Спосіб отримання іонообмінного матеріалу на основі k2zr(po4)2

Винахід відноситься до області хімічної технології та стосується отримання іонообмінного матеріалу на базі ортофосфату калію-цирконію - K2Zr(PO4)2, що може використовуватись як матеріал для іонообмінних пристроїв. Найбільш близький за технічною суттю до винаходу є спосіб отримання ортофосфату калію-цирконію K2Zr(PO4)2 використовуючи методику титрування гетерофосфатної кислоти (F. Moniеr, L. Winand Contribution a I'etude sfructurate du phosphate de zirconium), Bulletin de la Societe de Chimique de France, numero spesual, 1968, 1829-1832, який передбачає змішування цирконієвмісного, фосфорвмісного та калієвмісного компонентів, що включає титрування ортофосфато-цирконієвої кислоти (H2Zr(PO4)2) водним розчином лугу (КОН) та нагрівання отриманої калійної солі до утворення іонообмінного матеріалу на основі K2Zr(PO4)2. Основними недоліками наведеного способу отримання іонообмінного матеріалу на основі K2Zr(PO4)2 є висока собівартість вихідного цирконієвмісного компоненту - ортофосфат-цирконієвої кислоти (H2Zr(PO4)2) та багатостадійність процесу. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення такого способу отримання іонообмінного матеріалу на основі K2Zr(PO4)2, при якому за рахунок додавання оксиду ванадію (V2O5) в пропонованій кількості і внаслідок цього - проведення кристалізації з розплаву саме фосфатно-ванадатної системи K2O-ZrO2-V2O5-P2O5 вдається значно знизити собівартість процесу, а також отримати якісний іонообмінний матеріал без включень при поліпшенні технологічності з підвищенням продуктивності процесу, а за рахунок реалізації пропонованих режимів процесу додатково підвищити якість отриманого іонообмінного матеріалу на базі K2Zr(PO4)2. Означене завдання вирішується тим, що у способі отримання іонообмінного матеріалу на основі K2Zr(PO4)2, який передбачає змішування цирконієвмісного, фосфорвмісного та калієвмісного компонентів, нагрівання отриманої суміші до температури утворення іонообмінного матеріалу на основі K2Zr(PO4)2, згідно винаходу при змішуванні додають оксид ванадію (V2O5) в кількості 20-23% мас, як цирконієвмісний компонент використовують діоксид цирконію (ZrO2) (3-4% мас), як фосфор - та калієвмісний компоненти використовують лужно-фосфатне скло на базі метафосфату калію (КРО3) (30-40% мас) і дифосфату калію (K4P2O7) (35-45% мас), нагрівання отриманої суміші здійснюють до 950-1100°С, а оптимальним режимом є витримка отриманого розплаву протягом 4-6 годин та охолодження зі швидкістю 10-100град/год. до температури 750-700°С. У запропонованому способі завдяки використанню низькотопкого фосфатно-ванадатного розплаву, як середовища для синтезу іонообмінного матеріалу на базі ортофосфату калію-цирконію - K2Zr(PO4)2 стає можливим отримання якісних однофазних полікристалічних зразків за відносно невеликі проміжки часу, при цьому за рахунок використання вихідних компонентів незначної вартості значно знижується собівартість одержаного матеріалу. Використання кристалізації з фосфатно-ванадатного розплаву, дозволяє отримувати якісний іонообмінний матеріал на базі ортофосфату калію-цирконію K2Zr(PO4)2, з виходом 33-38%. Приклад Суміш що містить: оксид ванадію (V2O5) (2,56 ), діоксид цирконію (ZrO2) (0,35г) лужно-фосфатне скло на базі метафосфату калію (КРО3) (3,66г) та дифосфату калію (К4P2О7) (4,2г) нагрівають в порцеляновому тиглі до 1000°С. Отриманий розплав витримують впродовж 5год, та охолоджують зі швидкістю 60град/год до температури 730°С. Отриманий продукт - ортофосфат калію-цирконію K2Zr(PO4)2 відмивають від залишків реагентів гарячою водою. Загальний вихід іонообмінного матеріалу у вигляді полікристалів ортофосфату калію-цирконію K2Zr(PO4)2 по відношенню до кристалоутворюючого компонента (ZrO2) складає 35%. Як видно з наведених даних при запропонованих режимах відбувається отримання якісного іонобміного матеріалу - ортофосфату калію-цирконію K2Zr(PO4)2 за незначні проміжки часу без використання високовартих вихідних компонентів. Використання низьких температур (1100°С) сприяє випаровуванню оксиду ванадію (V2O5), що значно знижую вихід іонообмінного матеріалу. Кількість вихідних компонентів підібрано експериментально та дозволяє отримувати саме ортофосфат калію-цирконію K2Zr(PO4)2 при запропонованих температурах та часу витримки. Швидкість охолодження вибрано з метою оптимізації технологічної схеми та зниження собівартості кінцевого продукту.