Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
* Чтобы изготовить силикагель максимальной прочности, силикат на начальной стадии разбавляют до возможно меньшей степени при смешивании с кислотой; в этом случае гелеобра-
Силикагели и порошки
701
зование протекает очень быстро. Например, золь кремнезема, содержащий 13—17 % ЗЮ2, приготовлялся путем смешивания потоков раствора силиката натрия и кислоты при таких соотношениях, когда достигалось рН 6—10,5. При смешивании продукт разбрызгивался, и капельки застудневали менее чем за секунду, находясь в виде суспензии в воздушной среде, а затем падали в воду для дальнейшего процесса старения [211].
Непрерывно разрабатываются новые рецепты для частных разновидностей силикагелей. Например, Виньял и Аккер [215] получили широкопористый силикагель с удельной поверхностью менее чем 320 м2/г и объемом пор 1 см3/г путем приготовления гидрогеля из кислоты и силиката, смешанных в такой пропорции, чтобы получить значение рН 9,8—10,4. Такой гель подвергали старению в течение 50 мин, затем подкисляли до рН 2—3, выдерживали до 5 ч, после чего опять подвергали старению продолжительностью до 4 ч при рН 8, промывали и высушивали. Высокое значение рН позволяло первичным частицам расти и коалесцировать, формируя желаемую структуру, после чего была необходима кислотная обработка с целью удаления, окклюдированных ионов натрия. Вероятно, при удалении таких ионов в образце остаются микропоры, которые закрываются в процессе старения при рН 8. Множество аналогичных способов приготовления силикагелей, кажущихся довольно произвольными и сложными, можно объяснить на основе теперь уже известной химии такой системы.
При другом подходе следует использовать соединение, которое медленно выделяет кислоту. Долго применяли такое соединение, как Ыа231Е6, по определенным рецептам. Однако способные диспергировать в воде альдегиды, амиды и сложные эфиры также нашли применение для специальных целей. Концентрированный 30 %-ный раствор глиоксаля (6,5 ч.) смешивали с концентрированным (36°В.) раствором силиката натрия (100 ч.), при этом протекала реакция, и после выдерживания в течение суток вещество образовывало чрезвычайно твердый гель, который промывали 4 н. раствором Н2Б04 и водой и высушивали. Реактив, который оказывал замедляющее нейтрализующее действие, равномерно смешивался с силикатом с тем, чтобы кремнезем полимеризовался при очень высокой концентрации и окончательно получался очень прочный гель [212]. Аналогично когда необходимо было сформировать очень прочный силикагель, например, в порах бетона для придания ему водонепроницаемых свойств, то сложные эфиры, такие, как глицерин или гликолевые ацетаты, смешивали с концентрированным силикатным раствором непосредственно перед использованием, с тем чтобы такой раствор в те-
702
Глава 5
чение двух часов превратился в гель непосредственно в том месте, куда он был помещен [213]. Смесь Н202 и парафор-мальдегида, добавляемая к раствору силиката натрия, превращает его в пену, после отвердения образующую легкую, обладающую изоляционными свойствами структуру силика-геля [214].
Скорость гелеобразования. Вот уже в течение многих лет изучается продолжительность времени, требующегося для превращения в гель определенного типа золя кремневой кислоты, который приготовлялся из кислоты и силиката. Принимается, что время гелеобразования обратно пропорционально скорости полимеризации или скорости формирования геля. В серии статей Хард и соавторы [216а] сообщили фактически обо всех факторах, оказывающих влияние на время гелеобразования золей кремневой кислоты, приготовляемых из кислоты и силиката натрия с отношением 5Ю2: Ыа20 3.3:1. Необходимо также сослаться на исследование Сена и Гоша [2166], которые, применяя разные кислоты, вывели уравнения, связывающие время гелеобразования с рН, концентрацией и температурой. Как сообщалось в гл. 3, время гелеобразования достигает максимума при значении рН ~2. В области рН 3—5 время гелеобразования изменяется в прямой зависимости от концентрации ионов Н+ (или в обратной зависимости от концентрации ионов ОН-). В интервале рН 4—9, как показано на рис. 5.16, минимум продолжительности времени гелеобразования наблюдается вблизи области нейтральности. Эти данные основаны главным образом на результатах Меррилла и Спенсера [217]. Ниже будет отмечено, что концентрация ионов натрия, пропорциональная концентрации кремнезема, обеспечивает наиболее быструю скорость процесса гелеобразования при рН 7—8, тогда как в отсутствие солей коллоидный кремнезем превращается в гель наиболее быстро при рН 5—6 (см. гл. 4). Различные кислоты вызывают наибольшую скорость гелеобразования при немного различающихся значениях рН.
Хилд, Коатес и Эдварде [218] нашли, что дальнейшее добавление солей ускоряет гелеобразование при рН 7—8, причем очень эффективными являются ионы кальция.
При определенной концентрации кремнезема золи кремневой кислоты, приготовленные из силикатов натрия с более высокими отношениями 5Ю2:Ыа20, испытывают более медленное гелеобразование, вероятно, вследствие более низкой концентрации ионов натрия.
