Способ получения магнитоактивного соединения



Способ получения магнитоактивного соединения

 


Владельцы патента RU 2634026:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) (RU)

Изобретение может быть использовано при создании магнитоактивных катализаторов. Способ получения раствора магнитоактивного соединения включает конденсацию из раствора сульфата железа (II), содержащего лигносульфонаты, и раствора окислителя при их смешении. В качестве окислителя используют водно-аммиачный раствор нитрата серебра с добавкой тетраэтиламмоний гидроксида. Изобретение позволяет упростить синтез магнитоактивного соединения и получать его в виде устойчивого водного раствора. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 21 пр.

 

Изобретение касается способов синтеза магнитоактивных соединений. Наноразмерные благородные металлы - серебро, золото, палладий - обладают уникальными свойствами и возможностями использования в катализе, микроэлектронике, хранении данных, доставке лекарственных средств, при создании биодатчиков. Наиболее популярным способом получения металлических наночастиц является восстановление металлов из соответствующих солей в водных растворах или растворах органических растворителей в присутствии блокирующих агрегирование стабилизаторов. В качестве восстановителей обычно используют водород, литийалюминийгидриды и боргидриды металлов, спирты и амины. Наноразмерные катализаторы трудно отделить от реакционной среды, так как фильтрование и центрифугирование не подходят для этих целей. Решение этой проблемы заключается в использовании магнитоактивных катализаторов, которые могут быть легко извлечены из реакционной среды с помощью магнитного поля. Синтез материалов состава Ag-Fe3O4 обычно многостадиен и продолжителен во времени.

Известен способ получения наночастиц магнитоактивного соединения состава Ag/Fe3O4 путем смешения олеиновой кислоты, олеиламина в 1,2-гексадекандиоле, нагревания раствора до 120°С в атмосфере азота. При перемешивании добавляют раствор пентакарбонила железа Fe(CO)5. Через 5 мин добавляют деаэрированный раствор нитрата серебра и олеиламина в толуоле. Раствор нагревают до 205°С до кипения за 90 мин. Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры. После добавления изопропилового спирта осадок центрифугируют [Нао D., Cheng-Min S., Chao Н., Zhi-Chuan X., Chen L., Yuan Т., Xue-Zhao S., Hong-Jun G. Synthesis and properties of Au-Fe3O4 and Ag-Fe3O4 heterodimeric nanoparticles // Chin. Phys. B. - 2010. - Vol. 19, N 6. - P. 066102]. Недостатком этого способа является многостадийность.

Известен способ получения Fe3O4/Ag композита путем добавления к раствору сульфата железа(II) FeSO4 при перемешивании раствора аммиака, последующего нагревания до 70-80°С за 6 мин с помощью микроволнового излучения. После охлаждения с помощью магнитного поля отделяют частицы магнетита. Продукт затем трижды промывают водой и сушат в вакууме. Затем магнетит добавляют к раствору нитрата серебра, полученную смесь нагревают до кипения, добавляют раствор винной кислоты и кипятят 5 мин. Затем наночастицы отделяют с помощью внешнего магнитного поля [Liu С.Н., Zhou Z.D., Yu X., Lv B.Q., Mao J.F., Xiao D. Preparation and characterization of Fe3O4/Ag composite magnetic nanoparticles // Inorganic Materials. - 2008. - Vol .44, N 3. - P. 291-295]. Недостатком является многостадийность способа.

Известен способ получения магнитного нанокомпозита, согласно которому к 1 л раствора 0,05 моль сульфата железа(II) FeSO4 и 0,1 моль гексагидрата хлорида железа(III) FeCl3⋅6H2O при интенсивном перемешивании добавляют 25% водный раствор аммиака до рН 10-12. Для нанесения серебряного покрытия через 10-15 мин реакционную смесь нагревают до 40°С, последовательно добавляют 0,1% раствор нитрата серебра AgNO3 и 10% раствор глюкозы и постепенно повышают температуру до 60-70°С, при которой смесь выдерживают 40 мин. Раствор выдерживают в постоянном магнитном поле 24 ч. Осадок промывают водой до рН 9-10, фильтруют и высушивают при комнатной температуре. [Пат. 95222 . МПК (2014.01) C01G 5/00, C01G 49/00. Cпociб одержання магнiтного нанокомпозиту Ag@Fe3O4 з острiвковим покриттям / Чан Т.М., Левiтiн ., Криськiв О.С. // Бюл. - 2014. - №23. - 5 с]. Недостатками являются многостадийность и большая продолжительность способа.

Известен способ получения композита, состоящего из магнетита и серебра, согласно которому 1,6 г гексагидрата хлорида железа(III) FeCl3⋅6H2O и 0,34 г нитрата серебра AgNO3 добавляют к 60 мл этиленгликоля при комнатной температуре, затем при энергичном перемешивании добавляют 3,2 г ацетата натрия и 14 мл этилендиамина для получения прозрачного раствора. После перемешивания в течение приблизительно 30 мин, раствор переносят в автоклав и выдерживают при 200°С в течение 6 ч с последующим охлаждением до температуры окружающей среды естественным образом. Черный осадок центрифугируют, промывают этанолом несколько раз и сушат при 60°С в вакууме [Ai L., Zeng С, Wang Q. One-step solvothermal synthesis of Ag-Fe3O4 composite as a magnetically recyclable catalyst for reduction of Rhodamine В // Catalysis Communications. - 2011. - Vol. 14, N 1. - P. 68-73]. Недостатками являются необходимость проведения реакции при повышенных температурах в автоклаве, большая продолжительность и многостадийность.

Наиболее близким является способ получения магнитоактивного соединения, в соответствии с которым магнитоактивное соединение получают путем окисления соли железа(II) раствором нитрата серебра в водно-аммиачном растворе. При смешении растворов сразу же выделяется черный осадок магнитоактивного соединения (прототип). [Патент 2572418 РФ. МПК C01G 49/08 (2006.01), H01F 1/00 (2006.01). Опубл. 10.01.2016. Бюл. №1]. Недостатком данного способа является невозможность получать магнитоактивное соединение в виде раствора.

Задачей изобретения является синтез раствора магнитоактивного соединения.

Это достигается путем проведения конденсации из растворов сульфата железа(II) и окислителя при их смешении, причем в качестве окислителя использован водно-аммиачный раствор нитрата серебра с добавкой тетраэтиламмоний гидроксида (ТЭАГ), а раствор сульфата железа(II) содержит лигносульфонаты (ЛСТ).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. К раствору сульфата железа(II) и лигносульфонатов добавляют расчетный объем аммиачного раствора нитрата серебра с добавкой тетраэтиламмоний гидроксида. Сразу же образуется продукт, обладающий магнитной активностью.

Пример 1. Раствор сульфата железа(II) готовят следующим образом. К 10 мл раствора лигносульфонатов концентрацией 740 мг/л добавляют 2 мл раствора сульфата железа(II) (концентрацией 0,1 М). Соотношение лигносульфонатов и железа составляет 0,7 г ЛСТ/г Fe. Раствор окислителя готовят, смешивая 0,3 мл 0,2 М раствора нитрата серебра AgNO3, 1 мл концентрированного раствора аммиака NH4OH и 1 мл раствора тетраэтиламмоний гидроксида, концентрацией 35%. Соотношение окислителя и тетраэтиламмоний гидроксида к железу составляет 0,58 и 31,5 г/г Fe соответственно.

К раствору сульфата железа(II) при перемешивании добавляют раствор окислителя. При смешении образуется окрашенный в черный цвет раствор, обладающий магнитной активностью. Относительная магнитная восприимчивость (ОМВ), измеренная с помощью весов Гуи, через 6 мин после смешения составила 7,2 г/г Fe.

Пример 2. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 30 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 12,0 г/г Fe.

Пример 3. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 55 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 15,5 г/г Fe.

Пример 4. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 180 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 20,1 г/г Fe.

Пример 5. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что объем раствора лигносульфонатов составил 2,5 мл, а концентрация 2980 мг/л. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 9 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 8,9 г/г Fe.

Пример 6. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 5, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 60 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 13,0 г/г Fe.

Пример 7. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 5, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 180 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 16,2 г/г Fe.

Пример 8. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 5, отличающийся тем, что объем раствора лигносульфонатов составил 1,25 мл, а концентрация 5950 мг/л. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 120 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 12,3 г/г Fe.

Пример 9. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что синтез проведен без использования тетраэтиламмоний гидроксида. Продукт реакции представляет собой компактный осадок магнитоактивного соединения. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 45 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 23,3 г/г Fe.

Пример 10. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что расход тетраэтиламмоний гидроксида составил 0,1 мл. Соотношение тетраэтиламмоний гидроксида к железу составляет 3,15 г/г железа. Продукт реакции представляет собой компактный осадок магнитоактивного соединения. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 10 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 7,3 г/г Fe.

Пример 11. Способ получения магнитоактивного соединения в условиях примера 10, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 30 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 17,4 г/г Fe. Продукт реакции представляет собой компактный осадок магнитоактивного соединения.

Пример 12. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что расход тетраэтиламмоний гидроксида составил 0,2 мл. Соотношение тетраэтиламмоний гидроксида к железу составляет 6,3 г/г железа. Продукт реакции представляет собой компактный осадок магнитоактивного соединения. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 2 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 1,0 г/г Fe.

Пример 13. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что расход тетраэтиламмоний гидроксида составил 0,4 мл. Соотношение тетраэтиламмоний гидроксида к железу составляет 12,6 г/г железа. Продукт реакции представляет собой раствор магнитоактивного соединения. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 2 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 2,3 г/г Fe.

Пример 14. Способ получения магнитоактивного соединения в условиях примера 13, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 30 мин после смешения. Продукт реакции представляет собой раствор магнитоактивного соединения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 7,6 г/г Fe.

Пример 15. Способ получения магнитоактивного соединения в условиях примера 13, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 65 мин после смешения. Продукт реакции представляет собой раствор магнитоактивного соединения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 8,3 г/г Fe.

Пример 16. Способ получения магнитоактивного соединения в условиях примера 15, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 200 мин после смешения. Продукт реакции представляет собой раствор магнитоактивного соединения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 9,4 г/г Fe.

Пример 17. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что конденсация проведена без использования нитрата серебра. Продукт реакции представляет собой компактный осадок. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 72 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 0,2 г/г Fe.

Пример 18. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что раствор окислителя готовят, смешивая 0,2 мл 0,2 М раствора нитрата серебра AgNO3, 1 мл концентрированного раствора аммиака NH4OH и 0,4 мл раствора тетраэтиламмоний гидроксида, концентрацией 35%. Соотношение окислителя и тетраэтиламмоний гидроксида к железу составляет 0,39 и 12,6 г/г железа соответственно. Продукт реакции представляет собой раствор магнитоактивного соединения. Измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 20 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 6,1 г/г Fe.

Пример 19. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 18, отличающийся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводили через 72 мин после смешения. Величина относительной магнитной восприимчивости составила 9,2 г/г Fe.

Пример 20. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что к 8 мл раствора лигносульфонатов концентрацией 740 мг/л добавляют 2 мл раствора сульфата железа(II) (концентрацией 0,1 М). Соотношение лигносульфонатов и железа составляет 0,6 г ЛСТ/г Fe. Продукт реакции представляет собой раствор магнитоактивного соединения. Величина относительной магнитной восприимчивости, измеренная через 30 мин после смешения, составила 8,3 г/г Fe.

Пример 21. Способ получения магнитоактивного соединения по примеру 1, отличающийся тем, что к 10 мл раствора лигносульфонатов концентрацией 740 мг/л добавляют 1,6 мл раствора сульфата железа(II) (концентрацией 0,1 М). Соотношение лигносульфонатов и железа составляет 0,75 г ЛСТ/г Fe. Продукт реакции представляет собой раствор магнитоактивного соединения. Величина относительной магнитной восприимчивости, измеренная через 45 мин после смешения, составила 6,3 г/г Fe.

Таким образом, для получения устойчивого раствора магнитоактивного соединения, раствор железа(II) должен содержать лигносульфонаты в количестве 0,56-0,7 г/г Fe, расход нитрата серебра должен быть в интервале 0,12-0,58 г Ag/г Fe, а добавка тетраэтиламмоний гидроксида должна быть не менее 12,6 г/г Fe.

Полученные результаты, сведенные в таблице, свидетельствуют о том, что использование тетраэтиламмоний гидроксида позволяет упростить синтез магнитоактивного соединения и получать его в виде раствора. Кроме того, отмечено, что раствор магнитоактивного соединения устойчив в течение длительного времени.

1. Способ получения раствора магнитоактивного соединения путем конденсации из раствора сульфата железа (II), содержащего лигносульфонаты, и раствора окислителя при их смешении, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют водно-аммиачный раствор нитрата серебра с добавкой тетраэтиламмоний гидроксида.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор сульфата железа (II) содержит лигносульфонаты в количестве 0,56-0,7 г/г Fe.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход нитрата серебра составляет 0,12-0,58 г Ag/г Fe.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добавка тетраэтиламмоний гидроксида составляет не менее 12,6 г/г Fe.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при создании магниточувствительных диодных структур, магнитных переключателей и сенсоров магнитных полей на основе ферромагнитного композита.
Настоящее изобретение относится к магнитомягкому композитному порошковому материалу на основе железа и может быть использовано для изготовления сердечника индукционной катушки большой мощности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, связанной с изготовлением магнитов из порошковых материалов, в частности из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом и железом, и может быть использовано при производстве металлокерамических и металлопластических постоянных магнитов с высокими величинами остаточной индукции и максимального энергетического произведения для машиностроительной, приборостроительной, электротехнической и других отраслей промышленности.

Изобретение может быть использовано в производстве модифицированных глинистых материалов. Для изготовления высокодисперсных гидрофобных магниточувствительных глинистых материалов готовят суспензию глинистых материалов в воде в реакторе с помощью механического перемешивания.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению полосы из магнитомягкого сплава. Способ изготовления полосы из магнитомягкого сплава толщиной менее 0,6 мм, пригодной для механической резки, включает холодную прокатку полосы, полученной горячей прокаткой полуфабриката, затем полосу подвергают непрерывному отжигу пропусканием через печь непрерывного действия при температуре в пределах от температуры перехода упорядочения/разупорядочения сплава до температуры начала ферритно-аустенитного превращения сплава, причем скорость движения полосы устанавливают таким образом, чтобы время выдержки полосы в печи непрерывного действия при температуре отжига составляло меньше 10 минут.

Изобретение относится к области металлургии, а именно листу из неориентированной электротехнической стали, используемому в качестве сердечника для приводного двигателя электротранспортного средства и гибридного транспортного средства, а также двигателя электрогенератора.

Группа изобретений относится к спеченному магниту Nd-Fe-B, состоящему из редкоземельного элемента R, дополнительного элемента Т, железа Fe, бора В и примесей. Указанный магнит содержит фазу, обогащенную редкоземельными элементами, и основную фазу кристаллической структуры Nd2Fe14B.

Изобретение может быть использовано в производстве элементов микроэлектроники, сенсорной техники. Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением включает марганец и серу и дополнительно содержит гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%: гольмий 2,5-15, марганец 47,5-35, сера 50.

Изобретение относится к области металлургии. Способ производства текстурированного листа из электротехнической стали включает нагревание сляба, содержащего, мас.%: C от 0,0005 до 0,005, Si от 2,0 до 4,5, Mn от 0,005 до 0,3, S и/или Se (в сумме) 0,05 или менее, растворенный Al от 0,010 до 0,04, N 0,005 или менее, остальное - Fe и неизбежные примеси, горячую прокатку сляба с получением горячекатаного листа, при необходимости, отжиг горячекатаного листа в горячей зоне, холодную прокатку горячекатаного листа в один, два или большее число проходов с промежуточным отжигом между ними и с получением холоднокатаного листа конечной толщины, отжиг холоднокатаного листа на первичную рекристаллизацию и отжиг на вторичную рекристаллизацию, при этом индекс ИС старения стального листа перед проведением конечной холодной прокатки устанавливают равным 70 МПа или менее для эффективного роста зерен с ориентацией Госса с обеспечением в результате текстурированного листа из электротехнической стали с хорошими магнитными свойствами, без ограничения содержания C в относительно большом количестве.

Изобретение относится к электротехнике, к силовым трансформаторам и может быть использовано на трансформаторных подстанциях. Технический результат состоит в упрощении регулирования напряжения и мощности.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам электрохимического окисления железа для получения реагента-окислителя феррата (VI) FeO42-.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита бария больше 230 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов, что приводит к значительному снижению температуры обжига.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Мокрое измельчение стехиометрической смеси карбоната бария и оксида железа проводят в кислой среде, содержащей полиакриловую кислоту и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: лимонная кислота 0,2-1,8, изопропиловый спирт 2-8, вода 28-32, стехиометрическая смесь карбоната бария и оксида железа - остальное.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Мокрое измельчение стехиометрической смеси карбоната стронция и оксида железа проводят в кислой среде, содержащей полиакриловую кислоту и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиакриловая кислота 0,2-0,6, изопропиловый спирт 4,0-10,0, карбонат кальция 0,2-1,0, вода 28-45, стехиометрическая смесь карбоната стронция и оксида железа - остальное.
Изобретение относится к химической технологии получения катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. В способе получения литий-железо-фосфата, включающем смешивание в стехиометрических соотношениях соединения железа с водным раствором, содержащим литий- и фосфат-ионы и аскорбиновую кислоту в качестве углеродсодержащего восстановителя, активирование полученной смеси и последующую термическую обработку продукта взаимодействия, в качестве соединения железа используют порошок оксида железа со степенью окисления железа в диапазоне +2,03…+2,2 с размером частиц до 125 мкм, смешивая его с водным раствором дигидрофосфата лития концентрацией 30-57 вес.%, а активирование полученной смеси путем механического перемешивания осуществляют при температуре 15-30°C до образования геля.

Изобретение относится к железооксидно-цирконийоксидному смешанному оксиду, к способу его получения и к катализатору очистки выхлопных газов. Смешанный оксид представляет собой железооксидно-цирконийоксидный смешанный оксид, содержащий железо, цирконий и редкоземельный элемент.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения феррита меди(II) включает добавление к горячему раствору солей железа(II) и меди(II) нитрита натрия.

Изобретение может быть использовано в медицине при изготовлении контрастных веществ для получения изображений методом магнитного резонанса или флуоресценции, средств для доставки лекарств, меток для клеток.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии железа, а именно для концентрирования железа (III) из воды и водных растворов и количественного определения железа (III) в концентрате.
Наверх