СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРОКСОСИЛИКАТА НАТРИЯ Российский патент 2010 года по МПК C01B15/14 

Настоящее изобретение относится к химической промышленности, а именно к области технологии синтеза истинного кремнекислородного пероксидного соединения - пероксосиликата натрия, который может быть использован в качестве инициатора полимеризации, мягкого окислителя, вулканизирующего агента, вызывающего образование пространственной вулканизационной сетки в процессе вулканизации, для синтеза моющих средств и т.д.

Кремнекислородное пероксосоединение, как и другие неорганические пероксосоединения, может быть получено в виде истинного пероксосоединения

Na₂SiO₄ или в виде аддукта молекулярного присоединения Na₂SiO₃*H₂O₂ (неистинное кремнекислородное пероксосоединение). Известно, что истинные пероксосоединения в отличие от неистинных, обладают устойчивой структурой, высоким содержанием кислорода и, вместе с тем, длительным сроком хранения [1].

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Задача настоящего изобретения заключается в синтезе истинного кремнекислородного пероксосоединения из SiO₂ и Na₂O₂ в одну стадию, обладающим высоким содержанием активного кислорода и длительным сроком хранения.

Для реализации поставленной задачи смешивают обезвоженный диоксид кремния (силикагель) в мелкодисперсном состоянии с сухим пероксидом натрия в эквимолярных количествах без доступа влаги.

Получающийся продукт имеет светло-желтый цвет, гигроскопичен и обладает длительным сроком хранения при соответствующих условиях.

Таким образом, сущность способа синтеза истинного кремнекислородного пероксосоединения заключается в смешивании путем растирания обезвоженного диоксида кремния в мелкодисперсном состоянии с сухим пероксидом натрия в эквимолярном соотношении без доступа влаги.

Пример 1

В фарфоровой ступке смешивают сухой пероксид натрия и обезвоженный диоксид кремния в мольном соотношении 1:1. Смешивание проводят в боксе, из которого предварительно удалена влага. После смешивания смесь тщательно растирают сухим фарфоровым пестиком при комнатной температуре в течение 5-10 мин. При этом смесь слегка разогревается и приобретает светло-желтый оттенок. Выход конечного продукта с содержанием активного кислорода составляет 50-60%. Схему протекающей реакции можно представить следующим уравнением:

Истинность полученного кремнекислородного пероксосоединения определяли по методике Ризенфольда и Рейнхольда [2], согласно которой истинное пероксосоединение на холоде выделяет йод.

Соединение контрольного опыта Na₂SiO₃*H₂O₂ эквимолярная смесь силиката натрия и пероксида водорода на холоде йод не выделяет, а разлагается с выделением активного кислорода. Результаты испытаний показали, что полученное нами соединение является истинным пероксосоединением, так как на холоде выделяется йод, в отличие от соединения контрольного опыта.

Количественное содержание активного кислорода определяли йодометрическим методом. Идентификацию вещества проводили методом ИК-спектроскопии и жидкостной хроматографии с кулонометрическим детектированием.

Ионохроматограммы получали на жидкостном хроматографе «Цвет-3006» с высоким разрешением. Колонка стальная диной 50 мм, внутренним диаметром 6 мм. Неподвижная твердая фаза - «Хикс-1», с размером частиц от 0,025 до 0,040 мм. Скорость элюирования - 2,0 см³/мин. Фоновым раствором служил 0,005М NaCO₃. Из хроматограммы (фиг.1) видно, что времена выхода пероксосиликат (пик.2) и силикат ионов (пик.1) значительно отличаются друг от друга.

Регистрация ИК-спектров проводилась на ИК-спектрометре «Инфралюм ФТ-801» с Фурье преобразованием. Область регистрации спектров - 4000-500 см^-1, аподизация - БиПара, материал окошки кюветы - селенид цинка (ZnSe). Приставка микрофокусирующая с линзами из ZnSe с применением программного обеспечения для обработки ИК-спектров - Get Spectrum, V.1.08. Характеристические полосы поглощения группы -Si(O) - 1800, -Si(O)-O в области 1472-1400, и 922 см^-1, соответствующие валентным деформационным колебаниям, совпадают с литературными данными [3]. В спектре монопероксосиликата натрия присутствуют дополнительные полосы поглощения 1063, 780 и 580 см^-1, отвечающие за присутствие группы -Si(O)-O-O-, а также отсутствует полоса поглощения в области 922 см^-1 (фиг.2 «а» и «б»).

Пример 2

Проводился аналогично примеру 1. Смешивание Na₂O₂ с SiO₂ проводили в мольном соотношении 2:1. Выход целевого продукта - кремнекислородного перекисного соединения - пероксосиликата натрия составляет 60-70%. В табл.1 приведены данные по выходу пероксосоединения, полученного смещением Na₂O₂ и SiO₂, взятых в различных соотношениях.

Таблица 1 № п/п Мольные соотношения Na₂O₂ c SiO₂ Серии Выход по веществу, % 1 1:2 1 28 2 30 3 22 4 37 5 25 2 1:1 1 62 2 65 3 68 4 63 5 62 3 2:1 1 49 2 57 3 52 4 54 5 56 4 2:0,5 1 40 2 55 3 48 4 45 5 46

Из этих данных видно, что выход пероксосиликата натрия остается удовлетворительным при смешивании исходных реагентов в эквимолярных количествах.

Пример 3

Синтез проводился аналогично с примером 1.

В табл.2 приведены данные по содержанию активного кислорода с течением времени в пероксосиликате натрия, хранящегося в сухом эксикаторе при комнатной температуре. Найдено, что скорость распада пероксидного соединения меньше, чем в случае, когда начальное содержание активного кислорода ниже.

Таблица 2 № п/п Начальное содержание O₂ (акт), % Содержание О₂ (акт) Через 15 сут Через 30 сут Через 60 сут 1 65 60 52 47 2 60 58 50 43

Пример 4

Синтез проводился аналогично примеру 1, однако время растирания продлили до 30 мин. Установлено, что увеличение времени растирания не влияет на выход вещества.

Пример 5

Смешивание пероксида натрия с диоксидом кремния проводили на открытом воздухе. Продукт синтеза превращается в кашеобразную массу, поскольку синтез протекает с поглощением влаги. При этом выделение тепла более интенсивное по сравнению со случаем, когда смешивание происходит без поступления влаги. Содержание активного кислорода в конечном продукте по истечении 5 суток составляет следовые количества (1-2%).

Таким образом, предложенный нами синтез кремнекислородного пероксосоединения имеет ряд преимуществ:

1) в предложенном методе синтеза образуется истинное кремнекислородное пероксосоединение;

2) способ осуществляется в одну стадию;

3) не требуется дополнительная очистка конечного продукта, т.е. удаление воды и других побочных продуктов;

4) способ не требует энергозатрат и специального оборудования;

5) способ экологически безопасен, осуществляется без выделения отходов, загрязняющих окружающую среду;

6) синтез можно реализовать в лабораторных и крупномасштабных условиях.

Приведенный способ синтеза подтверждается реализацией проведения реакции сухим способом в одну стадию, а методы установления природы вещества и идентификации позволяют установить строение получившегося продукта реакции.

Литература

1. Р.Айлер. Химия кремнезема. М.: Мир, 1982, ч.1, 416 с.

2. Перекись водорода и перекисные соединения // Под ред. проф. М.Е.Позина. ГНТИ. - М.-Л.,1951.

3. А.Смит. Прикладная ИК-спектроскопия (Пер. с англ. А.А.Мальцева), - М.: Мир, 1982, 328 с.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к области технологии синтеза истинного кремнекислородного пероксидного соединения. Сущность изобретения: способ получения пероксосиликата натрия заключается в смешивании путем растирания обезвоженного диоксида кремния в мелкодисперсном состоянии с сухим пероксидом натрия в эквимолярном соотношении без доступа влаги. Технический результат: способ осуществляется в одну стадию, не требует энергозатрат и специального оборудования, при этом способ экологически безопасен и осуществляется без выделения отходов, загрязняющих окружающую среду; не требуется дополнительная очистка конечного продукта, а синтез можно реализовать в лабораторных и крупномасштабных условиях. 2 табл., 2 ил.

Способ получения пероксосиликата натрия, заключающийся в смешивании путем растирания обезвоженного диоксида кремния в мелкодисперсном состоянии с сухим пероксидом натрия в эквимолярном соотношении без доступа влаги.