Способ получения гидрозолей гидратированных окислов металлов из растворов их солей ионным обменом, интенсифицированным электролизом
Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам получения растворов для мелиорации почв. Способ включает замену анионов солей в водном растворе на ионы гидроксила путем ионного обмена. Процесс ионного обмена проводят между емкостью с раствором соли и емкостью с раствором щелочи, контактирующими между собой через анионообменную мембрану. Процесс ионного обмена интенсифицируется электролизом при помещении одного электрода в емкость с раствором щелочи, а другого - в емкость с раствором соли и переключении полярности электродов через каждые 5-60 с. Способ позволяет путем электролиза получить устойчивые гидрозоли гидратированных окислов металлов в больших количествах.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам получения растворов для мелиорации почв.
Известен способ получения золя гидрооксида железа [1], заключающийся в обработке раствора хлорного железа анионообменной смолой в ОН-форме. В раствор хлорного железа добавляют порциями анионит таким образом, чтобы объем добавленной ионообменной смолы не превышал 20-30% общего объема системы. По достижении указанного соотношении смолу отфильтровывают, а в раствор добавляют новую порцию анионита. Отфильтрованный анионит регенерируют раствором щелочи. Процесс продолжают до получения золя, обладающего нужными свойствами.
Основными недостатками такого способа являются его нетехнологичность и трудоемкость, связанные с необходимостью использовать анионообменную смолу в виде суспензии, отфильтровывать ее и регенерировать. Попытки проведения процесса в непрерывном режиме с использованием ионообменных колонок не дали положительного результата из-за коагуляции коллоидных частиц золя в колонках и осаждении частиц на анионите.
Целью изобретения является разработка простого и технологичного способа получения гидрозолей гидратированных окислов металлов из растворов их солей.
Поставленная задача решается путем помещения раствора соли в камеру двухкамерного электролизера, отделенную от соседней камеры, содержащей раствор щелочи, анионообменной мембраной, размещении одного электрода в камере с раствором соли, а другого - в камере с раствором щелочи и интенсификации ионного обмена между камерами пропусканием электрического тока между электродами при периодической смене полярности электродов.
Техническая сущность изобретения заключается в замене анионов солей в водном растворе на ионы гидроксила путем ионного обмена, при проведении процесса ионного обмена между емкостью с раствором соли и емкостью с раствором щелочи, контактирующими между собой через анионообменную мембрану, и интенсификации процесса ионного обмена электролизом при помещении одного электрода в емкость с раствором щелочи, а другого - в емкость с раствором соли и переключении полярности электродов через каждые 5-60 с.
Предлагаемый способ позволяет путем электролиза получать устойчивые гидрозоли гидратированных окислов металлов, что значительно упрощает получение золей по сравнению с методом ионного обмена с использованием гранулированных анионитов и дает возможность получать эти золи в больших количествах.
Нижеследующие примеры раскрывают суть предполагаемого изобретения.
Пример 1.
Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1 н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообмснной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2 . Переключение полярности не проводили. В результате образующийся гидрооксид железа (3) выделялся на мембране, если в растворе соли был анод или на электроде, если в растворе соли был катод. Золь получить не удавалось.
Пример 2.
Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2. Переключение полярности электродов проводили с интервалом 70-90 с. В результате происходило частичное выделение гидрооксида железа (3) на мембране и электроде, находящемся в растворе хлорного железа, хотя и в значительно меньшей степени, чем без смены полярности электродов.
Пример 3.
Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1 н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2. Переключение полярности электродов проводили с интервалом 60 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа (3) на мембране и электроде, и удавалось получить устойчивый золь.
Пример 4.
Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2. Переключение полярности электродов проводили с интервалом 15-16 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа (3) на мембране и электроде, и удавалось получить устойчивый золь.
Пример 5.
Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1 н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2. Переключение полярности электродов проводили с интервалом 7-8 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа (3) на мембране и электроде, и удавалось получить устойчивый золь.
Пример 6.
Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1 н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2. Переключение полярности электродов проводили с интервалом 5 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа (3) на мембране и электроде, и удавалось получить устойчивый золь, однако процесс резко замедлился из-за того, что значительная часть проходящего через систему электрического тока расходовалась на деполяризацию двойного электрического слоя. Визуальные наблюдения за процессом электролиза по выделению газа на электродах свидетельствуют, что газовыделение начинается примерно через 3 с после переключения полярности, а становится стабильным через 5-6 с.
Полученные результаты свидетельствуют, что если переключать полярность электродов каждые 5-60 с, то удается получить устойчивый золь гидрооксида железа (3).
Пример 7.
Раствор цирконилнитрата (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1 н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2 . Переключение полярности электродов проводили через 13-16 с. В результате удалось получить устойчивый золь гидратированной окиси циркония.
Пример 8.
Раствор нитрата трехвалентного хрома (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1 н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2. В результате удалось получить устойчивый золь гидратированной окиси трехвалентного хрома.
Пример 10.
Раствор нитрата алюминия (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в кювету двухкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В другую кювету наливали 1 н раствор КОН. Кюветы были отделены друг от друга анионообменной мембраной. В кюветы помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембране 0,3-0,4 А/см2 . Переключение полярности электродов проводили через 15-16 с. В результате удалось получить устойчивый золь гидратированной окиси алюминия.
Таким образом предполагаемое изобретение позволяет получать гидрозоли гидратированных окислов металлов из растворов их солей достаточно простым и технологичным методом.
Литература.
1. Шариков Ф.Ю. Криохимический синтез высокодиспсрсных оксидных порошков с использованием процессов ионного обмена. Дис.канд.хим. наук. - М.: МГУ, 1991. 122 с.
Формула изобретения
Способ получения гидрозолей гидратированных окислов металлов из растворов их солей ионным обменом, интенсифицированным электролизом, заключающийся в замене анионов солей в водном растворе на ионы гидроксила путем ионного обмена, отличающийся тем, что процесс ионного обмена проводят между емкостью с раствором соли и емкостью с раствором щелочи, контактирующими между собой через анионообменную мембрану, интенсифицируя процесс ионного обмена электролизом при помещении одного электрода в емкость с раствором щелочи, а другого в емкость с раствором соли и переключении полярности электродов через каждые 5-60 с.
