Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
451
Был запатентован способ [89], в котором для удаления натрия из силиката натрия применяется ртутный катод. Никакого дополнительного электролита в этом случае не используется, так что, по мере того как щелочь расходуется, вследствие высокого электрического сопротивления золя требуется повышение затрачиваемой мощности. Было предложено [90] трехкамерное устройство с использованием ионообменных мембран для приготов-' ления золей методом электродиализа. Здесь также никакого дополнительного электролита не использовалось. Конечный золь имел рН 2—3.
В разновидности электролитического процесса, запатентованной Триппом [91], используется растворение кремниевого анода в спирте, в котором содержится катализатор — соль металла (такая, например, как сульфат меди), необходимая для получения кремнеземного органозоля.
При исследовании переноса кремнезема через мембраны в процессе электродиализа Боари и др. [92] обнаружили, что никакого переноса или осаждения кремнезема не происходит до тех пор, пока рН соответствует значениям, при которых могут существовать ионы НБЮГ-Это согласуется с наблюдениями [88], указывающими на то, что электродиализ необходимо выполнять при рН<9,5 для того, чтобы не осаждать кремнезем на мембране.
Ионный обмен
Работа Бёрда [4], в которой натрий удаляется из силиката натрия ионным обменом с последующим концентрированием золя выпариванием при атмосферном давлении, ставшая пионерской в этой области, привела к получению стабилизированных золей кремнезема, содержащих приблизительно 20 % ЗЮ2. В дальнейшем [6] удалось осуществить контроль размера формируемых частиц. Другие усовершенствования, введенные Алек-сандером [9] и Эткинсом [10] в отношении величин допустимой концентрации соли и оптимального содержания щелочи, дали возможность получить целый ряд концентрированных золей кремнезема, охватывающий широкую область размеров частиц. В указанных работах золи кремнезема приготовляли пропусканием относительно разбавленного раствора силиката натрия через слой ионообменной смолы. Получали достаточно очищенный от натрия кислый золь кремнезема, который затем стабилизировали, и выращивали частицы до желаемого размера. Второй способ, разработанный Уолтером и Айлером [93], заключался в том, что ионообменную смолу в водородной форме и силикат натрия добавляли к слабощелочной водной среде при 3*
452
Глава 4
рН около 9 и повышенной температуре. При этих условиях, обеспечивающих отсутствие агрегации, частицы кремнезема росли непрерывно и непосредственно получались сравнительно концентрированные золи с содержанием ' 10—15% кремнезема. Миндик и Ревен [94] получили патент на еще один способ приготовления относительно концентрированного 12 %-ного кислого золя поликремневой кислоты. По этому способу охлажденный раствор силиката натрия пропускали через ионит; следовательно, концентрированный золь формировался при Пониженной температуре, что позволило избежать гелеобразования.
Было предложено множество вариантов получения золя ионообменным способом. Дирнбергер [95] показал, что более концентрированные золи можно приготовить пропусканием раствора силиката натрия снизу вверх через слой суспензии ионообменной смолы; тем самым удается избежать гелеобразования. Другие варианты ионообменного способа представлены в ряде патентов [96].
Согласно Миндику и Ревену [65], оставшиеся следы электролитов можно удалять из золя кремнезема, полученного каким-либо из стандартных способов, нагревая золь и повторно пропуская его через ионообменную смолу в водородной форме с целью извлечения щелочи, высвобождаемой из частиц.
Использование катионита в МЩ!~-форме дает возможность удалять натрий из раствора силиката натрия без понижения рН в какой-либо части раствора для предотвращение агрегации частиц. Уолтер обнаружил, что при отношении БЮ2: Ма20 3,25: 1 раствор силиката натрия, содержащий вплоть до 6 % БЮ2, не превращался в гель при пропускании его через колонну
со смолой в 1МН4~-форме. Дополнительные количества силиката натрия можно прибавлять к вытекающему щелочному потоку, а затем образующийся раствор вновь обрабатывать тем же катионитом [97].
Для получения золей с очень небольшим размером частиц Шеннон [98] добавлял силикат натрия к кислой суспензии, приготовленной из ионообменной смолы, до тех пор, пока концентрация кремнезема не достигала 8%. Затем извлеченный золь подщелачивался прибавлением ЫаОН и МН3 для того, чтобы на частицах' 5Ю2 оказались 1 % N3 и 3 % МН3.
При приготовлении кремневой кислоты пропусканием раствора силиката натрия с содержанием более 3—4 % 5Ю2 через слой ионообменной смолы в водородной форме внутри пор используемой смолы образуется гель кремнезема. Это приводит не только к потере кремнезема и к необходимости проводить очистку слоя ионита, но также вызывает раздробление гранул ионообменной смолы. По данным Гофмана [99] элюент крем-
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
453
невой кислоты, содержащий до 6 % 5Ю2, может быть получен без подобных затруднений, если использовать макросетчатый катионит (Амерлит Щ-200), имеющий поры диаметром —10 нм, пористость 32 % и удельную поверхность, измеренную по адсорбции азота, равную 42 м2/г. Такую смолу нужно обрабатывать раствором каустика для того, чтобы удалять небольшие количества кремнезема после каждого применения смолы и перед последующей ее регенерацией.
