Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Согласно данным Спенсера, Смита и Космана [121], можно приготовить чрезвычайно тонкодисперсный кремнезем, состоящий из частиц с размером всего лишь 25—50 А и имеющий удельную поверхность, достигающую 1000 м2/г. Такой кремнезем получается обработкой влажной углеродной сажи диметил-дихлорсиланом с последующим выжиганием органического вещества на воздухе при 500°С. Образующийся в количестве 4 % от исходной массы углеродной сажи кремнезем представлял собой опалесцирующий порошок в форме небольших сферических крупинок около 1 мм в диаметре, т. е. примерно того же самого размера, что и гранулы углеродной сажи. Удельная поверхность такого кремнезема была 1094 м2/г, что указывает на размер первичных частиц —2,5 нм. Подобное вещество легко диспергирует в воде с формированием частиц в виде цепочек длиной До 20 мкм. Это дает возможность предполагать, что частицы были частично гидрофобными.
Коллоидное измельчение пирогенного кремнезема в воде в присутствии борной кислоты или щелочного бората показано в работе [122]. По этому способу можно приготовлять 30 %-ный золь. Некоторые дополнительные патенты, относящиеся к получению золей из пирогенного кремнезема, большей частью пре-
458
Глава 4
дусматривают щелочную стабилизацию, для чего применяются силикат натрия, гидроксид натрия, гидразин, гидроксиламин или их смеси с пирогенными оксидами металлов [123—125].
Очистка, обогащение, стабилизация дисперсий
Приготовляемые посредством некоторых процессов золи содержат соли или другие вещества, количество которых должно быть уменьшено или которые вообще необходимо удалять перед, тем, как золь окончательно концентрируется.
Ионный обмен
Согласно данным Рула [7], чтобы получить золь максимальной чистоты, требуются специальные методики очистки для удаления солей из готовых концентрированных золей. Сюда обычно включается обработка ионообменными смолами для удаления растворимых солей с последующей стабилизацией золей минимальным количеством основания, в том числе аммиака. Этот метод стал настолько обычным, что не требуется его дальнейшего обсуждения. После того как частицы уже сформированы, удалить натрий довольно трудно, поэтому Шефер и Га-маге использовали в своей работе алканоламин в качестве основания в процессе роста частиц [126а].
Диализ и электродиализ
Диализ представляет собой давно известный способ очистки,, применяемый для удаления растворимых примесей из золей. Как только были разработаны способы получения разбавленных золей кремнезема по реакции между кислотой и силикатом или гидролизом подходящего вещества, такого, например, как тет-рахлорид кремния, то сразу же было признано, что для удаления электролита требовалась очистка. Еще Грэм [1266], один и* самых первых исследователей золей кремнезема, в 1861 г. использовал диализ для удаления электролитов из кремнеземной системы и, таким образом, приготовлял относительно чистый коллоидный кремнезем. Поскольку процесс диализа протекает относительно медленно, он не находит широкого применения в промышленных масштабах. Поэтому был предложен более быстрый способ, не требующий использования плоских мембран. В нем предусматривается пропускание золя через колонну или слой, заполненный набухшим полимерным гелем с такой тонкопористой структурой, что через него способны проникать только растворимые соли, но не коллоидные частицы. Полимерный гель может представлять собой способные к регенерации целлюлозу или желатин, поперечное связывание у которых осуществляется
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
459
введенным формальдегидом. 'Слой с полимерным гелем регенерируется вымыванием из него солей [127].
Более быстрая очистка может выполняться с помощью электродиализа, при котором ионы переносятся к мембранам за счет наложения электрического поля. Предложены различные усовершенствования аппаратуры [128], особенно предназначенной для обессоливания морской воды. Однако в отношении очистки золей кремнезема этот способ не заменяет более дешевый ионный обмен.
Промывание
Методы, в которых концентрируются частицы золя, но не растворимые компоненты, могут быть использованы для очистки золя. Концентрированный золь разбавляется чистой водой, и весь процесс повторяется еще раз.
Седиментационный способ, основанный на действии силы тяжести, в общем случае слишком длителен, но применение центрифугирования позволяет довольно быстро концентрировать частицы кремнезема размером больше 30—50 нм. В другом варианте кремнезем подвергается флокуляции за счет взаимодействия с двухзарядными ионами металла; образовавшийся осадок сначала очищается от растворимых солей промыванием, а затем пептизируется удалением флокулирующих ионов. Александер и Айлер [80] применяли такие ионы, как М§2+, Са2+ и Ва2+, и удаляли их ионным обменом или в случае Ва2+ — осаждением в виде нерастворимого сульфата.
В методе промывки можно также применять концентрирование путем ультрафильтрации или электродекантации.
Обогащение
Пригодными являются многие методы обогащения золей, но все же выпаривание воды остается наиболее общепринятым промышленным способом. Однако в связи с ростом стоимости энергии и водяного пара, безусловно, представляется целесообразным рассмотреть и другие известные методы.
