Кристалічний фосфат стронцію sr4(р2о7)(нро4)2 та спосіб його одержання

Винахід відноситься до нових фосфатів двовалентних металів та технології реактивних сполук фосфорної кислоти, а саме до способів одержання фосфатів стронцію, які являються перспективними каталізаторами, люмінофорами, використовуються для одержання спеціального оптичного скла -табл. 1 [Констант З.А., Дин дуне А.П. Фосфаты двухвалентных металлов. - Рига: Зинатне, 1987.-371 с]. Вказаний фосфат стронцію, його властивості та спосіб одержання в літературі не описані. Відомі декілька способів одержання різноаніонних фосфатів двовалентних металів. Наприклад, сполуку Sr6(PO 4)(HPO4) 3 одержують кристалізацією з розчинів КН 2РО4 та Sr(NO3)2 або в системі Sr(OH)2 - Н3РО4 при 20°С [Collin R.L. Precipitate formation in the strontium-phosphate system.-Science, 1966, vol. 151, № 3716, p. 1386-1388]. Найбільш близький за хімічною суттю та досягненим наслідкам є спосіб одержання фосфату кадмію Cd5(PO4)2P 2O7 , який кристалізується при 350°С шляхом термічної взаємодії CdO та NН4Н2РО4 в сумішах, що містять більш 70 мол.% CdO (P/Cd = 0,2 -0,85). Однак таким способом не можна отримувати сполуки, що містять одночасно залишки кислих монофосфатів та середніх пірофосфатів [Констант З.А., Диндуне А.П. Фосфаты двухвалентных металлов. - Рига: Зинатне, 1987.-371 с]. В основу винаходу покладене завдання одержаного індивідуального фосфату стронцію Sr4(P2O7)(HPO4)2 при забезпеченні високого виходу цільового продукту і підвищенні ефективності способу. Технічний результат, що випливає з поставленого завдання, досягається тим, що цільовий продукт складу Sr4(P2O 7)(HPO4) 2 одержують наступним способом: 1. В якості вихідного реагенту використовують кристалічний двозаміщений фосфат стронцію, наприклад, SrHPO4 · 0,1 Н2О. 2. Синтез цільового продукту здійснюють частковим термічним розкладанням SrHPO4 · 0,1 Н2О в квазірівноважних умовах при температурі ~200 - 395°С та парціальному тиску парів Н 2О над зневоднюваною речовиною ~0,2 атм. Відмітною ознакою даного способу є склад цільового продукту. Суттєвою відмітною ознакою квазірівноважний режим дегідратації вихідної сполуки, який полягає у створенні певного парціального тиску парів води в процесі зневоднення SrHPO4 × 0,1 Н2О. В табл. 1 наведені результати, які свідчать, що продукт складу Sr 4(P2 O7)(HPO 4)2 можна одержати лише при зневодненні SrHPO4 ×0,1 Н2О. Температурний режим зневоднення SrHPO4 · 0,1 Н2О, що забезпечує одержання цільового продукта, визначений на основі даних термічного аналізу речовини при його динамічному та квазі-ізотермічному нагріванні. Співставленням кривих ДТА і ДТГ при динамічному режимі нагріву встановлено, що процес дегідратації SrHPO4 ·0,1Η2Ο супроводжується погано вираженим ендотермічним ефектом в інтервалі 100-300°С та двома добре вираженими ендоефектами з мінімумами при 415 та 520°С, При цьому на першій стадії дегідратації від 100 до 320°С моль речовини втрачає приблизно 0,1 моль води, після чого в інтервалі 330 - 475°С - ще ~0,25 моль Н2О. Суть методу зневоднення в квазірівноважних умовах нагріву полягає в тому, що досліджувану речовину спочатку нагрівають при лінійному збільшенні температури (3 град./хв.), але лише до початку втрати її маси. Після цього процес дегідратації продовжують при температурі близької до постійної. Причому температура та її відхилення залежать від швидкості розкладу речовини та в кінцевому випадку від парціального тиску парів Н 2О, який створюється в тиглі над зневоднюваною речовиною. При проведенні процеса дегідратації SrHPO4 · 0,1 Н2О в квазіізотермічному режимі нагрівання з парціальним тиском парів води в реакторі на рівні 0,7 - 0,8 атм (крива 3) друга та третя стадії втрати маси практично нероздільні в інтервалі 195- 355°С. Якщо ж цей процес вести при більш низькому тиску парів води (~0,2 атм), то стає можливим розділення другої та третьої стадій дегідратації гідрофосфата стронцію (крива 2). При подальшому збільшенні температури і в динамічному, і в квазіізотермічному режимі нагріву моль речовини втрачає останні 0,25 моль води - при цьому утворюється Sr2P2 O7. Дані хроматографчного та рентгенофазового аналізу продуктів розкладу SrHPO4 · 0,1 Н2О наведені в табл.2. Як можна бачити при квазіізотермічному режимі нагреву температура одержання Sr4(P2O 7)(HPO4)2 на 60-100°С нижче, ніж при динамічному нагріві. Тобто з економічної точки зору одержання цільового продукту слід проводити в квазірівноважних умовах. При цьому інтерал температур утворення Sr4(P2O7)(HPO4) 2 можна значно розширити (в 10 разів) при зменшенні парціального тиску парів води до ~0,2 атм. Це дає змогу більш точно регулювати температурний режим процесу і таким чином забезпечувати одержання індивідуального продукту. Реалізація способу одержання Sr4(P2O7)(HPO4)2 наведена нижче в прикладі винаходу. Приклад. В тигель з кришкою, з якого газоподібні продукти розкладу (наприклад, пари Н2О) видаляються при надлишковому тиску ~0,2 атм., поміщають 1000 мас. часток порошкоподібного SrHPO4 · 0,1Н2О та повільно нагрівають (3 град./хвил.) до 395°С. Потім при постійній температурі процес ведуть до зменьшення початкової маси речовини в тиглі на 35 мас. часток, після чого охолоджують тигель на повітрі до кімнатної температури. Одержана речовина має послідуючий склад: SrO - 57,96%; Р2О 5 (заг.) - 39,55%; Н2О-2,49%; S-100%. За даними хроматографії продукт містить; Р2О5 (моно-)-50%; Р2О5(ди-)-50%. За даними рентгенофазового аналізу продукт містить одну фаз у, тобто є індивідуальним. ІК спектроскопічно виявлена наявність в ньому аніонних груп НРО4 2- та Р 2О 7 4-. Таким чином, склад цільового продукту: Sr4(P 2O 7)(HPO4) 2. До переваг способу одержання Sr4(P2O7)(HPO 4)2 відносяться: 1) можливість одержати індивідуальну речовину складу Sr4(P 2O7)(HPO 4)2 із виходом 100%; 2) спосіб економічно привабливий тим, що одержання Sr4(P2O7)(HPO4) 2 екологічно безпечно, тому що відходами в процесі синтезу являється лише вода.