способ получения оксида меди

Формула изобретения

Способ получения оксида меди, включающий термическую обработку твердой кислородсодержащей соли меди, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащей соли меди берут сернокислую медь, а термическую обработку ведут в атмосфере, содержащей 85 - 98 об.% водяного пара.

Описание изобретения к патенту

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 газов двигателей внутреннего сгорания, а также для других индустриальных и природоохранных целей.

Известен способ получения оксида меди, включающий взаимодействие металлической меди в виде порошка, проволоки, фольги или пластинки с водным раствором аммиака в автоклаве при температуре 50 - 200^oC и парциальном давлении кислорода не более 1,5 кг/см² (заявка Японии N 63-11518 от 02.07.86 кл. C 01 G 3/02).

Недостатком известного способа является то, что катализатор, приготовленный на основе полученного оксида меди, имеет низкую активность в окислении оксида углерода.

Известен также способ получения оксида меди, включающий взаимодействие 100 г пятиводного сульфата меди в 400 мл воды с 35,4 г гидроксида натрия в 600 мл воды при 80 - 90^oC с последующим отделением осадка оксида меди (Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы. Руководство по приготовлению неорганических препаратов. - М-Л, 1974, Гос. научн.-техн. изд. хим. литературы, с. 339 - 340).

Недостатками данного способа являются низкая технологичность процесса, обусловленная необходимостью приготовления растворов реагентов и проведением взаимодействия в жидкой фазе при повышенных температурах, а также низкая активность катализатора окисления оксида углерода, приготовленного на основе полученного оксида меди.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения оксида меди, включающий прокаливание азотнокислой меди вначале осторожное, затем более сильное при перемешивании (Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы. Руководство по приготовлению неорганических препаратов. - М-Л, 1947, Гос. научн.-техн. Изд. хим. литературы с. 340).

Недостатком указанного способа является то, что катализатор, приготовленный на основе полученного оксида меди, имеет низкую активность в окислении оксида углерода.

Цель изобретения - получение высокодисперсного активного оксида меди, пригодного для изготовления высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода на его основе.

Цель достигается предложенным способом, включающим термическую обработку твердой кислородсодержащей соли меди при перемешивании.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве кислородсодержащей соли меди берут сернокислую медь, а термическую обработку ведут в атмосфере, содержащей 85 - 98 об.% водяного пара.

Способ осуществляется следующим образом.

Во вращающуюся печь, в которой поддерживается температура 650 - 750^oC, подают воздух, содержащий 85 - 98 об.% водяного пара и загружают твердую сернокислую медь. Процесс термической обработки ведут в течение 1 - 2 ч. После окончания термической обработки продукт промывают горячей водой при 60 - 80^oC и на основе полученного оксида меди приготавливают катализатор окисления оксида углерода. Каталитическая активность полученного катализатора составила 9,4 - 10,7. Каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного по известному способу, составила 4,2 - 5,9.

Пример 1. Во вращающуюся печь, в которой поддерживается температура 700^oC, подают воздух, содержащий 85 об.% водяного пара и загружают твердую сернокислую медь. Процесс термической обработки ведут в течение 1,5 ч. После окончания термической обработки продукт промывают горячей водой при 70^oC и на основе полученного оксида меди приготавливают катализатор окисления оксида углерода. Каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе полученного оксида меди, составила 9,4.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентрации водяного пара, которая составила 90 об.%. Каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе полученного оксида меди, составила 10,3.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентрации водяного пара, которая составила 98 об.%. Каталитическая активность катализатора, приготовленного на основе полученного оксида меди, составила 10,7.

Примечание к таблице следующее:

1. Величина каталитической активности является безразмерной и показывает, сколько объемов оксида углерода было окислено на катализаторе до времени появления за слоем катализатора оксида углерода с концентрацией 0,1 C₀.

2. Каталитическую активность (А) рассчитывали по формуле



где

v - удельная скорость газовоздушного потока, 0,32 л/мин см²;

- время появления за слоем оксида углерода с концентрацией 0,1 C₀;

s - площадь поперечного сечения слоя, 3,14 см²;

C₀ - 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 катализатора, 7,9 см³.

Как следует из приведенных в таблице данных, наибольшая каталитическая активность в окислении оксида углерода наблюдается для катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного при проведении термической обработки твердой сернокислой меди в атмосфере, содержащей 85 - 98 об.% водяного пара. При уменьшении концентрации водяного пара менее 85 об.% каталитическая активность заметно снижается, а увеличение концентрации водяного пара выше 98 об.% технологически нецелесообразно, вследствие того, что при таких условиях из-за неизбежных колебаний температуры при проведении процесса термической обработки возможно образование насыщенного водяного пара в реакционном объеме и конденсация жидкой фазы.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение каталитической активности в окислении оксида углерода для катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного при проведении термической обработки твердой сернокислой меди в атмосфере, содержащей с 85 - 98 об.% водяного пара, обусловлено, вероятно, следующими причинами: во-первых, термическая обработка твердой сернокислой меди при 650 - 750^oC в силу термодинамических факторов неизбежно приводит к получению оксида меди, однако полученный оксид меди непригоден для приготовления высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода на его основе, поскольку обладает малой дисперсностью и при приготовлении катализатора количество активных каталитических центров, которыми, как известно, являются локальные участки взаимных контактов частиц оксида меди (промотор) и диоксида марганца (активный компонент), будет незначительно, что и приводит к уменьшению каталитической активности в окислении оксида углерода, во-вторых, при проведении термической обработки твердой сернокислой меди в атмосфере, содержащей 85 - 98 об.% водяного пара, дисперсность полученного оксида меди значительно возрастает. Это происходит потому, что, происходящая при термической обработке топохимическая реакция разложения твердой сернокислой меди сопровождается разрушением кристаллов исходного вещества и уменьшению их размеров. Такой процесс усиливается в присутствии паров воды, если их концентрация достаточно велика, что и приводит к повышению дисперсности исходного вещества в начальный момент реакции, а также и дисперсности продукта реакции - оксида меди, к образованию достаточного количества активных каталитических центров при приготовлении катализатора, и в конечном итоге к повышению каталитической активности в окислении оксида углерода для катализатора, приготовленного на основе оксида меди, полученного по предлагаемому способу.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить высокодисперсный активный оксид меди, пригодный для изготовления высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода на его основе.

Из вышеизложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно: на получение высокодисперсного активного оксида меди, пригодного для изготовления высокоэффективного катализатора окисления оксида углерода на его основе, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.