Способ получения оксида меди

 

Использование: изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей. Сущность: предложен способ получения оксида меди, включающий взаимодействие твердых сульфата меди и гидроксида натрия в аппарате типа шаровой мельницы при общем коэффициенте загрузки 0,10-0,35 и соотношении объема реагентов к объему мелющих тел 0,05-0,20 при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта. Предложенный способ позволяет повысить технологичность процесса и получить высокоактивный оксид меди, пригодный для изготовления на его основе эффективного катализатора окиcления оксида углерода.

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения порошка оксида меди, включающий нагревание нитрата меди до температуры 150-180^oC, добавление воды при температуре не менее 60^oC, последующую экстракцию примесей металлических ионов из нитрата меди а жидкую фазу и термическое разложение твердого продукта при температуре 350-450^oC (заявка Японии N 1301513, кл. C 01 G 3/03, 1988).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса получения оксида меди, обусловленная необходимостью проведения термического разложения твердого продукта при температуре 350-450^oC.

Известен также способ получения оксида меди, включающий взаимодействие металлической меди в виде порошка, проволоки, фольги или пластинки с водным раствором аммиака в автоклаве при температуре 50-200^oC и парциальном давлении кислорода не более 1,5 кг/см² (заявка Японии N 63-11518, кл. C 01 G 3/02, 1986).

Недостатком данного способа является то, что катализатор, приготовленный на основе полученного оксида меди, имеет низкую активность в окислении оксида углерода.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения оксида меди, включающий взаимодействие 100 г пятиводного сульфата меди 400 мл воды с 35, 4 г гидроксида натрия в 600 мл воды при температуре 80-90^oC с последующим отделением осадка оксида меди ( Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы. Руководство по приготовлению неорганических препаратов. М.-Л.:. Гос. науч.-тех. изд. хим. лит-ры, 1947 с. 339-340).

Недостатком указанного способа является низкая технологичность процесса, обусловленная необходимостью приготовления растворов реагентов и проведением взаимодействия в жидкой фазе при повышенных температурах, а также низкая активность оксида меди, непригодного для изготовления на его основе эффективного катализатора окисления оксида углерода.

Целью изобретения является повышение технологичности процесса и получения высокоактивного оксида меди, пригодного для изготовления на его основе эффективного катализатора окисления оксида углерод.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим взаимодействие сульфата меди и гидроксида натрия при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что используют твердые реагенты, а взаимодействие ведут в аппарате типа шаровой мельницы при общем коэффициенте загрузки 0,10-0,35 и соотношении объема реагентов к объему мелющих тел 0,05-0,20.

Способ осуществляется следующим образом.

В аппарате типа шаровой мельницы, содержащий мелющие тела в количестве 0,10-0,35 от объема аппарата, загружают стехиометрическую смесь твердых пятиводного сульфата меди и гидроксида натрия при соотношении объема реагентов к объему мелющих тел 0,05-0,20. Включают аппарат и ведут процесс перемешивания в течение 20-60 мин. По окончании процесса отделяют образовавшийся осадок и промывают его от сульфат-ионов горячей водой при температуре 60-80^oC. На основе полученного оксида меди приготавливают катализатор окисления оксида углерода. Каталитическая активность приготовленного катализатора составляет 6,3-8,2. Каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного по известному способу составляет 3,1-4,6.

Пример 1. В аппарат типа шаровой мельницы объемом 1,7 л, содержащей 162 см³ мелющих тел, загружают 14,0 г пятиводного сульфата меди и 4,5 г гидроксида натрия. Общий коэффициент загрузки аппарата составил 0,10, соотношение объема реагентов к объему мелющих тел составило 0,05. Включают аппарат и ведут процесс перемешивания в течение 30 мин. Отделяют образовавшийся осадок оксида меди, промывают от сульфат-ионов горячей водой при температуре 70^oC. На основе полученного оксида меди приготавливают катализатор окисления оксида углерода. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 8,0.

Пример 2. Введение процесса как в примере 1, за исключением общего коэффициента загрузки аппарата, который составил 0,20. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 8,1.

Пример 3. Введение процесса как в примере 1, за исключением общего коэффициента загрузки аппарата, который составил 0,35. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 7,1.

Пример 4. Введение процесса как в примере 1, за исключением общего коэффициента загрузки аппарата, который составил 0,20, и соотношения объема реагентов к объему мелющих тел, которое составило 0,15. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 8,2.

Пример 5. Ведение процесса как в примере 1, за исключением общего коэффициента загрузки аппарата, который составил 0,20, и соотношения объема реагентов к объему мелющих тел, которое составил 0,20. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 7,8.

Пример 6. Введение процесса как в примере 1, за исключением общего коэффициента загрузки аппарата, который составил 0,35, и соотношения объема реагентов к объему мелющих тел, которое составило 0,15. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 6,9.

Пример 7. Введение процесса как в примере 1, за исключением общего коэффициента загрузки аппарата, который составил 0,35, и соотношения объема реагентов к объему мелющих тел, которое составило 0,20. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 6,3.

Пример 8. Введение процесса как в примере 1, за исключением соотношения объема реагентов к объему мелющих тел, которое составило 0,15. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 8,0.

Пример 9. Введение процесса как в примере 1, за исключением соотношения объема реагентов к объему мелющих тел, которое составило 0,20. Каталитическая активность приготовленного катализатора в окислении оксида углерода составила 7,5.

Как следует из приведенных выше примеров, при проведении взаимодействия твердых реагентов в аппарате типа шаровой мельницы при общем коэффициенте загрузки 0,10-0,35 и соотношении объема реагентов к объему мелющих тел 0,05-0,20 каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе полученного оксида меди, составляет 6,3-8,2, в то время, как каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного по известному способу, составляет 3,1-4,6.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Технологичность процесса получения оксида меди при проведении взаимодействия твердых реагентов в аппарате типа шаровой мельницы значительно повышается, поскольку исключается необходимость приготовления растворов сульфата меди и гидроксида натрия, что ведет к снижению себестоимости производства катализатора окисления оксида углерода. При этом высокая активность оксида меди, пригодного для изготовления эффективного катализатора окисления оксида углерода, обусловлена, вероятно, следующими причинами. В аппарате типа шаровой мельницы при интенсивном перемешивании происходит измельчение твердых реагентов и наряду с этим имеют место их взаимные контакты, в результате которых осуществляется взаимодействие между ними, приводящее в конечном итоге к образованию оксида меди. Получению высокоактивного оксида меди способствует и тот факт, что стехиометрическая смесь пятиводного сульфата меди и гидроксида натрия содержит в своем составе 27,3 мас.% воды, с которой, вследствие своей гигроскопичности, взаимодействует гидроксид натрия с выделением большого количества тепла, и, таким образом, взаимодействие реагентов происходит при повышенной температуре. При этом увеличение общего коэффициента загрузки аппарата выше 0,35 приводит к тому, что такое заполнение объема аппарата мелющими телами и реагентами способствует уменьшению интенсивности перемешивания к увеличению времени, требуемого для завершения реакции. Снижение общего коэффициента загрузки аппарата менее 0,10 нецелесообразно, так как в этом случае загрузка аппарата реагентом мала и за один технологический цикл производства незначительное количество готового продукта, что экономически невыгодно. С другой стороны, при повышении соотношения объема реагентов к объему мелющих тел более 0,20 имеет место избытое реагентов по отношению к мелющим телам и это приводит к тому, что для завершения реакции требуется более длительное время. Снижение соотношения объема реагентов к объему мелющих тел менее 0,05 также нецелесообразно, поскольку в этом случае загрузка аппарата реагентом мала и за один технологический цикл приводится незначительное количество готового продукта, что экономически невыгодно.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно повысить технологичность процесса и получить высокоактивный оксид меди, пригодный для изготовления на его основе эффективного катализатора окисления оксида углерода.

Этот катализатор позволит проводит эффективную очистку газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и даст возможность эффективно решить круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в больше или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно, на повышение технологичности процесса и получение высокоактивного оксида меди, пригодного для изготовления на его основе эффективного катализатора окисления оксида углерода, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ получения оксида меди, включающий взаимодействие сульфата меди и гидроксида натрия при перемешивании реагентов с последующим отделением продукта, отличающийся тем, что используют твердые реагенты, а взаимодействие ведут в аппарате типа шаровой мельницы при общем коэффициенте загрузки 0,10 0,35 и соотношении объема реагентов к объему мелющих тел 0,05 0,20.