способ получения гидрозолей гидратированных окислов металлов из растворов их солей

Формула изобретения

Способ получения гидрозолей гидратированных окислов металлов из растворов их солей, 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 емкостями с растворами щелочи, контактирующими между собой через анионообменные мембраны, интенсифицируя процесс ионного обмена электролизом при помещении электродов в емкости с растворами щелочи и переключении полярности электродов через каждые 5-60 с.

Описание изобретения к патенту

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 среднюю камеру трехкамерного электролизера, отделенную от крайних камер, содержащих раствор щелочи, анионообменными мембранами, размещении в крайних камерах электродов 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 емкостями с растворами щелочи, контактирующими между собой через анионообменные мембраны, и интенсификации процесса ионного обмена электролизом при помещении электродов в емкости с растворами щелочи 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 среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности не проводили. В результате образующийся гидрооксид железа (3) выделялся на мембране, контактирующей с катодом, и золь получить не удавалось.

Пример 2.

Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили с интервалом 70-90 с. В результате происходило частичное выделение гидрооксида железа (3) на мембранах, 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 среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили с интервалом 60 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа(3) на мембранах и удавалось получить устойчивый золь.

Пример 4.

Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили с интервалом 15-16 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа (3) на мембранах и удавалось получить устойчивый золь.

Пример 5.

Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили с интервалом 7-8 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа(3) на мембранах и удавалось получить устойчивый золь.

Пример 6.

Раствор хлорного железа (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили с интервалом 5 с. В результате не происходило выделения гидрооксида железа (3) на мембранах 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 цирконил нитрата (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили через 15-16 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 среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили через 15-16 с. В результате удалось получить устойчивый золь гидратированной окиси трехвалентного хрома.

Пример 9.

Раствор хлорида четырехвалентного олова (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили через 15-16 с. В результате удалось получить устойчивый золь гидратированной окиси четырехвалентного олова.

Пример 10.

Раствор нитрата алюминия (0,5 л) концентрацией 0,5 моль/л наливали в среднюю кювету трехкамерного электролизера (каждая из кювет размером 15×7×10 см). В крайние кюветы наливали 1н раствор КОН. Крайние кюветы были отделены от средней анионообменными мембранами. В крайние кюветы в раствор щелочи помещали угольные электроды и пропускали через раствор ток плотностью на мембранах 0,3-0,4 А/см². Переключение полярности электродов проводили через 13-16 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 высокодисперсных оксидных порошков с использованием процессов ионного обмена/Дис.канд.хим. наук. М.: МГУ, 1991. 122 с.