Способ получения катализатора для воздушного электрода Советский патент 1993 года по МПК B01J37/03 B01J23/74 

Изобретение относится к области производства катализатора для электродов химических источников тока.

Цель изобретения - создание благоприятных условий труда, устранения загрязнения воздушного бассейна и улучшение электрических и электрохимических характеристик катализатора и электрода на его основе.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения катализатора путем осаждения аммиаком гидроксидов кобальта и никеля из растворов нитратов этих металлов, отделения, промывки и термообработки образующегося осадка с последующим прокаливанием при 350-400°С, влажный осадок перед термообработкой смешивают с карбамидом, взятым 8 количестве 150- 200% от стехиометрического в расчете на содержание нитрата, м термообработку ае- дут при 220- 250°С в течение 1,0-1,5 ц

Техническим результатом изобретения является изменение технологии производства никель-кобальтовой шпинели (катализатора), а именно введение в соосажденные сидроксиды никеля и кобальта карбамида и повышеьие температуры сушки смеси до 220-250°С.

Эти изменений позволяют создать благоприятные условия труда, экологическую чистоту процесса и улучшить электрические и электрохимические характеристики катализатора и электрода на его основе

Известно, что в процессе прокаливания соосаждег ных гидроксидов никеля и кобальта выделяется большое количество газообразных окислов азота, которые отравляют окружающую среду создают в рабочих -зомещемиях такие условия, в которых без спеи;/:зльмых средств защиты работать jeEG3MOKHC. При этом в полученном катализзгоре (шпинели) содержится 10сл

с

оо

Ю СЛ

со

со

15% оксида трехвалентного кобальта, что приводит к ухудшению электрических свойств катализатора и электрохимических характеристик электрода на его основе.

Сушка смеси карбамида {восстановите- ля) и гидроксидов кобальта и никеля при температуре 220-250°С позволяет устранить окисление двухвалентного кобальта и выделение окислов азота. При норме карбамида 150-200% от стехиометрии на нитрат и времени взаимодействия компонентов 1.0-1,5 ч достигается степень денитрации 97-99% и снижается содержание оксида трехвалентного кобальта до 2-5%. Избыток карбамида при последующем прокалива- нии (240-360°С) полностью выгорает. При норме карбамида меньше 150% от стехиометрии на нитрат в осадке практически не происходит уменьшение доли оксида трехвалентного кобальт в шпинели, з степень денитрации не превышает85%. Увеличение количества карбамида больше 200% от стехиометрии на нитрат не увеличивает существенно степени денитрации и не снижает долю оксида трехвалентного кобальта. Тем- пература 220-250°С - это диапазон активного выделения окислов азота. Время 1,0-1.5 ч обеспечивает полноту процессов денитрации и окислительно-восстановительных взаимодействий. С увеличением ок- сида трехвалентного кобальта п шпинели-катализаторе ухудшаются его электрические свойства и электрохимические характеристики электрода, изготовленного на основе обратной шпинели.

Примеры осуществления способа получения катализатора.

Берут 63,6 мас.ч. гексагидрата нитрата никеля, смешивают с 95,4 мас.ч. гексагидрата нитрата кобальта и 41 мас.ч. воды, нагре- вают до температуры 60°С и постепенно вводят 382,5 мас.ч. 10% раствора аммиака. Суспензию выдерживают 0,5 ч и фильтруют на нутч-фильтре. Полученные 111,3 мас.ч. влажного осадка (влажность 60%) смешива- ют с 20,8 мас.ч. карбамида (180% от стехиометрии на содержание нитратов в осадке). Смесь сушат при температуре 235°С в течение 1 ч и 15 мин. При этом с газовой фазой удаляется 0,3 мас.ч. нитратов о пересчете на NOa, что соответствует степени денитрации 97%. Далее осадок прокаливают при температуре 380°С в течение 6 ч. Удельная элект- ропроводность полученной шпинели составляет 9 См , э удельная поверх- ность - 60 м2/г.

Для изготовления воздушного электрода в полученную массу катализатора (шпинели) вводят 20% фторопластовой суспензии Ф-4Д. После подсушивания при 80°С и измельчения гидрофобизирооанную массу смешивают с порообразователем (20% бикарбоната аммония) и прессуют на никелевую армированную сетку под давлением 0,5 т/см2. На одну из сторон полученного электрода наносят тонкий слой разбавленной суспензии (одна часть Ф-4Д и 5 частей Н20) для создания гидрозатворного слоя и проводят термообработку при 350- 400°С. Изготовленный электрод испытали в воздушно-цинковом элементе при комнатной температуре, В качестве электролита использовали 30% раствор КОН. Воздушно- цинковый элемент имел следующие электрохимические характеристики: плотность тока 190 мА/см при напряжении 1,0 В, пиковую мощность 265 мВт/см2 при напряжении 0,7 В.

Результаты примеров, выполненных при предельных и запредельных значениях количества введенного карбамида, температуры и времени обработки влажного осадка, приведены в таблице.

Катализатор, полученный данным способом, по своим эксплуатационным характеристикам превосходит известные. Так, удельная поверхность составляет 55-65 м /г, а удельная электропроводность - 8-10 См см . Токовые характеристики электрода, полученного на основе катализатора, также выше известных. Так, электрод в воздушно-цинковом элементе с электролитом в оиде 30% раствора КОН имеет плотность тока 167-195 мА/см2 при напряжении 1,0 В и пиковую мощность 244-270 мВт/см2 при напряжении 0,7 В.

Формула изобретения Способ получения катализатора для воздушного электрода путем соосаждения аммиаком гидроксидоп кобальта и никеля из растворов нитратов этих металлов, отделения и промывки образующегося осадка с последующей термообработкой влажного осадка при повышенной температуре и прокаливанием, отличающийся тем, что влажный осадок перед термообработкой смешивают с карбамидом, взятым в количестве 150-200% от стехиометрии в расчете на содержащиеся в осадке нитраты, и термообработку ведут при 220-250°С в течение 1.0-1,54.

Влияние количества карбамида, температуры и времени обработки осадков

на степень денитрации, на электрические и электрохимические

свойства катализатора и электрода

Сущность изобретения: продукт - катализатор (КТ) никель-кобальтовая шпинель. КТ получают соосаждением гидроксидов кобальта и никеля из раствора нитратов этих металлов, отделением и промывкой образующегося осадка, смешением этого осадка с карбамидом, взятым в количестве 150- 200% от стехиометрии в расчете на содержащиеся в осадке нитраты с последующей термообработкой при 220-250°С в течение 1.0-1,5 ч и прокаливанием. Характеристика, благоприятные условия труда, устранение загрязнения воздушного бассейна, улучшение электрических и электрохимических характеристик катализатора и электрода на его основе.