Способ получения диоксида церия с высокой удельной поверхностью
Владельцы патента RU 2243940:
Федеральное государственное унитарное предприятиие "Уральский электрохимический комбинат" (RU)
Изобретение относится к технологии получения соединений редкоземельных элементов, в частности к способам получения диоксида церия с высокой удельной поверхностью, используемого для приготовления катализаторов. Результат изобретения - упрощение способа. Карбонат церия перемешивают с ацетатом аммония и водой. Массовое соотношение карбоната церия, ацетата аммония и воды составляет, масс.%: карбонат церия 44-58; ацетат аммония 25-34; вода 14-25. Полученную суспензию сушат на воздухе и прокаливают при температуре 700°С. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Заявляемый способ получения диоксида церия относится к химической технологии редкоземельных элементов, химической и нефтехимической промышленности, способам приготовления катализаторов с использованием диоксида церия с высокой удельной поверхностью.
Известен способ получения оксида церия с высокой удельной поверхностью (Singo Nakane, Toshiaki Tachi, Masaru Yoshinaka, Ken Hirota and Osamu Yamaguchi. Characterization and Sintering of Reactive Cerium (IV) Oxide Powders Prepared by the Hydrazine Method /J.Am.Ceram. Soc., 80 [12] 3221-24. - 1997/), по которому нитрат церия растворяют в дистиллированной воде до концентрации 0,5 М. Корректируют рН раствора азотной кислотой до величины, равной 2. Затем в предварительно нагретый до 70°С раствор вводят гидразингидрат пока рН суспензии не достигнет величины 9. Полученный таким способом осадок отделяют от маточного раствора, 5 раз промывают горячей водой и сушат под вакуумом при температуре 100°С. После прокалки высушенного осадка при температуре 700°С получают диоксид церия с удельной поверхностью 60 м2/г.
Получение диоксида церия указанным способом связано с использованием гидразингидрата - вещества 1-го класса опасности. Процесс многостадийный, трудоемкий, требует точной дозировки реагентов и соблюдения контролируемых параметров. Осаждение гидроксида церия проводят из кислого раствора, что требует использования дорогостоящего, коррозионно-стойкого оборудования. В результате образуется большое количество жидких отходов (маточные растворы, промывные воды), снижается полезный выход продукта.
Известен также способ получения диоксида церия с высокой удельной поверхностью (Авторское свидетельство СССР №1288159, кл. С 01 F 17/00, приоритет 26.04.85 г.), по которому в водный раствор, содержащий соль церия, вводят карбамид, аммиак до рН 7,4 - 7,6, затем добавляют полиакриламид и аммиак до значения рН, соответствующего полному осаждению гидроксида церия. Полученный осадок отделяют от маточного раствора, сушат на воздухе и прокаливают при температуре 400-700°С. В результате получают диоксид церия с удельной поверхностью 53-62 м2/г. Недостатком этого метода является многоступенчатость технологической схемы, большое количество используемых реагентов, необходимость точного соблюдения контролируемых параметров.
Задачей заявляемого технического решения является упрощение способа получения диоксида церия с высокой удельной поверхностью, позволяющего использовать его в качестве носителя для катализаторов. Диоксид церия получают путем сушки и прокалки суспензии при температуре 700°С, однако согласно заявленному способу прокалку ведут из суспензии карбоната церия в ацетате аммония.
Это достигается тем, что карбонат церия перемешивают с ацетатом аммония и водой, полученную суспензию сушат на воздухе и прокаливают при температуре 700°С. Компоненты берут в соотношении, масс.%:
Карбонат церия 44-58;
Ацетат аммония 25-34;
Вода 14-25.
Исследования показали, что введение более 34 масс.% ацетата аммония в суспензию не улучшает характеристики конечного продукта, а только увеличивает расход реагента. При введении в суспензию более 25 масс.% воды наблюдали аналогичную картину, но при этом увеличивалось время сушки суспензии, затраченное на испарение избыточной влаги. Таким образом, соотношение компонентов суспензии было выбрано исходя из принципа оптимизации процесса.
Пример
Навески исходных компонентов: 40 г карбоната церия, 20 г ацетата аммония и 10 г воды перемешивают до однородного состояния. Полученную суспензию сушат на воздухе. Прокалку проводят при температуре 700°С.
По аналогичной методике получают диоксиды церия из суспензий, изменяя количества карбоната церия, ацетата аммония и воды в соответствии с соотношением, масс.%: карбонат церия - (44-58); ацетат аммония - (25-34); вода - (14-25).
Результаты испытаний приведены в таблице.
| Таблица | |||||
| №п\п | Содержание компонентов, масс.% | Удельная поверхность диоксида церия, м2/г | |||
| карбонат церия | ацетат аммония | вода | исходный образец | после прокаливания на воздухе при температуре 1000°С в течение 1 ч | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | 57 | 29 | 14 | 69,02 | 9,31 |
| 2 | 57 | 29 | 14 | 62,37 | 10,95 |
| 3 | 57 | 29 | 14 | 70,10 | 9,72 |
| 4 | 57 | 29 | 14 | 61,53 | 10,44 |
| 5 | 50 | 25 | 25 | 67,09 | 9,37 |
| 6 | 45 | 33 | 22 | 62,53 | 9,98 |
| 7 | 45 | 11 | 44 | 38,31 | 7,65 |
| 8 | 40 | 20 | 40 | 60,30 | 9,88 |
| 9 | 36 | 28 | 36 | 61,38 | 9,44 |
Результаты, представленные в строке 7 таблицы, показывают, что снижение концентрации ацетата аммония в суспензии ниже предлагаемого соотношения приводит к снижению удельной поверхности до 38,31 м2/г.
Результаты, представленные в строках 8 и 9 таблицы, показывают, что образцы диоксида церия, полученные из суспензии с повышенным содержанием воды, имеют характеристики, сопоставимые с образцами, полученными по предлагаемому способу.
Заявляемый способ получения диоксида церия с высокой удельной поверхностью позволяет значительно сократить энергозатраты, трудозатраты, затраты на материалы, сократить количество жидких отходов и вредных газовых выбросов, повысить полезный выход продукта.
Использованные источники
1. Singo Nakane, Toshiaki Tachi, Masaru Yoshinaka, Ken Hirota and Osamu Yamaguchi. Characterization and Sintering of Reactive Cerium (IV) Oxide Powders Prepared by the Hydrazine Method /J. Am. Ceram. Soc., 80 [12] 3221-24. - 1997/.
2. Авторское свидетельство СССР №1288159, кл. С 01 F 17/00, приоритет 26.04.85 г.
1. Способ получения диоксида церия из солей церия путем сушки и прокалки при температуре 700°С, отличающийся тем, что карбонат церия перемешивают с ацетатом аммония и водой, полученную суспензию сушат на воздухе и прокаливают.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение карбоната церия, ацетата аммония и воды составляет, мас.%:
Карбонат церия 44-58
Ацетат аммония 25-34
Вода 14-25
