СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТОАКТИВНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Изобретение относится к получению магнитоактивных соединений.

Частицы магнитоактивных соединений могут образовываться благодаря конденсации отдельных молекул. На размер образующихся частиц существенно влияют условия, при которых происходит объединение отдельных молекул в частицы, поэтому для получения коллоидных частиц магнитных материалов используют различные варианты метода.

Одним из вариантов метода конденсации является реакция химической конденсации высокодисперсного магнетита [Elmore W.С. // Phys. Rew., 1938, V.54, P.309]:

2FeCl₃+FeCl₂+8NaOH→Fe₃O₄↓+8NaCl+4H₂O.

10%-ные растворы FeCl₂·4H₂O и FeCl₃·6H₂O смешивают при 70°С и при постоянном перемешивании к ним добавляют избыток 10%-ного раствора NaOH. Для ограничения роста частиц использовалось интенсивное перемешивание растворов. Для получения магнетита требуемого состава соотношение солей Fe³⁺/Fe²⁺ должно быть 2 к 1.

Существуют способы получения магнитных жидкостей и рентгеноконтрастных средств на основе органических соединений. В качестве магнитного компонента использован магнетит, осажденный из смеси солей железа (II) и железа (III) 25%-ным раствором аммония гидроксида (пат. СССР №№568598, 861321, 966015, 978860).

Замена гидроксида натрия на гидроксид аммония позволяет проводить соосаждение солей при 25…40°С.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, в соответствии с которым первоначально из раствора соли железа (II) осаждается карбонат железа (II), который при температуре 55…60°С в течение 1 ч превращается в магнитоактивный магнетит, отделяемый от жидкости путем декантации до рН 7 [пат. РФ №2230705. МПК⁷ C01G 49/08. Способ получения магнитоактивного соединения // Беликов В.Г., Курегян А.Г., Шахшаев Ш.О., Зилфикаров И.Н. Заявка: 2000109795/02, 19.04.2000. Опубликовано: 20.06.2004].

Недостатком указанного способа является низкая относительная магнитная восприимчивость образующегося магнитоактивного соединения.

Задачей изобретения является получение магнитоактивного соединения с высокой относительной магнитной восприимчивостью.

Это достигается тем, что магнитоактивное соединение образуется в результате осаждения из подкисленного раствора соли железа (II), которое проводится в присутствии соли азотистой кислоты.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. К подкисленному раствору соли железа (II) добавляется расчетное количество соли азотистой кислоты и полученный раствор подщелачивается. Выделяющийся бирюзовый осадок быстро уплотняется и через некоторое время превращается в магнитоактивное соединение с высокой относительной магнитной восприимчивостью.

Пример 1. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,32 мг/мл, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2% и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 26°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 20 мин после смешения реактивов, составила 20,0 г/г железа.

Пример 2. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 27,2 г/г железа.

Пример 3. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что реакционную смесь выдерживали в термостате в течение 5 мин при температуре 40°С. Относительная магнитная восприимчивость составила 16,3 г/г железа.

Пример 4. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что реакционную смесь выдерживали в термостате в течение 60 мин при температуре 40°С. Относительная магнитная восприимчивость составила 27,8 г/г железа.

Пример 5. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что реакционную смесь выдерживали в термостате в течение 5 мин при температуре 50°С. Относительная магнитная восприимчивость составила 19,5 г/г железа.

Пример 6. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что реакционную смесь выдерживали в термостате в течение 60 мин при температуре 50°С. Относительная магнитная восприимчивость составила 28,0 г/г железа.

Пример 7. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что реакционную смесь выдерживали в термостате в течение 2 мин при температуре 100°С. Относительная магнитная восприимчивость составила 3,6 г/г железа.

Пример 8. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что реакционную смесь выдерживали в термостате в течение 5 мин при температуре 100°С. Относительная магнитная восприимчивость составила 9,7 г/г железа.

Пример 9. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,2 мг/мл, 5 мл раствора уксусной кислоты концентрацией 0,2% и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 26°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 20 мин после смешения реактивов, составила 3,7 г/г железа.

Пример 10. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 9, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 240 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 10,0 г/г железа.

Пример 11. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 9, отличающихся тем, что при синтезе используют муравьиную кислоту. Относительная магнитная восприимчивость составила 5,4 г/г железа.

Пример 12. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 11, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 240 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 11,5 г/г железа.

Пример 13. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 9, отличающихся тем, что при синтезе используют соляную кислоту. Относительная магнитная восприимчивость составила 8,3 г/г железа.

Пример 14. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 13, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 240 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 14,6 г/г железа.

Пример 15. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 9, отличающихся тем, что при синтезе используют серную кислоту. Относительная магнитная восприимчивость составила 5,4 г/г железа.

Пример 16. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 15, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 240 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 12,8 г/г железа.

Пример 17. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,12 мг/мл, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2% и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 26°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 20 мин после смешения реактивов, составила 3,9 г/г железа.

Пример 18. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 17, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 240 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 11,4 г/г железа.

Пример 19. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,2 мг/мл, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2% и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 26°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 20 мин после смешения реактивов, составила 8,2 г/г железа.

Пример 20. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 19, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 240 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 19,7 г/г железа.

Пример 21. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 1, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 240 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 30,5 г/г железа.

Пример 22. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,60 мг/мл, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2% и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 40°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 5 мин после смешения реактивов, составила 20,3 г/г железа.

Пример 23. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 22, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 22,2 г/г железа.

Пример 24. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,74 мг/мл, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2% и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 50°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 5 мин после смешения реактивов, составила 20,1 г/г железа.

Пример 25. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 24, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 21,3 г/г железа.

Пример 26. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл воды, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2% и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 40°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 20 мин после смешения реактивов, составила 1,5 г/г железа.

Пример 27. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 26, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 30 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 1,9 г/г железа.

Пример 28. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 26, отличающихся тем, что реакционную смесь выдерживали в термостате в течение 20 мин при температуре 50°С. Относительная магнитная восприимчивость составила 5,2 г/г железа.

Пример 29. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 28, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 9,1 г/г железа.

Пример 30. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,2 мг/мл, 5 мл воды и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 26°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 20 мин после смешения реактивов, составила 7,2 г/г железа.

Пример 31. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 30, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 300 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 13,2 г/г железа.

Пример 32. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 10 мл воды и 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 26°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 20 мин после смешения реактивов, составила 1,3 г/г железа.

Пример 33. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 32, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после смешения реактивов. Относительная магнитная восприимчивость составила 3,0 г/г железа.

Пример 34. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,32 мг/мл, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2%. Полученный раствор выдерживали в течение 5 мин и приливали 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 22°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 15 мин после смешения реактивов, составила 9,9 г/г железа.

Пример 35. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 34, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 10 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 18,8 г/г железа.

Пример 36. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 34, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 15 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 20,3 г/г железа.

Пример 37. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 34, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 30 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 20,3 г/г железа.

Пример 38. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 34, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 60 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 19,7 г/г железа.

Пример 39. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,32 мг/мл, 5 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,2% и сразу же приливали 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 22°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 15 мин после смешения реактивов, составила 1,2 г/г железа.

Пример 40. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 39, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 11,8 г/г железа.

Пример 41. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 34, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 24,8 г/г железа.

Пример 42. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 35, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 27,0 г/г железа.

Пример 43. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 36, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 26,3 г/г железа.

Пример 44. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 37, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 24,6 г/г железа.

Пример 45. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 38, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 22,5 г/г железа.

Пример 46. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,32 мг/мл, 5 мл раствора уксусной кислоты концентрацией 0,2%. Полученный раствор выдерживали в течение 5 мин и приливали 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 22°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 15 мин после смешения реактивов, составила 1,0 г/г железа.

Пример 47. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 46, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 10 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 1,0 г/г железа.

Пример 48. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 46, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 15 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 4,9 г/г железа.

Пример 49. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 46, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 30 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 12,9 г/г железа.

Пример 50. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 46, отличающихся тем, что подкисленный раствор выдерживали в присутствии нитрита натрия в течение 60 мин. Относительная магнитная восприимчивость составила 15,0 г/г железа.

Пример 51. Для осаждения магнитоактивного соединения смешивали 2 мл раствора сульфата железа (II) концентрацией 27,8 мг/мл, 5 мл раствора нитрита натрия концентрацией 0,32 мг/мл, 5 мл раствора уксусной кислоты концентрацией 0,2% и сразу же приливали 2 мл раствора NaOH концентрацией 40 г/л. Синтез проводили при 22°С. Сразу же выделился осадок, окрашенный в бирюзовый цвет. Относительная магнитная восприимчивость, измеренная через 15 мин после смешения реактивов, составила 0,5 г/г железа.

Пример 52. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 51, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 7,2 г/г железа.

Пример 53. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 46, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 9,0 г/г железа.

Пример 54. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 47, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 11,6 г/г железа.

Пример 55. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 48, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 16,8 г/г железа.

Пример 56. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 49, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 17,6 г/г железа.

Пример 57. Осаждение магнитоактивного соединения проводили в условиях примера 50, отличающихся тем, что измерение относительной магнитной восприимчивости проводят через 60 мин после добавления раствора NaOH. Относительная магнитная восприимчивость составила 17,9 г/г железа.

Результаты, полученные при синтезе магнитоактивного соединения, сведены в таблице. В примерах 1-33 конденсацию магнитоактивного соединения из исходного подкисленного раствора сульфата железа (II) и нитрита натрия проводили через 1 час после приготовления исходного раствора. Для того чтобы оценить возможность сокращения общего времени синтеза были проведены опыты, в которых варьировали продолжительность выдержки исходного раствора (опыты 34-57).

В сводной таблице в 8-м столбце приведены значения продолжительности конденсации (примеры 1-33) в последующих примерах через «/» приведены значения продолжительности выдержки и продолжительности конденсации.

Как видно из результатов 34-57 опытов, для того чтобы получить магнитоактивное соединение с высокой магнитной активностью, необходимо исходный раствор перед конденсацией выдержать не менее 5…15 минут.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет получать в одну стадию магнитоактивное соединение, обладающее значительно более высокой относительной магнитной восприимчивостью.