Силикагель, его получение, свойства, примение - Неймарк И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В развиваемых ныне взглядах на процесс застудневания золя кремневой кислоты отдается предпочтение химическому фактору. Скорость застудневания золя связывают с каталитическим влиянием ионов гидроксила и водорода на процесс поликонденсации кремневой кислоты [72]. Основываясь на этом положении, Оккерзе и Де-Бур [120] объясняют изменения в структуре силикагеля, вызываемые различиями в рН среды осаждения гидрогеля, разной скоростью поликонденсации кремневой кислоты. При этом в условиях минимальной скорости поликонденсации при рН 2 образуется наиболее тонкопористый силикагель. Изменение рН среды в одну и другую стороны от рН 2 приводит к увеличению объема пор силикагеля.
Накопленный в последние годы экспериментальный материал по влиянию среды старения гидрогеля на пористую структуру силикагеля (см. гл. 5) действительно свидетельствует, что изменение пористой структуры определяется факторами, влияющими на процесс поликонденсации кремневой кислоты. Однако нам представляется, что такой подход не исчерпывает полностью вопроса о влиянии этих факторов на пористую структуру силикагеля. С нашей точки зрения, необходимо учитывать при этом роль коллоидно-химических процессов (агрегация частиц, рост частиц полидисперсной системы вследствие частичной растворимости дисперсной фазы и др.).
Кислотная обработка гидрогеля
Как указывалось выше, обработка гидрогеля кремневой кислоты электролитами перед его обезвоживанием является одним из возможных путей изменения пористой структуры силикагелей. Наряду с другими электролита-
36
ми перспективными в этом смысле являются минеральные кислоты. Литературные сведения о влиянии последних на пористую структуру силикагеля весьма скудны и носят отрывочный характер. Авторы с сотрудниками попытались восполнить пробел в данном вопросе постановкой специальных исследований, результаты которых являются содержанием данного раздела.
К моменту этих исследований было известно, что пропитка геля растворами соляной [47] и серной [31, 32]
Таблица 6
Изменение структуры силикагеля при обработке гидрогеля кислотами
Удельная O
го Объем пор, поверхность,
р. О О см'/г м* /г
о. Способ обработки 8 1 Q
CU ? fu <о скелета, S пленки, Я1 ? -і
Промывка во-
дой:
і подкислен- 40
ной (рН 3,5) 1,23 0,36 0,36 10 670 —
2* водопроводной (рН6,6) 0,71 21 290 94
0,86 0,71 —
Пропитка кис-
лотами 19 49
3 НС1 ** 0,82 0,77 0,77 550 —
4 нысу* 0,66 1,06 1,09 24 625 — 44
5 1,5-н. Н2504 0,86 0,71 0,71 21 390 360 70
6 4-н. Н2504 0,81 0,78 0,79 33 288 290 94
7 6-н. Н2504 0,68 1,02 1,07 52 260 230 105
8 8-н. Н2504 0,60 1,21 1,21 59 275 240 99
Е Н250 4 ** 0,47 1,67 1,66 100 315 275 86
• Исходный гидрогель для получения последующих образцов. ** Концентрированная.
кислот увеличивает объем пор. Предполагалось, что проникающий в межмицеллярное пространство электролит дегидратирует мицеллы гидрогеля, обусловливая упрочнение скелета геля и меньшую его деформируемость при окончательной сушке; в результате объем пор силикагеля возрастает. При этом не учитывалась специфика природы кислоты, концентрация ее раствора и, наконец, первоначальная структура гидрогеля.
Шейнфайн [123] изучила влияние пропитки гидрогеля соляной, азотной и серной кислотами на пористую структуру
37
силикагеля. В качестве исходного образца ею был использован гидрогель, осажденный в кислой среде и отмытый от солей проточной водопроводной водой с рН 6,6. Гель, пропитанный кислотами, сушился до полного затвердевания при 250° С, а затем подвергался длительной промывке дистиллированной водой до исчезновения в промывной воде анионов соответствующих кислот.
0 0.2 0,и 0,6 0.8 ~~10 О 0,2 ОЛ 0.6 0,8 1,0
0 02 0А 0,6 0,8 Р/р5
Рис. 7. Изотермы адсорбции паров метилового спирта на си-ликагелях; номера кривых соответствуют обозначениям образцов табл. 6.
Результаты исследования пористой структуры полученных образцов приведены в табл. 6 и иллюстрированы изотермами адсорбции паров метилового спирта (рис. 7).
Как следует из данных таблицы и рис. 7, пропитка гидрогеля концентрированными соляной и азотной кислотами приводит к увеличению удельной поверхности ксерогелей и соответственно к уменьшению размера частиц по сравнению с исходным образцом 2. При этом соляная кислота почти не влияет на общий объем пор, азотная его увеличп-
38
вает. Обработка геля концентрированной серной кислотой, оставляя неизменной величину удельной поверхности, вызывает, однако, резкое увеличение радиуса пор и их общего объема (Ух). Наибольший эффект увеличения пористости при обработке концентрированными минеральными кислотами дает серная кислота, затем азотная и, наконец, соляная.
Из сопоставления данных для ксерогелей, гидрогель которых обрабатывался растворами серной кислоты, можно
а,шо/№/г
ОМ
50 г, А
Рис.8. Кривые распределения объемов пор по величинам их эффективных радиусов, вычисленные из изотерм 5, 6, 7 и 8 рис. 7.
0.8 -Р/Р,
Рис. 9. Изотермы адсорбции паров метилового спирта на образцах сили-кагелей, полученных из контрольного тонкодисперсного геля (/) и после пропитки его 1-н. (2) и 11-н. (3) соляной кислотой.
