RU2578717C1 - Method of producing cerium (iv) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (iii) nitrate - Google Patents
Method of producing cerium (iv) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (iii) nitrate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578717C1 RU2578717C1 RU2015115743/04A RU2015115743A RU2578717C1 RU 2578717 C1 RU2578717 C1 RU 2578717C1 RU 2015115743/04 A RU2015115743/04 A RU 2015115743/04A RU 2015115743 A RU2015115743 A RU 2015115743A RU 2578717 C1 RU2578717 C1 RU 2578717C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cerium
- nitrate
- anode
- nitric acid
- iii
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимическим способам получения нитрата церия(IV) из нитрата церия(III) и может быть использовано для разделения редкоземельных элементов и получения реагента для окисления органических веществ. The invention relates to electrochemical methods for producing cerium (IV) nitrate from cerium (III) nitrate and can be used to separate rare-earth elements and to obtain a reagent for the oxidation of organic substances.
Известен способ получения четырехвалентного церия электрохимическим окислением нитрата церия(III) в азотнокислом растворе. Электроокисление проводили в проточном мембранном электролизере фильтр-пресного типа, с анионообменной мембранной МА-41. В качестве анода использовали платиновую пластину, в качестве катода - титановую пластину [Седнева Т.А., Тихомирова И.А. Окисление церия в мембранном электролизере. - Апатиты. 2002. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.08.2002, № 1475-В2002]. Оптимальная плотность тока для окисления церия(III) с концентрацией металла порядка 63 г/л в электролите без перемешивания лежит в интервале 5,0-7,5 А/дм2 при интегральном выходе по току 58,7-31,4% соответственно.A known method of producing tetravalent cerium by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate in a nitric acid solution. Electrooxidation was carried out in a flow-through membrane electrolyzer of filter-fresh type, with an anion-exchange membrane MA-41. A platinum plate was used as an anode, a titanium plate was used as a cathode [Sedneva T.A., Tikhomirova I.A. Oxidation of cerium in a membrane electrolyzer. - Apatity. 2002 .-- 11 p. - Dep. at VINITI 08/12/2002, No. 1475-V2002]. The optimal current density for the oxidation of cerium (III) with a metal concentration of about 63 g / l in the electrolyte without stirring is in the range of 5.0-7.5 A / dm 2 with an integrated current output of 58.7-31.4%, respectively.
Недостатками данного способа являются достаточно низкий интегральный выход по току, а также использование в качестве анода дорогостоящей платиновой пластины, поскольку в процессе электролиза наблюдается ее медленное растворение [Чемоданов А.Н., Колотыркин Я.М., Дембровский М.А. Исследование процесса растворения платины в кислых электролитах при различных поляризациях с применением радиохимического метода. - М.: Электрохимия, 1970. - Т.6. - Вып. 4. - С. 460-467].The disadvantages of this method are the rather low integral current efficiency, as well as the use of an expensive platinum plate as an anode, since its electrolysis is accompanied by its slow dissolution [Chemodanov AN, Kolotyrkin Ya.M., Dembrovsky MA Investigation of the process of dissolution of platinum in acidic electrolytes at various polarizations using the radiochemical method. - M .: Electrochemistry, 1970. - V.6. - Vol. 4. - S. 460-467].
Ближайшим аналогом является способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) [Поздеев С.С., Кондратьева Е.С., Губин А.Ф. Электрохимическое получение ионов церия(IV) для применения в процессе очистки сточных вод от органических примесей// Гальванотехника и обработка поверхности, 2014. - Т. 22. - № 4. - С. 37-39]. Согласно этому процессу в качестве анода используют ниобий, покрытый тонким слоем платины (платинированный ниобиевый анод), помещенный в анодную камеру двухкамерного электролизера с анионообменной мембраной МА-41 ИЛ. При этом начальный состав электролита в катодной камере электролизера - раствор азотной кислоты с концентрацией 10 г/л. Начальный состав электролита в анодной камере - раствор нитрата церия(III) с концентрацией металла 115 г/л, содержащий 10 г/л свободной азотной кислоты. The closest analogue is a method for producing cerium (IV) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate [Pozdeev SS, Kondratyev ES, Gubin AF Electrochemical production of cerium (IV) ions for use in the process of wastewater treatment from organic impurities // Electroplating and surface treatment, 2014. - V. 22. - No. 4. - P. 37-39]. According to this process, niobium coated with a thin layer of platinum (platinum niobium anode), placed in the anode chamber of a two-chamber electrolyzer with an anion exchange membrane MA-41 IL, is used as the anode. In this case, the initial composition of the electrolyte in the cathode chamber of the electrolyzer is a solution of nitric acid with a concentration of 10 g / l. The initial electrolyte composition in the anode chamber is a solution of cerium (III) nitrate with a metal concentration of 115 g / l, containing 10 g / l of free nitric acid.
Недостатком данного способа является то, что в процессе электролиза повышается концентрация свободной азотной кислоты в анолите за счет переноса ионов нитрата из католита через анионообменную мембрану. При интегральном выходе по току около 70-75% целевой анодной реакции образование нитрата церия(IV), накопление свободной азотной кислоты в анолите достигает значения 30 г/л. Такое увеличение концентрации снижает устойчивость платинового покрытия [Аноды. Платинированный ниобий [Электронный ресурс] // Metakem. Preclous Metals + Electrochemisrty.URL: http://www.metakem.de/ru/produkte/anoden/platiniertes-niob.html (дата обращения 20.04.2015)]. The disadvantage of this method is that during the electrolysis, the concentration of free nitric acid in the anolyte increases due to the transfer of nitrate ions from catholyte through the anion-exchange membrane. With an integrated current output of about 70-75% of the target anode reaction, the formation of cerium (IV) nitrate, the accumulation of free nitric acid in the anolyte reaches a value of 30 g / l. This increase in concentration reduces the stability of the platinum coating [Anodes. Platinized niobium [Electronic resource] // Metakem. Preclous Metals + Electrochemisrty.URL: http://www.metakem.de/en/produkte/anoden/platiniertes-niob.html (accessed 04/20/2015)].
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении возможности проведения длительного электролиза за счет сохранения постоянства концентрации азотной кислоты в анодной камере и в обеспечении стабильной работы платинированного анода.The technical result that can be achieved by carrying out the invention is to provide the possibility of conducting long-term electrolysis by maintaining a constant concentration of nitric acid in the anode chamber and to ensure stable operation of the platinum anode.
Этот технический результат достигается за счет проведения процесса получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в трехкамерном электролизере с двумя катодными и одним анодным пространством, при плотности тока 1 - 3 А/дм2 на аноде из платинированного ниобия.This technical result is achieved by carrying out the process of producing cerium (IV) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate in a three-chamber electrolyzer with two cathode and one anode space, at a current density of 1 - 3 A / dm 2 at the anode of platinum niobium.
Две катодные камеры отделены от анодной камеры ионообменными мембранами, одна катионообменной (МК-40Л), а вторая анионообменной (МА-41ИЛ). Применение двух катодных камер с разными мембранами позволяет, с одной стороны, поддерживать концентрацию свободной азотной кислоты в анолите в пределах 8-12 г/л, а с другой, обеспечивает образование нитрата церия(IV).Two cathode chambers are separated from the anode chamber by ion-exchange membranes, one cation-exchange (MK-40L), and the second anion-exchange (MA-41IL). The use of two cathode chambers with different membranes allows, on the one hand, to maintain the concentration of free nitric acid in the anolyte in the range of 8-12 g / l, and on the other hand, provides the formation of cerium (IV) nitrate.
Во избежание роста напряжения на электролизере и предотвращения увеличения расхода электроэнергии на процесс получения нитрата церия(IV) периодически контролируют концентрацию свободной азотной кислоты в катодной камере с анионообменной мембраной и, при необходимости, корректируют католит добавлением азотной кислоты, поддерживая ее в пределах 8-12 г/л. In order to avoid an increase in voltage on the electrolyzer and to prevent an increase in the energy consumption for the process of producing cerium (IV) nitrate, the concentration of free nitric acid in the cathode chamber with an anion exchange membrane is periodically monitored and, if necessary, the catholyte is corrected by the addition of nitric acid, maintaining it within 8-12 g / l
Изобретение иллюстрируют следующие примеры.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Эксперименты по электрохимическому окислению ионов церия(III) проводили в двухкамерном электролизере мембранного типа при анодной плотности тока 2 А/дм2. В качестве анода использовали платинированный ниобий, в качестве катода - листовой титан марки ВТ1-0, для разделения катодного и анодного пространств используют анионообменную мембрану марки МА-41ИЛ. Площади электродов и мембраны были одинаковы и составляли 0,225 дм2. Растворы анолита (азотнокислый церий на фоне азотной кислоты) и католита (азотная кислота) циркулировали в камерах электролизера со скоростью 13,8 л/час. Объемы растворов были одинаковы и составляли 0,2 литра. Начальная концентрация азотной кислоты в анолите и католите составляла 10 г/л, концентрация церия(III) - 115 г/л. The experiments on the electrochemical oxidation of cerium (III) ions were carried out in a two-chamber membrane-type electrolyzer at an anode current density of 2 A / dm 2 . Platinum niobium was used as the anode, VT1-0 sheet titanium was used as the cathode, and an anion-exchange membrane of the MA-41IL brand was used to separate the cathode and anode spaces. The areas of the electrodes and the membrane were the same and amounted to 0.225 dm 2 . Solutions of anolyte (cerium nitrate against a background of nitric acid) and catholyte (nitric acid) circulated in the cells of the electrolyzer at a rate of 13.8 l / h. The volumes of the solutions were the same and amounted to 0.2 liters. The initial concentration of nitric acid in the anolyte and catholyte was 10 g / l, the concentration of cerium (III) was 115 g / l.
Концентрацию церия определяли титрованием раствором соли Мора в присутствии индикатора - наполовину окисленного дифениламин- 4-сульфокислоты натриевая соль (ДАС). Концентрацию азотной кислоты определяли кислотно-основным титрованием по методике, описанной в литературе [Пискарева С.К., Барашков К.М., Ольшанова К.М. Аналитическая химия. - М.: Высшая школа, 1994. − 384 с.].The cerium concentration was determined by titration with a solution of Mohr's salt in the presence of an indicator - half-oxidized diphenylamine-4-sulfonic acid sodium salt (DAS). The concentration of nitric acid was determined by acid-base titration according to the method described in the literature [Piskareva S.K., Barashkov K.M., Olshanova K.M. Analytical chemistry. - M.: Higher School, 1994. - 384 p.].
Для количественной оценки протекания процесса использовали величины выхода по току (ВТ) и степень окисления (α, %).For a quantitative assessment of the process, current output (W) and oxidation state (α,%) were used.
Величину выхода по току рассчитывали по формуле:The current efficiency value was calculated by the formula:
ВТ=Qтеор/ Qпракт∙100, %, VT = Qtheor / Qpract ∙ 100,%,
где Qпракт - количество электричества, затраченное на окисление, А·ч;where Qpract is the amount of electricity spent on oxidation, Ah;
Qтеор - теоретическое количество электричества, необходимое на окисление, рассчитанное по закону Фарадея, А·ч.Qtheor is the theoretical amount of electricity required for oxidation, calculated according to the Faraday law, Ah.
Qтеор= С(Ce4+)·V/q,Qtheor = C (Ce 4+ ) V / q,
где С(Ce4+) - текущая концентрация ионов Ce4+ в растворе, г/л;where C (Ce 4+ ) is the current concentration of Ce 4+ ions in solution, g / l;
V - объем обрабатываемого раствора, л;V is the volume of the treated solution, l;
q - электрохимический эквивалент, который равен в данном случае 5,224 г·экв/(А·ч).q is the electrochemical equivalent, which in this case is equal to 5.224 g · equiv / (Ah).
Qпракт=I·t, Qpract = I · t,
где I - сила тока между электродами, А;where I is the current strength between the electrodes, A;
t - время электролиза, ч.t is the electrolysis time, h
Величину степени окисления вещества рассчитывали по формуле:The value of the degree of oxidation of the substance was calculated by the formula:
α= С(Ce4+)/ С(Ce исх) 100, %,α = C (Ce 4+ ) / C (Ce ref) 100,%,
где С(Ce исх) - общая концентрация церия в обрабатываемом растворе, г/л.where C (Ce Ref) is the total concentration of cerium in the treated solution, g / l.
Через заданные промежутки времени (1, 2, 3, 5 и 10 часов после начала электролиза) из анодной камеры были отобраны пробы для определения концентрации церия(IV) с целью расчета степени окисления и выхода по току (таблица 1), а также для определения концентрации свободной азотной кислоты (таблица 2). At predetermined time intervals (1, 2, 3, 5, and 10 hours after the start of electrolysis), samples were taken from the anode chamber to determine the concentration of cerium (IV) in order to calculate the degree of oxidation and current efficiency (table 1), as well as to determine the concentration of free nitric acid (table 2).
Из представленных данных видно, что в ходе электролиза происходит увеличение концентрации кислоты, к концу электролиза остаточное содержание свободной азотной кислоты в анолите составляло 30 г/л, что ухудшает условия эксплуатации платинового покрытия.From the presented data it is seen that during the electrolysis, an increase in the acid concentration occurs, by the end of the electrolysis the residual content of free nitric acid in the anolyte was 30 g / l, which worsens the operating conditions of the platinum coating.
Пример 2.Example 2
Эксперименты по электрохимическому окислению ионов церия(III) проводили в трехкамерном электролизере мембранного типа с одной катионообменной (МК-40Л) и одной анионообменной (МА-41ИЛ) мембранами при анодной плотности тока 2 А/дм2. В качестве анода использовали платинированный ниобий с поверхностью 0,225 дм2 и двумя титановыми катодами марки ВТ1-0 с поверхностью по 0,225 дм2 каждый. Растворы анолита (азотнокислый церий на фоне азотной кислоты) и католитов (азотная кислота) циркулировали в камерах электролизера со скоростью 13,8 л/час. В анодную камеру помещали 0,2 литра раствора с начальной концентрацией церия(III) 115 г/л, содержащего 10 г/л свободной азотной кислоты. В каждую из катодных камер помещали раствор азотной кислоты с концентрацией 10 г/л. The experiments on the electrochemical oxidation of cerium (III) ions were carried out in a three-chamber membrane type electrolyzer with one cation exchange (MK-40L) and one anion exchange (MA-41IL) membranes at an anode current density of 2 A / dm 2 . Platinum niobium with a surface of 0.225 dm 2 and two titanium cathodes of the VT1-0 grade with a surface of 0.225 dm 2 each was used as an anode. Solutions of anolyte (cerium nitrate against a background of nitric acid) and catholytes (nitric acid) circulated in the cells of the electrolyzer at a rate of 13.8 l / h. A 0.2 liter solution with an initial concentration of cerium (III) of 115 g / l containing 10 g / l of free nitric acid was placed in the anode chamber. A solution of nitric acid with a concentration of 10 g / L was placed in each of the cathode chambers.
Через заданные промежутки времени (1, 2, 3, 5 и 10 часов после начала электролиза) из анодной камеры были отобраны пробы для определения концентрации церия(IV) с целью расчета степени окисления и выхода по току (таблица 1), а также для определения концентрации свободной азотной кислоты (таблица 2). At predetermined time intervals (1, 2, 3, 5, and 10 hours after the start of electrolysis), samples were taken from the anode chamber to determine the concentration of cerium (IV) in order to calculate the degree of oxidation and current efficiency (table 1), as well as to determine the concentration of free nitric acid (table 2).
Сравнительные результаты известного и предлагаемого способа представлены в таблице 2. Видно, что при использовании трехкамерного электролизера концентрация кислоты в анолите поддерживается постоянной.Comparative results of the known and proposed method are presented in table 2. It is seen that when using a three-chamber electrolyzer, the acid concentration in the anolyte is kept constant.
Способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия (III)The method of producing cerium (IV) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate
Таблица 1Table 1
Изменение значений выхода по току и степени окисления церия(III) в прототипе и предлагаемом способеThe change in the current efficiency and oxidation state of cerium (III) in the prototype and the proposed method
Способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III)The method of producing cerium (IV) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate
Таблица 2table 2
Сравнение характеристик используемого способа и прототипаComparison of the characteristics of the used method and prototype
Claims (1)
Способ получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией нитрата церия(III) 100-130 г/л и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 г/л, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 А/дм2, отличающийся тем, что с целью повышения устойчивости платинового покрытия процесс электролиза проводят в анодной камере трехкамерного электролизера, отделенной от двух катодных камер анионообменной и катионообменной мембранами, за счет которых в анодной камере поддерживается постоянная концентрация свободной азотной кислоты 8-12 г/л.
A method of producing cerium (IV) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate in the anode chamber of an electrolyzer containing a solution with an initial concentration of cerium (III) nitrate of 100-130 g / l and an initial concentration of free nitric acid in anolyte and catholyte of 8-12 g / l, at a current density on the platinum niobium anode of 1-3 A / dm 2 , characterized in that in order to increase the stability of the platinum coating, the electrolysis process is carried out in the anode chamber of a three-chamber electrolyzer, separated from the two cathode chambers of the anion-exchange and cation exchange membranes, due to which a constant concentration of free nitric acid of 8-12 g / l is maintained in the anode chamber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115743/04A RU2578717C1 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Method of producing cerium (iv) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (iii) nitrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115743/04A RU2578717C1 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Method of producing cerium (iv) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (iii) nitrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2578717C1 true RU2578717C1 (en) | 2016-03-27 |
Family
ID=55656806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015115743/04A RU2578717C1 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Method of producing cerium (iv) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (iii) nitrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578717C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2623542C1 (en) * | 2016-08-10 | 2017-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Инновационных Технологий" | Method of electrochemical oxidation of cerium |
RU2673809C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-11-30 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Method of electric oxidation of cerium ions (iii) |
-
2015
- 2015-04-27 RU RU2015115743/04A patent/RU2578717C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Поздеев С.С. и др., Электрохимическое получение ионов церия (IV) для применения в процессе очистки сточных вод от органических примесей, Гальванотехника и обработка поверхности, 2014, т. 22, N 4, стр. 37-39. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2623542C1 (en) * | 2016-08-10 | 2017-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Инновационных Технологий" | Method of electrochemical oxidation of cerium |
RU2673809C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-11-30 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Method of electric oxidation of cerium ions (iii) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2002365547B2 (en) | Electrochemical process for producing ionic liquids | |
FI94063C (en) | Process for simultaneous preparation of alkali metal or ammonium peroxodisulfate salts and alkali metal hydroxide | |
KR102277620B1 (en) | Electrolytic cell equipped with concentric electrode pairs | |
US9222181B2 (en) | Electrolytic cell equipped with concentric electrode pairs | |
CA2130552A1 (en) | Electrochemical process for preparing glyoxylic acid | |
JP2001286868A (en) | Method of producing electrolytic water and electrolytic water | |
RU2578717C1 (en) | Method of producing cerium (iv) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (iii) nitrate | |
Cataldo-Hernández et al. | A membrane-based electrochemical flow reactor for generation of ferrates at near neutral pH conditions | |
CN101603179B (en) | Electrolytic synthesis method of 3,5,6-trichloropyridine carboxylic acid | |
KR101506951B1 (en) | Manufacturing equipment of electrolyte for redox flow battery and manufacturing method thereof | |
NO162523B (en) | PROCEDURES FOR THE PREPARATION OF QUATERNARY AMMONIC SIDES. | |
RU2013111433A (en) | METHOD FOR ELECTROLYSIS OF ALKALI METAL CHLORIDES USING ELECTROLYTE CELL WITH MICROZAZORNY CONFIGURATION (OPTIONS) | |
CN102925919A (en) | On-line addition device for three-dimensional electrode electrochemical oxidation ferrate solution | |
RU2011131512A (en) | METHOD FOR REGENERATING A SOLUTION OF BLACK CHROMATING ZINC COATINGS | |
KR20220068566A (en) | Hydrogen generation apparatus using aqueous ammonia | |
RU2603642C1 (en) | Method of producing cerium nitrate (iv) | |
RU2010154378A (en) | METHOD FOR PRODUCING PURE PERRENATE AMMONIUM | |
FI82078C (en) | ELEKTROKEMISKT AVLAEGSNANDE AV HYPOKLORITER UR KLORATCELLOESNINGAR. | |
Jalbout et al. | New paired electrosynthesis route for glyoxalic acid | |
WO2020231342A1 (en) | Electrochemical system for low energy and high efficiency water desalination | |
RU2623542C1 (en) | Method of electrochemical oxidation of cerium | |
JPS61231189A (en) | Production of amino alcohol | |
RU2601466C2 (en) | Method of producing electrically activated salt water solutions | |
US8535509B2 (en) | Membrane restoration | |
Harrison | The electrodialysis of lithium sulphate to lithium hydroxide |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170428 |