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 раствор сернокислого марганца содержит свободную серную кислоту в количестве 8 - 15 мас.%.

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 температуре 2-9^oC, нагревание полученного кристаллического осадка диоксида марганца при температуре 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, кл. C 01 G 45/02, 1970).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса получения диоксида марганца, обусловленная необходимостью нагревания кристаллического осадка диоксида марганца при температуре 280-400^oC в атмосфере водяного пара, последующей обработки диоксида марганца концентрированной азотной кислотой и дополнительной термообработки диоксида марганца при температуре 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, кл. C 01 G 45/02, 1970).

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 добавление 200 мл 5%-ного раствора перманганата калия к 250 мл 5%-ного раствора сернокислого марганца при температуре 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 температуре 110-120^oC (Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы. Руководство по приготовлению неорганических препаратов. М.-Л.: Гос. научно-техн.изд.хим.литературы, 1947, с. 324).

Недостатком указанного способа является низкая технологичность процесса, обусловленная длительным временем реакции получения диоксида марганца.

Целью изобретения является сокращение времени реакции получения диоксида марганца при сохранении на высоком уровне каталитической активности 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 раствор сернокислого марганца содержит свободную серную кислоту в количестве 8-15 мас.%.

Способ осуществляют следующим образом.

К 1 л раствора, содержащего сернокислый марганец в количестве 5 мас.% и свободную серную кислоту в количестве 8-15 мас.%, добавляют 0,8 л 5%-ного раствора перманганата калия при температуре 50^oC при перемешивании в течение 1 ч. Полученный осадок диоксида марганца фильтруют, промывают от сульфат-ионов горячей водой при температуре 70^oC, сушат при температуре 110-120^oC в тече6ние 8-10 ч. Высушенный осадок прессуют при давлении 100 атм, дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 170^oC в течение 3 ч. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 7,2-7,8. Каталитическая активность диоксида марганца, полученного по известному способу, составила 6,5-7,9.

Пример 1. В реактор, снабженный перемешивающим и нагревательным устройствами, заливают 1 л раствора, содержащего сернокислый марганец в количестве 5 мас.% и свободную серную кислоту в количестве 8 мас.%, и включают перемешивание и нагрев. При установлении температуры 50^oC в реактор добавляют 0,8 л раствора, содержащего перманганат калия в количестве 5 мас.% в течение часа. Полученный осадок диоксида марганца фильтруют, промывают от сульфат-ионов горячей водой при температуре 70^oC, сушат при температуре 110^oC в течение 8 ч. Высушенный осадок прессуют при давлении 100 атм, дробят, отсеивают фракцию 0,5-1,0 мм и сушат при температуре 170^oC в течение 3 ч. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 7,2.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества свободной серной кислоты в растворе, которое составило 12 мас.%. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 7,0.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1, за исключением количества свободной серной кислоты в растворе, которое составило 15 мас.%. Каталитическая активность полученного диоксида марганца в окислении оксида углерода составила 7,8.

Результаты исследования влияния количества свободной серной кислоты в растворе на время реакции получения диоксида марганца приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наименьшее время реакции получения диоксида марганца при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода наблюдается при содержании свободной серной кислоты в растворе сернокислого марганца в количестве 8-15 мас.%. При уменьшении концентрации свободной серной кислоты в растворе сернокислого марганца менее 8 мас.% время реакции получения диоксида марганца заметно увеличивается, а увеличение концентрации свободной серной кислоты в растворе сернокислого марганца выше 15 мас.% не приводит к изменению времени реакции.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Значительное сокращение времени реакции получения диоксида марганца при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода при содержании свободной серной кислоты в растворе сернокислого марганца в количестве 8-15 мас.% обусловлено, вероятно, следующими причинами. Во-первых, при взаимодействии растворов сернокислого марганца и перманганата калия свободная серная кислота образуется в качестве побочного продукта реакции и, по всей видимости, является катализатором данной реакции. Однако, ввиду того, что индукционный период реакции весьма длительный, накопление достаточного количества свободной серной кислоты требует весьма длительного времени. Во-вторых, при содержании свободной серной кислоты в растворе сернокислого марганца 8-15 мас.% количестве катализатора достаточно для сокращения времени индукционного периода реакции, что и приводит к значительному сокращению общего времени реакции взаимодействия сернокислого марганца с перманганатом калия.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно сократить время реакции получения диоксида марганца при сохранении на высоком уровне каталитической активности в окислении оксида углерода и повысить технологичность процесса.

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