Способ получения концентрированногоКРЕМНЕзОля Советский патент 1981 года по МПК C01B33/14 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО КРЕМНЕЗОЛЯ

1

Изобретение относится к получению золей двуокиси кремния, которые применяются в производстве катализаторов и адсорбентоЕ в качестве связующего для оболочкового и керамического форования, для получения защитных покрытий на стекле и металлах, для улучшения водо- и теплостойкости покрытий и волокнистых структур, в композициях водных красок и высокоглянцевых эмалей и других областях народного хозяйства.

Известен способ приготовления золя, согласно которому получаемая ионообменным путем кремневая кислота для удаления примесей анионов пропускается через анионит. В дальнейщем получают зародыщевый золь, добавлением в который свежеприготовленной кремневой кислоты осуществляют рост частиц при одновременном упаривании. Конечный золь имеет отношение SiOg.: MgtO(130-500): и размер частиц 10-130 нм: Этот способ для промышленности является неэкономичным, так как требует тщательного удаления растворимых солей из кремневой кислоты, влияющих на устойчивость

золей-в агрегации и гелеобразование в процессе получения 1.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре-зультату является способ получения кремнезоля, заключающийся в пропускании раствора силиката натрия с отношением SiOjtiNa jD равным 3,25 через катионит в Н форме с последующим подщелачиванием раствора до соотношения .Ыад.О- (60-130):1. Часть этого раствора нагревают и упаривают с одновременным введением в него остального раствора кремнекислоты с сохранением постоянным объема системы 2.

Недостатками этого способа являются

S низкая концентрация золя (не выше 35%), невысокая степень чистоты и отложения на стенках реактора.

При промышленном производстве эти

недостатки имеют особое значение, так как

являются причиной увеличения потерь, т. е.

снижения выхода продукта, а также частых

чисток аппаратов. Цель изобретения - увеличение концентрации золя, степени его чистоты и уменьшение отложений на стенках реакторов. ПЬставленная цель достигается тем, что упаривание ведут до содержания двуокиси кремния 5-15% с введением золя-питателя в количестве, обеспечивающем увеличение объема в 1,6-45 раз и последующим концентрированием полученного золя ультрафильтрацией. Способ осуществляют следующим образом. Раствор силиката натрия (SiOJNajfl 3,0 с концентрацией ЗЮг. до 4% пропускают через колонну с катионитом марки КУ-2 в Н форме, отмытым от кислоты. На выходе из колонны отбирают фракцию кремневой кислоты с рН 3. К 1 объему этого раствора добавляют стабилизирующую гидроокись (натрия, калия, лития или аммония) до рН 7,2. Далее в этот золь вводят золь-питатель: свежеприготовленную кремневую кислоту с рН 3 или щелочной раст вор кремневой кислоты с рН 7,2. В процессе роста частиц рН золя должен быть в области 7,2-10,7. При подаче кислого питания возможно понижение рН золя ниже 7,0, при этом возрастает опасность гелеобразования в объеме. Для поддержания щелочности, необходимой для роста частиц, в систему вводят стабилизирующие основания. Это осуществляют введением соответствующих оснований в процессе синтеза параллельно с кислым питанием или введением основания в зародыщевый золь перед поДачей кислого питания, или введением золя-питателя кислого и щелочного попеременно. В процессе введения золя-питателя и при условии поддержания в системе и - обходимой щелочности производят одновременно упаривание золя до концентрации SiOj Ъ-15%, чтобы процесс роста частиц происходил при увеличении объема в 1,6- 45 раз-. В этом случае вода, внесенная с питателем, выпаривается не полностью, часстицы растут, но частичная концентрация уменьщается. Такое проведение процесса значительно снижает вероятность нарущения процесса выращивания частиц золя и отложения кремнезема на стенках реактора. Концентрирование золя проводят методом ультрафильтрации с использованием ацетат-целлюлозных мембран. В процессе ультрафильтрации происходит удаление излищков ионов и растворимой кремниевой кислоты, очистка золя от электролитов и других растворимых в воде примесей, что повышает агрегативную устойчивость кремнезоля и дает возможность концентрировать его до 45% 5{Ог. Соотношение SiOgcNagO В концентрированном золе увеличивается по сравнению с золем до ультрафильтрации в 2-8 раз. Пример 1. Из раствора силиката натрия с отношением SiOj. 3:1 ионообменным методом готовят раствор поликремневой кислоты с донцентрацией SiO 3,5% доводят соотнощение SiOi:Na O до 60:1 1 н раствором NaOH. Стабилизированную поликремниевую Кислоту делят на 2-е части, 100 г помещают в стеклянный реактор с мешалкой, снабженной обратным холодильником, и термообрабатывают при 100°С 1 ч. После этого в реактор добавляют остальной раствор поликремневой кислоты, проводят процесс роста частиц при однопременном частотном упаривании до 15% SiOa. Полученный золь термообрабатывают 30 мин, охлаждают и концентрируют методом ультрафильтрации на ацетат-целлюлозных мембранах при давлении 2-4 атм. Данные, характеризующие потери 5,0, и выход продуктов по стадиям, приведены в табл. 1. Величина удельной поверхности частиц золя по адсорбционному титрованию v270M2/r. Пример 2. В отличие от примера 1 частичное упаривание золя в ходе подачи питания проводят до концентрации SiOa 10%. Данные, характеризующие продукты по стадиям, приведены в табл. 2. Величина удельной поверхности части и золя по адсобрционному титированию -180 м2/г. Пример 3. В отличие от примера 2 частичное упаривание золя в ходе подачи питания производят до концентрации 5)Ог.5%. Характеристика продуктов и потерь по каждой стадии приведена в табл. 3. Величина удельной поверхности частиц золя по адсорбционному титрованию -130 м2/г. Полученные в примерах 1-3 концентрированные золи устойчивы к гелеобразованию в течение, полугода. Таким образом, предлагаемый способ получения концентрированного силикозоля позволяет увеличить концентрацию золя, степень его чистоты и уменьшить чистки аппаратов, улучшить условия роста при разных способах введения стабилизирующих гидроокисей, увеличить концентрацию конечного золя SiOa до 40% и выще. уменьшить содержание примесей в конечном золе, увеличить соотношение Si gVNat.O и устойчивость золей к тепловой обработке и старению.

Операция

Исходный раствор поликремневой кислоты

Укрупнение частиц с одновременным упариванием

Золь Конденсат

Потери 0 ках аппарата и в осадке

Ультрафильтрадия

Исходный раствор поликремневой кислоты

Укрупнение частиц с одновременным упариванием

Золь

Конденсат

Потери /Оа. на стенках аппарата и в осадке

Ультрафильтрация

Конечный продукт210

Фильтрат и потери

при выгрузке670

Таблица 1

Количество Si Ох. в %

Примечание по отноше- ншо к исходному

100

87

Содержание

на стен13

100

93

Концентрация золя ; О 10%

89 4

Концентрация золя JT/ О 40%

Операция

Ис ходный раствор поликремневой кислоты

Укрупнение частиц с одновременным упариванием

Золь

Конденсат

Фильтрат и потери при выгрузке

Ультрафильтрация

Конечный продукт444

Фильтрат и потери

при выгрузке3816

Формула изобретения

Способ получения концентрированного кремнезоля, включающий пропускание раствора силиката натрия через катионит в Н ферме, подщелачивание раствора, нагревание и упаривание с одновременным введением в него золя-питателя, отличающийся тем, что, с целью увеличения концентрации золя, степени его чистоты и уменьшения отложений на стенках реактора, упаривание ведут до содержание двуокиси кремния 5-

Таблица

Количесгво i Од. в %

Примечание по отношению к исходному

100

Содержание {О в

золе 5%

95

Содержание SiOi.B золе 45%

с введением золя-питателя в количестве, обеспечивающем увеличение объема в 1,6-45 ра и последующим концентрированием полученного золя ультрафильтрацией.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Патент США № 2577484, кл. 252-313, 1961.

2. Патент США № 2574902, кл. 252-313, 1951 (прототип).