Способ получения нитрата церия (iv)



Способ получения нитрата церия (iv)
Способ получения нитрата церия (iv)
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 2603642:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 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 ионов 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 процесс электролитического окисления ионов церия (III) проводят в анодной камере трехкамерного электролизера, отделенной от двух катодных камер анионообменной и катионообменной мембранами, причем в анодной камере поддерживают постоянную концентрацию свободной азотной кислоты 8-12 г/л, а по окончании очередного цикла электролиза в раствор из катодной камеры, отделенной от анодной камеры катионообменной мембраной, добавляют нитрат церия (III), концентрированную азотную кислоту и воду и используют в качестве анолита для следующего цикла электролиза. Использование предлагаемого способа позволяет устранить потери ионов церия за счет их переноса из анолита в католит. 2 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к электрохимии, конкретно - 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 азотно-кислом растворе. Электроокисление проводили в проточном мембранном электролизере фильтр-прессного типа, с анионообменной мембраной 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.

Недостатком данного способа являются достаточно низкий интегральный выход по току и растворение платинового анода.

Наиболее близким по технической сущности 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-41ИЛ. 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.

Этот способ имеет следующий недостаток - в процессе электролиза анионы нитрата переносятся из катодной камеры в анодную. Поэтому концентрация свободной азотной кислоты в анолите непрерывно увеличивается и достигает значения свыше 30 г/л. Такое увеличение концентрации снижает устойчивость платинового покрытия и ведет к его постепенному стравливанию.

Технической задачей данного изобретения является предотвращение роста концентрации свободной азотной кислоты в анолите и устранение потерь ионов церия (III) и (IV) в результате их переноса в католит через катионообменную мембрану.

Поставленная задача решается в настоящем изобретении сочетанием следующих приемов:

(1) Предотвращение роста концентрации азотной кислоты в анолите достигается за счет проведения процесса получения нитрата церия (IV) электрохимическим окислением нитрата церия (III) при плотности тока 1-3 А/дм2 на платинированном ниобиевом аноде, находящемся в анодной камере трехкамерного электролизера с двумя катодными камерами, одна из которых отделена от анодной камеры анионообменной мембраной, а вторая - катионообменной мембраной.

(2) Для устранения потерь ионов церия по окончании очередного цикла электролиза новую порцию анолита для следующего цикла электролиза готовят путем добавления нитрата церия (III), концентрированной азотной кислоты и воды к раствору, образовавшемуся в ходе предшествующего цикла электролиза в катодной камере, отделенной от анодной камеры катионообменной мембраной.

При этом во избежание роста напряжения на электролизере и для 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, католит корректируют добавлением азотной кислоты, поддерживая ее концентрацию в пределах 8-12 г/л.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1.

Эксперименты по электрохимическому окислению ионов церия (III) согласно известному способу 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 анолита - 0,2 л, объем каждого католита - 0,16 л. Начальная концентрация азотной кислоты в анолите и католитах составляла 10 г/л, концентрация церия (III) в анолите - 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.

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

Величину выхода по току рассчитывали по формуле:

BT=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.=C(Ce4+)·V/q,

где C(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, A;

t - время электролиза, ч.

Величину степени окисления вещества рассчитывали по формуле:

α=C(Ce4+)/C(Ce исх) 100, %,

где C(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 недопустимо для 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 электродов использовали платинированный ниобиевый анод с поверхностью 0,225 дм2 и два титановых катода марки ВТ1-0 с поверхностью по 0,225 дм2 каждый. Анолит - раствор азотнокислого церия (III) с начальной концентрацией 115 г/л и азотной кислоты 10 г/л циркулировал между анодной камерой электролизера и вспомогательной емкостью со скоростью 13,8 л/час. В катодные камеры помещали по 0,16 л раствора с начальной концентрацией свободной азотной кислоты 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) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией ионов 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 процесс электролитического окисления ионов церия (III) проводят в анодной камере трехкамерного электролизера, отделенной от двух катодных камер анионообменной и катионообменной мембранами, причем в анодной камере поддерживают постоянную концентрацию свободной азотной кислоты 8-12 г/л, а по окончании очередного цикла электролиза в раствор из катодной камеры, отделенной от анодной камеры катионообменной мембраной, добавляют нитрат церия (III), концентрированную азотную кислоту и воду и используют в качестве анолита для следующего цикла электролиза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу эксплуатации бифункциональной электрохимической системы, содержащей анодную и катодную электродные камеры с четырехходовыми клапанами на входе и выходе из электродных камер, резервуар-сепаратор с водой, соединенный с анодной и катодной камерами и с контейнерами хранения водорода и кислорода, насосы, включающему очистку от газов анодной и катодной электродных камер при смене режимов работы, отличающемуся тем, что систему снабжают дополнительными насосами и дополнительным резервуаром-сепаратором с водой, сообщающимся с источником поступления воды и имеющим выходы для подсоединения трубопроводов к входам анодной и катодной камер бифункциональной электрохимической системы, осуществляют очистку электродных камер путем закачивания в них воды из дополнительного резервуара и вытеснения оставшихся газов из анодной и катодной камер в контейнеры для хранения водорода и кислорода.

Изобретение относится к электролизной ванне для получения кислой воды. Ванна содержит: корпус 100, оснащенный двумя наполнительными камерами 110а и 110b, разделенными одной ионообменной мембраной 111, при этом каждая из наполнительных камер 110а и 110b снабжена впускными отверстиями 112а и 113а для воды и выпускными отверстиями 112b и 113b для воды, сформированными в камере; первую группу 200 электродов, установленную в наполнительной камере 110а; вторую группу 300 электродов, установленную рядом с ионообменной мембраной 111 в наполнительной камере 110b и имеющую полярность, противоположную первой группе 200 электродов; и третью группу 300' электродов с такой же полярностью, что и вторая группа 300 электродов, установленную в наполнительной камере 110b на заданном расстоянии от второй группы электродов 300.

Изобретение может быть использовано в производстве гетерогенных катализаторов, обладающих высокоразвитой поверхностью, и электродов в литий-ионных батареях. Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (IV) включает анодное окисление титанового электрода в ионной жидкости с добавлением воды или пропиленгликоля в атмосфере воздуха.

Изобретение относится к двум вариантам устройства для разложения воды. Согласно одному варианту устройство включает по меньшей мере один катод и по меньшей мере один анод, размещенные между первым наружным полимерным слоем и вторым наружным полимерным слоем, причем между упомянутым по меньшей мере одним катодом и упомянутым по меньшей мере одним анодом размещен по меньшей мере один разделительный слой, и при этом упомянутый по меньшей мере один разделительный слой разделяет упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутый по меньшей мере один катод и обеспечивает возможность протекания электролита между ними.

Изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для использования в производстве озонаторных установок. Устройство состоит из, по меньшей мере, одной электродной системы, включающей два подключенных к источнику питания переменного тока паяных пластинчато-ребристых электрода (ПРЭ) и размещенный между ними с заданной величиной разрядного промежутка средний ПРЭ.

Изобретение относится к способу получения ванилина. Способ включает электрохимическое окисление водной лигнинсодержащей суспензии или раствора на аноде, причем в качестве анода используют серебряный электрод.

Группа изобретений предназначена для жизнеобеспечения пилотируемых космических полетов на Марс. Физико-химическая секция предназначена для получения кислорода, воды, оксида углерода, аммиака и удобрений на основе азота.

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородной смесью. Электролизер содержит блок дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода водородно-кислородной смеси и электролита.

Изобретение относится к области электрохимического получения активных форм наночастиц оксидов металлов. Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида никеля (II) включает окисление анода в ионной жидкости в атмосфере воздуха.

Изобретение относится к однокамерной ячейке для электрохимических систем, содержащей корпус, крышку, герметизирующее кольцо, металлический поршень с металлической пружиной, разнополярные электроды с выводами для подключения к электрическим приборам и средства крепления.

Настоящее изобретение относится к ячейке для расщепления воды, имеющей по меньшей мере один электрод, содержащий пористую мембрану, причем пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной, и газ, получаемый по меньшей мере на одном электроде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану. Также изобретение относится к способам получения водорода, кислорода и расщепления воды. Настоящее изобретение позволяет повысить эффективность электролитических реакций. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр., 7 ил.

Изобретение относится к очистителю, который разделяет газы, полученные в электролитическом генераторе из загрязнителей электролита, а также электролитическому генератору, содержащему такой очиститель, и способу газоочистки. Газоочиситель для электролитического генератора содержит резервуар для сбора, вход для очистки, предназначенный для подачи двухфазной текучей среды, содержащей очищаемый газ, в резервуар, множество промывочных тарелок, разбрызгиватель, выполненный с возможностью распределения промывочной жидкости по множеству промывочных тарелок, конденсатор для повторного ожижения, содержащий теплообменник, в котором циркулирует хладагент, и выход для очистки, предназначенный для направления потока очищаемого газа через множество промывочных тарелок и конденсатор. Изобретение обеспечивает простую и эффективную очистку газа. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электролизеру с неподвижными электродами для электрохимической очистки сточных вод и получения нескольких неорганических перекисных соединений, содержащему коаксиально установленные катод и анод цилиндрической формы, разделенные ионоселективной мембраной. При этом анод выполнен из стеклоуглерода марки СУ-2000, катод изготовлен из никеля, причем внутри катода установлен технологический узел Ni сетка + углеграфитовый волокнистый материал - катализатор/сорбент, катод соединен с днищем и крышкой, образуя корпус электролизера, на дне катодного пространства устанавливают металлокерамические распиливающие элементы. Технической задачей данного изобретения является создание универсальной установки-электролизера, позволяющей снизить энергоемкость, материалоемкость и эксплуатационные расходы, а также с высокой эффективностью не только очищать сточные воды с широким спектром загрязнений, но и получать несколько неорганических перекисных соединений. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

Изобретение относится к электролизеру, содержащему корпус, в котором установлены титановый катод, выполненный из нескольких перфорированных пластин, вместе образующих круговой цилиндр с вертикальными проемами между смежными пластинами, нерастворимый анод в виде изогнутых пластин, вместе образующих круговой цилиндр, расположенный коаксиально по отношению к титановому катоду, а также пористая керамическая цилиндрическая диафрагма из корунда или стабилизированного диоксида циркония диаметром 350-500 мм, разделяющая катодное и анодное пространства. Предложенное техническое решение направлено на упрощение конструкции электролизера и процессов изготовления его составляющих, повышение надежности работы при проведении электролиза в экстремальных условиях и увеличение производительности единичного аппарата. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Устройство для получения гидроксида алюминия содержит емкость для электролита. В емкости размещены алюминиевые электроды, закрепленные на токоподводящих элементах, которые соединены с источником питания электрического тока. Над емкостью для электролита размещен вытяжной колпак. В нижней стенке емкости для электролита выполнено выходное отверстие, соединенное с входом приемной емкости. Емкость для электролита и приемная емкость выполнены из органического полимера с возможностью скрепления металлическим корпусом. Изобретение позволяет уменьшить расход исходного алюминия, повысить безопасность процесса окисления алюминия, при этом содержание неокисленого алюминия и его примесей в продукте не превышает 0,01 мас.%. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области углехимии, к технологии извлечения углеводородов из каменного угля и может быть использовано при производстве электродов для электролизного алюминиевого производства. Способ получения угольного пека-связующего для производства анодной массы углеродных электродов включает термическое растворение тонко измельченного каменного угля в органическом растворителе при повышенном давлении, последующую фильтрацию и перегонку пекосодержащего продукта, способ отличается тем, что обеззоленный пекосодержащий продукт получают в процессе фильтрации, перегонку выполняют в режиме фракционной дистилляции или ректификации обеззоленного пекосодержащего продукта, выделяют угольный пек-связующее в виде высококипящей фракции, имеющей температуру начала кипения 350-380°С. Технический результат – использование в составе анодной массы, например в самообжигающихся анодах алюминиевых электролизеров. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к электрохимической модульной ячейке для обработки растворов электролитов, содержащей герметичный корпус, в котором расположены цилиндрические, вертикально установленные, коаксиально расположенные по отношению друг к другу противоэлектроды, отделенные друг от друга посредством коаксиальной им микропористой диафрагмы. Ячейка характеризуется тем, что посредством двух коаксиально расположенных диафрагм отделены друг от друга три электрода, имеющие полярность, при которой средний электрод является противоэлектродом по отношению к наружному и внутреннему электродам, при этом наружный электрод является корпусом ячейки. Использование изобретения позволяет повысить эффективность использования площади цилиндрических поверхностей коаксиально расположенных электродов, что позволяет повысить производительность с единицы объема реактора, повысить надежность и компактность ячейки, упростить возможность объединения электрохимических ячеек в реактор с большей производительностью. 3 ил.

Изобретение относится к способу получения перфтор-3-метоксипропионилфторида, который является исходным продуктом получения перфтор-3-метоксипропилвинилового эфира (мономера М-60МП), обеспечивающего его сополимерам - фторкаучукам повышенную морозостойкость за счет снижения их температуры стеклования. Способ заключается в электрохимическом фторировании метил-3-метокситетрафторпропионата в жидком безводном фториде водорода, при этом в качестве электролитической добавки используют триаллиламин в количестве от 1,0 до 10,0 масс. % от общей массы электролита. Предлагаемый способ позволяет получить целевой продукт с выходом по току 60-65%. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к способу получения высокодисперсной алюмоциркониевой оксидной системы. Способ включает анодное растворение металлического алюминия в растворе хлорида натрия с концентрацией 29±0,5 г/л в коаксиальном электролизере с отличающимися на два и более порядка площадями электродов при анодной плотности тока 20-160 А/м2 в присутствии ионов циркония в количестве, обеспечивающем содержание оксида циркония в образующемся осадке от 5 до 20 мас.%, выдерживание полученного осадка в маточном растворе в течение не менее 48 часов, фильтрацию и сушку осадка. Заявляемый способ позволяет получать высокодисперсные алюмоциркониевые оксидные системы со средним размером частиц 20-50 нм, которые могут применяться для получения керамики особого назначения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр., 1 табл.

Изобретение относится к двум вариантам устройства генерирования водорода, а также способу использования устройства. Устройство по одному из вариантов включает в себя: анод; катод; корпус, имеющий внутреннюю полость и по меньшей мере одно отверстие; цилиндрическую металлическую гильзу, введенную скольжением и размещенную во внутренней полости, металлическая гильза имеет по меньшей мере одно отверстие, выровненное с по меньшей мере одним отверстием корпуса; перфорированную стенку внутри внутренней полости возле ее конца, электрически соединенную с анодом или катодом и отделяющую концевую часть внутренней полости от основной части внутренней полости; и по меньшей мере одну электропроводящую клемму, выступающую наружу из внутренней полости через выровненные отверстия гильзы и корпуса и находящуюся в электрическом контакте с анодом; и воду в корпусе, непрерывно проходящую из основной части внутренней полости через перфорированную стенку в концевую часть внутренней полости. Предлагаемое изобретение позволяет более эффективно производить водород. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к способу получения нитрата церия электрохимическим окислением нитрата церия в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией ионов церия 100-130 гл и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 гл, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 Адм2. Способ характеризуется тем, что процесс электролитического окисления ионов церия проводят в анодной камере трехкамерного электролизера, отделенной от двух катодных камер анионообменной и катионообменной мембранами, причем в анодной камере поддерживают постоянную концентрацию свободной азотной кислоты 8-12 гл, а по окончании очередного цикла электролиза в раствор из катодной камеры, отделенной от анодной камеры катионообменной мембраной, добавляют нитрат церия, концентрированную азотную кислоту и воду и используют в качестве анолита для следующего цикла электролиза. Использование предлагаемого способа позволяет устранить потери ионов церия за счет их переноса из анолита в католит. 2 пр., 2 табл.

Наверх