Способ получения наноигольчатых катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз


 

C25B1/14 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2456079:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к способам получения катализаторов. Описан способ получения наноигольчатых катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз, включающий электролиз в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3, с использованием платинового анода, притом что процесс электроосаждения ведут на вольфрамовом катоде. Технический результат - повышение технологичности способа и пригодности к массовой наработке наноигольчатого катализатора окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз.

 

Изобретение относится к области высокотемпературной электрохимии и может быть использовано преимущественно для получения катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе ориентированных наноигольчатых структур оксидных вольфрамовых бронз, а также для изготовления ион-селективных элементов, электрохромных устройств, холодных катодов.

Электрохимический способ получения материала - игольчатых оксидных вольфрамовых бронз - известен. (а.с. СССР №1420079, опубл. 30.08.88, бюл. №32). В известном способе электролиз ведут в поливольфраматном расплаве при температуре 700°С и плотности тока на платиновом катоде 0.5 А/см2. Способ позволяет получать игольчатые структуры с размером игл 500-3000 мкм, кристаллы в виде кубов размером 1000-5000 мкм, а также мелкокристаллический порошкообразный осадок с размером зерна ≤10 мкм или ветвистые дендриты размером ≤100 мкм.

Известен способ получения игольчатых наноструктур оксидных вольфрамовых бронз (патент РФ №2354753, опубл. 10.05.2009, бюл. №13), согласно которому электролиз ведут с использованием платиновых анода и катода в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3. В данном способе в качестве анода использовалась платиновая проволока, а в качестве электрода сравнения - платиновая фольга площадью 1 см2, полупогруженная в расплав. В этом случае осаждение кристаллов происходило на плоских торцах катодов из платиновой проволоки, диаметр которой составлял лишь доли миллиметра. Это не позволило провести массовую наработку наноигольчатых вольфрамовых бронз с целью использования их в качестве катализаторов. Попытки масштабировать процесс путем осаждения нанокристаллических осадков на платиновой фольге показали, что на ней формируется пленка нанометровой толщины, которую невозможно отделить от подложки. Это связано с влиянием структуры подложки (платиновая фольга имела текстуру (110)). Невозможность отделить полученный наноматериал от подложки является существенным препятствием для реализуемости изобретения в промышленном производстве.

Настоящее изобретение направлено на устранение этого недостатка. Для решения поставленной задачи заявленный способ включает электролиз в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3, с использованием платинового анода, при этом процесс электроосаждения ведут на вольфрамовом катоде.

Благодаря структуре вольфрамового катода в заявленном электрохимическом способе получения катализатора в процессе электроосаждения образуется поликристаллический осадок наноигольчатого материала, который легко отделяется от подложки. Это свидетельствует в пользу технологичности способа и возможности его промышленного использования. Полученный материал имеет большую площадь рабочей поверхности, притом что он устойчив к агломерации.

Устойчивость к агломерации - важнейшее свойство пригодности материала для промышленного использования, так как она исключает при использовании потерю свойств, присущих наноразмерным материалам. Кроме того, полученный материал легко отмывается от электролита, при этом способ получения этого материала безопасен для окружающей среды, поскольку наноиглы не уходят вместе с промывной водой.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в повышении его технологичности и пригодности к массовой наработке наноигольчатого катализатора окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз.

Катализаторы получали электролизом расплава, содержащего 30 мол.% K2WO4 25 мол.% Li2WO4, и 45 мол.% WO3, с использованием платинового анода. На ячейку подавали импульс перенапряжения величиной 170-300 мВ, при этом на вольфрамовом катоде формировался поликристаллический осадок. Для исследования полученных образцов провели рентгеноструктурный анализ, а также анализ дисперсности на установке "RIGAKU" DNAX 2200PC. Морфологию осадков определяли с помощью электронного микроскопа JSM-5900 LV, а удельную поверхность - методом БЭТ на приборе СОРБИ 4.1.

Исследования показали, что полученный материал представляет собой порошок бронзы гексагональной структуры, состоящий из микрокристаллов, где каждый микрокристалл - ориентированная наноигольчатая структура. Все иглы имеют одну ориентацию и вытянуты в направлении <0001>. Толщина игл составляет порядка 30-100 нм. Удельная поверхность наработанного порошка, полученного при перенапряжении 200 мВ, составляет 0.92 м2/г. При этом экспериментальные данные о зависимости толщины и количества наноигл от электрохимических параметров позволяют предположить возможность управления процессом электролиза.

Поскольку оксидные вольфрамовые бронзы в качестве катализаторов используются в различных процессах органического и нефтехимического синтеза, и, в том числе, при перекисном окислении органических соединений, полученные нанокристаллические образцы исследовали на каталазную активность, которую определяли по степени превращения гидропероксида водорода в течение 30 минут при температуре 50°С.

Для сравнения по данной методике исследовали каталазную активность оксидных вольфрамовых бронз и других структур, которые тоже могут быть использованы в качестве катализаторов. Эти бронзы были также получены электролизом расплавов, но не являлись нанокристаллическими. Было показано, что каталазная активность образцов, полученных заявленным способом, в 5 и 10 раз выше, чем у порошков бронз кубической и тетрагональной структур соответственно.

Таким образом, заявленный способ является более технологичным и может быть использован для производственного получения нанокристаллического катализатора окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз с высокой каталазной активностью.

Способ получения наноигольчатых катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз, включающий электролиз в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3 с использованием платинового анода, при том, что процесс электроосаждения ведут на вольфрамовом катоде.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к катоду для диафрагменных электролизеров, в частности для использования в диафрагменных электролизерах для получения хлора и щелочи, ограниченному электропроводящей перфорированной поверхностью и имеющему внутреннее пространство, содержащее два наложенных один на другой элемента, предназначенных для улучшения распределения жидкости и электрического тока.

Изобретение относится к катоду для диафрагменных электролизеров, в частности для использования в диафрагменных электролизерах для получения хлора и щелочи, ограниченному электропроводящей перфорированной поверхностью и имеющему внутреннее пространство, содержащее два наложенных один на другой элемента, предназначенных для улучшения распределения жидкости и электрического тока.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электролизеру для высокотемпературного электролиза, преимущественно реагента в жидкой или паровой фазе, который работает в аллотермическом режиме.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электролизеру для высокотемпературного электролиза, преимущественно реагента в жидкой или паровой фазе, который работает в аллотермическом режиме.

Изобретение относится к коллектору тока для электрохимических ячеек диафрагменного или мембранного типа, содержащему слой, полученный путем сплетения или переплетения множества первых наборов металлических проволок с множеством одиночных металлических проволок или вторых наборов металлических проволок и снабженный по существу параллельными гофрами, при этом полученный слой сопряжен с плоским элементом, состоящим из полотна или уплощенного чулка, образованного путем переплетения одиночной металлической проволоки.

Изобретение относится к «водородной» энергетике и может быть использовано на станциях заправки водородом перспективного автотранспорта на топливных элементах.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к устройствам для электролиза водных растворов электролитов, и может быть использовано в различных процессах электролизного получения различных химических продуктов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) работающих на водороде. .

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к вольтамперометрическому анализу природных и сточных вод в фоновом электролите после электрохимической обработки.

Изобретение относится к конструкциям электролизеров. .

Изобретение относится к способу микродозирования наноструктурных материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности химической, производства строительных материалов и др.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении приборов вакуумной микроэлектроники. .
Изобретение относится к области извлечения редких элементов из горных пород, в частности из пород и руд черносланцевых формаций и продуктов их переработки, и может быть использовано в области прикладной геохимии, при поиске месторождений полезных ископаемых, в частности для извлечения рения.

Изобретение относится к области технологии получения чистых фуллеренов. .
Изобретение относится к нанотехнологии. .

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/пиролизованный полиакрилонитрил (ППАН). .

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к способу получения наночастиц металлов. .

Изобретение относится к способам получения наночастиц в вакуумном дуговом разряде. .
Изобретение относится к области каталитической химии, а именно к приготовлению катализатора с наноразмерными частицами сплавов платины на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока.

Изобретение относится к области получения нанодисперсных порошков тугоплавких неорганических материалов и соединений регулируемого химического, фазового и гранулометрического состава.
Изобретение относится к области каталитической химии, а именно к приготовлению катализатора с наноразмерными частицами сплавов платины на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока.
Наверх