Способ получения электролитического диоксида марганца

 

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания. Предложен способ получения электролитического диоксида марганца, включающий электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту с концентрациями 250-280 и 150-200 г/л соответственно. Электролиз ведут при плотности тока на аноде 500-600 А/м².

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения электролитического диоксида марганца, включающий электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец в количестве 75,5-211,4 г/л и свободную серную кислоту в количестве 19,6-78,4 г/л. Электролиз ведут при плотности тока на аноде 70-100 А/м².

Недостатком указанного способа является то, что полученный по указанному способу диоксид марганца имеет низкую каталитическую активность в окислении оксида углерода.

Целью изобретения является повышение каталитической активности диоксида марганца в окислении оксида углерода.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что для электролиза берут раствор с концентрацией сернокислого марганца 250-280 г/л и с концентрацией свободной серной кислоты 150-200 г/л, а электролиз ведут при плотности тока на аноде 500-600 А/м².

Способ осуществляется следующим образом. Приготавливают раствор электролита, содержащий 250-280 г/л сернокислого марганца и 150-200 г/л свободной серной кислоты. Электролит заливают в электролизер, футерованный винипластом, устанавливают электроды, выполненные из листового свинца высокой степени чистоты, и ведут электролиз при плотности тока на аноде 500-600 А/м². По окончании процесса полученный осадок диоксида марганца фильтруют, отмывают от ионов SO²₄^-, сушат до содержания влаги не более 20% мас. прессуют при давлении 100-150 атм, дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 150-180^oС в течение 3-4 часов.

Пример 1. Берут 600 л электролита, содержащего 250 г/л сернокислого марганца и 175 г/л свободной серной кислоты и заливают в электролизер, футерованный винипластом. Устанавливают электроды, изготовленные из свинца высокой степени чистоты. Электролиз ведут при пропускании через электролит постоянного тока, при этом плотность тока на аноде составляет 550 А/м². В ходе электролиза диоксид марганца осаждается на дне электролизера в виде дисперсных частиц. Во время процесса осуществляется перемешивание объема электролита посредством воздушного барботажа. По окончании процесса полученный диоксид марганца фильтруют, отмывают от ионов SO²₄^-, сушат до содержания влаги 20% мас. прессуют при давлении 100 атм, дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 170^oС в течение 3,5 часа. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 3,4.

Пример 2.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентраций сернокислого марганца и свободной серной кислоты, которые составляли 265 и 150 г/л соответственно. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 2,8.

Пример 3.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентрации сернокислого марганца, которая составляла 265 г/л. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 3,5.

Пример 4.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентраций сернокислого марганца и свободной серной кислоты, которые составляли 265 и 200 г/л соответственно. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 3,4.

Результаты исследования влияния концентрации сернокислого марганца и свободной серной кислоты на каталитическую активность полученного по предлагаемому способу диоксида марганца приведены в таблице.

Примечания к таблице: 1. Каталитическую активность (А) рассчитывали по формуле где v удельная скорость газовоздушного потока 0,32 л/мин·см²; τ время появления за слоем оксида углерода с концентрацией 0,1 Со, мин; s площадь поперечного сечения слоя 3,14 см²; С₀ исходная концентрация оксида углерода, 6,2 мг/л; V₀ объем, занимаемый одним молем газа при нормальных условиях, 22,4 л; M молекулярная масса оксида углерода, 28 г/ моль; V объем навески 7,85 см³.

Температура опыта 20^oC.

2. Величина каталитической активности является безразмерной и показывает, сколько объемов оксида углерода было окислено на диоксиде марганца до времени появления за слоем оксида углерода с концентрацией 0,1 Со.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая каталитическая активность наблюдается при концентрациях сернокислого марганца и свободной серной кислоты 250-280 и 150-200 г/л соответственно.

При снижении концентрации сернокислого марганца от 250 до 50 г/л и свободной серной кислоты от 150 до 15 г/л каталитическая активность в окислении оксида углерода заметно снижается. С другой стороны, увеличение концентрации серной кислоты от 200 до 400 г/л не приводит к сколько-нибудь заметному изменению каталитической активности. Увеличение концентрации сернокислого марганца выше 280-300 г/л невозможно вследствие его кристаллизации.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Повышение каталитической активности в окислении оксида углерода при проведении процесса получения электролитического диоксида марганца при концентрациях в электролите сернокислого марганца и свободной серной кислоты 250-280 и 150-200 г/л соответственно происходит, вероятно, вследствие того, что при указанных параметрах процесса создаются наиболее благоприятные условия для осаждения диоксида марганца в высокодисперсной форме, которая является наиболее активной в окислении оксида углерода. При этом увеличение концентрации свободной серной кислоты от 200 до 400 г/л существенно не изменяет картины процесса. С другой стороны, при уменьшении концентрации сернокислого марганца и свободной серной кислоты ниже 250 и 150 г/л соответственно, возможно, условия для осаждения высокодисперсной формы диоксида марганца не столь благоприятны, что и приводит к образованию определенного количества другой, крупнодисперсной формы диоксида марганца, которая является балластом, так как не способствует повышению каталитической активности в окислении оксида углерода. Величина плотности тока на аноде 500-600 А/м² обеспечивает наиболее оптимальные условия проведения электролиза с точки зрения скорости протекания процесса, при плотности тока менее 500 А/м² скорость осаждения диоксида марганца незначительна, а при плотности тока выше 600 А/м² возрастание скорости процесса не столь велико, как рост энергетических затрат.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить диоксид марганца, значительно превышающий известные в каталитическом окислении оксида углерода.

Ожидаемый экономический эффект при внедрении предложенного способа составит 40-50 млн. руб. в год за счет снижения себестоимости производства и уменьшения эксплуатационных расходов по очистке газовоздушных смесей от оксида углерода.

Формула изобретения

Способ получения электролитического диоксида марганца, включающий электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту, отличающийся тем, что раствор берут с концентрацией сернокислого марганца и свободной серной кислоты 250 280 и 150 200 г/л соответственно и электролиз ведут при плотности тока на аноде 500 600 А/м².

РИСУНКИ

Рисунок 1