Способ получения оксида меди

 

Использование: 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, в выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также других индустриальных и природоохранных целей. Сущность: предложен способ получения оксида меди, включающий взаимодействие раствора сульфата меди с концентрацией 20-40 мас.% с раствором гидроксида натрия при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта. Взаимодействие реагентов заканчивают при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе менее 1,5 мас.%. Предложенный способ позволяет получить оксид меди, на основе которого приготавливают катализатор, значительно превосходящий известный в каталитическом окислении оксид углерода. 1 табл.

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 и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения порошка оксида меди, включающий нагревание нитрата меди до температуры 150-180^oC, добавление воды при температуре не менее 60^oC, последующую экстракцию примесей металлических ионов из нитрата меди в жидкую фазу и термическое разложение твердого продукта при температуре 350-450^oC (заявка Японии N 1301513, кл. C 01 G 3/02, 1988).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса получения оксида меди, обусловленного необходимостью проведения термического разложения твердого продукта при температуре 350-450^oC.

Известен также способ получения оксида меди, включающий взаимодействие металлической меди в виде порошка, проволоки, фольги или пластинки с водным раствором аммиака в автоклаве при температуре 50-200^oC и парциальном давлении кислорода не более 1,5 кг/см² (заявка Японии N 63-11518, кл. C 01 G 3/02, 1986).

Недостатком данного способа является то, что катализатор, приготовленный на основе полученного оксида меди, имеет низкую активность в окислении оксида углерода.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения оксида меди, включающий взаимодействие 100 г пятиводного сульфата меди в 400 мл воды с 35,4 г гидроксида натрия в 600 мл воды при температуре 80-90^oC с последующим отделением осадка оксида меди (Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы. Руководство по приготовлению неорганических препаратов М. -Л.: Гаснаучн.-техн. изд. хим. лит-ры, 1947, с. 339-340).

Недостатком указанного способа является то, что приготовленный на основе полученного оксида меди катализатор имеет низкую активность в окислении оксида углерода.

Целью изобретения является получение высокодисперсного активного оксида меди, пригодного для изготовления высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода на его основе.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим взаимодействие раствора сульфата меди с раствором гидроксида натрия с последующим отделением продукта.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что раствор сульфата меди используют с концентрацией 20-40 мас.%, а взаимодействие реагентов заканчивают при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе 0,1-5 мас.%.

Способ осуществляется следующим образом.

Смешивают 550-820 мл раствора сульфата меди с концентрацией 20-40 мас.% со 135-160 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 32-42 мас.% при температуре 80-95^oC в течение 10-15 мин. При проведении процесса осуществляют непрерывное перемешивание реагентов посредством воздушного барботажа. Полученную суспензию оксида меди фильтруют и промывают осадок от сульфат-ионов горячей водой с температурой 60-80^oC.

Пример 1. Берут 815 мл раствора сульфата меди с концентрацией 20 мас.% и смешивают его со 140 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 40 мас.% при температуре 85^oC в течение 10 мин. При проведении процесса осуществляют непрерывное перемешивание реагентов посредством воздушного барботажа. Взаимодействие реагентов заканчивают при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе 1,0 мас.%. Полученную суспензию оксида меди фильтруют, промывают осадок от сульфат-ионов горячей водой при температуре 70^oC и на основе полученного оксида меди готовят катализатор окисления оксида углерода. Каталитическая активность катализатора в окислении оксида углерода составила 13,1.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества раствора сульфата меди и его концентрации, которые составили 685 мл и 30 мас.% соответственно. Каталитическая активность катализатора в окислении оксида углерода составила 12,9.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества раствора сульфата меди и его концентрации, которые составили 555 мл 20 мас.% соответственно. Каталитическая активность катализатора в окислении оксида углерода составила 13,0.

Результаты исследования влияния концентрации раствора сульфата меди и остаточного содержания гидроксида натрия в растворе на каталитическую активность катализатора в окислении оксида углерода приведены в таблице.

Примечание к таблице.

1. Величина каталитической активности является безразмерной и показывает, сколько объемов оксида углерода было окислено одним объемом катализатора до времени появления за слоем катализатора оксида углерода с концентрацией 0,1 C_o.

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

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая каталитическая активность в окислении оксида углерода наблюдается при использовании раствора сульфата меди с концентрацией 20-40 мас.%, и завершении взаимодействия реагентов при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе 0-1,5 мас. %. При уменьшении концентрации раствора сульфата меди менее 20 мас.% каталитическая активность снижается, а увеличение концентрации раствора сульфата меди выше 40 мас. % не приводит к увеличению каталитической активности. С другой стороны, завершение взаимодействия реагентов при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе более 1,5 мас.% приводит в заметному уменьшению каталитической активности в окислении оксида углерода.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение каталитической активности в окислении оксида углерода для катализатора, приготовления на основе оксида меди, полученного при использовании раствора сульфата меди с концентрацией 20-40 мас.%, и завершения реагентов при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе 0-1,5 мас.% обусловлено, вероятно, следующими причинами. Во-первых, при взаимодействии растворов сульфата меди и гидроксида натрия происходит образование гидроксида меди, который, легко гидролизуясь при температурах 80-95^oC, превращается в оксид меди. При этом, чем выше дисперсность гидроксида меди, тем выше дисперсность конечного продукта - оксида меди, обуславливающая высокую активность катализатора в окислении оксида углерода. При добавлении раствора сульфата меди с большей концентрацией (20 мас.% и выше) в раствор гидроксида натрия образуется большее количество частиц количество частиц гидроксида меди и в результате последующего гидролиза образуется оксид меди большей дисперсности, что и приводит к увеличению каталитической активности в окислении оксида углерода. Этот эффект проявляется при концентрации раствора сульфата меди до 40 мас.% включительно, при повышении концентрации более указанного значения увеличения каталитической активности не наблюдается.

Во-вторых, завершение взаимодействия растворов при остаточном содержании гидроксида натрия более 1,5 мас.% приводит к тому, что в сильной щелочной среде происходит агрегация частиц, увеличивается дисперсность оксида меди и, вследствие этого снижается каталитическая активность. Однако, такой процесс происходит в незначительной степени, если взаимодействие реагентов завершить при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе не более 1,5 мас.%, что обуславливает повышение каталитических свойств в окислении оксида углерода.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить активный оксид меди, пригодный для изготовления высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода.

Этот катализатор, приготовленный на основе оксида меди, полученного по предлагаемому способу, позволит проводить более эффективную очистку газовых смесей от оксида углерода и даст реальную возможность эффективно решить широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на получение высокодисперсного активного оксида меди, пригодного для изготовления высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода на его основе, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ получения оксида меди, включающий взаимодействие раствора сульфата меди с раствором гидроксида натрия при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта, отличающийся тем, что раствор сульфата меди используют с концентрацией 20 40 мас. а взаимодействие реагентов заканчивают при остаточном содержании гидроксида натрия в растворе менее 1,5 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2