способ получения диоксида марганца, активного в окислении оксида углерода

Формула изобретения

Способ получения диоксида марганца, активного в окислении оксида углерода, включающий добавление раствора перманганата калия к раствору сернокислого марганца при перемешивании, фильтрацию и промывку конечного продукта, отличающийся тем, что растворы перманганата калия и сернокислого марганца берут с концентрацией 15 - 20 мас.% и 20 - 25 мас.% соответственно.

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 диоксида марганца, включающий реакцию манганата с карбонатом щелочного металла и NaHCO₃ в соотношении 6:4 - 0:10 или (NH₄)₂CO₃ и NH₄HCO₃ в соотношении 9,6:0,4 - 0:10 в водном растворе при 20 - 90^oC, нагревание полученного кристаллического осадка диоксида марганца при 280 - 400^oC в атмосфере, содержащей 10 - 80 об.% водяного пара, обработку диоксида марганца концентрированной азотной кислотой и последующее нагревание до температуры 160 - 300^oC (патент ФРГ N 2051917 от 22.10.70, кл. C 01 G 45/02).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса получения диоксида марганца, обусловленная необходимостью нагревания кристаллического осадка диоксида марганца при 280 - 400^oC в атмосфере водяного пара, последующей обработки диоксида марганца концентрированной азотной кислотой и дополнительной термообработки диоксида марганца при 160 - 300^oC.

Известен также способ получения диоксида марганца, включающий взаимодействие раствора, содержащего 44,6 г четырехводного сульфата марганца в 500 мл воды и 50 мл концентрированной азотной кислоты, с 31 г тонкоизмельченного перманганата калия при постоянном перемешивании реагентов в течение 20 мин, фильтрацию и промывку полученного осадка (патент Великобритании N 1315374 от 20.04.70, кл. C 01 G 45/02).

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

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения диоксида марганца, включающий добавления 200 мл 5%-го раствора перманганата калия к 250 мл 5%-го раствора сернокислого марганца при 50 - 60^oC при перемешивании в течение 2 ч. Смесь оставляют еще на 2 ч, после чего помещают ее на сутки в теплое место. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой до удаления сульфат-ионов и высушивают в течение 8 - 10 ч при 110 - 120^oC (Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы. Руководство по приготовлению неорганических препаратов. М-Л.: Гос. научн.-техн. изд. хим. литературы, 1947, с. 324).

Недостатком указанного способа является низкая производительность технологического оборудования, обусловленная малыми концентрациями реагирующих веществ.

Целью изобретения является повышение производительности технологического оборудования при сохранении на высоком уровне каталитической активности диоксида марганца в окислении оксида углерода.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим добавление раствора перманганата калия к раствору сернокислого марганца при перемешивании, фильтрацию и промывку конечного продукта.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что растворы перманганата калия и сернокислого марганца берут с концентрацией 15 - 20 и 20 - 25 мас.% соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

К 1 л раствора, содержащего сернокислый марганец в количестве 20 - 25 мас. % добавляют 1 л раствора, содержащего перманганат калия в количестве 15 - 20 мас.% при 50 - 60^oC при перемешивании в течение 2 ч. Смесь выдерживают при этой температуре в течение 2 ч, затем еще сутки при 40 - 50^oC. Полученный осадок диоксида марганца фильтруют, промывают от сульфат-ионов горячей водой при 60 - 70^oC, сушат при 110 - 120^oC в течение 8 - 10 ч. Высушенный осадок прессуют при давлении 100 атм., дробят, отсеивают фракцию 0,5 - 1,0 мм и сушат при 170^oC в течение 3 ч. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 6,5 - 7,9%; каталитическая активность диоксида марганца, полученного по известному способу составила 7,3 - 7,1

Пример 1. В реактор, снабженный перемешивающим и нагревающим устройствами, заливают 1 л раствора, содержащего сернокислый марганец в количестве 20 мас. % и включают нагрев. При достижении температуры 50^oC включают перемешивание и в течение 2 ч добавляют 1 л раствора, содержащего перманганат калия в количестве 15 мас.%. Смесь выдерживают при этой температуре в течение 2 ч, затем еще сутки при 45^oC. Полученный осадок диоксида марганца фильтруют, отмывают от сульфат-ионов горячей водой при 60^oC, сушат при 110^oC в течение 8 ч. Высушенный осадок прессуют при давлении 100 атм., дробят, отсеивают фракцию 0,5 - 1,0 мм и сушат при 170^oC в течение 3 ч. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 7,3.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением концентраций сернокислого марганца и перманганата калия, которые составили 25 и 20 мас.% соответственно. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 7,1.

Результаты исследования влияния концентрации сернокислого марганца и перманганата калия на производительность технологического оборудования приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наибольшая производительность технологического оборудования наблюдается при использовании растворов се6рнокислого марганца и перманганата калия 20 - 25 и 15 - 20 мас.% соответственно. Снижение концентрации сернокислого марганца менее 20 мас.% и концентрации перманганата калия менее 15 мас.% приводит к уменьшению производительности технологического оборудования, а увеличение концентрации сернокислого марганца выше 25 мас.% и концентрации перманганата калия выше 20 мас. % невозможно, поскольку при температуре проведения процесса растворимость сернокислого марганца и перманганата калия такова, что при указанных концентрациях используются практически насыщенные растворы этих веществ.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Повышение производительности технологического оборудования при сохранении на высоком уровне каталитической активности диоксида марганца в окислении оксида углерода при использовании растворов сернокислого марганца и перманганата калия с концентрациями 20 - 25 и 15 - 20 мас.% соответственно обусловлено следующей причиной. Использование растворов реагентов с указанными концентрациями (предлагаемый способ) приводит к тому, что в одном и том же объеме технологического аппарата в реакцию вступает гораздо большее количество реагирующих веществ, чем в случае использования растворов сернокислого марганца и перманганата калия с концентрациями 5 мас.% (известный способ). Это приводит к получению большего количества готового продукта в объеме технологического аппарата, т.к. реагенты расходуются полностью, и, соответственно, к значительному повышению производительности технологического оборудования. Поскольку остальные параметры реакции (температура и продолжительность добавления раствора перманганата калия к раствору сернокислого марганца) остаются без изменения, то каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода остается на достаточно высоком уровне.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно повысить производительность технологического оборудования при сохранении на высоком уровне каталитической активности диоксида марганца в окислении оксида углерода.

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