06.12.21, Бюл №34 / Денисова К.О., Ильин А.А., Ильин А.П., Румянцев Р.Н., Сахарова Ю.Н., заявитель ФГБОУ ВО «ИГХТУ». - 6 с.: 4 илл. - Текст: непосредственный].

Недостатком прототипа является низкая каталитическая активность продукта в реакции разложения оксида азота при температуре 250-300°С, а также высокая концентрация побочных продуктов NO и NO₂.

Техническим результатом изобретения является повышение каталитической активности в реакции разложения оксида азота(I), а также снижении концентрации побочных продуктов NO и NO₂.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения феррита кобальта, заключающемся в гомогенизации смеси компонентов оксалата кобальта, порошка металлического железа, щавелевой кислоты, воды, формовании гранул и их прокаливании при температуре 300-400°С, согласно изобретению, гомогенизацию проводят в присутствии карбоната калия в количестве 1-5 масс. % и диоксида циркония в количестве 6-10 масс. % путем диспергирования с последующими перемешиванием и нагреванием до 60-90°С.

Предлагаемый способ проиллюстрирован чертежом, где показаны рентгенограммы продуктов механохимической активации FeC₂O₄⋅2H₂O и CoFe₂O₄⋅2H₂O, подвергнутых прокаливанию при температуре 300-400°С с добавлением карбоната калия и диоксида циркония.

Используемые вещества:

Порошок железный ПЖР (Fe) 3.200.28 ГОСТ 9849-86

Щавелевая кислота (H₂C₂O₄ ⋅ 2H₂O) ТУ 2431-001-55980238-02

Оксалат кобальта (CoC₂O₄ ⋅ 2H₂O) ТУ 6-09-09-10-80

Калий углекислый технический - K₂CO₃. ГОСТ 10690-73

Вода дистиллированная (H₂O) ГОСТ Р 58144-2018

Циркония двуокись (ZrO₂) ГОСТ 21907-76

Изобретение осуществляют следующим образом.

Пример 1

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа 112 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:2), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 3,5 г (1 масс. %) карбоната калия, 5,13 г (6 масс. %) диоксида циркония и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до 60°С до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120°С в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 400°С.

Пример 2

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа 112 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:2), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 10,4 г (3 масс. %) карбоната калия, 11,7 г (10 масс. %) диоксида циркония и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до 80°С до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120°С в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 350°С.

Пример 3

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа, 112 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:2), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 17,3 г (5 масс. %) карбоната калия, 6,84 г (8 масс. %) диоксида циркония и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до 90°С до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120°С в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 300°С.

Площадь поверхности, изотермы адсорбции-десорбции азота получены на приборе Sorbi-MS. Удельную поверхность определяли методом БЭТ (соответствует международным стандартам ASTM и ISO) по низкотемпературной адсорбции-десорбции азота.

Каталитическую активность образцов катализатора исследовали на установке проточного типа ПКУ-2. Катализатор фракции 0,25 - 0,5 мм загружали в стальной реактор. Состав исходной реакционной смеси: N₂ - 99%, N₂O - 1%. Объемная скорость газа составляла 20000 час^-1, давление в реакторе 0,7МПа. Температура в реакторе 250°С. Для определения продуктов реакции N₂, O₂, использовался газовый хроматограф Кристаллюкс - 4000М.

Определение микроконцентраций NO и NO₂ осуществляли с помощью газоанализатора СЕАН-П.

Несмотря на то, что процесс каталитического разложения N₂O является практически необратимым и высокоселективным в отношении целевых продуктов - N₂ и O₂, при его осуществлении всегда наблюдают образование побочных продуктов - моно- и диоксида азота, требующих очистки от них. В связи с этим интерес представлял количественный анализ данных продуктов в условиях реакции в зависимости от температуры 100%-ного разложения N₂O и содержания K₂CO₃.

Показатели полученной удельной поверхности, каталитической активности, температура 100% разложения и концентрации побочных продуктов NO и NO₂ приведены в таблице.

Из таблицы следует, что использование заявленного изобретения позволяет увеличить каталитическую активность в 2,5-6,5 раза и снизить количество NO и NO₂ в 4,3-10 раз.

Изобретение относится к технологии получения ферритов, шпинелей и их твердых растворов и может найти применение в химической промышленности для производства катализаторов, магнитных материалов на основе феррита кобальта. Способ получения феррита кобальта заключается в гомогенизации смеси компонентов оксалата кобальта, порошка металлического железа, щавелевой кислоты и воды, формовании гранул и их прокаливании при температуре 300-400°С. Гомогенизацию проводят в присутствии карбоната калия в количестве 1-5 мас.% и диоксида циркония в количестве 6-10 мас.% путем диспергирования с последующими перемешиванием и нагреванием до 60-90°С. Обеспечивается повышение каталитической активности в реакции разложения оксида азота(I), а также снижение концентрации побочных продуктов NO и NO₂. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Способ получения феррита кобальта, заключающийся в гомогенизации смеси компонентов оксалата кобальта, порошка металлического железа, щавелевой кислоты, воды, формовании гранул и их прокаливании при температуре 300-400°С, отличающийся тем, что гомогенизацию проводят в присутствии карбоната калия в количестве 1-5 мас.% и диоксида циркония в количестве 6-10 мас.% путем диспергирования с последующими перемешиванием и нагреванием до 60-90°С.