Способ модифицирования кремнезема Советский патент 1993 года по МПК C01B33/18 

Изобретение относится к химической технологии сорбентов, которые могут найти применение для поглощения, разделения и концентрирования жидких и газообразных веществ.

Известны разнообразные способы модифицирования кремнезема для придания ему определенной адсорбционной специфичности, в том числе известны способы получения модифицированных кремнеземов с гидролитически устойчивой поверхностью. Все они основаны на том, что поверхность кремнезема обрабатывается кремнеорганическими соединениями: поли- органосиликсановыми жидкостями, трифе- нилхлорсиланами, триметилхлорсиланом и гексаметилдисилазаном. Однако применение этих способов требует большого расхода модификаторов и сложного аппаратурного оформления, а гидролитическая устойчивость модифицированного кремнезема недостаточно высока.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ модифицирования кремнезема, включающий предварительную термообработку при 600°С в течение 2 ч, с последующей обработкой триметилзамещенным силаном общей формулы (СНз) при 380-400°С, удалением избытка силана и продуктов реакции, обработкой кремнезема парами воды при 25°С и . вакуумированием, обработкой затем парами гексаметилдисилазана при 70°С.

Недостатком этого способа является многостадийность (6 стадий).

Целью предлагаемого изобретения является упрощение способа при сохранении высокой гидролитической устойчивости полученного продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе модифицирования кремнезема, включающем его предварительную термообработку, с последующей обработкой триметилзамещенным силаном общей формулы (СНз), где , NCO, NCS, МСЫ51(СНз)з, и гексаметилдисилазаном при нагревании, согласно заявляемому способу обработку кремнезема ведут в автоСО

с

VI

00 VI

о

$

клаветри 340-350°С в течение 2-3 ч, причем триметилзамещенный силан и гексаме- тилдисилазан берут в виде их эквимолярной смеси.

Для реализации способа использовали триметилзамещенные силаны общей формулы (СНз), где , NCO, NCS, МСЫ51(СНз)з. Гексаметилдисилазан. квалификации ч очищали перегонкой и отбирали фракцию с ТКип.-125,5°С. Для осуществления способа брали макропористый кремнезем с удельной поверхностью 190 м /г и размером пор 36 нм, полученный по следующей методике: пирогенный диоксид кремния (аэросил) с величиной удельной поверхности 220 м /г диспергировали в 1%- ном растворе аммиака при соотношении твердая фаза:жидкая фаза 0,15 и полученную дисперсию сушили при 200°С в течение Зч.

Предлагаемый способ модифицирования кремнезема осуществляли в стальном автоклаве объемом 45 см3 с кварцевыми стаканами, позволяющем работать в интервале температур 100-450°С и давлений 1- 250 атм. Для этого рассчитанное количество кремнезема после предварительной термообработки при 400°С помещали в кварцевом стакане в автоклав. В другом кварцевом сосуде помещали эквимолярную смесь си- лана с гексаметилдисилазаном. Автоклав герметично закрывали и нагревали до 340- 350°С в течение 2-3 ч. После охлаждения до комнатной температуры продукт выгружали и проводили определение гидролитической устойчивости по ТУ 6-18-12-80, а также содержание привитых органических групп с помощью элементного (анализатор CHN Mod 1106) и весового анализа. Модифицирование кремнезема контролировали с помощью ИК-спектроскопии (спектрофотометр ИКС-29), область 4000-1200 , толщина спрессованных таблеток кремнезема 10-15 мг/см2, давление прессования 1,72-Ю8 Па..

Гидролитическую устойчивость образующегося продукта оценивали по устойчивости к воде при температуре ее кипения. Для этого 1 г модифицированного кремнезема помещали в стеклянный лабораторный реактор, содержащий 10 мл дистиллированной воды, и кипятили в течение 30 мин с обратным холодильником. После кипячения содержимое реактора количественно переносили делительную воронку, отделяли деструктиврованный кремнезем (нижний слой) и определяли его содержание после высушивания до постоянной массы при 105-110°С. Гидролитическую устойчивость продукта Xi (в %) вычисляли по формуле

Xi

m - mi m

100,

где m - масса навески модифицированного кремнезема, г;

mi - масса деструктированного кремнезема, г.

Адсорбционные свойства полученного модифицированного кремнезема оценивали по адсорбции воды.

Предлагаемый способ модифицирования кремнезема иллюстрируется следующими конкретными примерами исполнения.

Пример1.В стальной автоклав помещали 10 г термообработанного при 400°С

кремнезема, смесь(СНз) гексаметилдисилазаном в эквимолярных количествах (6,0 и 8,0 мл соответственно) и выдерживают 2,5 ч при 345°С. В полученном продукте содержание привитых органических групп

на поверхности модифицированного кремнезема составляет 3,4 мкмоль/м2. Гидролитическая устойчивость продукта 99,9%. ИК-спектр модифицированного кремнезема показал, что все гидроксильные группы исходного кремнезема полностью прореагировали (отсутствует полоса поглощения 3750 см ), а также произошла химическая прививка (СНз) и гексаметилдисилазана (полосы поглощения при 2970 и 2910 ).

В примере 1 таблицы приведены данные по режиму осуществления способа и свойствах конечного продукта.

В примерах 2-5 показано влияние времени и температуры обработки кремнезема

смесью реагентов в автоклаве на свойства получаемого модифицированного кремнезема. В пределах заявляемого интервала (примеры 2,3 таблицы) поставленная цель достигается. За пределами заявляемых интервалов времени и температуры (пример 4, 5) цель не достигается: гидролитическая устойчивость падает ниже допустимого значения (99,3%). В примерах 6-10 поступают так, как описано в примерах 1-5, соответственно, за исключением того, что в качестве силана берут(СНз). В пределах заявляемого интервала (примеры 6-8) поставленная цель достигается: гидролитическая устойчивость составляет не менее 99,9%. За

пределами заявляемых интервалов времени и температуры (примеры 9, 10) цель не достигается: гидролитическая устойчивость падает ниже допустимого значения (99,3%). В примерах 11-15 поступаюттак, какописано в примерах 1-5 соответственно, за исключением того, что в качестве силана берут (СНз). В пределах заявляемого интервала (примеры 11-13)поставленная цель достигается: гидролитическая устойчивость

составляет не менее, чем 99,9%. За пределами заявляемых интервалов температуры и давления цель не достигается (примеры 14,15). В примерах 16-20 поступаюттак, как описано в примерах 1-5 соответственно, за исключением того, что в качестве силана берут (СНз)з51МСЫ5(СНз)з. В пределах заявляемого интервала (примеры 16-18) гидролитическая устойчивость продукта не ниже 99,8%. За пределами заявляемых ин- тервалов температуры и давления цель не достигается: гидролитическая устойчивость падает ниже допустимых значений (примеры 19,20).

В таблице приведены данные поадсор- бции паров воды при ,030; 0,165; 0,445, а также величина гидролитической устойчивости по прототипу.

Таким образом, предлагаемый способ включает только 2 стадии обработки крем- незема, что свидетельствует об упрощении

заявляемого способа (6 стадий в способе- прототипе). Получаемый по предлагаемому способу модифицированный кремнезем не уступает по физико-химическим свойствам продукту, полученному по способу-прототипу.

Формула изобретения Способ модифицирования кремнезема, включающий его предварительную термообработку с последующей обработкой три- метилзамещенным силаном общей формулы (СНз), где , NCO, NCS, (СНз)з и гексаметилдисилазаном при нагревании, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при сохранении высокой гидролитической устойчивости продукта, обработку ведут в автоклаве при 340-350°С в течение 2-3 ч, причем триме- тилзамещенный силан и гексаметилдисила- зан берут в виде их эквимолярной смеси.

Использование: для получения сорбентов. Сущность изобретения: кремнезем подвергают термообработке, затем обрабатывают в автоклаве при 340-350°С в течение 2-3 ч эквимолярной смесью триметилзамещенного силана общей формулы (СНз), где X - NS, NCO, NCS, МСМ5(СНз)з. с гексаметилдисила- заном. 1 табл.

Влияние времени и температуры обработки кремнезема в автоклаве при 340-350°С смесью

одного из триметилзамещенных силанов общей формулы (СНз), где , NCO, NCS,

МСЫ31(СНз)з и гексаметилдисилазана на свойства конечного продукта.