СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕЛЯ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2010 года по МПК C01B33/14 C25B1/00 

Изобретение относится к области коллоидной химии, а точнее к синтезу гелей кремниевой кислоты из силикатов щелочных металлов, в частности из силиката натрия как сравнительно дешевого и доступного сырья.

Известен способ получения геля кремниевой кислоты из раствора силиката натрия путем обработки его раствором серной кислоты. Полученный продукт промывают от сульфата натрия водным раствором аммиака при t=200°C. Образовавшийся гель содержит всего 3% SiO₂, выпариванием доводят его содержание до 20-25% (1).

Недостаток способа - использование повышенной температуры и применение ценного химического реагента - серной кислоты. Кроме того, образующийся при этом продукт - сульфат натрия не находит широкого практического применения, является отходом.

Известен также способ, наиболее близкий к предлагаемому изобретению, заключающийся в получении геля кремниевой кислоты в 2-камерном электролизере с катионитовой мембраной, в катодной камере которого содержится 0,1% раствор NaOH, а в анодную камеру подается 4% раствор силиката натрия (2).

Недостатком данного способа является то, что образовавшаяся кремниевая кислота полимеризуется прямо на поверхности или вблизи мембраны, что приводит к резкому увеличению сопротивления системы и возрастанию энергозатрат.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение чистоты конечного продукта и снижение энергозатрат.

Экономичность процесса достигается путем использования проточного электролиза.

Технический результат достигается тем, что процесс осуществляется за пределами электролизера путем смешивания кремниево-кислого натрия с подкисленным раствором питьевой воды, образующимся в анодной камере при электролизе питьевой воды, т.е. за счет переноса катионов из воды в катодную камеру и подкисления воды в анодной камере.

Сущность способа получения геля кремниевой кислоты из силикатов щелочных металлов, который включает электрохимическую обработку воды, заключается в том, что проводят электролиз водопроводной воды в проточном режиме, а обработку раствора силиката натрия осуществляют за пределами электролизера анодным кислым водным раствором, вытекающим из анодной камеры электролизера, при pH 3-4.

В результате обработки выпадает в осадок кремниевая кислота, и восстанавливается основной ионный состав исходной воды.

Анодный кислый водный раствор получают следующим образом: проточная питьевая воды попускается через 2-камерный электролизер с катионитовой мембраной, при температуре 25°С, анодная плотность тока 0,01 А/см²; электролиз проводят в проточном режиме, вода разделяется на два потока и проходит через анодную и катодную камеры; pH воды в ходе электролиза поддерживается на уровне 3-4 изменением объема протекаемой через анодную камеру воды.

Пример осуществления способа заключается в следующем. Электролиз проводится в проточном режиме с использованием 2-камерного электролизера с катионитовой мембраной. Причем электролизу подвергается обычная водопроводная вода. В качестве анодного материала использовали платинированный титан, а катодного - медь.

Раствор силиката натрия в соотношении 1:10 обрабатывали подкисленной водой, вытекающей из анодной камеры уже за пределами электролизера. Образовавшийся гель кремниевой кислоты готов к использованию.

При этом в зависимости от pH среды, образуется гель кремниевой кислоты различного процентного состава. Наиболее оптимальным вариантом является электролиз питьевой воды при pH 3-4. При более низких значениях pH анодной жидкости наблюдается избыточный расход электроэнергии.

Пример 1. Электролиз водопроводной воды проводили в 2-камерном электролизере с катионитовой мембраной в проточном режиме при скорости истечения 1 мл/с. Водой, вытекающей из анодной камеры, обрабатывали силикат натрия в соотношении 1:10 для получения геля. При этом образуется гель кремниевой кислоты, и восстанавливается основной ионовый состав воды.

При pH меньше 3-4 нежелательно проводить электролиз в связи с повышением напряжения на электролизере и дополнительным расходом электроэнергии.

Условия электролиза воды.

pH 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 U, в 28 25 20 18 15 15 15 15 15

В таблице показана зависимость энергетических расходов и напряжения от pH среды.

В известном способе кремниевая кислота, осаждаясь на поверхность мембраны, экранирует поверхность, что тормозит дальнейшее проведение процесса и требует больших энергетических затрат. В предлагаемом способе кремниевая кислота не осаждается, т.к. процесс осаждения идет за предалами электролизера в отдельной камере. Образующийся гель кремниевой кислоты не загрязняется таким химическим соединением, как Na₂SO₄, от которого его надо полностью очищать для использования в пищевой промышленности. Полученный по данному способу гель содержит только воду, соответствующую нормам ПДК.

Содержание сульфат-ионов и других, присутствующих в водопроводной воде ионов соответствует нормативам ПДК, что позволяет получить гель высокой чистоты, и при этом предложенный способ является экономичным.

Полученный данным способом гель можно использовать для обработки виноматериалов, осветления и стабилизации соков, а также для устранения металлических кассов (3).

Литература

1. Японский патент №41-10237, 1966.

2. Айлер Р.К. Химия кремнезема. Пер. с англ. - М.: Мир. Ч.2, 1982, с.449-453.

3. Патент России №2272833, 27.03.2006 г. Хизриева И.Х., Харламова Т.А., Алиев З.М. «Способ осветления и стабилизации виноматериалов».

Изобретение может быть использовано в коллоидной химии. Раствор силиката натрия обрабатывают за пределами электролизера анодным кислым водным раствором, вытекающим из анодной камеры электролизера, при pH 3-4. Анодный кислый раствор получают электролизом водопроводной воды в проточном режиме. Изобретение позволяет увеличить чистоту геля кремниевой кислоты за счет исключения загрязнения сульфатом натрия и снизить энергозатраты на его производство. 1 табл.

Способ получения геля кремниевой кислоты из силикатов щелочных металлов, включающий электрохимическую обработку воды, отличающийся тем, что проводят электролиз водопроводной воды в проточном режиме, а обработку раствора силиката натрия осуществляют за пределами электролизера анодным кислым водным раствором, вытекающим из анодной камеры электролизера, при pH 3-4.