Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта (ii)



Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта (ii)
Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта (ii)
Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта (ii)
C01P2002/32 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2649443:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) (RU)

Изобретение может быть использовано в электронике, в производстве телекоммуникационного оборудования и электродвигателей. Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта(II) включает приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли кобальта и железа. В качестве солей кобальта и железа берут сульфат кобальта(II) и сульфат железа(III) или нитрат железа(III). В качестве реагента-осадителя используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме. Смесь осаждают в условиях постоянного перемешивания в течение 1 ч при температуре 60°С. Осадки отделяют от раствора, промывают водой, сушат при температуре 80°С и обжигают при температуре 950°С в течение 1 ч. Изобретение позволяет исключить применение агрессивных сред и высоких давлений, а также дополнительных стадий очистки и отмывки прекурсора при получении чистого однофазного порошка феррита кобальта(II). 4 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к способу получения субмикронных порошков феррита кобальта(II) со структурой тетрагональной шпинели, которые могут найти применение в электронике, телекоммуникационном оборудовании и электродвигателях.

Известен способ получения феррита кобальта (II) [A. Rafferty, Т. Prescott, D. Brabazon Sintering behavior of cobalt ferrite ceramic / Journal of Ceramics International. - 2008. - №34. - P. 15-21], в котором используют оксиды СоО и Fe2O3 в качестве исходных веществ. Оксиды предварительно обжигают в горизонтальной трубчатой печи 72 ч при 1000°C в токе сухого воздуха, затем смешивают в планетарной мельнице в среде этилового спирта в течение 60 мин с последующей сушкой и формовкой. Полученные образцы в виде таблеток обжигают в воздушной атмосфере 6 ч при 1300°C.

К недостаткам данного способа можно отнести возможность загрязнения полученного продукта материалом мелющих тел, а также длительную многостадийную обработку веществ при высоких температурах.

Известен способ получения феррита кобальта золь-гель методом [N. Sanpo, J. Wang, С.С. Berndt Sol-Gel synthesized copper-substituted cobalt ferrite nanoparticles for biomedical applications / Journal of Nano Research. - 2013. - V. 25. - P. 110-121], в котором навески нитрата кобальта Co(NO3)2*6H2O и нитрата железа Fe(NO3)2*9H2O, взятые в стехиометрическом соотношении добавляют к 5% раствору лимонной кислоты. Реакция продолжается 3 ч, затем температуру увеличивают до 80°C и сушат гель 10 ч. Полученный порошок перетирают в планетарной мельнице и обжигают при 800°C в течение 4 ч. По данным рентгенофазового анализа, образуется чистая фаза феррита кобальта.

К недостаткам данного способа можно отнести длительность синтеза и возможность загрязнения продукта материалом мельницы.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения феррита кобальта методом осаждения [М. Houshiar, F. Zebhi, Z. Razi, A. Alidoust, Z. Askari Synthesis of cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles using combustion, coprecipitation, and precipitation methods: A comparison study of size, structural and magnetic properties / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2014. - V. 371. - P. 43-48]. В качестве исходных веществ используют хлориды кобальта(II) и железа(III), а в качестве осадителя - гидроксид натрия. К смеси водных растворов хлоридов кобальта и железа, взятых в соотношении 1:1, добавляют 200 мл 12 М раствора гидроксида натрия и перемешивают систему при температуре 100°С в течение 30 мин. Полученный осадок несколько раз промывают деионизированной водой, смешивают с раствором нитрата железа, нагревают до 100°С и перемешивают при этой температуре 30 мин. Продукт несколько раз промывают азотной кислотой и деионизированной водой, затем подвергают диализу в течение двух недель, после чего прокаливают 10 ч при 600°С. По данным рентгенофазового анализа, образуется чистая фаза феррита кобальта.

К недостаткам данного способа можно отнести необходимость длительной промывки и очистки полученного осадка от анионов и катионов осадителя, многостадийность и трудоемкость процесса синтеза, а также необходимость многочасового прокаливания образца.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка анионообменного способа получения субмикронных порошков феррита кобальта(II), который является достаточно простым: не предполагает применения агрессивных сред и высоких давлений, не требует дополнительных стадий очистки и отмывки прекурсора.

Технический результат достигается тем, что в способе получения субмикронных порошков феррита кобальта(II), включающем приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли кобальта и железа, которые осаждают при нагревании в условиях постоянного перемешивания, затем отделяют полученный осадок от раствора, промывают водой, сушат и обжигают, новым является то, что в качестве солей кобальта и железа берут сульфат кобальта(II) и сульфат железа(III) или нитрат железа(III), в качестве реагента-осадителя используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, смесь осаждают в условиях постоянного перемешивания в течение 1 ч при температуре 60°С, а осадки сушат при температуре 80°С и обжигают при температуре 950°С в течение 1 ч.

Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в том, что в заявляемом изобретении в качестве солей кобальта и железа берут сульфат кобальта(II) и сульфат железа(III) или нитрат железа(III), в качестве реагента-осадителя используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, смесь осаждают в условиях постоянного перемешивания в течение 1 ч при температуре 60°С, а осадки сушат при температуре 80°С и обжигают при температуре 950°С в течение 1 ч.

Перечисленные выше признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены, что обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлены рентгеновские спектры образца феррита кобальта, полученного: а - из растворов сульфатных солей кобальта(II) и железа(III) (CoSO4+Fe2(SO4)3), б - из растворов сульфата кобальта(II) и нитрата железа(III) (CoSO4+Fe(NO)3)3). На фиг. 2 приведены микрофотографии образцов феррита кобальта, полученных из растворов сульфатных солей кобальта(II) и железа(III) (а) и растворов сульфата кобальта(II) и нитрата железа(III) (б). На фиг. 3 представлена зависимость намагниченности образца феррита кобальта от величины приложенного магнитного поля для образца, полученного из сульфатных растворов кобальта(II) и железа(III). На фиг. 4 приведен спектр магнитно-кругового дихроизма образца феррита кобальта, полученного из сульфатного раствора кобальта(II) и нитратного раствора железа(III).

Необходимость создания настоящего изобретения обусловлена тем, что при анионообменном синтезе, проводимом из смеси солей различных металлов в присутствии анионита, образуются прекурсоры, обладающие высокой активностью, поэтому формирование сложных оксидов протекает при более низкой температуре, чем при твердофазном способе синтеза, к тому же анионообменное осаждение позволяет получать прекурсоры состава, близкого к стехиометрическому, что способствует образованию однофазного материала. Простота, быстрота и отсутствие затрат на сложное реакционное оборудование делают предложенный метод синтеза удобным и легко воспроизводимым в обычных лабораторных условиях. Кроме того, использование анионообменного способа позволяет получить чистый и однородный продукт с воспроизводимыми физико-химическими свойствами

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Анионит АВ-17-8 (анионит с полистирольной матрицей, содержащий остатки четвертичных аммониевых оснований - N+(СН3)3 (ГОСТ 20301-74)) переводят в ОН-форму, осуществляют контакт анионита с раствором, содержащим ионы сульфата кобальта(II) и сульфата железа(III) или нитрата железа(III). Полученный осадок отделяют, промывают и прокаливают.

Перевод анионита в ОН-форму проводят, заливая исходный АВ-17-8 в хлоридной форме 1М раствором NaOH (т:ж = 1:3), затем 2 М раствором NaOH 3 раза, выдерживая каждую порцию в течение 1 ч. После чего анионит промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на хлорид-ион, высушивают при температуре около 60°С, а перед использованием навеску анионита заливают на 5 мин дистиллированной водой для набухания.

Массу анионита, необходимую для синтеза, рассчитывают по формуле:

где CCo2+, CFe3+- концентрация исходных растворов меди(II) и железа(III);

VCo2+, VFe3+ - объем исходных растворов меди(II) и железа(III);

СОЕ - статическая обменная емкость, ммоль-экв⋅г-1;

n1=3 (n2 = 4,5) - молярное отношение функциональных групп ионита и ионов Со2+(Fe3+).

Смесь в течение 1 ч перемешивают на шейкере со скоростью 120 мин-1 при температуре 60°С, после чего анионит отделяют, пропуская смесь через сито с диаметром отверстий 0,16 мм. Для отделения осадка проводят фильтрование под вакуумом. Полученные осадки высушивают при температуре 80°С в сушильном шкафу и прокаливают при температуре 950°С в течение 1 ч.

На фиг. 1 представлены рентгеновские спектры продуктов осаждения, обожженных при температуре 950°С. В обоих случаях пики на рентгенограммах <4,86>, <2,97>, <2,53>, <2,42>, <2,097>, <1,71>, <1,61>, <1,48>, <1,42>, <1,33>, <1,28>, <1,26> характерны для феррита кобальта. Максимумов, характерных для других соединений, не наблюдается, что доказывает получение однофазных материалов.

Микрофотографии образцов феррита кобальта (фиг. 2) свидетельствуют, что частицы полученного материала однородны по морфологии и размерам, имеют октаэдрическую форму и субмикронный размер.

Пример 1

Получение порошка феррита кобальта из сульфатных растворов кобальта(II) и железа(III) при температуре обжига 950°С.

Навеску анионита АВ-17-8 массой 37 г приводят в контакт с раствором смеси солей кобальта(II) и железа(III) в соотношении 0,7 (16,7 мл 0,35 М CoSO4 и 33,3 мл 0,25 M Fe2(SO4)3). Систему перемешивают на шейкере со скоростью 120 мин при температуре 60°С в течение 1 ч, после чего анионит отделяют от осадка и раствора, пропуская смесь через сито с диаметром отверстий 0,16 мм. Для отделения продукта-прекурсора от раствора проводят фильтрование под вакуумом. Полученный осадок (прекурсор) высушивают при температуре 80°С в сушильном шкафу.

Согласно данным элементного анализа, прекурсор не содержит примесей сульфат-ионов. По данным атомно-абсорбционного анализа, молярное отношение Co2+/Fe3+составляет 0,5, что точно соответствует стехиометрии конечного продукта. Прекурсор обжигают при температуре 950°С в течение 1 ч. Выход продукта составляет 98%. По данным РФА (фиг. 1а), осадок представляет собой монофазу феррита кобальта(II).

По результатам сканирующей электронной микроскопии (фиг. 2а), частицы продукта имеют октаэдрическую форму и субмикронный размер (100-200 нм).

На фиг. 3 представлена зависимость намагниченности образца от величины приложенного магнитного поля, измеренная при Т = 4,2 К. Полученные данные говорят о том, что данный образец обладает магнитными параметрами, соответствующими объемному образцу CoFe2O4.

Пример 2

Получение порошка феррита кобальта из растворов сульфата кобальта(II) и нитрата железа(III) при температуре обжига 950°С.

Навеску анионита АВ-17-8 массой 37 г приводят в контакт с раствором смеси солей кобальта(II) и железа(III) в соотношении 0,7 (16,7 мл 0,35 М CoSO4 и 33,3 мл 0,25 М Fe(NO3)3). Систему перемешивают на шейкере со скоростью 120 мин-1 при температуре 60°С в течение 1 ч. После чего анионит отделяют от осадка и раствора, пропуская смесь через сито с диаметром отверстий 0,16 мм. Для отделения продукта-прекурсора от раствора проводят фильтрование под вакуумом. Полученный осадок (прекурсор) высушивают при температуре 80°С в сушильном шкафу.

По данным элементного анализа, прекурсор содержит следовые количества нитрат-ионов, которые полностью разлагаются при дальнейшем прокаливании. Согласно данным атомно-абсорбционного анализа, отношение Co2+/Fe3+в осадке составляет 0,48, т.е. близко к стехиометрическому (0,5).

Выход продукта составляет 95%. Прекурсор обжигают при температуре 950°С в течение 1 ч.

По данным РФА (фиг. 1б), осадок представляет собой монофазу феррита кобальта(II). По результатам сканирующей электронной микроскопии (фиг. 2б), частицы продукта имеют субмикронный размер 9100-200 нм.

На фиг. 4 представлен спектр магнитно-кругового дихроизма образца. Наблюдаемые спектральные особенности и характер кривой согласуются с литературными данными для феррита кобальта. Полученные результаты подтверждают наличие в продукте ферримагнитно-упорядоченной фазы.

Преимущества заявляемого способа заключаются в том, что он достаточно прост, не предполагает применения агрессивных сред и давлений. Данное техническое решение позволяет осуществлять процесс в стационарных условиях и получать продукты близкого к стехиометрии состава, однородные как по составу, так и по размеру частиц, которые, к тому же, не содержат примесей катионов осадителя и анионов исходной соли и, следовательно, не требуется проведение многократных операций промывки и очистки осадка.

Также этот способ исключает использование дорогостоящего оборудования, является нетрудоемким и относительно экспрессным.

Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта(II), включающий приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли кобальта и железа, которые осаждают при нагревании в условиях постоянного перемешивания, затем отделяют полученный осадок от раствора, промывают водой, сушат и обжигают, отличающийся тем, что в качестве солей кобальта и железа берут сульфат кобальта(II) и сульфат железа(III) или нитрат железа(III), в качестве реагента-осадителя используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, смесь осаждают в условиях постоянного перемешивания в течение 1 ч при температуре 60°С, а осадки сушат при температуре 80°С и обжигают при температуре 950°С в течение 1 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области синтеза мелкокристаллического алюмината магния, используемого в качестве сырья для изготовления монокристаллов и светопропускающей алюмомагниевой керамики.
Изобретение относится к выращиванию высококачественных высокотемпературных монокристаллов оксидов, в том числе профилированных, например, таких как лейкосапфир алюмоиттриевый гранат, рутил, и может быть использовано в лазерной технике, ювелирной и оптических отраслях промышленности.

Изобретение относится к технологии получения нанопорошков феррита кобальта в микромасштабном реакторе. Способ заключается в подаче исходных компонентов - смеси растворов солей кобальта и железа в соотношении компонентов, отвечающих стехиометрии CoFe2O4, и раствора щелочи в соотношении с растворами солей, обеспечивающем кислотность среды в диапазоне от 7 до 8, отвечающей условиям соосаждения компонентов, при этом растворы исходных компонентов подают в виде тонких струй диаметром от 50 до 1000 мкм со скоростью от 1,5 до 20 м/с, сталкивающихся в вертикальной плоскости под углом от 30° до 160°, при температуре в диапазоне от 20°С до 30°С, и давлении, близком к атмосферному, причем соотношение расходов исходных компонентов задают таким образом, что при столкновении струй образуется жидкостная пелена, в которой происходит смешивание и контакт растворов исходных компонентов.

Изобретение относится к материалам для ювелирной промышленности, а именно к искусственным материалам для изготовления имитаций природных драгоценных и полудрагоценных камней и технологии их синтеза.

Изобретение относится к технологии производства изделий, имеющих шпинельную кристаллическую структуру, таких как пластины, подложки и активные устройства, в которые они входят.

Изобретение относится к производству изделий, имеющих шпинельную структуру, таких как були, пластины, подложки и т.д. .

Изобретение относится к производству изделий, имеющих шпинельную кристаллическую структуру, в том числе таких изделий как були, пластины и подложки, а также к созданию активных устройств, в которые они входят.

Изобретение относится к технологии тонкопленочных материалов и может быть использовано для получения сверхпроводящих, каталитических материалов, в магнитооптике, лазерной технике, интегральной оптике, СВЧ-технике.
Изобретение относится к области получения монокристаллов активированного титаном хризоберилла (BeAl2O4:Ti3+), используемых для изготовления лазерных элементов, вставок ювелирных изделий.

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной промышленности. Способ получения красных железоокисных пигментов включает получение раствора нитрата железа (II) и первого содержащего оксид азота потока путем реакции железа с азотной кислотой.

Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, чернил, красок, пластмасс. Способ получения продукта осажденного карбоната кальция включает в себя получение водной суспензии осажденных затравок карбоната кальция путем карбонизации суспензии Са(ОН)2 в присутствии 0,005-0,030 моль Sr в форме Sr(OH)2 на моль Са(ОН)2.

Изобретение может быть использовано в производстве шин, напольных покрытий, изоляционных материалов. Предложен осажденный диоксид кремния, у которого удельная поверхность по методу BET составляет от 45 до 550 м2/г, при этом суммарное содержание поликарбоновой кислоты и соответствующего карбоксилата, выраженное как суммарное содержание углерода, составляет по меньшей мере 0,15 мас.%.

Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, продуктов питания, сельскохозяйственных изделий, красок, лаков. Крошка включает в свой состав по меньшей мере один содержащий карбонат кальция материал и характеризуется содержанием сухого вещества в интервале 78,0-90,0 мас.% в расчете на общую массу.

Изобретение относится к технологии получения новых магнитных материалов - оксиборатов Cu2Mn3+1-xGaxBO5 (0≤x<1), включающих ионы переходных металлов, которые могут найти применение в химической промышленности, развитии магнитных информационных технологий, создании магнитных датчиков.

Изобретение может быть использовано при производстве катализаторов, присадок к дизельному топливу, люминофоров, а также в оптическом стекловарении. Для осуществления способа проводят обработку высокочистого диоксида церия при 70-80оС концентрированной азотной кислотой, содержащей 1,5-5 мас.% плавиковой кислоты от стехиометрического, последующее добавление перекиси водорода в 1,5-5-кратном избытке от стехиометрического количества, нагрев реакционной массы до 90-100°С при перемешивании, охлаждение и фильтрацию полученного раствора.

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлооксидных солнечных элементов, сенсоров, систем запасания энергии, катализаторов. Для получения мезопористой наноструктурированной пленки металлооксида методом электростатического напыления напыляемый материал помещают в контейнер с выпускным отверстием.

Изобретение может быть использовано в производстве строительных материалов на известковой или цементной основе, асфальта. Способ восстановления шестивалентного хрома в оксидных твердых материалах включает смешивание оксидного твердого материала, содержащего Cr(VI), с углеродсодержащим соединением.

Изобретение может быть использовано при изготовлении изделий из резины. Способ получения обработанного наполнителя включает обработку суспензии, содержащей необработанный наполнитель, который не является предварительно высушенным, с помощью композиции, содержащей агент для обработки.

Изобретение может быть использовано в производстве изделий на основе полимерных композиций, таких как шины. Осажденный диоксид кремния имеет удельную поверхность БЭТ от 45 до 550 м2/г.
Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Способ получения катодного материала для литий-ионных аккумуляторов включает сжигание исходного реакционного раствора, содержащего смесь нитратов соответствующих металлов и, по крайней мере, один гелирующий агент, в качестве которого используют глицин в количестве 200-400 г на 1000 г безводных нитратов, с последующей сушкой, пропиткой полученного сложного оксида d-металлов соединениями лития и отжигом, в исходный реакционный раствор вводят лимонную кислоту в количестве 650-1000 г на 1000 г безводных нитратов, а также в качестве гелирующего агента кроме глицина используют мочевину в количестве 200-350 г на 1000 г безводных нитратов.

Изобретение может быть использовано в электронике, в производстве телекоммуникационного оборудования и электродвигателей. Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта включает приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли кобальта и железа. В качестве солей кобальта и железа берут сульфат кобальта и сульфат железа или нитрат железа. В качестве реагента-осадителя используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме. Смесь осаждают в условиях постоянного перемешивания в течение 1 ч при температуре 60°С. Осадки отделяют от раствора, промывают водой, сушат при температуре 80°С и обжигают при температуре 950°С в течение 1 ч. Изобретение позволяет исключить применение агрессивных сред и высоких давлений, а также дополнительных стадий очистки и отмывки прекурсора при получении чистого однофазного порошка феррита кобальта. 4 ил., 2 пр.

Наверх