СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРИТА КОБАЛЬТА
METHOD FOR PRODUCING COBALT FERRITE

Изобретение относится к технологии получение ферритов, шпинелей и их твердых растворов и может найти применение в химической промышленности для производства катализаторов, магнитных материалов на основе феррита кобальта.
Известен способ получения ферритов кобальта и никеля, в котором смешивают ионообменную смолу с солями кобальта или никеля, выдерживают смесь в течение 0,5-0,8 часа при комнатной температуре, затем фильтруют на бумажном фильтре, высушивают на воздухе и прокаливают при температуре 400-1000°С в течение 0,8-1 часа. [Патент № 2738940 Российская Федерация, МПК C01G 49/00, C01G 51/00, C01G 53/00, C01B13/18 , C30G 29/26, B82Y 32/00. Способ получения ферритов металлов восьмой группы четвертого периода / Белая Е.А., Ковалёв И.А., Викторов В.В., Грязнова М.С., Жеребцов Д.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет" ФГБОУ ВО "ЮУрГГПУ" (RU). -  № 2018125815; заявл. 12.07.2018, опубл. 18.12.20, Бюл. №35]
Недостатком данного способа является низкая удельная поверхность феррита кобальта, а также низкая каталитическая активность.
В другом способе получения феррита кобальта (II) в качестве исходных материалов применяют растворы солей кобальта (II), железа (II) и разбавленный (0,2-0,4Н) раствор щавелевой кислоты. Каждую соль берут в необходимом количестве и растворяют в определенном количестве воды. Далее растворы солей добавляют в раствор щавелевой кислоты при постоянном перемешивании. После появления мути перемешивание прекращают, суспензию выдерживают еще 40-50 минут, далее порошок оксалата отфильтровывают от маточного раствора и сушат ацетоном на фильтре. Полученный порошок высушивают при температуре 150ºС и прокаливают при температуре 800-1000ºС. [Айрапетян С.С. Хачатрян А.Г. Получение магнитных носителей, покрытых кремнезёмным слоем, на основе дисперсных ферритов кобальта и цинка-никеля // Журн. прикладной химии – 2004. Т.77. вып. 1. С. 13-16].
Недостатком этого способа получения феррита кобальта (II) является низкая удельная поверхность феррита кобальта, а также низкая каталитическая активность.
2-x
4
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ получения твердых растворов составом CoFeCrO,включающий перемешивание и гомогенизацию смеси оксидов кобальта (II), железа (II) и хрома (III) в течение 1 часа в агатовой ступке с последующим брикетированием в таблетки диаметром 20 мм под давлением 15 МПа и прокаливанием при температуре 900ºС в течение 4 часов. [Патент № 2313492 Российская Федерация, МПК C01G 51/00, B01У 23/882. Способ получения твердых растворов состава CoFe2-xCrxO4 / Таланов Валерий Михайлович (RU), Ульянов Андрей Константинович (RU), Шабельская Нина Петровна (RU); заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU). - № 2006116163/15; заявл. 10.05.2006; опубл. 27.12.2007, Бюл. №36]
К недостаткам прототипа следует отнести низкую удельную поверхность феррита кобальта, а также низкую каталитическую активность в реакции разложения оксида азота.
Техническим результатом изобретения является получение феррита кобальта с более высокой удельной поверхностью, а также увеличение каталитической активности в реакции разложения оксида азота (I).
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения феррита кобальта, включающем гомогенизацию компонентов, формование гранул и их термообработку, согласно изобретению, в качестве железосодержащего компонента используют порошок металлического железа, который растворяют в щавелевой кислоте при массовом соотношении железо:кислота, равном 1 : (1÷2), гомогенизацию проводят в присутствии оксалата кобальта путем диспергирования с последующим перемешиванием с нагреванием, а термообработку осуществляют при температуре 300-400ºС.
2
4
2
4
2
4
Предлагаемый способ проиллюстрирован чертежами, где на фиг. 1, показаны рентгенограммы образцов CoFeO, прокаленных в интервале температур 300-400ºС, на фиг. 2 показана микрофотография образца CoFeOпосле термообработки при 300ºС, на фиг.3 – микрофотография образца CoFeOпосле термообработки 400ºС.
Используемые вещества:
порошок железный ПЖР (Fe) 3.200.28  ГОСТ 9849-86
2
2
4
2
Щавелевая кислота (HCO ⋅ 2HO) ТУ 2431-001-55980238-02
2
4
2
Оксалат кобальта (CoCO ⋅ 2HO) ТУ 6-09-09-10-80
2
Вода дистиллированная (HO) ГОСТ Р 58144-2018
Изобретение осуществляют следующим образом.
Пример 1.
2
В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа, 56 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:1), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 50 г НО и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120ºС в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 300ºС.
Пример 2.
2
В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа 112 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:2), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 50 г НО и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120ºС в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 400ºС.
Пример 3.
2
В барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 56 г порошка металлического железа, 84 г порошка щавелевой кислоты (соотношение железо:кислота = 1:1,5), 40 мл воды и обрабатывают в течение 30 минут. Далее к полученной массе добавляют 91,8 г оксалата кобальта, 50 г НО и гомогенизируют в вибрационной мельнице еще 30 мин. Полученную суспензию перемешивают при нагревании до получения массы с оптимальной влажностью. Затем массу формуют в гранулы, которые сушат при 120ºС в течение 6 часов и прокаливают 6 часов при температуре 350ºС.
Площадь поверхности, изотермы адсорбции-десорбции азота получены на приборе Sorbi-MS. Удельную поверхность определяли методом БЭТ (соответствует международным стандартам ASTM и ISO) по низкотемпературной адсорбции-десорбции азота.
2
2
-1
Каталитическую активность образцов катализатора исследовали на установке проточного типа ПКУ-2. Катализатор фракции 0,25 – 0,5 мм загружали в стальной реактор. Состав исходной реакционной смеси: N – 99 %, NO – 1 %. Объемная скорость газа составляла 20000 час, давление в реакторе 0,7 МПа. Температура в реакторе 300°С. Для определения продуктов реакции использовался газовый хроматограф Кристаллюкс – 4000 М.
Таблица
Пример, №
Удельная поверхность, м<sup>2</sup>/г
Каталитическая активность (степень разложения N<sub>2</sub>O при 300ºС), %
Пример 1
77
87
Пример 2
68
69
Пример 3
64
82
Прототип
12
21
Из таблицы видно, что использование заявленного изобретения позволяет увеличить величину удельной поверхности в 5,3-6,4 раза, а каталитическая активность в 4,1-3,3 раза.
Как показали исследования, в предлагаемом решении можно получить наночастицы феррита кобальта размером от 17,5 до 30 нм.