Химия и химические технологии/8. Кинетика и катализ

к.т.н. Е.Ю. Никифорова, д.х.н. А.Б. Килимник

Тамбовский государственный технический университет, Россия

СИНТЕЗ УЛЬТРАМИКРОДИСПЕРСНОГО ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВОГО ПОРОШКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ

СПОСОБОМ

Стремление к снижению экологической нагрузки химических производств привело к быстрому росту научного, промышленного, а также коммерческого интереса к применению электрохимических технологий синтеза различных органических и неорганических соединений. В настоящее время большой интерес представляет производство ультрамикродисперсных порошков оксида никеля и железа, которые используются в каталитическом синтезе углеродных наноматериалов в качестве предкурсора катализатора [1-2]. Ранее нами был изучен процесс синтеза нанопорошков оксида никеля [3-5].

Электрохимическое получение порошков оксидов никеля и железа осуществлялось в щелочном электролите при наложении переменного синусоидального тока на железные или никелевые электроды.

Скорость образования ультрамикродисперсных порошка оксида никеля и железа зависит от многих параметров: концентрация и температура гидроксида натрия, плотность и частота переменного синусоидального тока. Варьированием вышеперечисленными параметрами установлено, что максимальная скорость получения порошка оксида никеля наблюдается в 17 М растворе гидроксида натрия, при плотности переменного синусоидально тока 2,5 А/см², частоте 20 Гц и температуре 70 °С. Этим же режимам соответствует и максимальная скорость получения порошка оксида железа.

По данным электронной микроскопии полученные порошки полидисперсны, частицы имеют плоскую структуру с «рваными» краями. Значения удельной поверхности и кажущийся объем микро- и мезопор порошков, полученных при максимальных по выходу продукта режимах, измеренные многоточечным методом БЭТ, равны соответственно 90 м²/г и 0,053 см³/г.

1

1

Применение в электролизёре комбинации электродов из различных металлов приводит к резкому увеличению скорости их разрушения, особенно, железного электрода (рис. 1, 2). Кроме того, изменение режимов электролиза (соотношение площади электродов, плотность тока) позволили получать катализаторы с различным и заранее заданным содержанием оксидов никеля и железа.

Рисунок 1. – Зависимость скорости разрушения железного электрода в 17 М растворе NaOH от плотности тока при температуре 70 ºС: 1 – стальные электроды; 2 – никелевый и железный электроды

Рисунок 2. – Зависимость скорости разрушения никелевого электрода в 17 М растворе NaOH от плотности тока при температуре 70 ºС: 1 – никелевые электроды; 2 – никелевый и железный электроды

Установлено, что использование электродов изготовленных из различных металлов (никеля и железа), позволяет значительно увеличить производительность процесса синтеза смеси порошков.

Экономическая эффективность разработанного процесса обеспечивается уменьшением себестоимости продукта на 30 % по сравнению с существующим традиционным способом, получения порошков металлов методом «мокрого» сжигания [6] и значительным снижением затрат на утилизацию отходов производства.

На основе исследования особенностей технологического процесса разработаны экологически чистые лабораторный способ и малоотходная технологическая схема получения ультрамикродисперсных порошков оксидов никеля и железа на переменном синусоидальном токе позволяющая повысить производительность процесса.

Литература

1. Мележик, А.В. Синтез пористых углеродных нановолокон на катализаторах, полученных механохимическим методом / А.В. Мележик, Ю.И. Семенцов, В.В. Янченко // Журнал прикладной химии. – 2005. – Т. 78, вып. 6. – С.945 – 951.

2. Мележик, А.В. Синтез тонких углеродных нанотрубок на соосажденных металлоксидных катализаторах / А.В. Мележик, Ю.И. Семенцов, В.В. Янченко // Журнал прикладной химии. – 2005.– Т. 78, вып. 6. – С.938-944.

3. Килимник, А.Б. Установка для изучения электродных процессов на переменном токе // А.Б. Килимник, Е.Ю. Острожкова // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2010. – T. 16, № 1. – С. 74 – 79.

4. Острожкова , Е.Ю. Электрохимическое разрушение никеля в щелочных растворах под действием переменного тока / Е.Ю. Острожкова, А.Б. Килимник // Коррозия: материалы, защита. – 2011. – № 3. – С. 27 – 31.

5. Острожкова, Е.Ю. Влияние частоты переменного синусоидального тока на скорость разрушения никелевого электрода / Е.Ю. Острожкова, А.Б. Килимник // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. – 2011. – № 5. – С. 109 – 113.

6. Ткачев, А.Г. Разработка технологии и оборудования для промышленного производства наноструктурных углеродных материалов: дис. ... д-ра техн. наук: 05.17.08, 05.02.03: защищена 16.05.08 / А.Г. Ткачев. – Тамбов, 2008. – 374 с.

Работа проведена в рамках реализации аналитической ведомственной целевой программы ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы (ГК № П 1146, ГК № 14.740.11.0376).