Способ получения гидрозолей гидратированных окислов металлов из растворов их солей ионным обменом, интенсифицированным электролизом

Способ получения гидрозолей гидратированных окислов металлов из растворов их солей ионным обменом, интенсифицированным электролизом

Реферат

 

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.