Способ получения порошка оксида висмута (iii)

Авторы патента:

Новоселов Игорь Иванович (RU)

Федотов Валерий Алексеевич (RU)

Макаров Игорь Васильевич (RU)

Шубин Юрий Викторович (RU)

C01G29 - Соединения висмута

Владельцы патента RU 2478080:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) (RU)

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Способ получения порошка оксида висмута (III) включает окисление висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой. Расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%. Затем оксидную смесь доокисляют в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С. Изобретение позволяет получить за более короткое время мелкодисперсный высокочистый порошок стехиометричного оксида висмута (III) и повысить производительность вращающегося реактора. 1 пр.

Изобретение относится к области синтеза неорганических соединений, а именно к способу синтеза соединений висмута, и, в частности, к способу синтеза оксида висмута.

Известны способы синтеза порошка оксида висмута при окислении кислородом металлического висмута, в частности, при термической обработке на воздухе предварительно приготовленного металлооксидного порошка. Данный порошок получают введением при 350°С и перемешиванием в расплав висмута 20-30 мас.% порошка оксида висмута. (Юхин Ю.М., Михайлов Ю.И. Химия висмутовых соединений и материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001, с.43).

Основным недостатком данного способа, как отмечается авторами, является то, что получаемый оксид может быть загрязнен как материалом реактора, так и тонкодисперсным металлическим висмутом. К недостатку относится и необходимость проведения предварительной операции приготовления металооксидного порошка при добавлении в ограниченный реакционный объем 20-30% оборотного оксида, что соответственно на 20-30% снижает производительность используемого оборудования.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ синтеза порошка оксида висмута, при окислении висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой после предварительного удаления в восстановительной атмосфере оксидной пленки с поверхности расплава висмута (Способ получения порошка оксида висмута (III). Патент РФ №2385294).

Существенным недостатком данного способа является необходимость длительной выдержки металлооксидного порошка при повышенной температуре во вращающемся реакторе.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего сократить время синтеза порошка оксида висмута (III) и повысить производительность вращающегося реактора.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности вращающегося реактора при получении мелкодисперсного высокочистого порошка стехиометричного оксида висмута.

Технический результат достигается тем, что в способе получения порошка оксида висмута (III) путем окисления висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, после чего оксидную смесь доокисляют в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С.

Отличительными признаками способа являются: расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, последующее доокисление оксидной смеси проводят в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С.

При синтезе порошка оксида висмута во вращающемся кварцевом реакторе повышение температуры выше 500°С не безопасно, т.к. при такой температуре порошок висмута начинает слипаться, залипает на стенках реактора, перестает пересыпаться и образует комки весом до нескольких килограммов, которые из-за ударов о стенку при вращении приводят к разрушению ректора. Вместе с тем повышение температуры значительно повышает скорость окисления. Так, полное окисление 20 кг висмута во вращающемся реакторе из кварцевого стекла диаметром 200 мм и объемом 15 л при повышении температуры от 350°С, после образования оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, до 500°С происходит за 350 часов. Полное окисление 20 кг висмута, включающее получение порошка оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.% при окислении в аналогичном вращающемся реакторе, с доокислением в неподвижном слое при 700°С, происходит за 168 часов. Окисление 20 кг висмута во вращающемся реакторе до получения порошка оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, при оптимальной скорости подачи кислорода 30 л/ч, в обоих случаях происходит за 72 часа и включено в общее время синтеза соответственно. Таким образом, использование повышенной температуры при окислении в неподвижном слое позволяет сократить время синтеза порошка оксида висмута в 2 раза. При этом обработка в установке с вращающимся реактором занимает 72 часа, обработка в неподвижном слое не требует использования установок с вращающимся реактором и может быть проведена в более простых, менее дорогих и более компактных печах. Доокисление в неподвижном слое возможно проводить в этом же вращающемся реакторе, при температуре до 700°С, путем остановки вращения, что также позволяет сократить время синтеза порошка оксида висмута (III) и повысить производительность способа получения.

Проведение доокисления в неподвижном слое подразумевает подбор условий, исключающих образование спеков и взаимодействие со стенками реактора за счет выделения теплоты реакции окисления металла. Отведение теплоты реакции окисления при проведении процесса в неподвижном слое зависит от геометрии реактора, величины его загрузки, скорости подачи кислорода. В общем случае использование вращающегося реактора необходимо только для превращения расплава металла в порошок оксидной смеси с содержанием висмута не более 96 мас.% (с большим содержанием металла порошок оксидной смеси не образуется), однако большое содержание металла в порошке оксидной смеси, для исключения образования спеков, требует более точного контроля за локальным перегревом реакционной смеси и доступом кислорода в реакционную зону. При проведении серии экспериментов по доокислению в неподвижном слое было установлено, что содержание висмута в порошке оксидной смеси не более 93% позволяет проводить доокисление без специальных мер контроля за локальным перегревом реакционной смеси. Экспериментально установлено, что при данной геометрии реактора и загрузке висмута 10 - 35 кг при поступлении в реакционную зону стехиометрического количества кислорода, рассчитанного по уравнению реакции 4Bi+3O₂=2Bi₂O₃, образуется порошок оксидной смеси с содержанием металла не более 93%.

Типичный пример

В трубчатый кварцевый реактор с рабочим объемом ~15 л загружают 20 кг висмута, включают нагрев и вращение реактора. Синтез порошка оксидных соединений ведут при 350°С и скорости подачи кислорода 30 л/ч в течение 72 часов. Полученный порошок оксидных соединений засыпают в кварцевые стаканы и помещают в печь. В стаканы подается кислород. Температура в печи не должна превышать 700°С. После охлаждения полученный порошок просевают через сито с ячеей 500 мкм.

Выход порошка оксида висмута с размером зерна не более 500 мкм составляет 90-95%. Основная масса порошка (80-90%) имеет размер зерна не более 150 мкм.

Для установления степени загрязнения полученного предложенным способом порошка оксида висмута определялось содержание кремния. Кремний - единственно возможная примесь, поступающая из материала используемой аппаратуры - реактора из высокочистого кварцевого стекла. Содержание кремния определялось с помощью лазерной масс-спектрометрии.

Для уточнения соответствия стехиометричности полученного оксида проводился гравиметрический анализ на содержание висмута в целевом продукте. Методика анализа основана на реакции восстановления оксида висмута водородом.

По данным анализов, содержание висмута в полученном порошке оксида висмута соответствует стехиометрическому (89,68%), а содержание кремния не более 1·10^-3 мас.%. Погрешность используемой гравиметрической методики определения висмута в высокочистом оксиде висмута составляет 0,02% мас.%. Погрешность используемой лазерной масс-спектрометрической методики не превышает 0,25·10^-3 мас.%.

Способ получения порошка оксида висмута (III) путем окисления висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой, отличающийся тем, что расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, после чего оксидную смесь доокисляют в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С.

Изобретение относится к области синтеза неорганических соединений, а именно к способу синтеза соединений висмута и, в частности, к способу синтеза оксида висмута. .

Способ получения висмута цитрата // 2416571

Изобретение относится к способу получения висмута цитрата. .

Способ получения смеси оксидных соединений висмута и германия // 2394767

Изобретение относится к области неорганических соединений, а именно к способам получения порошков оксидных соединений и, в частности, к способу получения порошка смеси особо чистых оксидных соединений висмута и германия с повышенной насыпной плотностью.

Способ получения порошка оксида висмута (iii) // 2385294

Способ получения висмута салицилово-кислого основного // 2377184

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно - к способу переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута. .

Способ получения висмута салицилово-кислого основного // 2367608

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно к способу переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута. .

Способ определения иммунных комплексов у белых мышей в условиях стресса // 2367607

Изобретение относится к экспериментальной медицине и может быть использовано в лабораторной диагностике. .

Способ получения висмута галлово-кислого основного // 2367606

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно - к способам переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута. .

Способ получения висмута галловокислого основного // 2339578

Способ получения висмута галловокислого основного // 2193013

Изобретение относится к способам получения солей висмута. .

Способ получения порошка оксида висмута (iii) // 2478081

Изобретение относится к области синтеза неорганических соединений, а именно к способу синтеза соединений висмута и, в частности, к способу синтеза оксида висмута

Способ получения фотокатализатора для разложения органических загрязнителей // 2478430

Фотолатентные катализаторы на основе металлорганических соединений // 2489450

Изобретение относится к металлорганическим латентным каталитическим соединениям, которые являются подходящими в качестве катализаторов в реакциях полиприсоединения или поликонденсации, которые катализируются катализатором типа кислоты Льюиса, в частности, для сшивки блокированного или не блокированного изоцианата или изотиоцианатного компонента с полиолом или политиолом с формированием полиуретана (ПУ)

Способ получения висмут калий цитрата // 2496719

Изобретение относится к способу получения висмут калий цитрата. Получение висмут калий цитрата проводят путем обработки висмут цитрата водным раствором калия гидроокиси. Способ осуществляют при молярном отношении калия гидроокиси к висмут цитрату, равном 1,0-1,05, и при весовом отношении раствора калия гидроокиси к висмут цитрату, равном 0,5-2,0. При этом продукт получают в виде пасты. Техническим результатом является упрощение процесса и сокращение расхода используемых реагентов. 1 табл., 3 пр.

Способ получения наночастиц висмута // 2545342

Изобретение может быть использовано в области нанотехнологий и химической промышленности. Способ получения наночастиц висмута включает концентрирование методами экстракции прекурсоров полупроводников из водных растворов с последующим их восстановлением. В качестве экстрагентов используют s-алкилизотиуроний галогениды. Раствор s-алкилизотиуроний галогенида перемешивают с целью экстракции прекурсора висмута с раствором выщелачивания огарков окислительного обжига висмутсодержащих промышленных продуктов, содержащим 0,001 Μ водного раствора [BiCl4]-. Полученный раствор прекурсора иона висмута с ионом ПАВ в толуоле отделяют на делительной воронке, отгоняют толуол под вакуумом. Полученный раствор прекурсора разлагают при его соотношении к гидроксиду натрия 1:2 и рН=11. Полученный осадок отделяют центрифугированием и сушат на воздухе, затем осадок помещают в автоклав или ампулу, подсоединяют к вакууму, нагревают до температуры 140-180°C. Продукты термолиза охлаждают и растворяют в хлороформе. Полученную дисперсию частиц висмута центрифугируют для отделения порошка висмута от раствора хлороформа. Изобретение позволяет получить наночастицы висмута. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Способ получения висмут аммоний цитрата // 2570610

Изобретение относится к способу получения висмут аммоний цитрата. Получение висмут аммоний цитрата проводят путем обработки цитрата висмута водным раствором гидроокиси аммония. Способ осуществляют при молярном отношении гидроокиси аммония к цитрату висмута, равном 1,0-1,5, и при весовом отношении раствора гидроокиси аммония к цитрату висмута, равном 0,96-2,5. При этом продукт получают в виде пасты, которую сушат при температуре 60-120°С. Техническим результатом является упрощение процесса и сокращение расхода используемых реагентов. 1 табл., 2 пр.

Способ получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла и способ очистки воды от органических загрязнителей фотокатализатором // 2595343

Изобретение относится к способу получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла и к способу фотокаталитической очистки воды от органических загрязнителей. Способ получения фотокатализатора включает растворение нитрата висмута и нитрата щелочноземельного металла в растворителе, в качестве которого выбирают водный раствор многоатомного спирта, содержащий не менее пяти атомов углерода, с последующим отжигом прекурсора при 550-650°С до образования наночастиц аморфного висмутата щелочноземельного металла нестехиометрического состава со степенью окислении, не равной двум. Причем перед отжигом прекурсора его выпаривают до образования органической матрицы с равномерно распределенными атомами висмута и щелочноземельного металла. Затем формируют кристаллическую решетку фотокатализатора при 650-750°С. При осуществлении очистки воды от органических загрязнителей фотокатализатором, отношение массы очищаемой воды к массе фотокатализатора выбирают из интервала 1000/1-1600/1, а облучение видимым светом воды с органическими загрязнителями осуществляют в течение 3-4 часов. Способ по изобретению позволяет получить частицы висмутата щелочноземельного металла негомогенного состава, в форме гетероструктуры из оксида висмута, покрытого висмутатом щелочноземельного металла стехиометрического состава со степенью окисления кальция, равной двум, без дефектов в кристаллической решетке с малой удельной площадью поверхности без пор, а также обеспечивает снижение расхода фотокатализатора при очистке воды за счет уменьшения средних размеров частиц фотокатализатора и расширения его функциональных возможностей при использовании. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 59 пр.

Способ получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла // 2633767

Изобретение относится к способу получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла, который заключается в растворении смеси порошков нитрата висмута Bi(NO3)3 и неорганической соли щелочноземельного металла Me с последующим выстаиванием продуктов их гидролиза до образования частиц с равномерно распределенными в их объеме ионами висмута и неравномерно распределенными ионами щелочноземельного металла и удалением из продуктов гидролиза избыточной влаги, в нагреве полученных частиц до образования частиц в виде гетероструктуры из аморфного по структуре и стехиометричного по составу висмутата щелочноземельного металла и аморфного по структуре и стехиометричного по составу оксида висмута Bi2O3 с последующей их кристаллизацией. При этом в качестве неорганической соли щелочноземельного металла Me берут оксалат щелочноземельного металла MeC2O4, предварительно перед растворением оксалат щелочноземельного металла MeC2O4 очищают от адсорбированных соединений и смешивают с нитратом висмута Bi(NO3)3, выстаивание продуктов их гидролиза ведут до образования частиц оксалата щелочноземельного металла MeC2O4, пропитанных ионами Bi(OH)2+, с равномерно распределенными ионами висмута и неравномерно распределенными ионами щелочноземельного металла, удаление избыточной влаги из продуктов гидролиза ведут до образования частиц-прекурсоров в виде гетероструктуры с центральной частью из оксалата щелочноземельного металла MeC2O4, пропитанного ионами Bi(OH)2+, и внешней оболочкой из гидроксонитрата висмута Bi(OH)(NO3)2, нагрев частиц-прекурсоров осуществляют двухстадийно до образованиия карбоната щелочноземельного металла МеСО3, пропитанного ионами Bi(OH)2+, в центральной части каждой частицы на первой стадии и до образования аморфных частиц в виде гетероструктуры с центральной областью из аморфного по структуре и стехиометричного по составу висмутата щелочноземельного металла и поверхностного слоя из аморфного по структуре и стехиометричного по составу оксида висмута Bi2O3 на второй стадии, кристаллизацию ведут до образования частицы фотокатализатора в виде гетероструктуры с центральной областью из кристалличного по структуре и стехиометричного по составу висмутата щелочноземельного металла и поверхностного слоя из кристалличного по структуре и стехиометричного по составу оксида висмута Bi2O3, при этом для смешивания компоненты берут в следующем соотношении, мас. %: оксалата щелочноземельного металла MeC2O4 4,49-3,63, нитрата висмута Bi(NO3)3 95,51-96,37, растворение ведут в дистиллированной воде при следующем соотношении компонентов, масс. %: смесь порошков оксалата щелочноземельного металла MeC2O4 и нитрата висмута Bi(NO3)3 5,00-15,00, дистиллированной воды 95,00-85,00, нагрев частиц-прекурсоров на первой стадии осуществляют до 520°С со скоростью нагрева 0,5-1,0°С/мин, на второй - до 810°С со скоростью нагрева 1,0-2,0°С/мин, кристаллизацию ведут при температуре 750-825°С. Технический результат заключается в увеличении срока сохранения каталитических свойств фотокатализатора. 1 табл., 20 пр.

Способ получения германата висмута bi2geo5 // 2636090

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для катализаторов при получении необходимых в промышленности газов и для синтеза высокопрочной керамики. Способ получения германата висмута Bi2GeO5 включает предварительное механическое смешивание исходных порошков оксида висмута Bi2О3 и оксида германия GeO2, нагрев полученной смеси в платиновом тигле до температуры 1050-1160°С, выдержку в расплавленном состоянии в тигле не менее 15 мин с последующим охлаждением также в тигле. Техническим результатом является получение германата висмута с высоким количеством внутренних напряжений, позволяющим легко извлекать его из платинового тигля простым постукиванием и встряхиванием, что позволяет продлить срок службы дорогостоящего тигля, так как извлечение из него синтезируемого материала происходит без разрушения и сильной деформации. 4 ил., 1 пр.

Способ получения нанопорошка феррита висмута // 2641203

Изобретение относится к получению однофазного нанокристаллического порошка феррита висмута BiFeO3 с ферромагнитными свойствами. Способ включает смешивание нитратов висмута Bi(NO3)3, нитратов железа Fe(NO3)3, глицерина и воды с получением раствора, выпаривание полученного раствора с образованием геля и нагрев его до температуры вспышки с образованием порошка. Упомянутые нитраты висмута и нитраты железа используют в расчетном количестве, необходимом для получения феррита висмута, а глицин - в количестве на 35-50% меньше расчетного количества, при этом выпаривание полученного раствора и нагрев до температуры образуемого геля ведут при непрерывном перемешивании, а полученный после вспышки порошок нагревают до 350-400°C в течение времени до 30 мин. Обеспечивается получение чистого, однородного по дисперсности порошка. 8 ил., 4 пр.