Способ получения магнетита с развитой поверхностью

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения магнетита с развитой поверхностью включает получение растворов солей хлорида железа (II) и нитрата железа (III), сливание растворов полученных солей. Для получения солей железа используют карбонильное железо. Нитрат железа (III) получают при добавлении 50-60 мл 3% раствора перекиси водорода. Над раствором соли хлорида железа (II) создают защитную пленку из толуола, затем смесь растворов солей хлорида железа (II) и нитрата железа (III) осаждают раствором, приготовленным вливанием 1 литра 25% раствора аммиака в 8 литров дистиллированной воды при интенсивном перемешивании. Изобретение позволяет повысить удельную поверхность магнетита до 130 м²/г. 1 пр.

 

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к способам получения оксидов металлов.

Известен способ получения магнетита «Руководство по неорганическому синтезу» (под редакцией Г.Брауэра, М., 1985, т.5, с.1751), включающий:

нагревание тонкого порошка Fe₂O₃ в лодочке в токе азота при 400°С;

- замену азота на водород, насыщенный при 50°С водяным паром до окончания восстановления, когда не видно следов красного Fe₂O₃, (примерно 5 часов) при той же температуре (400°С); - охлаждение в токе азота.

Недостатком этого метода является низкая удельная поверхность полученного магнетита (45 м²/г), которая определялась объемным методом при постоянном давлении [1, 2].

Наиболее близкими к предлагаемому являются способы получения магнетита Fe₃O₄ слиянием растворов солей Fe²⁺и Fe³⁺:

а) известный из заявки CN 101382689 (кл.C01G 49/02, 11.03.2009)

б) (Ю.В.Карякин, И.И.Ангелов. Чистые химические вещества, 1974, с.100), включающий:

- растворение навесок кристаллогидратов сульфата железа (II) (FeSO₄·7H₂O) - и (III) - Fe(SO₄)₃·9H₂O - 0,044 моля в 500 мл воды;

- вливание этого раствора в 1 л кипящего 5% раствора KОН;

- быстрое промывание осадка горячей водой декантацией;

- отсасывание и отжим осадка на воронке Бюхнера;

- сушка осадка в атмосфере водорода над прокаленным CaCl₂ или над конц. H₂SO₄

Недостатком этих способов является низкая удельная поверхность полученного магнетита.

Цель изобретения - повысить удельную поверхность магнетита.

Способ получения магнетита Fe₃O₄ с развитой поверхностью включает:

- получение раствора соли Fe²⁺- растворение навески кабонильного железа в конц. соляной кислоте;

- создание над раствором защитной пленки из толуола для предохранения от окисления кислородом воздуха;

- получение раствора соли Fe³⁺- растворение навески карбонильного железа в 15%-ной HNO₃;

- введение в полученный раствор соли Fe³⁺50-60 мл 3%-го раствора H₂O₂ для полноты окисления;

- нагревание реакционной смеси до отрицательной реакции на Fe²⁺с [Fe(CN)₃]²⁺;

- упаривание соли нитрата Fe³⁺;

- приготовление смеси осадителя: в 10 литровую емкость налить 8 л дистиллированной воды и влить в нее 1 л 25%-го раствора NH₄OH;

- сливание остуженных до комнатной температуры растворов солей FeCl₂ и Fe(NO₃)₃ и доведение объема раствора до 1 л;

- медленное вливание смеси растворов солей в раствор осадителя при интенсивном перемешивании;

- выдерживание взвеси магнетита в маточном растворе до осаждения магнетита с помещенным под емкость сильным магнитом;

- сливание надосадочной жидкости и многократное промывание магнетита дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы Cl^-;

- замена воды на спирт, фильтрование осадка магнетита на воронке Бюхнера и высушивание его при комнатной температуре.

Новым в способе получения магнетита является то, что:

а) исходным веществом для получения солей FeCl₂ и Fe(NO₃)₃ является карбонильное железо;

б) нитрат железа Fe(NO₃)₃ получается при добавлении раствора H₂O₂ для полноты окисления;

в) магнетит получен осаждением в растворе аммиака смеси растворов солей FeCl₂ и Fe(NO₃)₃.

Пример конкретного выполнения: мольное соотношение FeCl₂ к Fe(NO₃)₃ должно быть 1:2.

Приготовление раствора хлорида железа (II): 12 г карбонильного железа растворить в конц. HCl (в вытяжном шкафу), для предохранения от окисления над раствором создать защитную пленку из толуола.

Приготовление раствора нитрата железа (III): 24 г карбонильного железа растворить в 15%-ной азотной кислоте (в вытяжном шкафу) при осторожном нагревании. Для полноты окисления железа ввести в раствор 50 мл 3%-го раствора H₂O₂ при постоянном перемешивании. Кипятить раствор до полного растворения железа и до отрицательной реакции на Fe²⁺.

Приготовление раствора осадителя: в 10 литровую емкость налить 8 л свежеперегнанной дистиллированной воды, затем прилить к ней 1 л 25%-го раствора аммиака.

Приготовление магнетита Fe₃O₄: растворы солей хлорида железа (II) FeCl₂ и нитрата железа (III) Fe(NO₃)₃ охладить до комнатной температуры, слить вместе, полученную смесь довести до 1 л дистиллированной водой и медленно вливать в раствор осадителя при интенсивном перемешивании. Полученную взвесь магнетита выдержать над мощным магнитом, который подложить под емкость с раствором. После осаждения магнетита слить надосадочную жидкость и методом декантации промывать осадок новыми порциями воды до отрицательной реакции на хлорид-ионы. Заменить воду на этанол, отфильтровать осадок магнетита на воронке Бюхнера и высушить на воздухе при комнатной температуре. Определение удельной поверхности, проведенное объемным методом при постоянном давлении [1, 2] показало, что Sуд.=130 м²/г.

Литература

1. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность и пористость. - М.: Мир, 1984.

2. М.И.Темкин. ЖФХ, 29, вып.9, 1610, 1955.

Способ получения магнетита с развитой поверхностью, включающий получение растворов солей хлорида железа (II) и нитрата железа (III), сливание растворов полученных солей, отличающийся тем, что для получения солей железа используют карбонильное железо, причем нитрат железа (III) получают при добавлении 50-60 мл 3%-ного раствора перекиси водорода, а над раствором соли хлорида железа (II) создают защитную пленку из толуола, затем смесь растворов солей хлорида железа (II) и нитрата железа (III) осаждают раствором, приготовленным вливанием 1 л 25%-ного раствора аммиака в 8 л дистиллированной воды при интенсивном перемешивании.