Способ получения нитрата церия (iv) электрохимическим окислением нитрата церия (iii)


 

C25B1/00 - 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 2578717:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) (RU)

Изобретение относится к способу получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией нитрата церия(III) 100-130 г/л и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 г/л, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 А/дм2. Способ характеризуется тем, что с целью повышения устойчивости платинового покрытия процесс электролиза проводят в анодной камере трехкамерного электролизера, отделенной от двух катодных камер анионообменной и катионообменной мембранами, за счет которых в анодной камере поддерживается постоянная концентрация свободной азотной кислоты 8-12 г/л. Использование предлагаемого способа позволяет предотвратить накопление свободной азотной кислоты в анолите, что необходимо для обеспечения устойчивости платинированного ниобиевого анода. 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к электрохимическим способам получения нитрата церия(IV) из нитрата церия(III) и может быть использовано для разделения редкоземельных элементов и получения реагента для окисления органических веществ.

Известен способ получения четырехвалентного церия электрохимическим окислением нитрата церия(III) в азотнокислом растворе. Электроокисление проводили в проточном мембранном электролизере фильтр-пресного типа, с анионообменной мембранной МА-41. В качестве анода использовали платиновую пластину, в качестве катода - титановую пластину [Седнева Т.А., Тихомирова И.А. Окисление церия в мембранном электролизере. - Апатиты. 2002. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.08.2002, № 1475-В2002]. Оптимальная плотность тока для окисления церия(III) с концентрацией металла порядка 63 г/л в электролите без перемешивания лежит в интервале 5,0-7,5 А/дм2 при интегральном выходе по току 58,7-31,4% соответственно.

Недостатками данного способа являются достаточно низкий интегральный выход по току, а также использование в качестве анода дорогостоящей платиновой пластины, поскольку в процессе электролиза наблюдается ее медленное растворение [Чемоданов А.Н., Колотыркин Я.М., Дембровский М.А. Исследование процесса растворения платины в кислых электролитах при различных поляризациях с применением радиохимического метода. - М.: Электрохимия, 1970. - Т.6. - Вып. 4. - С. 460-467].

Ближайшим аналогом является способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) [Поздеев С.С., Кондратьева Е.С., Губин А.Ф. Электрохимическое получение ионов церия(IV) для применения в процессе очистки сточных вод от органических примесей// Гальванотехника и обработка поверхности, 2014. - Т. 22. - № 4. - С. 37-39]. Согласно этому процессу в качестве анода используют ниобий, покрытый тонким слоем платины (платинированный ниобиевый анод), помещенный в анодную камеру двухкамерного электролизера с анионообменной мембраной МА-41 ИЛ. При этом начальный состав электролита в катодной камере электролизера - раствор азотной кислоты с концентрацией 10 г/л. Начальный состав электролита в анодной камере - раствор нитрата церия(III) с концентрацией металла 115 г/л, содержащий 10 г/л свободной азотной кислоты.

Недостатком данного способа является то, что в процессе электролиза повышается концентрация свободной азотной кислоты в анолите за счет переноса ионов нитрата из католита через анионообменную мембрану. При интегральном выходе по току около 70-75% целевой анодной реакции образование нитрата церия(IV), накопление свободной азотной кислоты в анолите достигает значения 30 г/л. Такое увеличение концентрации снижает устойчивость платинового покрытия [Аноды. Платинированный ниобий [Электронный ресурс] // Metakem. Preclous Metals + Electrochemisrty.URL: http://www.metakem.de/ru/produkte/anoden/platiniertes-niob.html (дата обращения 20.04.2015)].

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении возможности проведения длительного электролиза за счет сохранения постоянства концентрации азотной кислоты в анодной камере и в обеспечении стабильной работы платинированного анода.

Этот технический результат достигается за счет проведения процесса получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в трехкамерном электролизере с двумя катодными и одним анодным пространством, при плотности тока 1 - 3 А/дм2 на аноде из платинированного ниобия.

Две катодные камеры отделены от анодной камеры ионообменными мембранами, одна катионообменной (МК-40Л), а вторая анионообменной (МА-41ИЛ). Применение двух катодных камер с разными мембранами позволяет, с одной стороны, поддерживать концентрацию свободной азотной кислоты в анолите в пределах 8-12 г/л, а с другой, обеспечивает образование нитрата церия(IV).

Во избежание роста напряжения на электролизере и предотвращения увеличения расхода электроэнергии на процесс получения нитрата церия(IV) периодически контролируют концентрацию свободной азотной кислоты в катодной камере с анионообменной мембраной и, при необходимости, корректируют католит добавлением азотной кислоты, поддерживая ее в пределах 8-12 г/л.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1.

Эксперименты по электрохимическому окислению ионов церия(III) проводили в двухкамерном электролизере мембранного типа при анодной плотности тока 2 А/дм2. В качестве анода использовали платинированный ниобий, в качестве катода - листовой титан марки ВТ1-0, для разделения катодного и анодного пространств используют анионообменную мембрану марки МА-41ИЛ. Площади электродов и мембраны были одинаковы и составляли 0,225 дм2. Растворы анолита (азотнокислый церий на фоне азотной кислоты) и католита (азотная кислота) циркулировали в камерах электролизера со скоростью 13,8 л/час. Объемы растворов были одинаковы и составляли 0,2 литра. Начальная концентрация азотной кислоты в анолите и католите составляла 10 г/л, концентрация церия(III) - 115 г/л.

Концентрацию церия определяли титрованием раствором соли Мора в присутствии индикатора - наполовину окисленного дифениламин- 4-сульфокислоты натриевая соль (ДАС). Концентрацию азотной кислоты определяли кислотно-основным титрованием по методике, описанной в литературе [Пискарева С.К., Барашков К.М., Ольшанова К.М. Аналитическая химия. - М.: Высшая школа, 1994. − 384 с.].

Для количественной оценки протекания процесса использовали величины выхода по току (ВТ) и степень окисления (α, %).

Величину выхода по току рассчитывали по формуле:

ВТ=Qтеор/ Qпракт∙100, %,

где Qпракт - количество электричества, затраченное на окисление, А·ч;

Qтеор - теоретическое количество электричества, необходимое на окисление, рассчитанное по закону Фарадея, А·ч.

Qтеор= С(Ce4+)·V/q,

где С(Ce4+) - текущая концентрация ионов Ce4+ в растворе, г/л;

V - объем обрабатываемого раствора, л;

q - электрохимический эквивалент, который равен в данном случае 5,224 г·экв/(А·ч).

Qпракт=I·t,

где I - сила тока между электродами, А;

t - время электролиза, ч.

Величину степени окисления вещества рассчитывали по формуле:

α= С(Ce4+)/ С(Ce исх) 100, %,

где С(Ce исх) - общая концентрация церия в обрабатываемом растворе, г/л.

Через заданные промежутки времени (1, 2, 3, 5 и 10 часов после начала электролиза) из анодной камеры были отобраны пробы для определения концентрации церия(IV) с целью расчета степени окисления и выхода по току (таблица 1), а также для определения концентрации свободной азотной кислоты (таблица 2).

Из представленных данных видно, что в ходе электролиза происходит увеличение концентрации кислоты, к концу электролиза остаточное содержание свободной азотной кислоты в анолите составляло 30 г/л, что ухудшает условия эксплуатации платинового покрытия.

Пример 2.

Эксперименты по электрохимическому окислению ионов церия(III) проводили в трехкамерном электролизере мембранного типа с одной катионообменной (МК-40Л) и одной анионообменной (МА-41ИЛ) мембранами при анодной плотности тока 2 А/дм2. В качестве анода использовали платинированный ниобий с поверхностью 0,225 дм2 и двумя титановыми катодами марки ВТ1-0 с поверхностью по 0,225 дм2 каждый. Растворы анолита (азотнокислый церий на фоне азотной кислоты) и католитов (азотная кислота) циркулировали в камерах электролизера со скоростью 13,8 л/час. В анодную камеру помещали 0,2 литра раствора с начальной концентрацией церия(III) 115 г/л, содержащего 10 г/л свободной азотной кислоты. В каждую из катодных камер помещали раствор азотной кислоты с концентрацией 10 г/л.

Через заданные промежутки времени (1, 2, 3, 5 и 10 часов после начала электролиза) из анодной камеры были отобраны пробы для определения концентрации церия(IV) с целью расчета степени окисления и выхода по току (таблица 1), а также для определения концентрации свободной азотной кислоты (таблица 2).

Сравнительные результаты известного и предлагаемого способа представлены в таблице 2. Видно, что при использовании трехкамерного электролизера концентрация кислоты в анолите поддерживается постоянной.

Способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия (III)

Таблица 1

Изменение значений выхода по току и степени окисления церия(III) в прототипе и предлагаемом способе

Время электролиза, час Известный способ Предлагаемый способ
α, % ВТ, % α, % ВТ, %
1 11,9 89,8 11,6 90,5
2 23,8 88,4 24,2 89,5
3 36,1 88,0 36,8 88,8
5 56,3 87,4 57,4 89,4
10 88,4 78,4 88,3 79,9

Способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III)

Таблица 2

Сравнение характеристик используемого способа и прототипа

Время электролиза, час Концентрация свободной азотной кислоты, г/л
Известный способ Предлагаемый способ
1 11,2 10,1
2 13,1 10,2
3 14,6 10,0
5 17,5 10,5
10 25,2 10,3


Способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией нитрата церия(III) 100-130 г/л и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 г/л, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 А/дм2, отличающийся тем, что с целью повышения устойчивости платинового покрытия процесс электролиза проводят в анодной камере трехкамерного электролизера, отделенной от двух катодных камер анионообменной и катионообменной мембранами, за счет которых в анодной камере поддерживается постоянная концентрация свободной азотной кислоты 8-12 г/л.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу защиты от окисления биполярных пластин топливных элементов и коллекторов тока электролизеров с твердым полимерным электролитом (ТПЭ), заключающемуся в предварительной обработке металлической подложки, нанесении на обработанную металлическую подложку электропроводного покрытия благородных металлов методом магнетронно-ионного напыления.

Изобретение относится к аноду для выделения кислорода при высоком анодном потенциале, содержащему основу из титана или его сплавов, первый промежуточный слой диоксида марганца, нанесенный на основу, второй промежуточный слой оксидов олова и сурьмы, нанесенный на первый промежуточный слой, и внешний слой, состоящий из диоксида свинца.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения трис(2-хлорэтил)фосфата из красного фосфора. Способ характеризуется тем, что процесс электролиза проводят в непрерывном режиме путем постоянной подачи порошкообразного красного фосфора и смеси этиленхлоргидрина, воды и электропроводящей добавки в циркуляционный контур проточного бездиафрагменного электролизера фильтр-прессного типа, где суспензию подвергают электролизу, с отводом части электролизуемой смеси из циркуляционного контура через фильтр, после которого из отфильтрованного раствора выделяют трис(2-хлорэтил)фосфат отгонкой электролита, который вместе с отфильтрованным красным фосфором возвращают на электролиз.
Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано в производстве токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др.

Изобретение относится к электроду электролизной ячейки для электрохимических процессов с выделением газа, включающему множество горизонтальных ламельных элементов, которые в конструктивном исполнении плоского С-образного профиля состоят из плоской спинки и одной или более полок, а между плоской спинкой и упомянутыми одной или более полками расположены одна или более переходных областей произвольной формы, причем ламельные элементы имеют множество сквозных отверстий.

Изобретение относится к области органической химии и электрохимии, конкретно к способу стереоселективного α-гидроксиалкилирования глицина путем введения его в виде основания Шиффа в координационную сферу комплекса Ni(II) с хиральным лигандом ((S)-2N-(N′-бензилпролил)аминобензофеноном), после чего осуществляют взаимодействие с реагентом.

Изобретение относится к электролизной ячейке, содержащей: анодную камеру; катодную камеру; разделительную перегородку, отделяющую анодную камеру от катодной камеры; анод, установленный в анодной камере; катод, установленный в катодной камере; и поглощающее обратный ток тело, имеющее основу и сформированный на основе поглощающий обратный ток слой и установленное в катодной камере.

Изобретение относится к способу получения дезинфицирующего средства, включает преобразование пресноводного раствора NaCl в анолит в анодной камере диафрагменного электролизера и в католит в катодной камере, протекание потоков в анодной и катодной камерах в одном направлении снизу вверх, получение дезинфицирующего средства с рН 2,5-5,5 из раствора NaCl, поступившего в анодную камеру непосредственно из смесителя концентрата NaCl с пресной водой, получение дезинфицирующего средства с рН 5,5-8,5 из раствора NaCl, поступившего в анодную камеру после обработки его в катодной камере, изменение рН дезинфицирующего средства в диапазонах 2,5-5,5 и 5,5-8,5 изменением соотношения между величинами потоков в электродных камерах за счет изменения величины потока католита во внешнюю среду, выведение из электролизера дезинфицирующего средства с требуемой концентрацией активного хлора.

Изобретение относится к «водородной» энергетике и может быть использовано на станциях заправки перспективного автотранспорта на топливных элементах. Способ эксплуатации электролизной системы, работающей при высоком давлении, включает процесс разложения воды электрическим током с раздельным генерированием водорода и кислорода, сбор полученных газов в емкостях с соотношением объемов соответственно 2:1 и регистрацию давления этих газов, после регистрации давления кислорода P O 2 объем водородной емкости V H 2 увеличивают до значения, определяемого соотношением: V H 2 = V O 2 ρ O 2 8 ρ H 2 , где V O 2 - объем кислородной емкости; V H 2 - объем водородной емкости; ρ O 2 - плотность кислорода при давлении P O 2 (в кислородной емкости); ρ H 2 - плотность водорода при давлении P O 2 (в водородной емкости).

Изобретение относится к катодной полуоболочке электролитической ячейки, содержащей металлические компоненты элемента ячейки, включающей: металлическую опорную структуру, приваренную к задней стенке катодной полуоболочки, и по меньшей мере один металлический эластичный элемент, расположенный плоскопараллельно на ней, деполяризованный кислородом катод, который расположен напротив по меньшей мере одного металлического эластичного элемента, при этом указанный деполяризованный кислородом катод содержит перфорированную металлическую сетку и ленту из катализатора, изготовленную из PTFE и оксида серебра, механически впрессованную в нее, причем оксид серебра восстанавливают до серебра во время работы электролитической установки и таким образом образует однородное соединение/связь между компонентами деполяризованного кислородом катода и по меньшей мере одним эластичным элементом, при этом указанное соединение/связь отличается высокой проводимостью, где по меньшей мере один из металлических компонентов снабжен электропроводящим покрытием, содержащим по меньшей мере два слоя, где первый слой, наносимый непосредственно на материалы элемента ячейки, выбран из группы, которая содержит Au, B-легированный никель, сульфиды Ni и их смеси, при этом первый слой имеет толщину слоя от 0,005 до 0,2 мкм; и второй слой, наносимый на первый слой, изготовлен из серебра, при этом второй слой имеет толщину слоя от 0,1 до 30 мкм.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, которые могут быть использованы для изготовления активных элементов твердотельных лазеров ближнего и среднего ИК-диапазонов, для разработки сцинтилляторов и люминофоров, а также в производстве термостойкой керамики.
Изобретение относится к синтезу гептатанталатов европия EuTa7O19 или тербия TbTa7O19, которые могут быть использованы в качестве рентгеноконтрастных веществ, люминофоров, покрытий рентгеновских экранов, оптоматериалов, материалов для электроники.

Изобретение относится к получению нанокристаллического магнитного порошка допированного ортоферрита иттрия. Исходный раствор, содержащий нитрат железа Fe(NO3)3, нитрат иттрия Y(NO3)3 и в качестве допанта нитрат бария Ва(NO3)2, кипятят в течение 5 мин.

Изобретение относится к люминесцирующим растворимым соединениям двухвалентных лантанидов, находящих широкое применение в различных отраслях промышленности и науки.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сырья для горячего прессования фторидной лазерной керамики. Способ получения порошка фторида стронция, активированного фторидом неодима, включает взаимодействие раствора фторида аммония с раствором, содержащим нитрат стронция и нитрат неодима.

Изобретение может быть использовано для переработки и дезактивации редкоземельного концентрата (РЗК), выделенного из апатитового концентрата и продуктов его переработки - фосфогипса и экстракционной фосфорной кислоты.

Изобретение относится к способу получения высокочистых соединений 177Lu, свободных от носителя, для медицинских целей и/или диагностических целей. Способ получения соединений 177Lu из соединений l76Yb, облучаемых тепловыми нейтронами, включает введение в первую колонку, заполненную катионообменным материалом, исходных веществ, растворенных в минеральной кислоте и содержащих l77Lu и 176Yb в примерном массовом соотношении от 1:102 до 1:1010, замену протонов катионообменного материала на ионы аммония с использованием раствора NH4Cl, промывку катионообменного материала водой, соединение выходного отверстия первой колонки и входного отверстия второй колонки, введение воды и хелатообразующего агента во входное отверстие первой колонки, чтобы элюировать соединения 177Lu из первой и второй колонок, определение уровня радиоактивного излучения на выходе второй колонки для подтверждения элюирования соединений 177Lu, сбор первого элюата 177Lu из выходного отверстия второй колонки в сосуд, протонирование хелатообразующего агента, загрузка конечной колонки путем непрерывной подачи полученного элюата l77Lu во входное отверстие конечной колонки, промывку от хелатообразующего агента разбавленной минеральной кислотой, удаление следов ионов других металлов из раствора l77Lu путем промывки катионообменного материала конечной колонки минеральной кислотой в разных концентрациях и элюирование ионов 177Lu из конечной колонки с помощью высококонцентрированной минеральной кислоты.

Изобретение относится к способам получения соединений карбоната лантана и их применению, а именно к способам получения гидроксида карбоната лантана и диоксикарбоната лантана и фармацевтической композиции, содержащей диоксикарбонат лантана.

Изобретение относится к технологии синтеза полупроводниковых материалов и может быть использовано при массовом производстве тензочувствительных материалов на основе сульфида самария (SmS).
Изобретение относится к сложным оксидам и способам их получения. Предложен сложный оксид, содержащий церий и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, в массовом соотношении от 85:15 до 99:1 в пересчете на оксиды, и который дополнительно содержит кремний в количестве от более чем 0 мас.ч.
Изобретение относится к технологии выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из природных фосфорсодержащих концентратов. Монацитовый концентрат обрабатывают при нагревании серной кислотой c получением спека, содержащего сульфаты редкоземельных элементов. Далее осуществляют отмывку спека в две стадии, на первой стадии обработку ведут маточником после выделения осадка редкоземельных элементов, полученного из водного раствора со второй стадии отмывки. На первой стадии отмывку проводят в режиме противотока при T:Ж=1:2÷3, на второй стадии проводят отмывку водой при температуре 5-20°C при T:Ж=1:6÷8. Технический результат заключается в повышении содержания РЗЭ в коллективном редкоземельном концентрате, обеспечении высокой степени очистки от тория, фосфорных соединений, снижении расхода реагентов. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.
Наверх