Способ получения сульфат-нитрата железа (iii)


C01P2006/80 - 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)

Владельцы патента RU 2781911:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова" (RU)

Изобретение относится к неорганической химии. Готовят реакционную смесь, для чего сначала смешивают окислительные реагенты: 0,3-0,4 мл азотной кислоты и 0,7-2 мл пероксида водорода, после чего к полученному раствору при перемешивании добавляют гептагидрат сульфата железа (II). Реакцию взаимодействия компонентов полученной реакционной смеси с получением сульфат-нитрата железа (III) проводят без нагревания. Исключается выделение токсичных оксидов азота. В целевом продукте - сульфат-нитрате железа (III) - отсутствуют остаточные катионы железа (II). 2 табл., 10 пр.

 

Изобретение относится к неорганической химии и касается способов получения сульфат-нитрата железа(III).

По распространенности в земной коре железо занимает второе место после алюминия [1]. Железо находит огромное применение как в виде металла, так и виде соединений.

На долю железа приходится до 95 % металлургического производства. Конструкционные материалы на основе железа - стали, чугуны, сплавы применяются в различных отраслях. Ферромагнитные свойства некоторых сплавов на основе железа широко применяются в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей. В железо-никелевых и железо-воздушных аккумуляторах анодом является железо [2]. Применение порошкового железа при упаковке некоторых продуктов питания, позволяет увеличить срок хранения. Пирофорные свойства порошков железа и чугуна используются в различных сферах [3].

Обширным является применение не только металлического железа, но и десятков его соединений различных классов - оксидов, гидроксидов, солей и др:

Благодаря магнитным свойствам ферриты металлов (MeFe2O4, где Me: Ni(II), Co(II), Mn(II), Mg(II), Cu(II), Fe(II), Zn(II), Cd(II)) имеют применение в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике [4]. Например, ультрадисперсный порошок магнетита используется в лазерных принтерах в составе тонера. Благодаря окраске оксиды железа используются как пигменты в производстве красок [5].

Соединения железа применяется в медицине и фармации [6], [7], при приготовлении пищи [6].

Для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве применяется смесь гептагидрата сульфата железа(II) медным купоросом [6].

Водные растворы хлоридов и сульфатов двухвалентного и трёхвалентного железа, используются в качестве коагулянтов при очистке природных и сточных вод [7].

Известен способ окисления железного купороса смесью азотной и серной кислот, целевым продуктом реакции является сульфат железа(III) [8]. Недостатком способа является выделение оксидов азота.

Известен способ получения сульфат-нитрата железа(III), который заключается в окислении сульфата железа(II) азотной кислотой [9]:

FeSO4 + 2 HNO3 = FeSO4NO3 + NO2 + H2O

Способ реализуется следующим образом. В нагретый до 70 °С раствор 210 г гептагидрата сульфата железа(II) в 200 мл воды небольшими порциями приливают концентрированную азотную кислоту. Общий объем азотной кислоты для полного окисления катионов железа(II) составляет 110…120 мл.

По заявке GB 0009012980 (кл. С 01 G 49/14, 1990) известен способ, включающий приготовление реакционной смеси, содержащей гептагидрат сульфата железа (II) и окислительные реагенты - азотную кислоту и пероксид водорода, и проведение реакции (прототип).

Недостатками данных способов являются необходимость проведения реакции при повышенной температуре и выделение в атмосферу токсичных оксидов азота.

Задачей изобретения является получение сульфат-нитрата железа(III) без дополнительного нагревания и выделения токсичных оксидов азота.

Поставленная задача достигается тем, что окисление проводится с помощью пероксида водорода:

2FeSO4⋅7H2O + 2HNO3 + H2O2 = 2FeSO4NO3 + 16H2 + 8O2

Для этого смешивают заданные объемы азотной кислоты и пероксида водорода, после чего постепенно при перемешивании добавляют заданную навеску гептагидрата сульфата железа(II). Выделение оксидов азота детектировали по появлению или отсутствию газа, окрашенного в бурый цвет. По завершении реакции проверяли полноту окисления катионов железа(II). Для этого аликвоту реакционной смеси разбавили в 100 раз и добавили несколько капель свежеприготовленного раствора гексацианоферрата(III) калия с концентрацией 13 мг/мл. Если в анализируемом растворе присутствуют катионы железа(II), то происходит образование окрашенного в темно-синий цвет комплексного соединения (турнбулевой сини):

Fe2+ + K3[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6] + 2K+

При выполнении экспериментов были использованы следующие реагенты (табл. 1).

Таблица 1
Название Формула Характеристика
Азотная кислота HNO3 65 % (мас.)
Пероксид водорода H2O2 30 % (мас.)
Гептагидрат сульфата железа(II) FeSO4⋅7H2O Кристаллическое вещество
Феррицианид калия K3[Fe(CN)6] Кристаллическое вещество

Пример 1. В реакционной пробирке смешивают 2 мл пероксида водорода и 0,3 мл концентрированной азотной кислоты. К полученному раствору постепенно при перемешивании добавляют 1,15 г гептагидрарата сульфата железа(II). В результате прошла экзотермическая реакция окисления с выделением кислорода. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала отсутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на полноту протекания реакции окисления.

Пример 2. Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 1, отличающихся тем, что расход пероксида водорода составил 1,7 мл, дистиллированной воды - 0,3 мл (для поддержания постоянства объема раствора), а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,22 г. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала отсутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на полноту протекания реакции окисления.

Пример 3 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 2, отличающихся тем, что расход пероксида водорода составил 1,2 мл, дистиллированной воды - 0,8 мл, а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,21 г. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала отсутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на полноту протекания реакции окисления.

Пример 4 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 3, отличающихся тем, что расход пероксида водорода составил 1 мл, дистиллированной воды - 1 мл, а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,24 г. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала отсутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на полноту протекания реакции окисления.

Пример 5 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 4, отличающихся тем, что расход пероксида водорода составил 0,7 мл, дистиллированной воды - 1,3 мл, а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,27 г. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала отсутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на полноту протекания реакции окисления.

Пример 6 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 5, отличающихся тем, что расход пероксида водорода составил 0,3 мл, дистиллированной воды - 1,7 мл, а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,19 г. При комнатной температуре реакция не проходила. При нагревании на кипящей водяной бане выделения оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала отсутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на полноту протекания реакции окисления.

Пример 7 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 6, отличающихся тем, что расход пероксида водорода составил 0 мл, дистиллированной воды - 2 мл, а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,12 г. Выделение оксидов азота наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала присутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на частичное окисление катионов железа(II).

Пример 8 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 2, отличающихся тем, что расход азотной кислоты составил 0,2 мл. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала присутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на частичное окисление катионов железа(II).

Пример 9 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 8, отличающихся тем, что расход азотной кислоты составил 0,1 мл, а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,13 г. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала присутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на частичное окисление катионов железа(II).

Пример 10 Способ получения сульфат-нитрат железа(III) в условиях примера 9, отличающихся тем, что расход азотной кислоты составил 0,4 мл., а расход гептагидрарата сульфата железа(II) - 1,11 г. Выделение оксидов азота не наблюдалось. Качественная реакция с раствором K3Fe(CN)6 показала отсутствие в растворе катионов железа(II), что указывает на полное окисление катионов железа(II).

Результаты примеров, сведенные в таблице 2, свидетельствуют о том, что получение сульфат-нитрата железа(III) с использованием пероксида водорода позволяет проводить процесс без нагревания и выделения оксидов железа.

Таблица 2
Пример Расход Выделение оксидов азота Наличие остаточных катионов железа(II)
FeSO4⋅7H2O, г HNO3, мл H2O2, мл H2O, мл
1 1,15 0,3 2 0 не наблюдалось отсутствуют
2 1,22 0,3 1,7 0,3 не наблюдалось отсутствуют
3 1,21 0,3 1,2 0,8 не наблюдалось отсутствуют
4 1,24 0,3 1 1 не наблюдалось отсутствуют
5 1,27 0,3 0,7 1,3 не наблюдалось отсутствуют
6* 1,19 0,3 0,3 1,7 не наблюдалось отсутствуют
7 1,12 0,3 0 2 наблюдалось присутствуют
8 1,22 0,2 1,7 0,3 не наблюдалось присутствуют
9 1,13 0,1 1,7 0,3 не наблюдалось присутствуют
10 1,13 0,4 1,7 0,3 не наблюдалось отсутствуют
Примечание: * - при комнатной температуре реакция не проходит.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Mielczarek E.V., McGrayne S.B. Iron, Nature’s Universal Element: Why People Need Iron & Animals Make Magnets. - New Brunswick, N.J. : Rutgers University Press, 2000. - 204 p. DOI: 10.1063/1.1372118.
[2] Пат. 2056677 РФ. МПК H01M 10/26, 10/44. Щелочной железоникелевый аккумулятор и способ его эксплуатации А.Н. Аршинов, Л.К. Григорьева, Ю.И. Оршанский, И.Д. Кузнецов, В.А. Солдатенко, В.Х. Станьков, С.П. Чижик. - Публ. 23.03.1996.
[3] Пат. 2112782 РФ. МПК C10M 125/04 // (C10M 125/04, 129:40, C10N 30:06). Противоизносная присадка к смазочным маслам и смазочное масло / В.Г. Грязнов, А.Г. Волгин, Н.Н. Лознецова, Ю.П. Топоров, Г.Г. Щеголев. - Публ.: 10.06.1998.
[4] Weir G., Leveneur J., Long N. Magnetic susceptibility of soft magnetic composite materials // J. Magn. Magn. Mat. - 2022. - Vol. 551. - Art. N 169103. DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.169103.
[5] Pfaff G. Iron oxide pigments // Physical Sciences Reviews. - 2021. - Vol. 6, N 10. - P. 535-548. DOI: 10.1515/psr-2020-0179.
[6] Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, оксидов и кислот), ч. 1, изд. 3-е пер. и доп. - М.: Химия, 1970. - 792 с.
[7] Abbas M.J., Mohamed R., Al-Sahari M., Al-Gheethi A., Mat Daud A.M. Optimizing FeCl3 in coagulation-flocculation treatment of dye wastes // Songklanakarin J. Sci. & Techn. - 2021. - Vol. 43, N 4. - P. 1094-1102. DOI: 10.14456/sjst-psu.2021.144.
[8] Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. Руководство по приготовлению неорганических реактивов и препаратов в лабораторных условиях. - Изд. 4-е, пер. и доп. - М.: Химия, 1974. - 408 с.
[9] А.с. 1588718 СССР. МКИ C02F 11/14. Способ обработки избыточного активного ила / Ю.Г. Хабаров, Г.В. Комарова, С.Б. Пальмова, В.А. Рудакова // Бюл. - 1990. - № 32.

Способ получения сульфат-нитрата железа (III), включающий приготовление реакционной смеси, содержащей гептагидрат сульфата железа (II) и окислительные реагенты - азотную кислоту и пероксид водорода, и проведение реакции, отличающийся тем, что реакционную смесь готовят, сначала смешивая 0,3-0,4 мл азотной кислоты и 0,7-2 мл пероксида водорода, после чего к полученному раствору при перемешивании добавляют гептагидрат сульфата железа (II), при этом реакцию проводят без нагревания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения гетита фазы α-FeOOH и его применению. Гетит имеет i) аспектное отношение AR, составляющее менее чем 1,5; ii) значение CIELAB L* от 58 до 59; iii) значение CIELAB b* от 43 до 47; iv) значение Δb*, составляющее менее чем 0,6, представляющее собой разность соответствующих значений b*, определенных до и после измельчения способом, представляющим собой обработку гетита, осуществляемую с применением агатового шара диаметром 10 мм в вибрирующей шаровой мельнице при частоте 2000 мин-1 в течение 2 мин.

Изобретение относится к технологии получения фосфатосиликата циркония и натрия состава Na3Zr2Si2PO12 со структурой NASICON, обладающего суперионной проводимостью, который может применяться в качестве твердого электролита в датчиках ионов, газовых сенсорах, в натриевых ионных аккумуляторах. Сущность изобретения заключается в использовании олеата цирконила и олеата натрия, которые сначала растворяют в органическом растворителе при 60-70°С, добавляют трибутилфосфат и тетраэтоксисилан в мольном соотношении Na:Zr:Si:P=3,4-3,6:2,2-2,4:2:1,35-1,4, перемешивают, отгоняют растворитель при температуре 110°С, затем подвергают термической обработке при 600°С в течение 30 мин, измельчают и проводят пиролиз при 1000°С в течение 30 мин.

Изобретение может быть использовано при получении термоиндикаторов. Предложена частица со структурой «ядро - оболочка», в которой ядро содержит по меньшей мере один термохромный полупроводник, оболочка содержит по меньшей мере два слоя.
Изобретение относится к химической промышленности. Смешивают кремнеземсодержащий материал - кварцит с углеродистым материалом - нефтяным коксом, полученным процессом замедленного коксования при 1150-1300°С в течение 0,3-0,5 ч совместно с тяжёлой смолой пиролиза.

Изобретение относится к области получения микропорошков металлов и сплавов, которые могут быть использованы для изготовления изделий методами аддитивных технологий (АТ, 3D-печать). Способ регенерации отработанных металлических порошков аддитивных технологий в термической плазме включает классификацию отработанного порошка с выделением целевой фракции, обработку целевой фракции в потоке термической плазмы на основе аргона, гелия или их смеси, при этом полученную после классификации целевую фракция подвергают дополнительной классификации с получением как минимум двух фракций с размерами частиц, различающимися внутри каждой фракции не более чем в 2-2,5 раза, которые раздельно обрабатывают в потоке термической плазмы и затем смешивают.

Изобретение относится к химической промышленности и металлургии, к жидкостной грануляции и предназначено для производства сферических гранул веществ различной степени чистоты, включая многокомпонентные твердые растворы и соединения, металлы и сплавы. Устройство для грануляции веществ содержит реактор, состоящий из корпуса 2 и крышки 1, подключенный к системе подачи инертного газа, с размещенным внутри тиглем 5 с по крайней мере одним отверстием, причем отверстие в тигле 5 выполнено обеспечивающим слив расплавленного вещества 4 с одновременной его фильтрацией, печной блок 3, охватывающий корпус реактора в зоне размещения тигля 5, колбы первого 7 и второго 11 контуров охлаждения, причем нижний край корпуса реактора погружен в колбу 7 с охлаждающей жидкостью 6 первого контура охлаждения, помещенную внутрь колбы 11 второго контура охлаждения, предварительно заполненную хладагентом 10 - водой, в качестве охлаждающей жидкости 6 первого контура использована охлаждающая жидкость с плотностью от 1,2 до 0,7 г/см3, реактор заполнен инертным газом с избыточным давлением, обеспечивающим процесс барботажа и циркуляцию инертного газа через жидкостной затвор, образованный нижним краем корпуса 2 реактора и охлаждающей жидкостью 6 первого контура, причем тигель 5 выполнен из материала, не смачиваемого расплавом исходного вещества, но смачиваемого его окислами.

Изобретение относится к технологии получения порошков оксида хрома осаждением, которые могут быть использованы для создания износостойких покрытий методом газотермического напыления. Способ получения порошков оксида хрома включает получение водного раствора нитрата или сульфата хрома, осаждение гидроксида хрома путем дозирования раствора нитрата или сульфата хрома в реакционный объем, в котором поддерживают постоянное значение рН на уровне от 7 до 8 за счет контролируемого введения водного раствора аммиака, отделение образовавшегося осадка, сушку и термообработку, при этом реакционную среду перемешивают с постоянной скоростью в пределах от 200 до 700 об/мин, а количество нитрата или сульфата хрома, расходуемого на осаждение, составляет не менее 0,05 моль в пересчете на хром.

Изобретение может быть использовано при получении исходного сырья для создания элементов для электроники и оптики, в промышленном производстве композиционных материалов, в биотехнологии, биомедицине, фармакологии. Для получения наночастиц кварца в качестве сырья используют жильный кварц шунгитовых пород, который измельчают в шаровой мельнице до порошка с размером частиц менее 50 мкм, отстаивают в воде при соотношении 1:10 в течение суток, фильтруют и обрабатывают в воде ультразвуком мощностью 300 Вт при частоте 22 кГц в течение 30 мин.

Изобретение относится к химической промышленности и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении анодных и электродных материалов для химических источников тока и суперконденсаторов. Готовят реакционную смесь, содержащую водный раствор перманганата калия KMnO4 и органического соединения - аскорбиновой кислоты C6H8O6 при их мольном соотношении 1:(1-5) соответственно.

Изобретение относится к технологии получения малозольного графита, который может быть использован в качестве конструкционного материала в атомной энергетике, теплотехнике, для изготовления тиглей для плавки металлов, для получения многокомпонентного стекла, трубчатых нагревателей, а также является исходным сырьем для получения коллоидного графита, оксида графита и расширенного графита.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ очистки азотно- или солянокислотных растворов, используемых для производства минеральных удобрений, полученных после действия избытка раствора азотной или соляной кислоты на природную руду, содержащую фосфат кальция, от ионов железа и алюминия, характеризуется тем, что полученные растворы, содержащие, моль/л: Ca2+ 0,1-5, PO43- 0,05-3, H+ 0,1-5, Fe3+ 0,01-1, AI3+ 0,01-1, подвергают тепловой обработке в течение времени от 5 минут до 24 часов при температуре от 50°С до 100°С для образования нерастворимых соединений, содержащих ионы железа и алюминия, с последующим их отделением фильтрованием либо декантацией.
Наверх