СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРИТА КОБАЛЬТА Российский патент 2025 года по МПК C01G51/00 C01G49/00 C30B29/26 B01J23/745 B01J23/75 

Изобретение относится к технологии получения ферритов, шпинелей и их твердых растворов и может найти применение в производстве 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 / Белая Е.А., Ковалев И.А., Викторов В.В., Грязнова М.С., Жеребцов Д.В.; заявитель ФГБОУ ВО «ЮУрГГПУ»].

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

Известен также способ получения феррита кобальта, где (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: №2021110778: заявл. 16.04.2021, опубл. 06.12.21 / Денисова К.О., Ильин А.А., Ильин А.П., Румянцев Р.Н., Сахарова Ю.Н.; заявитель ФГБОУ ВО «ИГХТУ»].

Недостатком прототипа является низкая каталитическая активность продукта при температуре 250°С в процессе разложения оксида азота (I) и окисления оксида углерода (II) при их совместном присутствии.

Техническим результатом изобретения является повышение каталитической активности в реакции разложения оксида азота (I) при 250°С, а также снижении концентрации оксида углерода (II) и повышение площади удельной поверхности феррита кобальта.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения феррита кобальта, заключающемся в гомогенизации компонентов: оксалата кобальта, железа, щавелевой кислоты, воды, при массовом отношении железа к щавелевой кислоте (1:2), последующем формовании гранул и их прокаливании, согласно изобретению, гомогенизацию проводят в присутствии карбоната церия (III) в количестве 5,7-10,8 масс. %.

Предлагаемый способ проиллюстрирован чертежами, где на фиг. 1, показаны рентгенограммы продуктов механохимической активации металлического железа, щавелевой кислоты, оксалата кобальта и карбоната церия, подвергнутых прокаливанию при температуре 300°С, на которых показано, что образуется феррит кобальта CoFe₂O₄. На фиг. 2, 3, 4 показаны микрофотографии образцов CoFe₂O₄ после прокаливания при температуре 300°С, из которых видно, что образцы феррита кобальта состоят из частиц с размером 100-200 нм.

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;

Церий углекислый технический - Се₂(СО₃)₃. ТУ 6-09-04-126-84;

Вода дистиллированная (H₂O) ГОСТ Р 58144-2018;

Изобретение осуществляется следующим образом.

Пример 1

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г (20,3 масс. %) порошка металлического железа, 112 г (40,7 масс. %) 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 (33,3 масс. %) оксалата кобальта, 15,7 г (5,7 масс. %) карбоната церия и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании 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.

Пример 2

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г (19,9 масс. %) порошка металлического железа, 112 г (39,8 масс. %) 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 (32,6 масс. %) оксалата кобальта, 21,9 г (7,8 масс. %) карбоната церия и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании 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.

Пример 3

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г (19,2 масс. %) порошка металлического железа 112 г (38,5 масс. %) 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 (31,5 масс. %) оксалата кобальта, 31,3 г (10,8 масс. %) карбоната церия и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании 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 - 98%, N₂O - 1%, СО - 1%. Объемная скорость газа составляла 20000 час^-1, давление в реакторе 0,4 МПа. Температура в реакторе 250°С. Для определения продуктов реакции N₂, O₂, CO₂, использовался газовый хроматограф Кристаллюкс - 4000М. Результаты исследования: удельная поверхность, каталитическая активность (степень разложения N₂O при 250°С) и остаточная концентрация СО приведены в таблице.

Из таблицы видно, что использование заявленного изобретения позволяет увеличить каталитическую активность в 1,5-3,8 раза, снизить остаточное содержание СО в 1,3-3,6 раз и увеличить площадь удельной поверхности в 1,05-1,1 раза.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в производстве катализаторов и магнитных материалов на основе феррита кобальта. Гомогенизируют компоненты: оксалат кобальта, железо, щавелевую кислоту, воду, при массовом отношении железа к щавелевой кислоте (1:2) в присутствии карбоната церия (III), взятого в количестве 5,7-10,8 масс. %. Затем формуют гранулы и прокаливают их. Техническим результатом является повышение каталитической активности полученного феррита кобальта в реакции разложения оксида азота (I) при 250 °С и снижение концентрации оксида углерода (II), а также повышение площади удельной поверхности феррита кобальта. 4 ил., 1 табл., 3 пр.

Способ получения феррита кобальта, заключающийся в гомогенизации компонентов: оксалата кобальта, железа, щавелевой кислоты, воды, при массовом отношении железа к щавелевой кислоте (1:2), последующем формовании гранул и их прокаливании, отличающийся тем, что гомогенизацию проводят в присутствии карбоната церия (III) в количестве 5,7-10,8 масс. %.