Способ получения высокодисперсной поверхностно-активной двуокиси кремния

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„.SU„» 124734 щ) 4 С 01 В 33/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ф » рц . и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11 ц

И А BTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2l) 3861420/23-26 (22) 04.12.84 (46) 30.07.86. Бюл. № 28 (71) Калушское опытное производство

Специального конструкторско-технологического бюро Отделения химии поI верхности Института физической химии им. Л.В.Писаржевского (72) М.И.Хома, Б.М.Романюк, А.А.Чуйко, И.Ф.Миронюк, P.Â.Ñóøêî, Н.В.Хабер, В.У.Шевчук, И.П.Лыко, Л.А.Ворона и В.А.Васько (53) 546 ° 28(088.8) (56) Патент СССР ¹ 457208 кл. С 01 В 33/18,, l975. (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОЙ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОЙ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ, включающий сжигание смеси, содержащей пары галогенида кремния, водород- и кислородсодержащие газы в факеле, охлаждение, коагуляцию и очистку образовавшейся двуокиси кремния, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения загущающих и адсорбционных свойств целевого продукта, сжигание проводят в факеле, сформированном в виде кольца шириной 5-20 мм.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что концентрация паров галогенида кремния в смеси составляет 3,3-3,7 кг/м водорода.

1247340

Изобретение относится к получению пирогенной двуокиси кремния, которая может быть использована в качестве выс окоэффектив ного за густит еля жидкофазных композиций, наполнителя в полимерных материалах, а также при получении новых адсорбентов и носителей катализаторов.

Целью изобретения является улучшение эагущающих и адсорбционных свойств целевого продукта.

П р и и е р 1. 180 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 180 нм /ч воздуха и 60 нмз /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,0 кг SiCl /нм водорода и выходящая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диаметром 38 мм и шириной 15 мм,. со скоростью 30 м/с, поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца.

Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции. Скоагулированную таким образом двуокись

1 кремния отделяют в циклонах и освобож-:дают от адсорбированного хлористого водорода воздействием паров воды при 500 С. Полученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 61,4 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ) 26,94 м /r с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц 0,47 ммоль/г

Si0, содержит 0,00357 "грита".

Пример 2. 198 кг/ч паров че— тыреххлористого кремния смешивают с 180 нм /ч воздуха и 60 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,3 кг SiCl„ /нм водорода и выходящая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним дна метром 38 мм и шириной 15 мм, со скоростью 30 м/с, поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца. Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции. Скоагулированную таким образом двуокись кремния отделяют в циклонах и осво10

45 бождают от адсорбированного хлористого водорода воздействия паров при

500 С. Полученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (при-. мерно 68,3 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ) 285, 1 м /r с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц 0,92 ммоль/г SiOz, содержит 0,00127 "грита".

Пример 3. 210 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 180 нм /ч воздуха и 60 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,5 кг SiC1 /нм водорода и выходящая иэ сопла горелки, имеющего форму коль. цевого зазора с внутренним диаметром 38 мм и шириной 15 мм, со ско ростью 30 м/с, поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя виде короткого узкого кольца. Газо/ образные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции. Скоагулировапную таким образом двуокись кремния отделяют в циклонах и освобождают от адсорбированного хлористого о водорода воздействием паров при 500 С.

Полученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 73,0 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ) 308,2 м /г с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц 1,36 ммоль/г SiO, не

z ,содержит грита

Пример 4. 222 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 180 нм /ч воздуха и 60 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3 7 кг SiC14 /нмз водорода .и выходящая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диаметром 38 мм и шириной 15 мм, со скоростью 30 м/с, поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца.

Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции. Скоагулированную таким образом двуокись кремния отделяют в циклонах и освобождают от адсорбчрованного хлористого водорода воздействием паров при

1247340

500 С. ГГолученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 77, 1 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ) 301,7 м2 с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц 1,2 ммоль/г Бх0.

11 ll не содержит грита

Пример 5. 234 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 130 нм /ч воздуха и 60 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3 9 кг SiC1 /нм водорода и выходя9 4 щая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диа-, метром 38 мм и шириной 15 мм, со ско-: ., ростью 30 м/с, поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца.

Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции. Скоагулированную таким образом двуокись кремния отделяют в циклонах и освобо. .дают от адсорбированного хлористого водорода воздействием паров при е

500 С. 1Голученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 80,4 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ) 289,8 м /r с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц (1,14 ммоль/г

Si0z не содержит грита .

Пример 6. 26,25 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 22,5 нмз/ч воздуха и 7,5 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,5 кг SiC1

Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись ,кремния в виде аэрозоля.

Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции. Скоагулированную таким образом двуокись кремния отделяют в циклонах ..и освобождают от адсорбированного хлористого водорода воздействием паров при 500 С. Полученная таким образом высокодисперсная двуокись

4 кремния (примерно 7,7 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ)

254,3 м /г с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц 0,81 ммоль/г SiO, содержит

0,0029Х "грита".

Пример 7. 73,5 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 63 нм /ч воздуха и 25 нм /ч водоро10 да. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,5 кг SiC14 /íì водорода и выходящая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диаметром 38 мм и шириной 5 мм, со ско-, ростью 30 м/с, поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца.

Газообразные продукты горения сме20 си содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции.

Скоагулированную таким образом дву25 окись кремния отделяют в циклонах и освобождают от адсорбированного хлористого водорода воздействием паров при 500 С. Полученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 24,9 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ) 279,2 м /г с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц 1,01 ммоль/г

Si0„, не содержит "грита".

Пример 8. 332,5 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 285 нмз/ч воздуха и 95 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,5 кг SiC1 /нм водорода и выходя-.

40 щая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диаметром 38 мм и шириной 25 мм, со скоростью 20 м/с, поджигается фити- .

45 лем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца.

Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля ° Далее

50 горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции.

Скоагулированные таким образом двуокись кремния освобождают от ад-сорбированного хлористого водорода воздействием паров при 500 С. Полу- .

55 ченная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно

114,7 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ) 261,4 м /r с концент1247340 рацией гидроксильных групп на поверхности частиц 0,54 ммоль/г, содержит

О, 001 17 "грита" .

Пример 9. 219 кг/ч паров

5 четыреххлористого кремния смеы вают с 180 нм /ч воздуха и 60 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,5 кг Я С1 /нм водорода и выходя- 1О щая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диа метром 38 мм и шириной 20 мм, со скоростью 20 м/с, поджигается фити- лем, в результате чего образуется 15 пламя в виде короткого узкого кольца

Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через 20 зону охлаждения и коагуляцни.

Скоагулированную таким образом двуокись кремния освобождают от адсорбированного хлористого водорода воздействием паров при 500 С. Полу- . 25 ченная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 72,7 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ)

272,9 м /г с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц б

0,89 ммоль/г SiO>, содержит 0,00057

"грита".

Пример 10. 119 кг/ч паров (четыреххлористого кремния смешивают с 102 нм /ч воздуха и 34 нм /ч водо35 рода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая

3,5 кг SiC1„/нм водорода и выходящая иэ сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диа 4б метром 38 мм и шириной 15 мм, со скоростью 20 м/с, поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца, Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля.

Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции.

Скоагулированную таким образом двуокись кремния освобождают от адсорбированного хлористого водорода воздействием паров при 500 С. Полученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 42,8 кг/ч) имеет удельную поверхность (по БЭТ)

264,5 м /г концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц

0,88 ммоль/г SiO не содержит

"I"PHTG

Пример 11. 105 кг/ч паров четыреххлористого кремния смешивают с 90 нм /ч воздуха и 30 нм /ч водорода. Полученная таким образом гомогенная газовая смесь, содержащая 3,5 кг

SiC1 /нм водорода и выходящая из сопла горелки, имеющего форму кольцевого зазора с внутренним диаметром

38 мм и шириной 15 мм, со скоростью

20 м/с поджигается фитилем, в результате чего образуется пламя в виде короткого узкого кольца.

Газообразные продукты горения смеси содержат высокодисперсную двуокись кремния в виде аэрозоля. Далее горячие продукты реакции проходят через зону охлаждения и коагуляции. Скоагу" лированную таким образом двуокись кремния освобождают от адсорбированпого хлористого водорода воздействием паров при 500 С.

Полученная таким образом высокодисперсная двуокись кремния (примерно 35,7 кг/ч) имеет удельную поверхность 250,2 м /г с концентрацией гидроксильных групп на поверхности частиц 0,48 ммоль г Si0, содержит

0,0018/ "грита".

В табл. 1 — 4 приведены свойства продукта, полученного по выше приведенным примерам.

1247340

I Е ъ Э Р

333 С4

Ц 3С и

3С

Ж о и л л л .со л л л

СЧ СЧ

° л

С Ъ л со О л л

»ГЪ

С»Ъ оъ л л л

Ю л

ÑO СЧ

Ю л л

СС3 Лл и

С3 о !! л

ЕОЕ1

I-I: 333 с3. ь

333 Ц c»3 I, 1

1.

1

Ю

С»3 1

1 с»3 ,С30 ж ! и иоса

0 !33 IC

p,о о

O c3 I

X cd O

О й

О Ю Ю

СЧ СЧ СЧ

О

С» 3 г

Ю О

С»Ъ С»Ъ с» г

Ю О

С»Ъ . С»Ъ г

Ю г

cd 1

С4 О

Х5Э е и ц

Ж

Й В к

Ж cd 1

3=3 1 и О I

Х С41O » о

СЪ а а л л л

С Ъ С Ъ С Ъ

4СЪ л

1

1

Ch Г\ л л

С Ъ С Ъ

СЪ Л л л

С»Ъ С Ъ

С»Ъ л

С»Ъ о

Р» о

t( о р !

»3 о 5

Й и»»

cd cd !

4» С

I Р

С»3 W

О л»

133 X ж

Cf о х е

Ю Ю Ю сО с0 сО л»»

1

33 и

3С

СЪ

СЧ л

Ф О

С Ъ СЧ

СЧ

4»Ъ л сЧ О В

С Ъ »

С Ъ СЧ

»СЪ л

С Ъ л

Ц»» о чх.

И С3 ф»4

С»»3

О

Ю СЧ

СЧ СЧ

Ж 1 !

cd 1

»33 l

Ef I co

cd I л

Ic3

Р»

Х Э е о

Н и О

О Э и

М Ж Э Нсс о еж о хе

00 СО л

С0

СЧ л л

С»0 л л

СЧ л

С»3

О Ю л л

СЧ С»3

Ю л

СЧ с33 С3» о о

1 I

3 m

Э

»»» и л хоса

С4 333 С4 ео

»»Ъ О

С»3 СЧ !

М С4 С4 Э

1 о !

- й !

g,l

w!

Ц 1

С4 и

3g!

»СЪ л

1 О О О О О Л - »»Ъ О 3 О

»О»О»О ЧР 40 С 3 ОЪ»О С»Ъ С 3

»ГЪ л

О О СЧ с»Ъ»СЪ О СЧ О

СО СО СЧ О СО СО Ю В

° % С»1

1

1

»СЪ »СЪ е СЪ а С3 с» м»»

I »- сч с»ъ »съ»c3 л со ch О !

° °

1247340

JO л

Д х E

d! О

Х О л

С 4 С 4 СЧ (Г о» (Ч (Г л о (Ч C !

lA л (4 о л (4 (4 (Г\ л о (4

Б х

О 0 (g х l ах

gх

Н О о а ! х

01 t -4. (Ч м O л л л т (h

О 0 л о

CO сО л о! (СЬ л о (О

01 л о! ! ! ! î ф л аж е Гч

Ц (d о ц

v ш (Ч

СЬ и о

O (h

О\ л л о л

01 л о ю л ( (h л м о х х

Р) х (D х

О > и — — — !

)х о х ! х ь-. "o

U) Х

kf ж о а и

СО (О (4 (O л л л м м м) л

СО п м м сО О. л л м () СО

0i л м

Е л

Д г н( (J (() о (а х х (d !

Х д а е е Р\ к о

И сО (0 л и л и (h 0 сО ((i r-- О

С 4 (4 (4 (4

С4 л ) о й( сч (Ч л

CO о м ( л о м.4 л (h с0 сч

Ch и п с 4 0 (Ч ((л х х х

Е л

QO (Ч!

Ц

ke o и ео (-Ф, л о mo! н

О сО н м н- о о ео

Н л

o mo

01 (4

i o ео л

mo (/1 (4 м

o o

o o л и

o o ((1 о о о л о.о х () 1 о

СО (h л м

j и) Э

I l о î о м 0> (h - О л л л м м м с9

1 о

Ф 7 (Ю

Ф Я ! о (Ч (h л

) 1

l (o o 0 М) (ч м) л л м м пэ ( о лэ

l о

Д

Ц о

1 ( о л (4.4 л о (4 (h о

01 СО сО (O л л о о 3

О л о (О.4 л о о ! о

Х е (d (ч е li и о

6 и

QJ х а е н

И (d а

td ! с е

И х х

Х

o ! — 4

5 l (d а ! Гм х! (U Д с1! ц х! о.

Л! 1! ! н

О 0 0 н

Е

u e u d4 V н сo mo mo

Ч со О л л л о у х

Х л

cdЖ ю а Еd! Х а

О 4 иI о

И

И Ъ а

4> л о

>>

I Х

o w

Р!

1!

gl

Оl 4

Xl

Е1л

А, Е» Е-> и с!ОШ«>

Е о о

О1 м а

СО

»

Х 1 и Е х (U

Х Р о ы

tf о

Ы л

Е l хх

Е о, -» л л м:1

1 !

cd У

Е»

О «>

5 м л

td w

3, х

1 о

Ц о

1 о ( о

_#_I ь л <,>

1:е х л м

>d л

g W х х а I 1

Е- dI О

Ф W 4 Х

Е >о Х

<б Р»х х д,о

1-:Х E» E» 0

I х а

И >

>О о и о

И и о х

Е» и

0J

Р ж

>х о х х

Ф

Р ъ

Ц о

И х

CO

Р3

E и

>х о

Ф

М х о

1 и

1

1

1l

Е» х

QJ х о

Е х

Е х о

A

Е» и о а о

К

С3

1:Е о х и

С4

1-Е о х и

gl

Рн! х

Р

Э о

4»

1 о

-l о

О !

М х о д

4 2

o v

Е-> о Z

И л о а

4 Х л

И Ъ а

1247340

Al

1„ 1

О!

Z l«>

Xl Е

c6 I

1 л> О I

Е Р, 1

«х о

Хх 4 О

I и О О

o o o

o o o л л л

o o o л> >

I >

o o м cI> а сч л о

I

1 Ю 1

<Ч -4 < 4 л л л

o o o

o o o а а о м м

1 л м

СЧ С»4

1

1

I с 3 м 1

1247340

1.3

Таблица4

Реакционная,адсорбционная активность изагущающие свойства двуокисикремния, полученной предлагаемым иизвестным способами

Пример тненупп, 5 м 10 м 20 м

30 м

0,1 0,2 0,3 0,4 0 5

tl

24 35 4 5 48 50

0,22 0,33 0,44 0,44

0,18

0,3 0,9 1,4 1,6 1,7

0,08 0 19 0,26 0,26

0,14

Продолжение табл.4

Пример

Кинематическая вязкость, Ст водных суспензий 810,% (25 C) смолы ПН=609-27, загущенной SiO, % (25 С) 10 15 20

1,6

0037 014 019 026

5 4 16 3 20 5

0,028 О, 13 О, 16 0,22

5 1 15 9 19 4

ВНИИПИ Заказ 4072/22 Тираж 450 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Замещение гидроксилов триме силильными группами при кон те SiO с (СН ) SiCl (Т=180 ммоль

-1 — —,- во времени, мин

2 055 08 1,1 125

3 072 1,15 14 1 55

7 0,54 0,81 1,15 1,30

0,08 0,59 0,72 5,5

3 0 12 0 96 1 5 6 8

7 0,09 0,64 0,84 5,7

Адсорбция метилового спирта поверхностью SiO при значе2 ниях относительного давлеммоль ния (Р)

1 r

Предлагае мый способ.

1 6 2,4 3,2 3,4 3,5

1,6 2,5 .3,4 3,6 3,7

Известный способ

0,8 1,5 2,1 2,3 2,4

5,8 17,3 22,2

64 193 248

6,1 17,4 22,6