Способ получения медно-аммиачного раствора (реактив швейцера)

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к области получения аммиачного водного раствора гироксидамина меди [Сu(NН₃)₄](ОН)₂, используемого для растворения целлюлозы. Способ осуществляют в диафрагменном электролизере в анионитовой мембраной при плотностях анодного тока меньших или равных 0,05 А/см². При этом осуществляют электрохимическое растворение медного анода в аммиачном растворе анодного отделения. В катодное отделение электролизера заливают раствор щелочи. Способ позволяет осуществлять непрерывный контроль процесса получения медно-аммиачного раствора, а также повысить чистоту и выход конечного продукта.

 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к области получения аммиачного водного раствора гироксидамина меди [Cu(NH₃)₄](ОН)₂ (реактив Швейцера), используемого для растворения целлюлозы. Аммиачный водный раствор гироксидамина меди применяют при производстве медно-аммиачного искусственного щелка и в технологии производства медно-аммиачного волокна [1]. А также может быть использовано при получении высокодисперсного оксида меди.

Свойство целлюлозы растворяться в реактиве Швейцера используется и в криминалистике. При расследовании уголовных дел различных категорий в качестве вещественных доказательств часто выступают предметы одежды из волокон растительного происхождения, наибольшее распространение из которых имеет хлопок. Последний (вата) представляет особенно пригодный объект для криминалистического испытания и изучения микрохимических реакций на целлюлозе. Как показывает практика, исследование на растворимость хлопковых волокон и интерпретация полученных результатов вызывают у экспертов некоторые затруднения, связанные, в частности, с приготовлением свежих растворов реактива Швейцера [2].

Известен химический метод получения реактива Швейцера путем растворения гидроксида или основной соли меди в концентрированном водном растворе аммиака [1].

или

Основными недостатками химического способа получения комплексной соли меди являются: наличие значительного числа операций приготовления, использования высокой температуры и невысокая чистота конечного продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса получения медно-аммиачного раствора (реактив Швейцера) с возможностью непрерывного контроля, а также повышение чистоты конечного продукта.

Сущность данного способа получения медно-аммиачного раствора, отличающийся тем, что процесс осуществляют в диафрагменном электролизере с анионитовой мембраной при плотностях анодного тока ≤0,05А/см² путем электрохимического растворения медного анода в аммиачном растворе анодного отделения, при этом в катодное отделение электролизера заливают раствор щелочи.

В предлагаемой работе описывается возможность получения реактива Швейцера электрохимическим методом. При электролизе водного раствора аммиака на медном аноде протекает реакция по уравнению

Образующиеся ионы меди взаимодействуют с молекулами аммиака в объеме раствора с образованием медно-аммиачного комплекса темно-синего цвета по уравнению реакции

Гидроксид ионы поступают в анодное отделение из катодного отделения.

Пример 1.

В анодное отделение диафрагменного электролизера, снабженного анионитовой мембраной, заливают 100 мл 25%-ного раствора аммиака. В катодное отделение заливают 0,2 М раствор щелочи. Электролизер снабжен крышкой с выходными отверстиями анодного и катодного газов. Анодом служит пластинка из чистой меди поверхностью 50 см², катодом служит электропроводящая ткань. Электролиз проводят при плотностях анодного тока 0,05 А/см² в течение 4 часов.

Образование медно-аммиачного комплекса - реактива Швейцера обнаруживают по изменению окраски раствора. Окончание реакции образования медно-аммиачного комплекса определяют по количеству пропущенного электричества, рассчитанного на данный объем аммиачного раствора. Конец реакции образования медно-аммиачного комплекса - реактива Швейцера можно обнаружить и по началу образования осадка гидроксида меди. После полного взаимодействия аммиака с ионами меди начинается взаимодействие их с гидроксид ионами с образование осадка гидроксида меди Cu(ОН)₂. Избыток гидроксид ионов для реакции образования медно-аммиачного раствора обеспечивается за счет поступления из катодного отделения.

Выход по току при образовании реактива Швейцера составляет 95%.

Пример 2.

Выполняется аналогично примеру №1. Электролиз проводят при плотности тока 0,06 А/см² в течение 3 часов. Выход образования реактива Швейцера по току снижается, по-видимому, за счет пассивации поверхности медного анода и составляет 65-67%.

Пример 3.

Выполняется аналогично примеру №1. Электролиз проводят при плотности тока 0,04 А/см² в течение 6 часов. Выход образования реактива Швейцера по току составляет 95%.

Предложенный способ имеет ряд преимуществ по сравнению с химическим способом получения реактива Швейцера:

1. В электрохимическом способе не используются дополнительные реактивы - сульфат меди, гидроксид меди, которые применяются в химическом способе.

2. Предложенный метод проводят в одну стадию, исключая ряд операций (осаждение, фильтрация, очистку конечного продукта от сульфат ионов), проводимых в химическом способе.

3. Электрохимический способ получения осуществляется непрерывно с автоматическим контролем всего процесса.

4. Предложенный метод синтеза отличается высокой чистотой и выходом конечного продукта.

Работа выполнена при поддержке Госконтракта РФ №02.740.11.0397. 2009 г.

Таким образом, для заявленного способа в том виде, в каком он охарактеризован в описании, подтверждена возможность его осуществления просто, без использования дополнительных реактивов и дорогого оборудования с автоматическим контролем выхода и частоты конечного продукта.

Источники информации

1. Краткая химическая энциклопедия. Т.3, M.1964, С.75.

Способ получения медно-аммиачного раствора, отличающийся тем, что процесс осуществляют в диафрагменном электролизере с анионитовой мембраной при плотностях анодного тока ≤0,05 А/см² путем электрохимического растворения медного анода в аммиачном растворе анодного отделения, при этом в катодное отделение электролизера заливают раствор щелочи.