ПОЛУЧЕНИЕ  ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО  МАГНЕТИТА

С  ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ  ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ  СТАДИИ

 

Рой И. Д., Левитин Е. Я., Оноприенко Т. А.

Национальная фармацевтическая академия Украины,

г. Харьков, 61002, ул. Пушкинская, дом 53, телефон и телефакс: 8 – (0572) – 47 – 01 – 64.

 

Принципиальное значение для практического использования магнитной жидкости имеют вопросы технологии получения устойчивых коллоидов с контролируемыми свойствами. Ус­тойчивость, магнитные и электрические характеристики феррожидкостей зависят, прежде всего, от чистоты, формы, структуры и состава магнетита.

Известно, что для получения магнитной жидкости используют Fe₃O₄, осаждённый из рас­творов солей FeSO₄ ^. 7H₂O и FeCl₃ ^. 6H₂O. При этом в процессе осаждения на поверхности магнетита адсорбируются ионы (FeCl) ⁺ , (FeCl) ^{2 +} , (FeClOH) ⁺ , ухудшающие магнитные свойства [1].

Основная задача работы состояла в получении магнитной жидкости, содержащей магне­тит высокой чистоты с улучшенными магнитными свойствами с целью использования в ме­дико-биологических исследованиях. Для достижения этого из состава исходного раствора были исключены Cl ^–  - ионы, раствор приготовлен на основе сульфата железа (II), а затем проведено частичное окисление Fe (II) в Fe (III).

Процесс окисления возможен с помощью окислителей (нитрат-ионов, ионов галогенокси­кислот) [2]. Однако недостатком этого способа является загрязнение раствора продуктами восстановления окислителей, а также частичное разрушение Fe₃O₄ вследствие окислительно-восстановительных процессов.

Окисление Fe (II) в Fe (III) возможно также путём барботирования воздуха через раствор при нагревании [3]. Данный способ характеризуется сложностью управления процессом по­лучения оптимального соотношения катионов Fe (II) и Fe (III).

По мнению авторов, более эффективным является электрохимический способ окисления. Кинетика электрохимических процессов является функцией большего числа параметров, чем кинетика химических реакций, поэтому электрохимические реакции можно тоньше и полнее регулировать. В кинетике процессов электрохимического окисления и восстановления важ­ную роль играет природа электрода. Материал электрода должен удовлетворять ряду требо­ваний: быть химически и электрохимически устойчивым, а также обладать селективной ка­талитической активностью, то есть обеспечивать протекание целевой электродной реакции с достаточной скоростью и максимальное торможение побочных реакций.

Применение платиновых анодов сопряжено с большими затратами как на стадии изготов­ления, так и при эксплуатации - вследствие потерь платины. Альтернативой платиновым яв­ляются металлооксидные электроды и, в первую очередь, диоксидсвинцовый титановый анод. Диоксид свинца имеет высокую электропроводность металлического характера. При анодной поляризации диоскид свинца обладает химической и коррозионной устойчивостью до рН > – 2. Титановый токоподвод улучшает механические свойства и снижает омические потери напряжения на аноде.

В кислом растворе сульфата железа (II) анодный процесс перезарядки

 

        Fe ^{2 +}  – e = Fe ^{3 +}     E_O = 0,771 + 0,059 lg ( a Fe ^{3 +} / a Fe ^{2 +} )                  ( а )

 

сопровождается совмещёнными реакциями:

 

        2H₂O – 4 e = O₂ + 4H ⁺       Eo = 1,228 – 0,0591pH + 0,0147 lg P O2       ( б )

 

        3H₂O – 6 e = O₃ + 6H ⁺       Eo = 1,501 – 0,0591pH + 0,0098 lg P O₃        ( в )

 

при достижении соответствующих потенциалов.

Для изучения кинетики электрохимического окисления в данной системе и выбора опти­мальных условий проведения электролиза были получены поляризационные кривые - зави­симости между смещением потенциала электрода и плотностью протекающего через элек­трод тока. Анализ поляризационных кривых позволил выбрать оптимальные условия прове­дения электролиза, при которых процесс окисления Fe (II) был хорошо управляемым и про­текал с достаточной скоростью.

В качестве катода использовали титановый стержень. Титан характеризуется невысоким перенапряжением выделения водорода. При соответствующих условиях электролиза (высо­кая плотность катодного тока, подкисление раствора) потерь железа за счёт катодного раз­ряда Fe (II) удавалось избежать, так как на катоде протекала преимущественно реакция вос­становления катионов водорода. Железо, выделяясь в небольшом количестве в некомпакт­ном высокодисперсном состоянии, вновь растворяется в кислой среде.

В результате проведения электролиза был получен раствор, содержащий катионы Fe (III) и Fe (II) в молярном соотношении 2 : 1, при подщелачивании которого образовался осадок Fe₃O₄. Размеры частиц составили 10 – 15 нм, магнитная восприимчивость 1,18.

На основе данного магнетита были синтезированы экспериментальные образцы магнит­ной жидкости. В качестве дисперсионной среды было использовано косточковое масло, а в качестве поверхностно-активного вещества – олеиновая кислота. Намагниченность насыще­ния магнитной жидкости составила 35 кА/м.

 

Библиографический  список:

 

1.      Блум Э. Я., Майоров М. М., Цеберс А. О. Магнитные жидкости. - Рига: Зинатне - 1989 - 388 с. - С.347.

2.      Заявка ФРГ № 2013617, кл. С 01 П 49/02. Способ получения смешанного окисла железа, долго сохраняющего магнитные свойства. Заявлено 20.09.79. Опубликовано в 1980. Бюл­летень изобретений № 2.

3.        Патент США № 4108787, кл. С 01 G 49/06. Способ получения ферромагнитной окиси же­леза. Заявлено 22.08.78. Опубликовано в 1979. Бюллетень изобретений № 5.