Спосіб отримання основного карбонату міді (малахіту)

Реферат: Спосіб отримання малахіту, який включає обробку розчину сульфату міді та NaHCO3 контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою. При цьому процес проводять при 2+ тиску 10-20 кПа на поверхні 0,05-0,3 Μ водного розчину солі Сu з 2-5% надлишком NaHCO3, при силі струму розряду 150-175 мА, напрузі 450-1000В, товщині шару розчину 40-50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 4-7 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння, далі осад відділяють, промивають водою або 1 % розчином пропанолу-2, сушать на поверхні фільтрувального паперу або на поліетиленовій плівці з цупкою поверхнею при кімнатній температурі. UA 104881 U (12) UA 104881 U UA 104881 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів отримання основного карбонату міді (малахіту) з водних розчинів, і може бути використана для виготовлення каталізаторів, косметичних засобів, пігментів та ін. Відомий спосіб отримання полікристалічного малахіту шляхом розчинення вуглекислої міді у водному розчині карбонату амонію, що містить рівні молярні частки амонію і карбонат-іону з наступним випарюванням розчину при нагріванні, в результаті чого виходить пухкий осад полікристалічного малахіту [Чирвинский, П.Н. Избранные труды. Искусственное получение минералов в XIX столетии/ П.Н. Чирвинский //. -М.: Наука, 1995, с.278-279]. Недоліком відомого способу є те, що такі частки штучного малахіту мають гірші характеристики, ніж природний пігмент. Відомій спосіб отримання основного карбонату міді [Карякин, Ю.В. Чистые химические вещества [Текст] /Ю.В.Карякин, И.И.Ангелов // Μ.: Химия, 1974. - 408с., С.238-239] шляхом дії кислим вуглекислим натрієм на солі двовалентної міді. Процес передбачає попереднє приготування суміші сухої солі CuSO4▪5H2O із сухим NaHCO3. Суміш додають малими порціями до киплячої води до зникнення піни, яка містить СО 2. Далі при перемішуванні з киплячого розчину отримають суспензію, яка за своїм складом близька до CuCO3▪Cu(OH)2. Після 2відстоювання осад промивають від SO4 , відсмоктують на лійці Бюхнера та сушать між аркушами фільтрувального паперу, а потім висушують в ексикаторі при кімнатній температурі. Основним недоліком даного способу є те, що осад повинен відстоюватись мінімум 1 годину до перетворення з пухкого голубого осаду на більш щільний зелений осад. Без попереднього кип'ятіння цей процес займає майже 7 діб. Відомий спосіб отримання основного карбонату міді (малахіту) електролізом водного 7 розчину солі з мідними електродами [Патент № 2223224 Россия, МПК C01G3/00, С25В1/00. Способ получения основного карбоната меди/ Иванова Н.Н., Алиев З.М.(Россия). №2002109142/15; заявл. 08.04.2004; опубл. 10.02.2004, бюл. №4]. Процес здійснюється у розчині бікарбонату натрію з концентрацією бікарбонату натрію 0,3М при щільності струму 2 0,035А/см і під тиском 0,5-0,7МПа за рахунок реверсування струму. Процес здійснюється в автоклаві з двома мідними електродами при концентраціях бікарбонату натрію 0,1-0,3 Μ без діафрагми і без коригування вмісту карбонат-іонів. Електролітом є бікарбонат натрію, насичений діоксидом вуглецю під тиском 0,5-0,7 МПа для підтримки постійної концентрації електроліту і для нейтралізації лугу, що утворюється на катоді. На електроди подається зовнішня напруга і через певні проміжки часу проводиться реверсування струму. Електроліз проводиться в автоклаві з двома ізольованими мідними електродами. В автоклав поміщений скляний стакан з 0,3 Μ розчином бікарбонату натрію. Розчин електроліту насичується діоксидом вуглецю під тиском 0,5-0,7 МПа. При замиканні ланцюга встановлюється 2 щільність струму 0,025 А/см і через кожні 15 хвилин проводиться реверсування струму для запобігання повній пасивації анода. Вихід становить 98 %. Недоліком способу є висока щільність малахіту. Для отримання каталізатора або пігменту малахіт потребує подрібнення. Крім того, в ході процесу необхідно додатково насичувати діоксидом вуглецю розчин електроліту при тиску, що перевищує атмосферний, що призводить до зайвих витрат реагентів та отриманню з'єднань, що сприяють забрудненню навколишнього середовища. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається до корисної моделі, яка заявляється, є спосіб отримання малахіту з водного розчину, що вміщує іони міді та бікарбонату натрію, в якому отримання малахіту здійснюють при обробці контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою (КНП) [Сергеева О.В. Получение микро- и наноразмерных соединений меди путем плазмохимической обработки растворов /О.В. Сергеева// Технологический аудит и резервы производства. -2014, №5/3(19). - С. 19-22.]. (прототип). Недоліками прототипу є отримання надто пухкого осаду з майже невираженою голчастою структурою. В основу винаходу поставлена задача - розробити удосконалений спосіб отримання часток малахіту, використання якого б дозволяло підвищити при одночасному збільшенні дисперсності та ефективності синтезу часток в розчині, щільність часток у сухому осаді, лінійні розміри яких не перевищували 6 15 мкм. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому способі отримання, малахіту, який включає реакцію отримання малахіту при обробці розчину сульфату міді та NaHCO3, контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою відповідно до корисної моделі для синтезу малахіту процес проводять при тиску 10-20 кПа на поверхні 0,05-0,3 Μ водного розчину 1 UA 104881 U 2+ 5 солі Сu з 2-5 % надлишком NaHCO3, при силі струму розряду 150-175 мА, напрузі 450-1000В, товщині шару розчину 40-50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 4-7 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння, далі осад відділяють, промивають водою або 1 % розчином пропанолу-2, сушать на поверхні фільтрувального паперу або на поліетиленовій плівці з цупкою поверхнею при кімнатній температурі. 2CuSO4+4NaHCO3  CuCO3▪Cu(OH)2+2Na2SO4+3CO2+ H2O. Для синтезованих під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми (КНП) наночасток малахіту характерним є висока швидкість агрегації. 2Cu 2  4HCO 3-  ((CuOH) 2 CO 3 )x  ((CuOH) 2 CO 3 ) m КНП 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 не стабілізовані кристали агрегація  ((CuOH) 2 CO 3 )n коагу ляція Наводимо приклади пропонованої корисної моделі. Приклад 1. Для синтезу часток малахіту готують 0,1М водний розчин солі CuSO4▪5H2O і додають NaHCO3 з 5 % надлишком. Розчин заливають в реактор періодичної дії та обробляють контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою впродовж 7 хвилин розрядом тиску 20 кПа, при силі струму розряду 150 мА, напрузі 700 В, товщині шару пульпи 50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 5 мм. В процесі плазмохімічної обробки розчину утворюється темно-зелена суспензія, яку потім промивають водою до зникнення реакції на SO4 . Після відділення від розчину через центрифугування на 400 об./хв., осад сушився на поліетиленовій пливці. Розміри часток сухого осаду не перевищувати 15 мкм. Сухий осад має світло-зелений колір. Приклад 2. Для синтезу часток малахіту готують 0,1М водний розчин солі Cu(NO3)2 і додають NaHCO3 з 5 % надлишком. Розчин заливають в реактор періодичної дії та обробляють контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою впродовж 7 хвилин розрядом тиску 20 кПа, при силі струму розряду 150 мА, напрузі 750 В, товщині шару пульпи 50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 7 мм. В процесі плазмохімічної обробки розчину утворюється суспензія темно-зеленого кольору, яку потім промивають водою. Після відділення від розчину через центрифугування на 400 об./хв., осад сушився на поліетиленовій пливці. Розміри часток сухого осаду не перевищувати 15 мкм. Сухий осад має світло-зелений колір. Приклад 3. Для синтезу часток малахіту готують 0,05М водний розчин солі CuSO4▪5H2O і додають NaHCO3 з 5 % надлишком. Розчин заливають в реактор періодичної дії та обробляють контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою впродовж 10 хвилин розрядом тиску 20 кПа, при силі струму розряду 175 мА, напрузі 800 В, товщині шару пульпи 50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 7 мм. В процесі плазмохімічної обробки розчину утворюється темно-зелена суспензія яку потім промивають водою до зникнення реакції на SO4 . Після відділення від розчину через фільтрацію, осад сушився на фільтрувальному папері. Розміри часток сухого осаду не перевищували 15 мкм. Сухий осад має зелений колір. Приклад 4. Для синтезу часток малахіту готують 0Д5М водний розчин солі CuSO4▪5H2O і додають NaHCO3 з 5 % надлишком. Розчин заливають в реактор періодичної дії та обробляють контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою впродовж 10 хвилин розрядом тиску 20 кПа, при силі струму розряду 175 мА, напрузі 750 В, товщині шару пульпи 40 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 5 мм. В процесі плазмохімічної обробки розчину утворюється темно-зелена суспензія, яку потім промивають водою до зникнення реакції на SO4 , а після цього 1 % розчином пропанолу-2 для зменшення злипання. Після відділення від розчину через фільтрацію, осад сушився на фільтрувальному папері. Розміри часток сухого осаду не перевищували 10 мкм. Сухий осад має зелений колір. Приклад 5. Для синтезу часток малахіту готують 0,1 Μ водний розчин солі CuSO4▪5H2O і додають NaHCO3 з 5 % надлишком. Розчин заливають в реактор періодичної дії та обробляють контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою впродовж 20 хвилин розрядом тиску 20 кПа, при силі струму розряду 175 мА, напрузі 750 В, товщині шару пульпи 50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 5 мм. В процесі плазмохімічної обробки розчину утворюється темно-зелена суспензія, яку потім промивають водою до зникнення реакції на SO4 , а після цього 1 % розчином пропанолу-2 для зменшення злипання. Після відділення від розчину через фільтрацію, осад сушився на фільтрувальному папері. Розміри часток сухого осаду не перевищувати 10 мкм. Сухий осад має темно-зелений колір. 2 UA 104881 U 5 10 Таким чином, використання розробленого удосконаленого способу для одержання ультрарозмірних часток малахіту забезпечує отримання часток малахіту, розмір яких не перевищує 15 мкм при низький концентрації розчину солі двовалентної міді. Спосіб, що пропонується, при реалізації має наступні переваги: - забезпечується ефективне одержання ультрарозмірних часток малахіту при зниженні витрат реагентів; - досягається значне прискорення отримання суспензії часток малахіту в розчині при температурі, що не перевищує температури кипіння розчину при тиску 20кПа до 5-7 хвилин. Корисна модель належить до способів отримання основного карбонату міді (малахіту) з водних розчинів і може бути використана для виготовлення каталізаторів, косметичних засобів, пігментів та ін. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб отримання малахіту, який включає обробку розчину сульфату міді та NaHCO3 контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою, який відрізняється тим, що процес 2+ проводять при тиску 10-20 кПа на поверхні 0,05-0,3 Μ водного розчину солі Сu з 2-5 % надлишком NaHCO3, при силі струму розряду 150-175 мА, напрузі 450-1000В, товщині шару розчину 40-50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 4-7 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння, далі осад відділяють, промивають водою або 1 % розчином пропанолу-2, сушать на поверхні фільтрувального паперу або на поліетиленовій плівці з цупкою поверхнею при кімнатній температурі. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3