Способ получения дисперсных частиц металлов и их твердых растворов на пористом токопроводящем носителе

 

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в состав которых входит дисперсные частицы металлов, в частности к получению каталитически активных материалов. Предложено использовать способ электролитического осаждения ионов металлов в порах токопроводящего пористого носителя. Способ позволяет получать нужное количество металлической фазы требуемого состава на носителе при сохранении ее размерной однородности и дисперсности. Посредством этого способа при комнатной температуре были впервые получены устойчивые дисперсные частицы твердых растворов на основе железа. Способ экономичен, поскольку исключены непроизводительные затраты энергии и материалов, прост и не требует сложного дорогостоящего оборудования. Предлагаемый способ может стать основой для экологически чистых технологий. 1 ил.

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в состав которых входят дисперсные частицы металлов, в частности, к области получения каталитически активных материалов.

Известен способ получения металлсодержащих катализаторов на активном угле, основанный на его пропитке раствором термически нестойкой соли металла, ее разложении с образованием оксида металла и восстановлении до металлического состояния непосредственно в порах носителя [1, 2] Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ приготовления металл-углеродных сорбентов катализаторов, заключающийся в пропитке активного угля раствором хлорного железа и последующем выделении металлических частиц в порах носителя путем осаждения ионов железа аммиаком, сушке при 90-110^оС и прокаливании в течение 3 ч при 250^оС. Содержание железа в материале составляло около 1 мас. [3] Однако применение повышенных температур, обуславливающих протекание этих процессов, вызывает рост получаемых металлических частиц, снижает величину поверхности каталитически активной фазы и ухудшает ее свойства. Кроме того, упомянутые способы позволяют получить материалы, содержащие небольшое количество металлической фазы.

Сущность изобретения заключается а том, что в способе получения дисперсных частиц металлов и их твердых растворов на пористом токопроводящем носителе путем пропитки пористого носителя раствором солей наносимых металлов с последующим выделением металлических частиц в порах носителя выделение частиц, согласно изобретению, проводят электролитически с использованием в качестве электролита разбавленного в 50-100 раз пропиточного раствора.

Способ электролитического осаждения осуществляют с использованием ячейки, изображенной на чертеже, где 1 катод, 2 ионопроницаемая мембрана, 3 графитовый анод, 4 стеклянная трубка. Носитель пропитывают водным раствором соли осаждаемого металла (или металлов), затем промывают на фильтре. Подготовленный материал 5 помещают в ячейку. В качестве электролита 6 используют разбавленный в 50-100 раз пропиточный раствор. В цепи пропускают электрический ток (сила тока 0,5-2,5 А на 1 г сухого активного угля). Время электроосаждения варьируют в зависимости от необходимого содержания металла на носителе. Максимальное количество металлической фазы, которое можно получить посредством данного способа, составляет около 60% от массы сухого материала и определяется пористостью носителя. После проведения электроосаждения материал промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе при комнатной температуре. Размер частиц и их фазовый состав определяют методами рентгеновской дифракции, а для железосодержащих частиц мессбауэровской спектроскопии.

В изобретении используется метод электроосаждения ионов в порах носителя. Предлагаемый способ позволяет получать нужное количество металлической фазы требуемого состава на носителе при сохранении ее дисперсности благодаря использованию в качестве электролита разбавленного проточного раствора, что обеспечивает постоянный приток ионов металлов к поверхности осаждения. Посредством этого способа при комнатной температуре впервые были получены устойчивые дисперсные частицы твердых растворов на основе железа.

П р и м е р 1. Получение дисперсных частиц никеля на активном угле АГ-5.

Активный уголь марки АГ-5 (1 г) пропитывают в растворе азотнокислого никеля с концентрацией 25 мас. и помещают в ячейку. При силе тока 1 А и напряжении 75 В проводят электроосаждение в течение 3 мин. В качестве электролита используют водный раствор азотнокислого никеля с концентрацией 0,5 вес. После промывания и сушки образец содержит 0,5 г металлического никеля. Размер частиц по данным рентгеноструктурного анализа не превышает 10-15 нм.

П р и м е р 2. Получение дисперсных частиц твердого раствора Fe-Ni на активном угле БАУ.

Смешивают растворы, содержащие 11 мас. безводного сульфата железа (II) и 25 мас. азотнокислого никеля и в полученный раствор помещают активный уголь марки БАУ для пропитки. По истечении 12 ч носитель отфильтровывают и помещают в ячейку. При силе тока 1 А и напряжении 75 В проводят электроосаждение в течение 3 мин. В качестве электролита используется разбавленный в 100 раз пропиточный раствор. Образец промывают и сушат.

Как показал рентгеноструктурный анализ и мессбауэровская спектроскопия, полученный материал содержит частицы твердого раствора 70% Ni 30% Fe.

Изобретение позволяет получать частицы металлов и их твердых растворов высокой дисперсности. Предлагаемый способ дает возможность получать произвольное количество металлической фазы на носителе оно определяется временем электроосаждения ионов и концентрацией пропиточного раствора и ограничивается только объемом пор носителя. Увеличение содержания металла не вызывает укрупнения частиц. Способ экономичен, поскольку по возможности исключены непроизводительные затраты энергии и материалов, прост и не требует дорогостоящего сложного оборудования. Описываемый способ может стать основой для экологически чистых технологий, так как при его реализации не используются и не образуются вредные вещества.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ И ИХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ПОРИСТОМ ТОКОПРОВОДЯЩЕМ НОСИТЕЛЕ путем пропитки носителя раствором солей наносимых металлов с последующим выделением металлических частиц проводят электролитически с использованием в качестве электролита разбавленного в 50 100 раз пропиточного раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1