Способ получения электролитического диоксида марганца

 

Использование: изобретение относится к 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 газовых двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей. Сущность изобретения: способ получения электролитического диоксида марганца включает электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту с последующей обработкой полученного осадка диоксида марганца раствором щелочи с концентрацией 5 - 15% мас. при температуре 50 - 90^oС в течение 1,5 - 5,0 ч. 1 табл.

Изобретение относится к 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 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 (Пат. США 3436323 от 25.07.66 г, кл. B 01 K 3/04).

Недостатком известного способа является низкая каталитическая активность полученного электролитического диоксида марганца 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 и свободную серную кислоту с концентрациями 250-280 и 150-200 г/л соответственно. Электролиз ведут при плотности тока на аноде 500-600 А/м² (Пат. РФ N 2064977 от 28.09.94 г, кл. C 25 B 1/00).

Недостатком указанного способа является низкая каталитическая активность полученного электрического диоксида марганца в окислении оксида углерода.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи - повышение каталитической активности электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода, что достигается предложенным способом, включающим электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что после окончания электролиза диоксид марганца обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 5-15 мас.% при температуре 50-90^oC в течение 1,5-5,0 ч.

Способ осуществляется следующим образом.

Приготавливают раствор электролита, содержащий 250-280 г/л сернокислого марганца и 150-200 г/л свободной серной кислоты. Электролит заливают в электролизер, футерованный винипластом, устанавливают электроды, выполненные из листового свинца высокой степени чистота и ведут электролиз при плотности тока на аноде 500-600 А/м². Полученный осадок диоксида марганца обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 5-15 мас.% при температуре 50-90^oC в течение 1,5-5,0 ч. После проведения обработки 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.

Пример 1. В электролизере, футерованном винипластом, устанавливают электроды, изготовленные из листового свинца высокой степени чистоты. При пропускании постоянного тока проводят электролиз раствора, содержащего сернокислый марганец и свободную серную кислоту. Полученный осадок диоксида марганца обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 5 мас.% при температуре 50^oC в течение 1,5 ч., осуществляя перемешивание суспензии посредством воздушного барботажа. После проведения обработки 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 нм и сушат при температуре 170^oC в течение 3 ч. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 4,6.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентрации раствора щелочи, которая составила 10 мас.%. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 5,1.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентрации раствора щелочи, которая составила 15 мас.%. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 5,2.

Пример 4. Ведение процесса как в примере 1 , за исключением температуры обработки, которая составила 70^oC. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 5,1.

Пример 5. Ведение процесса как в примере 1, за исключением температуры обработки, которая составила 90^oC. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 5,1.

Пример 6. Ведение процесса как в примере 1, за исключением времени обработки, которое составило 3,0 ч. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 4,6.

Пример 7. Ведение процесса как в примере 1, за исключением времени обработки, которое составило 5,0 ч. Каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 4,7.

Результаты исследования влияния концентрации раствора щелочи, температуры и времени обработки на каталитическую активность полученного по предлагаемому способу электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода приведены в таблице.

Величина каталитической активности является безразмерной и показывает, сколько объемов оксида углерода было окислено 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/минсм²; t - время появления за слоем оксида углерода с концентрацией 0,1 Co, мин; S - площадь поперечного сечения, 3,14 см²; C_o - исходная концентрация оксида углерода, 6,2 мг/л; V_o - 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 данных, приведенных в таблице, наибольшая каталитическая активность электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода наблюдается при проведении обработки осадка диоксида марганца раствором щелочи с концентрацией 5-15 мас.% при температуре 50-90^oC в течение 1,5-5,0 ч. При выходе параметров процесса за пределы указанных значений каталитическая активность заметно снижается при уменьшении концентрации раствора щелочи, температуры и времени обработки, либо существенно не изменяется при увеличении указанных параметров.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Повышение каталитической активности электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода при проведении обработки полученного осадка диоксида марганца раствором щелочи с концентрацией 5-15 мас.% при температуре 50-90^oC в течение 1,5-5,0 ч. обусловлено, вероятно, следующими причинами. Полученный по известному способу электролитический диоксид марганца содержит в своем составе 85-90% собственно диоксида марганца, остальное - низшие окислы и гидрозакиси марганца, которые не являются каталитически активными и фактически представляют собой балластные примеси. При увеличении же содержания диоксида марганца в конечном продукте увеличивается и количество активных каталитических центров, что и приводит к повышению каталитической активности электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода. Это достигается посредством окисления кислородом воздуха низших окислов и гидрозакисей марганца в присутствии щелочи, выступающей в качестве катализатора этого процесса. При этом, во-первых, при концентрации щелочи менее 5 мас.% недостаток катализатора приводит к малой скорости окисления балластных примесей, а концентрация щелочи более 15 мас.% не оказывает сколько-нибудь существенного влияния на скорость окисления. Во-вторых, при температуре обработки менее 50^oC скорость окисления балластных примесей в силу кинематических причин достаточно мала и это не способствует повышению каталитической активности электролитического диоксида марганца в окислении оксида углерода, а повышение температуры обработки выше 90^oC технологически нецелесообразно вследствие интенсивного испарения раствора. И, в-третьих, при времени обработки менее 1,5 ч. процесс окисления балластных примесей не успевает завершиться полностью, а увеличение времени обработки более 5,0 ч. нецелесообразно, так как в течение этого времени процесс уже проходит полностью.

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 катализатору, 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 решение поставленной задачи, 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 после окончания электролиза диоксид марганца обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 5 - 15 мас.% при 50 - 90^oС в течение 1,5 - 5,0 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1