Способ получения электролитического диоксида марганца

 

Изобретение относится к способу получения электролитического диоксида марганца, включающему электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту, при этом для приготовления раствора берут отработанный электролит с концентрацией свободной серной кислоты 300-370 г/л, который после отделения осадка марганца обрабатывают карбонатом марганца из расчета 1,17 кг на 1 кг свободной серной кислоты с последующей фильтрацией электролита.

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано, в частности, для приготовления катализатора, применяемого для очистки газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения электролитического диоксида марганца, включающий электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец в количестве 150 г/л и свободную серную кислоту в количестве 100 г/л. Электролиз ведут при плотности тока на аноде 50 а/м² (пат. Японии N 45-14410 кл. 15 F 2 от 12.12.64 г.).

Недостатком известного способа является то, что приготовленный по известному способу электролитический диоксид марганца имеет низкую каталитическую активность в окислении оксида углерода.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения электролитического диоксида марганца, включающий электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец в количестве 75,5-211,4 г/л и свободную серную кислоту в количестве 19,6-78,4 г/л. Электролиз ведут при плотности тока на аноде 70-100 а/м². Концентрация свободной серной кислоты в отработанном электролите составляет 69-216 г/л (пат. США N 3436323, кл. B 01 K 3/04 от 25.07.66 г.).

Недостатком данного способа является низкая каталитическая активность полученного электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода и высокие затраты, связанные с необходимостью нейтрализации свободной серной кислоты в составе отработанного электролита.

Целью изобретения является повышение каталитической активности электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода и снижение затрат, связанных с необходимостью нейтрализации свободной серной кислоты в составе отработанного электролита.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что для приготовления раствора берут отработанный электролит с концентрацией свободной серной кислоты 300-370 г/л, который после отделения осадка диоксида марганца отрабатывают карбонатом марганца из расчета 1,17 кг на 1 кг свободной серной кислоты с последующей фильтрацией электролита.

Способ осуществляется следующим образом.

После окончания электролиза отделяют осадок диоксида марганца и раствор отработанного электролита с концентрацией свободной серной кислоты 300-370 г/л в количестве 0,82-0,85 кг обрабатывают 190 г карбоната марганца при непрерывном перемешивании. После проведения обработки раствор заливают в электролизер, футерованный винипластом, устанавливают электроды, выполненные из листового свинца высокой степени чистоты и ведут электролиз при плотности тока на аноде 500-600 а/м². После окончания электролиза осадок диоксида марганца фильтруют, отмывают от сульфат-ионов, сушат до содержания влаги не более 20%, прессуют при давлении 100-150 атм., дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 150-180^oC в течение 3-4 ч. Каталитическая активность в окислении оксида углерода полученного электролитического диоксида марганца составила 2,5-3,1. Каталитическая активность диоксида марганца, полученного по известному способу, составила 1,0-1,5.

Пример 1. Берут 0,85 кг отфильтрованного раствора отработанного электролита с концентрацией свободной серной кислоты 300 г/л и добавляют к нему небольшими порциями 180 г карбоната марганца при непрерывном перемешивании. После обработки раствор фильтруют и заливают в электролизер, футерованный винипластом. Устанавливают электроды, изготовленные из листового свинца высокой степени чистоты, и ведут электролиз при пропускании постоянного тока. После окончания электролиза полученный осадок диоксида марганца фильтруют, отмывают от сульфат-ионов, сушат до содержания влаги 15%, прессуют при давлении 120 атм, дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 170^oC в течение 3 ч. Каталитическая активность полученного электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 2,5.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества взятого отфильтрованного раствора отработанного электролита, которое составило 0,83 кг, и концентрации свободной серной кислоты, которая составила 340 г/л. Каталитическая активность полученного электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 3,1.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества взятого отфильтрованного раствора отработанного электролита, которое составило 0,82 кг, и концентрации свободной серной кислоты, которая составила 370 г/л. Каталитическая активность полученного электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 2,7.

Каталитическая активность является безмерной величиной и показывает, сколько объемов оксида углерода на диоксиде марганца до времени появления за слоем оксида углерода с концентрацией 0,1 Co. Каталитическую активность (A) рассчитывали по формуле: где v - удельная скорость газовоздушного потока, 0,32 л/мин см²; - время появления за слоем оксида углерода с концентрацией 0,1 Co, мин; s - площадь поперечного сечения слоя, 3,14 см²; Co - исходная концентрация оксида углерода, 6,2 мг/л; V₀ - объем, занимаемый одним молем газа при нормальных условиях, 22,4 л; M - молекулярная масса оксида углерода, 28 г/моль; V - объем навески, 7,85 см³.

Как следует из приведенных выше примеров, электролитический диоксид марганца, полученный по предлагаемому способу, по каталитической активности в окислении оксида углерода значительно превосходит электролитический диоксид марганца, полученный по известному способу.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение каталитической активности электролитического диоксида марганца, полученного электролизом раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту, для приготовления которого был взят отработанный электролит с концентраций свободной серной кислоты 300-370 г/л, который после отделения осадка диоксида марганца обработали карбонатом марганца из расчета 1,17 кг на 1 кг свободной серной кислоты с последующей фильтрацией электролита, обусловлено вероятно, следующими причинами. При электролизе раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту, продуктами реакции являются диоксид марганца и серная кислота, концентрация которой по окончании электролиза значительно возрастает. При обработке отработанного электролита, содержащего в основном серную кислоту, карбонатом марганца происходит реакция между ними, продуктом которой является сернокислый марганец. После обработки получается раствор, содержащий сернокислый марганец и свободную серную кислоту с концентрациями 250-280 и 150-200 г/л соответственно. Такие концентрации являются оптимальными с точки зрения получения электролитического диоксида марганца с наибольшей каталитической активностью в окислении оксида углерода, т.к. при концентрации свободной серной кислоты менее 150 г/л в ходе электролиза наряду с образованием активного диоксида марганца идет процесс образования низших окислов марганца, которые каталитически неактивны. Увеличение концентрации свободной серной кислоты более 200 г/л нецелесообразно, поскольку это не приводит к увеличению каталитической активности получаемого продукта. Кроме того, при получении электролитического диоксида марганца по предлагаемому способу эффективно решается вопрос об утилизации обработанного электролита, затраты на нейтрализацию которого весьма значительны.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить электролитический диоксид марганца, значительно превосходящий известные по каталитической активности в окислении оксида углерода.

Полученный по предлагаемому способу электролитический диоксид марганца даст возможность изготовить на его основе катализатор, позволяющий проводить более эффективную очистку газовых смесей от оксида углерода в системах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания и выбросах промышленных предприятий, для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей; и дающий реальную возможность эффективно решить широкий круг экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно на повышение каталитической активности электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Формула изобретения

Способ получения электролитического диоксида марганца, включающий электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту, отличающийся тем, что для приготовления раствора берут отработанный электролит с концентрацией свободной серной кислоты 300 370 г/л, который после отделения осадка диоксида марганца обрабатывают карбонатом марганца из расчета 1,17 кг на 1 кг свободной серной кислоты с последующей фильтрацией электролита.