Способ получения силикагеля Советский патент 1993 года по МПК C01B33/143 

v Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано при получении силикагелей, применяемых в сорбционных технологиях, преимущественно дли извлечения белков, пептидов, нуклеиновых кислот, витаминов, токсинов, вирусов, металлов из сточных вод и разбавленных растворов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение сорбционной способности силикагеля к щелочным металлам и белкам.

Поликонденсацию ведут одновременно с окислительно-восстановительной реакцией, в ходе которой образуются ионы металла в низшем валентном состоянии. Эти ионы взаимодействуют с анионами силиката, при этом возникают моле кулярно-дис- пергированные еорбционные центры, обеспечивающие высокую эффективность сорбции, а микропористая структура сидикагеля обеспечивает требуемую избирательность по молекулярной массе сорбируемых веществ, одновременно выполняя функцию механического каркаса. Выбор металла - хром или марганец, обеспечивает селективное взаимодействие сорбционных центров. При этом получается механически прочный, аморфный, пористый, селективный сорбент на основе силикагеля. Последовательной же обработкой силикагеля солями металла и восстановителем нельзя добиться положительного эффекта, т.к. невозможно обеспечить молекулярную степень диспергирования, в то же время известно, что для Достижения высокой эффективности сорбции, емкости требуется развитая поверхность сорбента, чем она больше, тем выше емкость. Молекулярная степень диспергирования обеспечивает наибольшую емкость и эффективность сорбции.

СЛ

С

00

оэ

00

Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. До поликонденсации растворяют в водном растворе силиката натрия с концентрацией 12,2 мас.% перманга- иат лития в соотношении натрия перманганат лития/силикат натрия в виде раствора 0,076 мае, частей на 100 мае. частей раствора, что соответствует 0,5% мол. Растворяют 0,081 мас.частей щавелевой кислоты в 33 мае. частях соляной кислоты концентрацией 24 мас.%. Смешивая растворы проводят поликонденсацию с одновременной окислительно-восстановительной реакцией, Через 30 мин получают коричневый гель, гель промывают водой и сушзт, Получают микропористый сорбент, селективный на цезий из растворов с сильной минирализацией, в присутствии солей аммония, калия, натрия, в присутствии орга- нических веществ в растворе.

Пример 2. До поликолденсации растворяют в водном растворе силиката натрия с концентрацией 12,2 мае.% хромат калия в соотношении хромат калия/раствор силиката натрия 5,82 мае. части на 100 мае. частей раствора, что составляет 30 мол.%. Растворяют в качестве восстановителя хлорид гидразиния в количестве 4,73 мае. части на 33 мае. части соляной кислоты с концен- трацией 24 мас.%. Смешивая растворы проводят поликонденсацию одновременно с окислительно -восстановительной реакцией, гель образуется через 40 минут. Промывают водой, сушат при температуре 423 К, затем проводят гидротермальную обработку при 500 К и давлении 15 МПа в течение 30 минут. Получают силикагель, извлекающий из раствора 99,9% белка, с емкостью 0,7 г/г в кислых и щелочных растворах с рН от 0,5 до 8.

Пример 3. Растворяют 0,076 мае. частей перманганата лития (0,0005 мол, частей - 0,5 мол.%) в 100 мае. частей 12,2 мас.% силиката натрия. Растворяют 0,081 мае. частей (0,0085 моль) щавелевой кислоты в 33 мае. частях соляной кислоты концентрацией 24 мае. и смешивают растворы. Получают коричневый гель, промывают его водой, сушат при температуре 400°С (673 К) в течение 5 часов, промывают гель водой. Получают силикаль с молекулярно-диспер- гированными сорбционными марганцевыми центрами, способными поглощать литий из разбавленных нейтральных растворов с емкостью 0,04 мг-экв/г..

Пример 4.Растворяют5,82мае.части хромата калия (0,03 мол. части. 30 мол.%) в 100 мае. частей 12,2 мас.% силиката калия. Растворяют 4.73 г хлоридгидразина в 33

мае. частях соляной кислоты с концентрацией 24 мас.%, смешивают растворы, получают при этом голубоватый гель. Промывают его водой, сушат при 250°С(423 К) в течение 5 часов. Получают силикагель, специфический на пептиды с молекулярной массой не более 1600 у.е. Емкость по белку составляет 0,7 г/г.

Пример 5. Растворяют 11,8 бихрома- та калия (0.04 мол., 20 мол.%) в 100 мае. частях 24,4 мас.% силиката натрия. Растворяют 72 г иодида натрия (б/в) в 66 мае. частях соляной кислоты с концентрацией 24 мас.% и смешивают полученные растворы. Получают коричневый гель, промывают водой, спиртом, высушивают при 100°С(373 К) в течение 12 ч. Полученный силикагель извлекает из смеси пептида с молекулярной массой до 2000 у.е.

Пример 6. Растворяют 0.076 мае. частей перманганата лития (0,0005 мол. частей, 0,5 мол.%) в 100 мае. частях 12,2 мас.% силиката натрия. Растворяют хлорид марганца (II) 0,0945 мае, частей в 33 мае. частях соляной кислоты концентрацией 24 мас.%. Смешивают растворы, получают коричневый гель, который сушат при 400°С (673 К) 5 ч, промывают водой, получают при этом силикагель с молекулярно-диспергированными сорбционными центрами, способный поглощать литий из разбавленных нейтральных растворов с емкостью 0,015 мг-экв/г.

Заявляемый способ позволит повысить селективность сорбции как за счет избирательности химического взаимодействия сорбционных центров, так и за счет микропористости силикагеля. Принципиально новым является получение молекулярно-дис- пергированных в силикагеле атомов переходного металла, своего рода иммобилизованных горячих атомов с некомпенсированной координационной способностью. Эта способность позволяет достичь высокой эффективности сорбции, полного извлечения сорбируемых веществ (до 99,9% и выше) что важно для очистки сточных вод.

Фор мула изобретения 1. Способ получения силикагеля, включающий взаимодействие раствора силиката щелочного металла с раствором кислоты, промывку и сушку, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной способности силикагеля к щелочным металлам и белкам, предварительно в растворе силиката растворяют соль, содержащую катион щелочного металла и анионное производное переходного металла в высшем валентном состоянии, в количестве 0,5-33 мол.% от количества силиката, а в кислоту вводят вое

стэновитель в стехиометрическом количест-3. Способ по п. 1,отличающийся

ее по отношению к переходному металлу.тем, что в качестве восстановителя исполь2. Способ по п. 1,отличающийсязуют щавелевую кислоту, соль гидразина,

тем, что в качестве солей переходного ме-соль переходного металла в низшем валенталла используют перманганаты, хроматы и5 тном состоянии или иодиды щелочных мебихроматы щелочных металлов,таллов.

Использование: изобретение может быть использовано для получения силикагеля. способного извлекать белки, пептиды, нуклеиновые кислоты и металлы из сточных вод и разбавленных растворов. Сущность изобретения. Смешивают раствор силиката щелочного металла, в котором предварительно растворяют перманганаты или хро- маты. или бихроматы щелочных металлов в количестве 0,5-33 моль.% от количества силиката и раствор кислоты, в который вводят щавелевую кислоту, или соль гидразина или соль переходного металла в низшем валентном состоянии или и од иды щелочных металлов в стехиометрическом количестве по отношению к перманганатам, или хрома- там, или бихроматам, промывают и сушат. 2 з.п. ф-лы.