Az ammónium-paravolframát, (NH4)10[H2W12O42].4H2O, ipari alapanyag alternatív előállításának kifejlesztése

Az ammónium-paravolframát, (NH4)10[H2W12O42]∙4H2O, ipari alapanyag alternatív előállításának kifejlesztése

Hunyadi Dávid, I. évf. MSc

Témavezető: Dr. Szilágyi Imre Miklós tudományos munkatárs

MTA-BME Anyagszerkezeti és Modellezési Kutatócsoport

BME Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék

Az ammónium-paravolframát (ammonium paratungstate, APT), (NH4)10[H2W12O42]∙4H2O a volfrámgyártás (56700 tonna/év) legfontosabb alapanyaga, melyet a keményfémgyártásban és a fényforrásiparban is használnak. Ezen kívül az APT több más terméknek is kiindulási anyaga, melyek közül a legfontosabb a WO3 (katalízis, fotokatalízis, gázérzékelés). Az APT nedves kémiai úton történő előállítása többlépéses és pH érzékeny. TDK munkám célja az APT teljesen új, egyszerűbb előállításának kidolgozása szilárd-gázfázisú heterogén reakcióval.

A WO3 és NH3 közötti reakciót úgy végeztem, hogy egy lezárt reaktorba szobahőmérsékleten WO3 port és NH3 oldatot helyeztem, melyek csak gázfázisban tudtak érintkezni. Vizsgáltam a WO3 minták szemcseméretének, kristályszerkezetének (hexagonális, monoklin) és az összetételének (oxidált, részlegesen redukált) hatását. Az NH3 parciális nyomását az NH3 oldatok koncentrációjával (13 M, 6 M, 1 M, 0,5 M, 0,1 M) szabályoztam. A volfrám-oxidok átalakulását por-röntgendiffrakciós (XRD), Fourier transzformációs infravörös spektroszkópiai (FTIR), Raman spektroszkópiai mérésekkel, valamint pásztázó elektronmikroszkópiával (SEM), transzmissziós elektronmikroszkópiával (TEM-ED) és termikus analízissel (TG/DTA-MS) követtük nyomon.

Tömény (13 M, 6 M) NH3 oldatok esetén már órákon belül történt reakció. A nagy parciális nyomású NH3 gáz először redukálta a WO3-mat, és így részlegesen redukált fázisokat, W5O14-t és (NH4)2W2O7∙0,5H2O-t kaptunk. Ezeknek a különlegessége, hogy idáig csak rendkívül magas hőmérsékleten, vákuumban sikerült előállítani őket. A tömény NH3 oldatok mellett tartva ezek a fázisok 4 hét után átalakultak APT-vé. Kevésbé tömény, 1 M-os NH3 oldat esetén a nagyobb szemcseméretű WO3-ból (NH4)10[H2W12O42]∙10H2O (APT∙10H2O), a kisebb szemcseméretű WO3-ból APT keletkezett. Kisebb NH3 parciális nyomásoknál alig vagy egyáltalán nem volt változás: 0,5 M-os NH3 oldat esetén a WO3 csak részlegesen alakult át APT-vé, míg a 0,1 M-os NH3 oldatnál nem történt reakció.

Összefoglalva sikerült elérni a kitűzött célt, és alternatív utat dolgoztunk ki az APT előállítására. Az új szilárd-gázfázisú heterogén szintézis egyszerű, nem érzékeny a körülményekre (WO3 összetétel, szemcseméret, kristályszerkezet, NH3 oldat koncentráció 1-16 M között), ellentétben a bonyolultabb és érzékenyebb nedves kémiai módszerrel.

szerző

• 
  Hunyadi Dávid
  gyógyszervegyész-mérnöki
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Szilágyi Imre Miklós
  egyetemi docens, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék