Способ получения феррита кобальта

Авторы патента:

Ильин Александр Александрович (RU)

Ильин Александр Павлович (RU)

Румянцев Руслан Николаевич (RU)

Денисова Кристина Олеговна (RU)

Сахарова Юлия Николаевна (RU)

C01P2002/32 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

C01G51/00 - Соединения кобальта

C01G49/00 - Соединения железа

B82Y40/00 - Нанотехнология

B01J37/086 - Способы получения катализаторов вообще; способы активирования катализаторов вообще

B01J37/08 - термообработка

B01J23/75 - кобальт

B01J23/745 - железо

Владельцы патента RU 2761198:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для производства катализаторов и магнитных материалов. В качестве исходного железосодержащего компонента используют порошок металлического железа, который растворяют в щавелевой кислоте при массовом соотношении железо : кислота = 1 : (1÷2). Затем добавляют исходный кобальтсодержащий компонент - оксалат кобальта. Полученную смесь гомогенизируют путем диспергирования в вибрационной мельнице с последующим перемешиванием с нагреванием. После этого массу формуют в гранулы и термообрабатывают при 300-400°С. Полученный феррит кобальта имеет удельную поверхность 64-77 м²/г и каталитическую активность в реакции разложения оксида азота (I)69-87%. 3 ил., 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к технологии получение ферритов, шпинелей и их твердых растворов и может найти применение в химической промышленности для производства катализаторов, магнитных материалов на основе феррита кобальта.

Известен способ получения ферритов кобальта и никеля, в котором смешивают ионообменную смолу с солями кобальта или никеля, выдерживают смесь в течение 0,5-0,8 часа при комнатной температуре, затем фильтруют на бумажном фильтре, высушивают на воздухе и прокаливают при температуре 400-1000°С в течение 0,8-1 часа. [Патент № 2738940 Российская Федерация, МПК C01G 49/00, C01G 51/00, C01G 53/00, C01B13/18 , C30G 29/26, B82Y 32/00. Способ получения ферритов металлов восьмой группы четвертого периода / Белая Е.А., Ковалёв И.А., Викторов В.В., Грязнова М.С., Жеребцов Д.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет" ФГБОУ ВО "ЮУрГГПУ" (RU). - № 2018125815; заявл. 12.07.2018, опубл. 18.12.20, Бюл. №35]

Недостатком данного способа является низкая удельная поверхность феррита кобальта, а также низкая каталитическая активность.

В другом способе получения феррита кобальта (II) в качестве исходных материалов применяют растворы солей кобальта (II), железа (II) и разбавленный (0,2-0,4Н) раствор щавелевой кислоты. Каждую соль берут в необходимом количестве и растворяют в определенном количестве воды. Далее растворы солей добавляют в раствор щавелевой кислоты при постоянном перемешивании. После появления мути перемешивание прекращают, суспензию выдерживают еще 40-50 минут, далее порошок оксалата отфильтровывают от маточного раствора и сушат ацетоном на фильтре. Полученный порошок высушивают при температуре 150ºС и прокаливают при температуре 800-1000ºС. [Айрапетян С.С. Хачатрян А.Г. Получение магнитных носителей, покрытых кремнезёмным слоем, на основе дисперсных ферритов кобальта и цинка-никеля // Журн. прикладной химии – 2004. Т.77. вып. 1. С. 13-16].

Недостатком этого способа получения феррита кобальта (II) является низкая удельная поверхность феррита кобальта, а также низкая каталитическая активность.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ получения твердых растворов составом CoFe_2-xCrO₄,включающий перемешивание и гомогенизацию смеси оксидов кобальта (II), железа (II) и хрома (III) в течение 1 часа в агатовой ступке с последующим брикетированием в таблетки диаметром 20 мм под давлением 15 МПа и прокаливанием при температуре 900ºС в течение 4 часов. [Патент № 2313492 Российская Федерация, МПК C01G 51/00, B01У 23/882. Способ получения твердых растворов состава CoFe2-xCrxO4 / Таланов Валерий Михайлович (RU), Ульянов Андрей Константинович (RU), Шабельская Нина Петровна (RU); заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU). - № 2006116163/15; заявл. 10.05.2006; опубл. 27.12.2007, Бюл. №36]

К недостаткам прототипа следует отнести низкую удельную поверхность феррита кобальта, а также низкую каталитическую активность в реакции разложения оксида азота.

Техническим результатом изобретения является получение феррита кобальта с более высокой удельной поверхностью, а также увеличение каталитической активности в реакции разложения оксида азота (I).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения феррита кобальта, включающем гомогенизацию компонентов, формование гранул и их термообработку, согласно изобретению, в качестве железосодержащего компонента используют порошок металлического железа, который растворяют в щавелевой кислоте при массовом соотношении железо:кислота, равном 1 : (1÷2), гомогенизацию проводят в присутствии оксалата кобальта путем диспергирования с последующим перемешиванием с нагреванием, а термообработку осуществляют при температуре 300-400ºС.

Предлагаемый способ проиллюстрирован чертежами, где на фиг. 1, показаны рентгенограммы образцов CoFe₂O₄, прокаленных в интервале температур 300-400ºС, на фиг. 2 показана микрофотография образца CoFe₂O₄после термообработки при 300ºС, на фиг.3 – микрофотография образца CoFe₂O₄после термообработки 400ºС.

Используемые вещества:

порошок железный ПЖР (Fe) 3.200.28 ГОСТ 9849-86

Щавелевая кислота (H₂C₂O₄ ⋅ 2H₂O) ТУ 2431-001-55980238-02

Оксалат кобальта (CoC₂O₄ ⋅ 2H₂O) ТУ 6-09-09-10-80

Вода дистиллированная (H₂O) ГОСТ Р 58144-2018

Изобретение осуществляют следующим образом.

Пример 1.

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа, 56 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:1), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 50 г Н₂О и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120ºС в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 300ºС.

Пример 2.

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа 112 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:2), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 50 г Н₂О и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120ºС в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 400ºС.

Пример 3.

В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа, 84 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:1,5), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 50 г Н₂О и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120ºС в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 350ºС.

Площадь поверхности, изотермы адсорбции-десорбции азота получены на приборе Sorbi-MS. Удельную поверхность определяли методом БЭТ (соответствует международным стандартам ASTM и ISO) по низкотемпературной адсорбции-десорбции азота.

Каталитическую активность образцов катализатора исследовали на установке проточного типа ПКУ-2. Катализатор фракции 0,25 – 0,5 мм загружали в стальной реактор. Состав исходной реакционной смеси: N₂ – 99 %, N₂O – 1 %. Объемная скорость газа составляла 20000 час^-1, давление в реакторе 0,7 МПа. Температура в реакторе 300°С. Для определения продуктов реакции использовался газовый хроматограф Кристаллюкс – 4000 М.

Таблица

Пример, №	Удельная поверхность, м²/г	Каталитическая активность (степень разложения N₂O при 300ºС), %
Пример 1	77	87
Пример 2	68	69
Пример 3	64	82
Прототип	12	21

Из таблицы видно, что использование заявленного изобретения позволяет увеличить величину удельной поверхности в 5,3-6,4 раза, а каталитическая активность в 4,1-3,3 раза.

Как показали исследования, в предлагаемом решении можно получить наночастицы феррита кобальта размером от 17,5 до 30 нм.

Способ получения феррита кобальта, включающий гомогенизацию компонентов, формование гранул и их термообработку, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего компонента используют порошок металлического железа, который растворяют в щавелевой кислоте при массовом соотношении железо : кислота = 1 : (1÷2), гомогенизацию проводят в присутствии оксалата кобальта путем диспергирования с последующим перемешиванием с нагреванием, а термообработку осуществляют при температуре 300-400 °С.

Изобретение относится к области тонкопленочной технологии, а именно к получению тонких пленок оксидов цинка и олова, которые могут быть использованы в качестве фотокатализаторов, чувствительных слоев в полупроводниковых сенсорах газов, защитных покрытиях, жидкокристаллических дисплейных элементов, элементов прозрачной электроники.

Способ получения нанотрубок insb электроимпульсным методом // 2760392

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано в наноэлектронике при изготовлении инфракрасных сенсоров. На монокристалл InSb, являющийся наконечником одного из электродов, воздействуют импульсным электрическим полем в двухэлектродной ячейке при нормальных условиях при напряженности электрического поля, равной или более 106 В/см, продолжительности импульсов 10-20 мкс, длительности спада менее 1 мкс и скважности, равной 2.

Композиция для изготовления радиофармпрепаратов на основе альфа-излучающих нуклидов: радия-223, радия-224, актиния-225 и их дочерних нуклидов // 2760323

Группа изобретений относится к области радиохимии и радиофармацевтики. Первое изобретение представляет собой композицию для изготовления радиофармпрепарата на основе альфа-излучающих нуклидов, включающую водный раствор соли радионуклида из ряда: радий-223, радий-224, актиний-225 и их дочерние нуклиды, отличающуюся тем, что в качестве водного компонента она содержит воду, обедненную по кислороду-18 с содержанием кислорода-18 от 0,1% до 0,002% и по кислороду-17 с содержанием кислорода-17 от 0,0185% до 0,00037%.

Способ получения оксида лития // 2760024

Изобретение относится к технологии производства оксида лития для получения чистых растворов гидроксида лития, либо для получения стекол, стеклокерамики или кристаллической керамики, например литиево-ионной проводящей керамики. Оксид лития получают из карбоната лития и элементарного углерода или углеродного источника, который дает элементарный углерод, при температуре в диапазоне от 720°C до 1200°C, при этом реакцию осуществляют при практически полном исключении кислорода в одном или более резервуарах, имеющих контактирующие с продуктом поверхности, выбранные из группы, состоящей из стеклоуглерода, алюмината лития, покрытой углеродом керамики, С-покрытого кварцевого стекла и тантала.

Способ получения аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия // 2760018

Изобретение относится к способу нанесения коррозионностойких твердых износостойких наноструктурированных покрытий из аморфного алмазоподобного углерода и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине, электронике, солнечной энергетике, оптоэлектронике, фотонике, в производстве жидкокристаллических дисплеев и других областях для повышения эксплуатационных свойств поверхности изделий различного функционального назначения.

Способ очистки сульфатных цинковых растворов от хлора // 2759591

Изобретение относится к очистке электролитов от хлорид-ионов. Сульфатно-цинковые растворы очищают от хлорид-ионов добавлением к ним висмута гидроксосульфата при молярном отношении висмута к хлору, равном 1,05-1,3, температуре 18-40°С.

Способ получения многослойного термодинамически стабильного износостойкого покрытия (варианты) // 2759458

Группа изобретений (варианты) относится к технологии нанесения термодинамически стабильных и износостойких покрытий и может быть использована в машиностроительной, горно- и нефтедобывающей промышленности, в инструментальном и ремонтном производствах для упрочнения поверхности инструмента и пар трения, а также повышения их термодинамической стабильности при обработке материалов с низкой теплопроводностью, особенно в операциях резания, вызывающих повышение температуры.

Алюмосиликатные цеолитные композиции с градиентом распределения алюминия // 2759349

Изобретение относится к композициям кристалла алюмосиликатного цеолита с размером пор из 8 колец, при этом кристалл алюмосиликатного цеолита имеет поверхностное молярное соотношение диоксида кремния и оксида алюминия по меньшей мере примерно в 1,5 раз ниже, чем максимальное значение внутреннего молярного соотношения диоксида кремния и оксида алюминия.

Устройство для получения нанокристаллического диоксида титана со структурой анатаза // 2759314

Изобретение относится к материаловедению и нанотехнологиям и может быть использовано в водородной энергетике и технологиях очистки воды. Устройство для получения нанокристаллического диоксида титана со структурой анатаза содержит коаксиальный магнитоплазменный ускоритель с цилиндрическим электропроводящим стволом 1, выполненным из титана, центральным электродом, состоящим из наконечника 2 из титана и хвостовика из стали 3.

Способ гидродинамической очистки поверхностей химико-технологической аппаратуры от шламов, содержащих металлы платиновой группы // 2758964

Изобретение относится к способам гидродинамической очистки поверхностей химико-технологического оборудования от шламов, содержащих металлы платиновой группы (МПГ), и может быть использовано в металлургической и химической отраслях промышленностях, в частности в установках, в которых используются катализаторы из металлов платиновой группы.

Способ получения ферритов металлов восьмой группы четвертого периода // 2738940

Изобретение может быть использовано для получения ферритов кобальта и никеля, применяемых в электротехнике, телекоммуникационном оборудовании, электродвигателях, газовых датчиках. Для получения ферритов металлов восьмой группы четвертого периода смешивают катионообменную смолу с солями железа и солями кобальта или никеля, выдерживают смесь, фильтруют на бумажном фильтре.