Спосіб отримання обводнених з’єднань кобальту

Реферат: Спосіб отримання обводнених з'єднань кобальту включає реакції отримання оксидних сполук кобальту при обробці розчину сульфату кобальту та КОН контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою. Процес синтезу з'єднань кобальту проводять при тиску 10-20 кПа на поверхні рідкої реакційної маси, при силі струму розряду 150-175 мА, напрузі 450-1000В, товщині шару розчину 10-50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 4-7 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння, 0,1-0,2 М водний розчин солі CoSO4 з 1-2 % надлишком КОН, далі осад відділяють, промивають водою, сушать на поверхні фільтрувального паперу або на поліетиленовій плівці з цупкою поверхнею при кімнатній температурі. UA 106053 U (12) UA 106053 U UA 106053 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до способів отримання обводнених оксидних з'єднань кобальту з водних розчинів, і може бути використана для виготовлення каталізаторів в хімічних виробництвах або в виробництві кобальт-літієвих батарей, виробництві мінеральних добрив та ін. Відомий спосіб електрохімічного синтезу оксидних сполук з водних розчинів, які містять фтор: Cr, Cu, Ni, Mn, Mo, катодного Со [Иванова, Н.Д. Электрохимический синтез наноструктурных оксидов Сr, Мо, Со и их свойства / Н. Д. Иванова, Е. И. Болдырев, Е. В. Шмаров и др. // Доп. НАН України.-2012. - № 5. - С. 134-138] включає використання кислоти HF та вуглекислої солі кобальту, яку готують перед початком синтезу. Аніон з розчину видаляється у процесі синтезу у вигляді СО2. Постачальником ліганду F є кислота HF. Процес йде при 2 температурі 18-25 °C та щільності струму 25 А/дм . Осад, що отримували, ретельно промивали дистильованою водою та висушували. Недоліком цього способу можна вважати використання екологічно небезпечного фтору та досить високі витрати електричної енергії. За відомим способом [Стадник, О.А. Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом / О.А. Стадник, В.С. Воробец, Г.Я. Колбасов // Укр. хим. журн. 2008. - Т. 74, № 3. - С. 61-63.] нанорозмірні оксидні сполуки кобальту з розміром частинок 80-120 нм отримували електрохімічним методом з розчину, що вміщує сульфат кобальту і фторид амонію. Перевагою методу є відтворюваність складу синтезованого матеріалу, яка досягається завдяки можливості контролю параметрів електролізу - щільності струму, температури, концентрації ліганду. Отримані порошки напресовують на провідну підкладку-матрицю і відпалюють при 250-360 °C. Недоліком цього способу є досить велика залежність від концентрації фториду амонію. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом є спосіб, що включає використання плазмохімічної обробки водних розчинів гідрооксидів кобальту [Сергеева О.В. Плазмохимический синтез оксидных соединений кобальта из его водных растворов / О.В. Сергеева // VII Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии XIV Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ 3-7 сентября 2014 г., Плёс, Россия): сб. трудов / Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2014. - С. 276-278.] (прототип). Процес проводиться у лабораторній установці, що включає в себе реактор з оболонкою водяного охолодження, з розташованими у верхній (газовій) частині анодом і катодом, зануреним у розчин. У реакторі підтримувався тиск порядку 20 кПа. Відстань між анодом і поверхнею рідини 4-7 мм. Сила струму I=100 мА. Як реагенти використовують: дистильовану воду, КОН, CoSO4  7 Н2О. Отримання оксидних з'єднань кобальту проводилося у 2 стадії. Перша - отримання Со(ОН)2 при кімнатній температурі з водного розчину CoSO 4 та додаванні КОН у кількості з незначним надлишком. Далі за допомогою центрифуги відділявся Со(ОН) 2 та здійснювалася промивка дистильованою водою. Друга стадія - саме обробка контактною нерівноважною плазмою, в ході якої здійснюється перетворення Со(ОН) 2 в суміш оксидногідроксидного типу. Недоліком цього способу є надлишок ступенів обробки. В основу корисної моделі поставлена задача - розробити удосконалений спосіб отримання обводнених з'єднань кобальту, використання якого б дозволяло підвищити ефективність синтезу часток в розчині, та отримувати сухий осад, лінійні розміри часток котрого не перевищували б 20 мкм. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому способі отримання, обводнених оксидних з'єднань кобальту, який включає реакції отримання оксидних сполук кобальту при обробці розчину сульфату кобальту та КОН (1-5) контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою (КНП), відповідно до корисної моделі, процес синтезу з'єднань кобальту проводять при тиску 10-20 кПа на поверхні рідкої реакційної маси, при силі струму розряду 150-175 мА, напрузі 450-1000 В, товщині шару розчину 10-50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 4-7 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння, 0,1-0,2 М водний розчин солі CoSO4 з 1-2 % надлишком КОН. Процес включає відділення осаду та сушіння на поверхні фільтра або на поліетиленовій плівці з цупкою поверхнею при кімнатній температурі сушіння. 2KOH+CoSO4 Co(OH)2 + K2SO4 КНП Сo(OH)2 55 не стабілізовані кристали (1) CoOOH+H + КНП (2) 1 UA 106053 U Co(OH)2+H2O2 3 CoOOH Co3O4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 КНП CoOOH+H2O+OH (3) КНП КНП Co3O4+OH +H2O (4) 3 CoO+O2 (5) Наводимо приклади пропонованої корисної моделі. Приклад 1. Для синтезу обводнених з'єднань кобальту готують 0,1М водний розчин CoSO 4 у очищеній воді з додаванням 1-2 % надлишку КОН при плазмохімічній обробці без додаткового відділення та промивки дистильованою водою Со(ОН)2. 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 рідини 50 мм, відстані від анода до поверхні середовища, яке оброблюється, 5 мм. В процесі обробки розчину утворюється коричнева суспензія, яка вміщує оксидні з'єднання у суміші оксидногідроксидного типу. Так, згідно з даними комплексу фізико-хімічних методів аналізу, синтезовані з'єднання мають формулу CoxOy(OH)z, де х = 0,61-0,74, у-1,35-1,81, z=1,31-1,57. Рентгеноструктурний аналіз (креслення) показав, що отримані з'єднання близькі за складом до з'єднань Со(ОН)2 у бета-формі та суміші СоО, а також присутні пики, які характерні для оксидів кобальту структури шпінелі (Сo 3О4 або СoСo2О4). Розміри часток сухого осаду не перевищують 20 мкм. Сухий осад має світло-коричневий колір. На кресленні зображена рентгенівська діфрактограма кобальтовмісного зразка Cu-K  випромінювання, (Co3O4 або CoCo2O4):2Θ=31,35°; 44,90°; 55,90°; 59,40°. Приклад 2. Для синтезу обводнених з'єднань кобальту готують 0,2М водний розчин CoSO 4 у очищеній воді з додаванням 1-2 % надлишку КОН при плазмохімічній обробці без додаткового відділення та промивки дистильованою водою Со(ОН)2. Розчин заливають в реактор періодичної дії та обробляють контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою впродовж 5 хвилин розрядом тиску 20 кПа, при силі струму розряду 175 мА, напрузі 800 В, товщині шару рідини 50 мм, відстані від анода до поверхні середовища, яке оброблюється, 4 мм. В процесі плазмохімічної обробки розчину утворюється темно-зелена суспензія, яку потім промивають 2водою до зникнення реакції на SO4 . Після відділення від розчину через фільтрацію, осад сушився на фільтрувальному папері. Розміри часток сухого осаду не перевищують 15 мкм. Сухий осад має темний коричнево-зелений колір. Приклад 3. Для синтезу оксидних з'єднань кобальту готують 0,1М водний розчин CoSO 4 у очищеній воді з додаванням 1-2 % надлишку КОН при плазмохімічній обробці без додаткового відділення та промивки дистильованою водою Со(ОН)2. Розчин заливають в реактор періодичної дії та обробляють контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою впродовж 20 хвилин розрядом тиску 10 кПа, при силі струму розряду 175 мА, напрузі 750 В, товщині шару пульпи 10 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 7 мм. В процесі плазмохімічної обробки розчину утворюється темно-коричнева суспензія, яку потім промивають 2водою до зникнення реакції на SO4 . Після відділення від розчину через фільтрацію, осад сушився на поліетиленовій пливці. Розміри часток сухого осаду не перевищують 10 мкм. Сухий осад має темно-коричневий колір. Таким чином, використання розробленого удосконаленого способу для одержання ультрарозмірних обводнених з'єднань кобальту забезпечує отримання часток з'єднань кобальту, розмір яких не перевищує 20 мкм при низький концентрації розчину солі кобальту. Спосіб, що пропонується, при реалізації має наступні переваги: забезпечується ефективне одержання ультрарозмірних часток з'єднань кобальту при зниженні витрат реагентів; досягається значне прискорення отримання суспензії суміші оксидно-гідроксидного типу з'єднань кобальту в розчині при температурі, що не перевищує температури кипіння розчину при тиску 20 кПа до 20 хвилин. Корисна модель відноситься до способів отримання ультрарозмірних обводнених оксидних з'єднань кобальту з водних розчинів і може бути використана для виготовлення каталізаторів для хімічних виробництв, в виробництві кобальт-літієвих батарей та ін. 55 2 UA 106053 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб отримання обводнених з'єднань кобальту, який включає реакції отримання оксидних сполук кобальту при обробці розчину сульфату кобальту та KОН контактною нерівноважною низькотемпературною плазмою, який відрізняється тим, що процес синтезу з'єднань кобальту проводять при тиску 10-20 кПа на поверхні рідкої реакційної маси, при силі струму розряду 150175 мА, напрузі 450-1000 В, товщині шару розчину 10-50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 4-7 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння, 0,1-0,2 М водний розчин солі CoSO4 з 1-2 % надлишком KОН, далі осад відділяють, промивають водою, сушать на поверхні фільтрувального паперу або на поліетиленовій плівці з цупкою поверхнею при кімнатній температурі. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3