Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Получение растворов кремневой кислоты, из которых выращивают золь, возможно различными путями. При этом в качестве сырья большей частью желательно использование растворов жид кого стекла — дешевого продукта, выпускаемого в большом количестве. Помимо описанного выше использования катионитов, удаление ионов натрия возможно путем электролиза растворов силикатов с ртутным катодом. Согласно Вейлу [13], электролиз концентрированных растворов провести не удается, необходимо их разбавление, следовательно, и последующая выпарка. Возможно также получить золи нейтрализацией растворов щелочных силикатов кислотами с последующим электродиализом. Образующиеся при этом кислоту и щелочь можно вновь употреблять для приготовления раствора силиката и его нейтрализации.
Существует множество модификаций и сочетаний этих основных приемов: ионный обмен, нейтрализация раствора силикатов, выращивание. Так как устойчивость образующегося золя зависит от концентрации электролитов в растворе и от его собственно! концентрации, то удаление электролита необходимо сочетать с добавлением новых порций питателя. При необходимости получения очень чистых золей, свободных от примесей, главным образом от посторонних катионов, используются другие методы получения растворов кремневой кислоты. Это гидролиз БЮЦ с последующи*1 удалением образующейся НС1, гидролиз алкилсиликатов в водно-органических смешанных растворах. Очень чистые кремнезол11 образуются при прямом взаимодействии порошка металлического
.„емния с водой, только необходимо предварительно убрать оксидную пленку с поверхности кремния плавиковой кислотой. Специфические золи, не способные к гелеобразованию, можно получить прямым диспергированием различных пирогенных крем-неземных материалов. Концентрирование золя обычно производится выпаркой, но возможны и другие способы, такие как центрифугирование, ультрафильтрация через различные мембраны. ультрафильтрация — наименее энергоемкий метод концентрирования. Он легко сочетается с удалением посторонних эле-ктро-титов из золя при добавлении воды в фильтрующийся золь так, "чтобы по мере увеличения концентрации золя концентрация электролита падала. Современные методы изготовления прочных мембран с высокой однородностью пор дают возможность производительно вести процесс. Повышение температуры способствует увеличению производительности фильтра. Даже небольшие примеси микрогеля кремнезема, меньше 0,5% от общего его содержания, уменьшают производительность мембраны наполовину. В проведенных нами опытах по ультрафильтрации на ацетатцеллюлозных мембранах золей со средним диаметром частиц 9 нм, стабилизированных калиевой щелочью до модуля 95, был получен золь 30% БЮг, причем содержание щелочи в фильтрате составляло 10% от исходной величины, а кремнезема — меньше 5%.
Стабилизация золей, как уже говорилось, производится добавлением щелочи или аммиака с целью создания отрицательного заряда, препятствующего агрегации частиц. Оказалось, что крупнодисперсным золям (более 150 нм в диаметре) требуются следовые количества щелочи, чтобы препятствовать слипанию частиц. Чем выше дисперсность, тем более щелочная среда требуется для стабилизации коллоидной системы. Эта взаимосвязь есть продолжение рассмотренной ранее зависимости размера коллоидных частиц в равновесных полисиликатных растворах от модуля. Отсюда одной из трудных задач оказалось получение стабильных концентрированных (я^20% БЮг) золей с размерами частиц меньше 5 нм, поскольку их тенденция к самопроизвольному росту и гелеобразованию весьма высока. Необходимость получения таких дисперсий вытекала из решения ряда практических задач. Помимо специальных технологий производства, такие золи требуют очистки от солей, так как их присутствие влияет на заряд частиц и взаимодействие зарядов.
На рис. 38 приведена зависимость плотности ионного заряда "а коллоидных частицах кремнезема от рН раствора при различ-нЫх концентрациях постороннего электролита. Плотность ионного заряда не зависит от размера частиц, если последние хорошо сформированы при температуре выше 80 °С и не обладают микро-пористостью. Катионы создают внешнюю обкладку двойного электрического слоя коллоидной частицы и часто составляют как бы и°нную пару на' поверхности. Если размеры противоионов вели-Ки> как у катионов четвертичного аммония, то при представленной
76
77
О V. ,V IJ5
Чист ионов ОН на Ihm* поверхности
Рис. 38. Зависимость плотности заряда на поверхности коллоидного кремнезема от pH раствора и концентрации
электролита [2]
Концентрация NaCl, моль/дм3: / — КГ4; 2 — Ю-3; 3 — 4-10-3; 4 — Ю"2; 5 — 4-Ю-2; 6— 10"'; 7 — 4-10~'-8— I 0; 9 — 4,0
на рис. 38 плотности зарядов коллоидных частиц и большом ра диусе слабополяризуемых катионов возникает дополнительная сте рическая стабилизация дисперсий. В этом видится одна из причт высокой эффективности катионов четвертичного аммония при ста билизации дисперсий. Поскольку поверхность гидратированны: изнутри, т. е. образованных при температуре ниже 80 °С, золе! выше, чем плотных, сформированных при высокой температур! частиц, то для стабилизации последних требуется меньше щелочи чем для первых. В технологии растворов силикатов известно, чт( при введении реагентов в систему не удается полностью избежав локальных явлений, связанных с высокой скоростью реакций п« сравнению со скоростью гомогенизации. Это обстоятельство спра ведливо также для золей: при стабилизации их щелочью обязательна высокая скорость перемешивания. Избыток стабилизатор; понижает устойчивость системы и увеличивает ее вязкость.
