RO127145A2 - Procedeu de sinteză a microparticulelor de carbonat de fier () prin descompunerea hidrotermală a complexului fe-edta - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă de obţinere a microparticulelor de carbonat de fier în stare cristalină pură, prin descompunere termală, microparticulele având proprietăţi controlate şi fiind utilizate ca precursori în procesele ulterioare de sinteză a hematitei şi magnetitei. Metoda conform invenţiei constă în descompunerea hidrotermală a complexului Fe - etilendiaminătetraacetat, în prezenţa ureei, plecând de la sulfatul dublu de fier şi amoniu [FeNH( SO)12HO], şi Na- etilendiaminătetraacetat ca principali precursori, la o temperatură de lucru cuprinsă între 225... 275°C şi o presiune de 30...50 barr, cu un control riguros al dimensiunilor şi proprietăţilor morfostructurale ale microcristalelor de carbonat de fier, pe toată perioada procesului, cuprinsă între 20...28 h, în funcţie de mărimea dorită a particulelor.

Description

PROCEDEU DE SINTEZA A MICROPARTICULELOR DE CARBONAT DE FIER (FeCO₃) PRIN DESCOMPUNEREA HIDROTERMALA A COMPLEXULUI Fe-EDTA

Domeniul tehnic: metode noi de sinteza

Carbonatul de fier (FeCO₃) denumit si siderita este un compus chimic care poate fi folosit ca precursor pentru prepararea diferitilor oxizi ferici cum ar fi hematita si maghernița, (alfa Fe2O3, gama Fe₂O₃), sau a oxidului feroferic (magnetita-Fe₃O₄). El cristalizează in sistemul hexagonal, iar cristalele au forma romboedrala. Termodinamica proceselor in care este implicat carbonatul de fier a fost studiata in legătură cu mai multe domenii de cercetare cum ar fi geologia, oceanografia, sedimentologia, tratamentul apei si coroziunea otelului. El are de asemenea un rol de maxima importanta in stocarea la mare adâncime a bioxidului de carbon (CO₂).

Studii anterioare asupra descompunerii termale a complexului Fe-EDTA indica faptul ca temperatura optima caracteristica desfășurării acestui proces este situata in jurul valorii de 140°C, iar autoclavarea complexului Fe(OH)₃-EDTA a condus la descompunerea chelatului intrun intervalul de temperatura cuprins intre 180°C-275°C.

Bazandu-ne pe aceste date, am dezvoltat o procedura experimentala de sinteza a microparticulelor de carbonat de fier in forma cristalina pura, prin descompunerea hidrotermala a complexului Fe-EDTA in prezeta ureei, plecând de la sulfatul dublu de fier si amoniu (FeNH₄(SO4)₂12H₂O) si Na₄-etilendiaminatetracetat (Na₄EDTA) ca principali precursori. Literatura de specialitate nu prezintă informații reeritor la un astfel de procedeu de obținere a carbonatului de fier.

Invenția se refera la un procedeu de obținere a microcristalelor de carbonat de fier in mediu lichid, la valori ale temperaturii situate in jurul celei de 250°C si presiunea cuprinsa intre 30 si 50 barr, prin descompunerea hidrotermala a complexului Fe-EDTA (Ethilenediamine Tetraacetic Acid) cu un control riguros al dimensiunilor si proprietalilor morfostructurale ale acestuia.

Se cunosc procedee pentru sinteza hidrotermala prin procedeul clasic a nanocristalelor oxidice in soluții acide sau bazice, la diferite temperaturi si grade de umplere a incintei de sinteza. Dezavantajele acestora constau in acea ca procesul

CX-2 010-00334-1 6 -04- 2010 de sinteza necesita prezenta unor aditivi, dimensiunea particolelor este situata in afara domeniului micrometric, dispersia dimensionala a particulelor este mare, iar calitatea materialului obtinut este scăzută. Unul dintre cele mai mari dezavantaje ale metodelor hidrotermale de obținere a carbonatului de fier este insa acela ca, in cele mai multe cazuri, se obțin structuri cristaline polimorfe ale oxidului feric cum ar fi hematita / maghernița cu carbonat de fier sau magnetita cu carbonat de fier.

In literatura de specialitate exista extrem de puține date referitoare la metodele de sinteza a carbonatului de fier in urma carora s-au obtinut cristale care prezintă spectre de difracție caracteristice stării cristaline pure, cu pik-uri aferente acesteia, distincte.

Procedeul de obținere a microcristalelor de carbonat de fier conform invenției, înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea ca se pot obține materiale de calitate superioara cu un consum redus de energie si timp, in lipsa aditivilor de sinteza care ulterior trebuie indepartati prin diverse procedee post autoclavare, pe baza descompunerii in mediul de sinteza din incinta a complexului Fe-EDTA in prezenta unui mediu bazic, stimulând astfel procesul de cristalizare si dispersia dimensionala a nanoparticulelor.

Procedeul conform invenției prezintă avantajul ca se obțin materiale cristaline de calitate superioara, cu dimensiune, faza cristalina, dispersie dimensionala mica si proprietăți, noi sau imbunatatite, controlate.

Se da in continuare un exemplu de realizare a invenției referitor la sinteza microcristalelor de carbonat de fier pe baza descompunerii in mediul de sinteza din incinta de reacție a complexului Fe-EDTA in prezenta unui mediu bazic, stimulând astfel procesul de cristalizare si dispersia dimensionala a microparticulelor.

Prin procedeul descris in continuare s-au obtinut microcristale de carbonat de fier al căror spectru de difracție prezintă pik-uri aferente tuturor planelor de difracție ale acestuia si care pot facilita o identificare rapida si neechivoca a acestei forme cristaline, in stare pura. Procedeul de sinteza a microcristalelor de carbonat de fier, conform invenției, are loc in patru secvențe distincte, după cum urmeaza:

Secvența 1 - se desfasoara in doua etape. In prima etapa soluția apoasa de sufat dublu de fier si amoniu - FeNH4(SO₄)₂12H2O - se amesteca intr-un pahar Berzelius cu Na₄EDTA pana se obține un lichid de culoare roșiatica, iar in cea de-a doua etapa se amesteca intr-un pahar Berzelius ureea cu apa dublu distilata pana la

Χ-2 0 1 0 - 0 0 3 3 4-1 6 -04- 2010 dizolvarea ureei. In cadrul acestei secvențe, in prima etapa, fierul este complexat de către complexonul Na₄ EDTA;

Secvența 2 - se amesteca soluția obtinuta in prima etapa a secvenței 1 cu soluția obtinuta in etapa a doua a aceleeasi secvențe, iar amestecul rezultat se introduce intr-o autoclava de teflon rigidizată cu o manta de otel, intrun procent de umplere de 80%;

Secvența 3 - se încălzește programat autoclava pana la atingerea unei temperaturi de proces in jurul valorii de 250 °C si o presiune de 30 - 50 barr, in funcție de gradul de umplere al autoclavei si se menține la aceasta temperatura si presiune constante o perioada de timp cuprinsa intre 20 h si 28 h, in funcție de dimensiunea microparticolelor pe care ne propunem sa le obținem;

Secvența 4 - se filtreza si se spala nanoparticulele obținute cu apa deionizata, după care se usucă si se ambaleaza.

Urmând aceste secvențe, s-au obtinut microcristale de carbonat de fier de înalta puritate. Spectrul de difracție prezentat in figura 1 scoate in evidenta pik-urile aferente tuturor planelor de difracție ale carbonatului de fier si ele permit o identificare rapida si neechivoca a formei cristaline a produsului final.

Figura 2, reprezentând spectrul EDAX al compusului cristalin sintetizat prin procedeul descris, pune in evidenta faptul ca produsul final nu conține alte elemente chimice in afara carbonului, oxigenului si fierului, reconfirmând faptul ca microcristalele sunt de înalta puritate.

In figura 3, imaginea realizata cu Microscopul electronic de baleiaj (SEM), la magnificatita de 800X, ne indica atat geometria romboedrala, cat si dimensiunea micrometrica a cristalelor de carbonat de fier sintetizate prin procedura ce face obiectul inventiie.

Pentru a confirma natura feromagnetică a microcristalelor de carbonat de fier, in Fig. 4 este prezentata dependenta magnetizarii masice de intensitatea câmpului magnetic cu o magnetizare de saturație in jur de 1 emu/gr. Faptul ca susceptibilitatea magnetica prezintă un maxim, ne confirma neechivoc natura feromagnetică a acestui produs.

Claims (1)

1. Procedeu de obținere a rriicroparticulelor de carbonat de fier in stare cristalina pura cu proprietăți controlate caracterizat prin aceea ca o soluție apoasa de sulfat dublu de fier si amoniu (FeNH₄(SO₄)2l2H2O) se amesteca cu Na₄EDTA si se obține un compus lichid de culoare roșiatica ce se amesteca cu o soluție obtinuta prin dizolvarea ureei in apa dublu distilata, iar amestecul rezultat se omogenizează si se introduce intr-o autoclava de teflon cu manta de otel in procent de umplere de 80% care se încălzește programat pana la atingerea unei temperaturi de proces situata in jurul valorii de 250°C si o presiune de 30 - 50 barr, mentinandu-se la aceasta temperatura si presiune constante un timp cuprins intre 20h si 28h, funcție de dimensiunea proiectata a nanoparticolelor.