Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Метод выделения упрочненных кремнеземных агрегатов оказывается важным. Когда удельная поверхность конечного продукта составляет менее 200 м2/г, кремнезем может быть извлечен посредством фильтрации и удаления воды высушиванием продукта, выделенного из слежавшегося осадка на фильтре. С другой стороны, в том случае, когда удельная поверхность продукта оказывается больше ~200 м2/г, предпочитают замещать воду какой-либо другой жидкостью, например спиртом или кетоном, чтобы получаемая структура не давала сильной усадки или не уплотнялась при высушивании. Александер, Броудж и Айлер [273] описали способ приготовления диспергируемого кремнезема с высокой удельной поверхностью.
Несколько похожий способ для приготовления объемистого, рыхлого силикагеля, используемого в качестве адсорбента, был запатентован Маротта [404]. Этот автор первым сформировал микрогель из кислоты и силиката при рН<6 и температуре ниже 50°С с последующим упрочнением такого кремнезема путем добавления дополнительного количества силиката и кислоты при 70—95°С. Высокое значение удельной поверхности, составлявшее 300—600 м2/г, поддерживалось наряду с высокой пористостью и низкой кажущейся плотностью (0,05—0,10 г/см3, или 3—7 фунтов на 1 куб. фут). Дальнейшие модификации н усовершенствования этого общепринятого способа были описаны в ряде патентов и публикаций [405—412].
Имеются некоторые указания того, что отчасти похожие результаты могут быть получены не в горячем растворе, а при комнатной температуре посредством выдерживания системы после частичной нейтрализации раствора силиката натрия в течение времени, необходимого для формирования, агрегирования и коалесценцни частиц. Так, Уосон и Ван-дер-Хеем [413] предложили кремнезем, имеющий удельную поверхность 100 м2/г и величину поглощения масла 170 см3 в расчете на 100 см3. Кремнезем получали подкислением раствора силиката натрия при комнатной температуре на начальном этапе осаждения, а затем
774
Глава 5
проводили старение образца в течение 15 мин перед завершением нейтрализации и достижением значения рН 5,8. Похожий способ был описан в работе [414], за исключением того, что добавление кислоты прекращалось, когда отношение 5Ю2: Ка20 находилось в области 5,5—7,0, после чего процесс протекал со скоростью в соответствии с выведенным уравнением. Осажденный кремнезем получался с удельной поверхностью 100— 600 м2/г, не изменяющейся при высушивании.
Авторы работы [415] привели еще один пример получения осажденного кремнезема с низкой кажущейся плотностью, по свойствам напоминавшего аэрогель и оказавшегося очень устойчивым по отношению к спеканию вплоть до 1000°С. Раствор силиката натрия 1,08 н. по щелочи, содержавший 10,8% ЭЮг, охлаждали до 5°С и 40% щелочи медленно нейтрализовали в течение 1 ч добавлением 12,75% Н2504. Силикатное отношение ЭЮг : Ыа20 составляло 3,25; таким образом, введенного количества кислоты было достаточно на данном этапе, чтобы повысить отношение до 5,4. Следовательно, большая доля кремнезема должна была превратиться в коллоидное состояние. После этого в течение 45 мин завершали нейтрализацию и получали кремнезем в виде осадка. В данном способе исключалось образование плотного геля. Частицы кремнезема, выросшие и объединившиеся между собой при нагревании при 95°С в течение 3 ч, промывали последовательно водой, концентрированным раствором МН4Ы03 для удаления оставшегося натрия посредством ионного обмена, ацетоном для удаления избыточной влаги до содержания воды менее 1% и, наконец, ацетон удаляли дистилляцией. Полученный кремнеземный порошок имел удельную поверхность 268 м2/г, объем пор 2,52 см3/г и средний диаметр пор 365 А, причем он оставался неизменным после прогрева в течение 3 ч при 983°С.
Этот способ подробно приводится здесь, так как является, по-видимому, методом приготовления широкопористого кремнезема с низкой кажущейся плотностью, т. е. иным вариантом по сравнению со способом нейтрализации в горячем растворе, и может проводиться при высокой концентрации кремнезема.
Проведение только стадии роста частиц и их коагуляции без этапа упрочнения дает в результате тонкодисперсный легкий порошок при условии, когда первичные частицы оказываются настолько большими, что поры в них достаточно велики и силы, вызывающие усадку при высушивании, слишком слабы, чтобы вызвать уплотнение всей массы кремнеземного порошка. Так, согласно раннему патенту, предложенному Александером, Айле-ром и Уолтером [416], коллоидные частицы выращивали де 37 нм в диаметре проведением реакции между силикатом и кислотой в горячем растворе при поддержании концентрации ионов
Силикагели и порошки
775
натрия 0,2—0,27 н. и рН 9,5—10,3. После этого частицы подвергали коагуляции посредством добавления в достаточной степени разбавленного раствора хлорида кальция, затем их отфильтровывали, промывали и высушивали. Этот легкий порошок подвергался диспергированию в каучуке, но не был хорошим упрочняющим реагентом по сравнению с порошком, получаемым по способу, когда частицы вначале формировались в упрочненные агрегаты перед процессом высушивания.
