Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Выпаривание воды
Для получения стабилизированных золей, таких, как золи коллоидного кремнезема, обычно используются выпарные аппараты с принудительной циркуляцией. Необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы не допустить слишком высокого концентрирования золя или высокой степени высушивания на каких-либо участках оборудования, и особенно на теплообмен-
460
Глава 4
ных поверхностях. Если же это происходит, то на стенках наращивается слой прочно связанного с поверхностью твердого кремнезема. Такая проблема становится особенно острой, когда содержание кремнезема приближается к конечной высокой концентрации и одновременно повышается вязкость золя.
Выпаривание имеет то преимущество, что высокая температура часто играет важную роль при затвердевании структуры отчасти пористых частиц кремнезема, образованных при более низкой температуре, а также способствует дальнейшему увеличению размеров частиц.
Центрифугирование
Обычно этот способ используется для удаления остатков органических веществ и для осветления золей кремнезема, но не для их концентрирования. До тех пор пока размер частиц не превышает —30 нм, требуется применять очень высокие скорости центрифугирования. Следовательно, такой метод не практичен для большинства коммерческих золей.
Ультрафильтрация
Значительные успехи были достигнуты в течение последних 20 лет в развитии оборудования и мембран, используемых в методе ультрафильтрации. Схема этого метода показана на рис. 4.3. По существу такой способ позволяет удалять воду, небольшие по размеру ионы и растворенные вещества из золя кремнезема или коллоидной суспензии, которые, таким образом, концентрируются без образования осадка или отложения на мембранном фильтре.
Этот метод становится все более важным для проведения очистки и концентрирования коллоидов с минимальным потреблением энергии. Так, способ, описанный Дилером [129], дает возможность приготовлять коллоидный кремнезем посредством частичной нейтрализации горячего раствора силиката натрия кислотой при таком разбавлении, что образующиеся частицы не коагулируют под действием соли натрия. Золь (2—3 % ЗЮ2) охлаждается до 50°С и обогащается способом ультрафильтрации, тогда как соль в то же время вымывается водой. Для избежания агрегации частиц или формирования микрогеля необходимо добавлять воду с такой скоростью, чтобы поддерживать концентрацию соли ниже некоторого значения нормальности рассматриваемой как
N = 0,26 - 0.005С - 0,002 (Т - 40) где С — концентрация ЭЮг г/100 мл; Т — температура, °С.
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
461
Температура постепенно повышается до 75°С, в то время как нормальность уменьшается до 0,15 н. и ниже, а С увеличивается до 10 г/100 мл. Процедуры фильтрации через ультрафильтр и вымывания солей продолжаются вплоть до получения устойчивого стабилизированного 30—40 %-ного золя. Размер частиц золей не должен превышать 10 нм, а уровень содержания соли поддерживается несколько ниже по сравнению с уровнем для частиц большего размера.
Чилтон [130] предложил понижать значение рН золя кремнезема до 2—4 перед тем, как проводить его обогащение ультрафильтрацией. Однако такие золи оказываются неустойчивыми при высокой концентрации, и особенно при повышенной температуре, когда процесс ультрафильтрации протекает гораздо быстрее.
Новые успехи ультрафильтрации были достигнуты благодаря улучшенным вариантам мембран. Наиболее тонкие сорта фильтровальной бумаги имеют поры, достигающие в диаметре 1000 нм (1 мкм), тогда как мембраны для ультрафильтрации могут изготовляться с порами диаметром от 1000 до 2— 3 нм. В течение многих лет использовались «целлофановые» или свежеобразованные пленки из коллоидного материала (нитроцеллюлозы). Но в настоящее время многие фирмы снабжают оборудование прочными, гибкими и долговечными мембранами с высокой степенью однородности пор по размерам, сохраняющими, однако, высокое значение пористости, что позволяет воде достаточно быстро протекать через такие мембраны. Были разработаны мембраны из пористого стекла, а также из пористого угля. Мембраны из пористой керамики с микропористым покровным слоем обеспечивают высокую стойкость ультрафильтров по отношению к воздействию повышенных температур и химических веществ.
Фильтр
Рис. 4.3. Схемы фильтрации н ультрафильтрации.
Фильтр задерживает большие по размеру частицы в виде слоя отфильтрованного осадка, ио пропускает коллоидные частицы (темные кружочки) и растворенные соли. Ультрафильтр задерживает коллоидные частицы в виде слоя концентрированного золя, ио пропускает растворенные соли.
462
Глава 4
Михаэле [131] в своем обзоре осветил развитие мембранной ультрафильтрации, изложил ее основные принципы, виды оборудования и области применения в химической промышленности. Портер и Михаэле [132] провели сравнение областей размеров молекул и частиц, доступных процессам разделения. Они описали применяемые мембраны с однородными по размеру порами,
Микрогель
О О
°°°о
Течение о
"5*^ оо
О
О
Оо
оо°о°о°
О
о
о
оо
0 Циркуляция
