Способ получения фосфата алюминия,содержащего окись бора Советский патент 1982 года по МПК C01B25/36 

1

Изобретение относится к способу получения фосфата алюминия,содержащего окись бора, с высокой удельной поверхностью, который может быть использован в качестве катализатора и адсорбента.

Известен способ 1 получения алюмофосфатного связующего, содержащего окись бора, в результате взаимодействия гидроокиси алюминия, фосформой кислоты плотностью 1,42 г/см и мелкорастертой борн.ой кислоты. . Смесь высушивают, периодически перемешивая при до постоянного веса. и прокаливают при 150-900°С. Приготовленные композиции имеют молярное соотношение :РпО 1:3: :(0,25-0,6).

Недостатком данного способа является невысокая удельная поверхность получаемых алюмофосфатных связок вследствие перехода последних в конденсированное состояние при нагревании.

Известен также способ получения фосфата алюминия, содержащего окись бора (15 мас.% от общего содержания Ае,р„ + АеР04) I заключающийся в том, активированный гель фосфата алюминия пропитывают метанольным раствором борной кислоты и прокаливают при 1200°F в течение 3 ч, причем гель фосфата алюминия (33 мас.% ,, 67 мас.% A2P04) с удельной

поверхностью 458 получают путем взаимодействия водного раствора хлористого или азотнокислого алюминия и фосфорной кислоты с окисью этилена при температуре 0-5°С с последующей

10 экструкцией осажденного гидрогеля водорастворимым органическим растворителем, сушкой и активацией в те«ение 48 ч при 1400°F 2.

Недостатком данного способа яв15дяется невысокая удельная поверхность получаемого продукта (272 Mvr) и сложность процесса, обусловленная применением взрывоопасного осадителя - окиси этилена, экстракции геля водорастворимым органическим раство20рителем, пропитки активированного геля токсичным метанольным раствором борной кислоты.

Цель изобретения - повышение удель25ной поверхности продукта и упрощение способа.

Поставленная цель достигается способом получения фосфата алюминия, содержащего окись бора, заключающимся во взаимодействии растворов

азотнокислого алюминия и фосфорной кислоты с введением борной кислоты при мольном соотношении А2 (NOg )о, : Н jPC :НлВОз, равном 1: (0,08-0,5):(0,081,47), осаждении гидрогеля мочевиноЯ при 100-120с, сушке и прокаливании продукта.

Удельную поверхность полученных образцов определяют хроматографическим методом по тепловой десорбции аргона.

Предложенный способ характеризуется растворением борной кислоты, в исходной смеси реагентов при данном соотношении компонентов и осаждением гидрогеля мочевиной при 100-120°С, исключением стадии промывки гидрогеля. Введение борной кислоты в количестве, меньшем 0,08 моль, в смеси реагентов (3,12 мас.% общего содержания + АбРО не обеспечивает достаточно высокой удельной поверхности. Введение борной кислоты в количестве 1,47 моль в смеси реагентов (44,5 мас.% iji от общего содержания + АКРОд.) приводит к снижению величины удельной поверхности получаемого продукта, а следовательно, увеличение количества вводимой борной кислоты выше этой нормы Нецелесообразно. Осаждение гидрогеля осуществляют мочевиной при 100-120°С. При температуре ниже процесс осаждения практически не идет, при температуре выдерживания раствора менее процесс гелеобразования сильно замедляется. Верхний предел температуры - темпеФатура кипения - в данном случае определяется свойствами раствора и не превышает 120°С.

Время, необходимое для осаждения гидрогеля в зависимости от температуры, для примера 2 приведено ниже. Температура Время образования

геля, ч

осаждения, «С

Гель не образует85ся

96

90 95

48

24 120

Предложенный способ по:зволяет упростить процесс за счет исключения стадии экстракции гидрогеля водорастворимым органическим растворителем с получением образцов с высокой удельной поверхностью (516-630 м /г) Введение окиси бора непосредственно в исходный раствор реагентов поэволяет исключить стадию пропитки гели фосфата алюминия токсичным метанольным раствором борной кислоты. Предлагаекый способ обеспечивает значительное развитие удельной поверхности получаемого продукта, превосдящего по этому Показателю не только фосфат алюминия, содержащий окись бора, полученлый по известному способу, но и гелеобразные фосфаты алюминия, не содержащие окись бора. Присутствие борного ангидрида в фосфате алюминия, полученном по предлагаемому способу, усиливает кислотные свойства указанных катализаторо а возможность изменения тетраэдрической координации бора в треугольную и наоборот позволяет расширить число реакций, катализируемых подобным продуктом.

Пример 1. 100 МП 2 М раствора азотнокислого алюминия смешивают с 8 мл 2 М фосфорной кислоты, растворяют при нагревании 0,99 г борной кислоты (что составляет 4,68 мас.% ВпОо, от общего содержания + АЕРО и соответствует мольному соотношению А2 (NOj) гНдРО tHjBO, равному 1:0,08:0,08), вводя 19,0 г кристаллической мочевины и выдерживают при 100°С в течение 16 ч до образования гидрогеля. Образовавшийся гель сушат при 100ИО С, прокаливают при в течение 5 ч. Удельная поверхность полученного образца 550 MVr, а выход 98%.

Пример 2. 100 мл 2 М раствра азотнокислого алюминия смешивают с 50 мл 2 М фосфорной кислоты, растворяют при нагрева-НИИ 0,99 г борной кислоты (что составляет 3,12 мас.% , от общего содержания + + ASPOj и соответствует мольному соотношению А (NO 3)1, : Н : Н зВОд равному 1:0,5:0,08), вводят 24,0 г кристаллической мочевины и выдерживают при 120 С в течение 24 ч до образования гидрогеля. Образовавшийся гель сушат при 100-110°С, прокаливают при 500°С в течение 5ч. Удельная поверхность полученного образца 516 MVr, выход 98%.

Пример 3. 100 мл 2 М раствора азотнокислого алюминия смешивают с 18 мл 2 М фосфорной кислоты, растворяют при нагревании 7,79 г борной кислоты (что-составляет 25,58 мас.% BfLOii от общего содержания А ,, + + АЕРОд и соответствует мольному соотношению А8 (NOj) Oi:H/i,PO4 , равному 1:0,18:0,62), вводят 20,2 г кристаллической мочевины и выдерживают в течение 12 ч при 100°С до образования гидрогеля. Гель сушат при 100-110°С, прокаливают при в течение 5 ч. Удельная поверхность полученного образца 630 , выход 96,5%.

Пример 4. 100 мл 2 М раствора азотнокислого алюминия смешивают с 50 мл 2 М фосфорной кислоты, растворяют при нагревании 7,79 г борноТ кислоты (что составляет 20,22 мас.% , от общего содержания ,+ АгРО4и соответствует мольному соотношению АВ (NOvj ), :Нв,Р04 i., равному 1:0,5:0,63), вводят

.24 г кристаллической мочевины и выдерживают при 100°С в течение 9 ч до образования гидрогеля. Образовавшийся гель сушат при lOO-llO C, прокаливают при 500°С в течение 5 ч. Удельная поверхность полученного образца 524 MVr, выход 96,5%.

Пример 5. 100 мл 2 М раствора азотнокислого алюминия смешивают с 18 мл 2 М фосфорной кислоты, растворяют при нагревании 18,17 г борной кислоты (что составляет 44,51 мас.% BnOj от общего содержания и соответствует мольному соотношению А (NOj) .H-jPO tHjBO, равному 1:0,18:

:1,47), вводят 20,2 г кристаллической мочевины и выдерживают при . в течение 6 ч до образования гидрогеля. Образовавшийся гель сушат при lOO-llO C, прокаливают при в течение 5 ч. Удельная поверхность образца 580 MVr г выход 96 %.

В таблице приведены величины удельной поверхности полученных образцов в зависимости от соотношения А (N0-1)51 :НзРО4;Н5ВОо, и Ае(ЫОз)з: : ( +H,jBO2,) и содержания общего содержания АВ Oi +ASPO..

Прототип

Из данных таблицы следует, что предложенные соотношения компонентов позволяют получать продукт с высокой удельной поверхностью, превышающей удельную поверхность образцов, полученных по известномуспособу, на 90-130%. Получение фосфата алюминия, содержащего окись бора, с высокой удельной поверхностью делает его более предпочтительным материалом в качестве сорбента (сорбционная емкость по парам воды и углекислому газу значительно возрастает для образцов с большей и катализатора так как для ряда катгшитических процессов активность катализатора находится в прямой зависимости от величины удельной поверхности.

Предлагаемый способ проще известного, так как исключает применение . взрывоопасного осадителя,а также. промывку водорастворимым органичес- КИМ растворителем и пропитку токсич-,

272

15

ным метанольным раствором борной кислоты.

Формула изобретения

Способ получения фосфата алюминия, содержащего окись бора, путем взаимодействия водного раствора азотнокислого алюминия и фосфорной кислоты, включающий введение борной кислоты, осаждение гидрогеля, сушку и прокаливание продукта, отличающийс я тем, что, с целью повышения удельной поверхности продукта и упрощения способа, в раствор азотнокислого алюминия и фосфорной кислоты вводят борную кислоту при мольном соотнесении азотнокислого алюминия, фосфорной кислоты и борной кислоты, равнсж : (0,08-0,5) s (0,08-1,47), и осаждают гидрогель мочевиной при 100-120С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Тикавый В.Ф. и др. Влияние на термические превращения апю- v i-S -- ипЛхпг А9РН1-1г-п сяязуюшего. Известия мофосфатного связующего. Известия АН СССР. Неорганические материалы, т.9, № 9, 1608, 1973. 2. Патент США № 3342750,кл.252-437, опублик. 19.09.67 (прототип).