RO127145B1

RO127145B1 - Procedeu de sinteză a microparticulelor de carbonat de fier (feco3) prin descompunerea hidrotermală a complexului fe-edta

Info

Publication number: RO127145B1
Application number: ROA201000334A
Authority: RO
Inventors: Mihaila Ion Marius Chirita; Radu Banica; Ioan Grozescu
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Electrochimie Şi Materie Condensată - Incemc Timişoara
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2016-05-30
Also published as: RO127145A2

Description

Invenția se referă !a un procedeu de obținere a microcristalelor de carbonat de fier în mediu lichid, la valori ale temperaturii situate în jurul celei de 250°C și presiunea cuprinsă între 30 și 50 bari, prin descompunerea hidrotermală a complexului Fe-EDTA (acid etilendiaminotetraacetic) cu un control riguros al dimensiunilor și proprietăților morfostructurale ale acestuia.

Din literatura de specialitate se cunosc procedee pentru sinteza hidrotermală, prin procedeul clasic, a microcristalelor oxidice în soluții acide sau bazice, la diferite temperaturi și grade de umplere a incintei de sinteză.

CN 1374254 se referă la un procedeu de obținere a oxidului feric de înaltă puritate, din ferite în care, într-o etapă a procedeului, pornind de la sulfatul feros, se obține cârbonatul de fier prin acidoliză, hidroliză, epurare și dublă descompunere eu carbonat de amoniu.

De asemenea, este cunoscut faptul că respectivul carbonat de fier se poate obține prin reacția dintre sulfatul de fier și un carbonat alcalin [C. Gheorghiu, C. Panait, Chimie, Manual pentru clasa a VIl-a, Ed. Didactică și Pedagogică - R.A., București, 1997, cap. 8,4.5., pag. 177],

Dezavantajele acestor procedee constau în aceea că procesul de sinteză necesită prezența unor aditivi, dimensiunea particulelor este situată în afara domeniului micrometric, dispersia dimensională a particulelor este mare, iar calitatea materialului obținut estescăzută. Unul dintre cele mai mari dezavantaje ale metodelor hidrotermale de obținere a carbonatului de fier este însă acela că, în cele mai multe cazuri, se obțin structuri cristaline polimorfe ale oxidului feric, cum ar fi hematita/maghemita cu carbonat de fier, sau magnetita cu carbonat de fier.

Carbonatul de fier (FeCO₃), denumit și siderită, este un compus chimie ce poate fi folosit ca precursor pentru prepararea diferiților oxizi ferici, cum ar fi hematita și maghernița (a-Fe₂O₃, Y-Fe₂O₃), sau a oxidului feroferic (magnetita - Fe₃O₄J. Acesta cristalizează în sistemul hexagonal, iar cristalele au forma romboedrică. Termodinamica proceselor în care este implicat carbonatul de fier a fost studiată în legătură cu mai multe domenii de cercetare, cum ar fi geologia, oceanografia, sedimentoîogia, tratamentul apei și coroziunea oțelului. Compusul are, de asemenea, un rol de maximă importanță în stocarea la mare adâncime a bioxidului de carbon (CO₂).

Studii anterioare asupra descompunerii termale a complexului Fe-EDTA indică faptul că temperatura optimă, caracteristică desfășurării acestui proces, este situată în jurul valorii de 140°C, iarautoclavarea complexului Fe(OH)₃-EDTA a condus la descompunerea chelatului întrun interval de temperatură cuprins între 180 și 275°C.

Bazându-ne pe aceste date, am dezvoltat o procedură experimentală de sinteză a microparticulelor de carbonat de fier în forma cristalină pură, prin descompunerea hidrotermală a complexului Fe-EDTA în prezența ureei, plecând de la sulfatul dublu de fier și amoniu (FeNH₄(SO₄)₂12H₂O) și Na₄-etilendiaminotetracetat (Na₄EDTA), ca principali precursori. Literatura de specialitate nu prezintă informații referitoare la un astfel de procedeu de obținere a carbonatului de fier.

în literatura de specialitate există extrem de puține date privind metodele de sinteză a carbonatului de fier, în urma cărora s-au obținut 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 că o soluție apoasă de sulfat dublu de fier și amoniu (FeNH₄(SO₄)₂12H₂O), cu o concentrație de 0,525 molar, se amestecă apoi cu o soluție echimolară de Na₄EDTA, într-un raport volumetric de 1:1, obținându-se un compus lichid de culoare roșiatică, ce se amestecă, într-un raport volumetric de 1:3, cu o soluție de concentrație 1,62 molar, obținută prin dizolvarea ureei în apă dublu distilată, iar amestecul rezultat se

RO 127145 Β1 omogenizează și se introduce într-o autoclavâ de teflon cu manta de oțel, până la un procent 1 de umplere de 80%, care se încălzește, programat, până la atingerea unei temperaturi de proces de 250°C±5°C și o presiune de 30...50 barj, amestecul de reacție menținându-se la 3 această temperatură și presiune un timp cuprins între 20 h și 28 h, în funcție de dimensiunea dorită pentru microparticulele de carbonat de fier care ulterior sunt filtrate, spălate cu apă 5 distilată, uscate și ambalate.

Prin procedeul conform invenției se pot obține materiale de calitate superioară cu un 7 consum redus de energie și timp, în lipsa aditivilor de sinteză care, ulterior, trebuie îndepărtați prin diverse procedee post autociavare, pe baza descompunerii în mediul de sinteză din incintă 9 a complexului Fe-EDTA, în prezența unui mediu bazic, stimulând astfel procesul de cristalizare și dispersia dimensională a nanoparticulelor. 11

Procedeul conform invenției prezintă avantajul că se obțin materiale cristaline de calitate superioară, cu dimensiune, fază cristalină, dispersie dimensională mică și proprietăți, noi sau 13 îmbunătățite, controlate.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, referitor la sinteza micro- 15 cristalelor de carbonat de fier pe baza descompunerii în mediul de sinteză din incinta de reacție a complexului Fe-EDTA, în prezența unui mediu bazic, stimulând astfel procesul de cristalizare 17 și dispersia dimensională a microparticulelor.

Prin procedeul conform invenției s-au obținut microcristale de carbonat de fier al căror 19 spectru de difracție prezintă pik-url aferente tuturor planelor de difracție ale acestuia, și care pot facilita o identificare rapidă și neechivocă a acestei forme cristaline, în stare pură. Procedeul 21 de sinteză a microcristalelor de carbonat de fier, conform invenției, are loc în patru secvențe distincte, după cum urmează: 23

Secvența 1 - se desfășoară în două etape. în prima etapă, soluția apoasă de sulfat dublu de fier și amoniu - FeNH₄(SO₄)₂12H₂O - cu o concentrație de 0,525 molar se amestecă într-un 25 pahar Berzelius cu o soluție echimolară de Na₄EDTA, într-un raport volumetric de 1:1, până se obține un lichid de culoare roșiatică, iar în cea de-a doua etapă se amestecă într-un pahar 27 Berzelius ureea cu apa dublu distilată, până la dizolvarea ureei, pentru a se obține o soluție cu o concentrație de 1,62 molar. în cadrul acestei secvențe, în prima etapă, fierul este complexat 29 de către complexonul Na₄ EDTA.

Secvența 2 - se amestecă soluția obținută în prima etapă a secvenței 1 cu soluția 31 obținută în etapa a doua a aceleași secvențe, într-un raport volumetric soluție din etapa 1:soluție din etapa 2 de 1:3, iar amestecul rezultat se introduce într-o autoclavă de teflon, rigidizată cu 33 o manta de oțel, într-un procent de umplere de 80%.

Secvența 3 - se încălzește programat autoclava până la atingerea unei temperaturi de 35 proces în jurul valorii de 250°C±5°C și o presiune de 30...50 bari, în funcție de gradul de umplere al autoclavei, și se menține la această temperatură și presiune constante o perioadă 37 de timp cuprinsă între 20 h și 28 h, în funcție de dimensiunea microparticulelor pe care ne propunem să le obținem. 39

Secvența 4 - se filtrează și se spală microparticulele obținute cu apă deionizată, după care se usucă și se ambalează. 41

Urmând aceste secvențe, s-au obținut microcristale de carbonat de fier de înaltă puritate. Spectrul de difracție prezentat în fig. 1 scoate în evidență pik-urile aferente tuturor 43 planelor de difracție ale carbonatului de fier, și permit o identificare rapidă și neechivocă a formei cristaline a produsului final. 45

Fig. 2, reprezentând spectrul EDÂX al compusului cristalin sintetizat prin procedeul descris, pune în evidență faptul că produsul final nu conține alte elemente chimice în afara 47 carbonului, oxigenului și fierului, reconfirmând faptul că microcristalele sunt de înaltă puritate.

RO 127145 Β1 în fig. 3, imaginea realizată cu Microscopul electronic de baleiaj (SEM), la magnificația de 800X, ne indică geometria romboedrică, dar și dimensiunea micrometrică a cristalelor de carbonat de fier sintetizate prin procedura ce face obiectul invenției.

Pentru a confirma natura feromagnetică a microcristalelor de carbonat de fier, în fig. 4 este prezentată dependența magnetizării masice de intensitatea câmpului magnetic cu o magnetizare de saturație în jur de 1 emu/g. Faptul că susceptibilitatea magnetică prezintă un maxim ne confirmă neechivoc natura feromagnetică a acestui produs.

Claims

Revendicare 1

Procedeu de obținere a microparticulelor de carbonat de fier în stare cristalină pură, cu 3 proprietăți controlate, caracterizat prin aceea că o soluție apoasă, de sulfat dublu de fier și amoniu (FeNH₄(SC>₄)₂12H₂O), cu o concentrație de 0,525 molar, se amestecă apoi cu o soluție 5 echimolară de Na₄EDTA, într-un raport volumetric de 1:1, obținându-se un compus lichid de culoare roșiatică, ce se amestecă într-un raport volumetric de 1:3 cu o soluție de concentrație 7 1,62 molar, obținută prin dizolvarea ureei în apă dublu distilată, iar amestecul rezultat se omogenizează și se introduce într-o autoclavă de teflon cu manta de oțel, până la un procent 9 de umplere de 80%, care se încălzește, programat, până la atingerea unei temperaturi de proces de 250°C±5’C și o presiune de 30...50 ban, amestecul de reacție menținându-se la 11 această temperatură și presiune un timp cuprins între 20 h și 28 h, în funcție de dimensiunea dorită pentru microparticulele de carbonat de fier care, ulterior, sunt filtrate, spălate cu apă 13 distilată, uscate și ambalate.