Коллоидный алюмосиликат



Коллоидный алюмосиликат
Коллоидный алюмосиликат
Коллоидный алюмосиликат
Коллоидный алюмосиликат

 


Владельцы патента RU 2466933:

Пестерников Геннадий Николаевич (RU)
Обухова Вера Борисовна (RU)

Изобретение относится к коллоидной химии. Предложен коллоидный алюмосиликат формулы: M2O·(0,1-1,2)Al2O3·(4-12)SiO2, где М представляет собой катион щелочного металла или аммония. Алюмосиликат находится в форме сферических частиц с удельной поверхностью 300-450 м2/г. Поверхность частиц содержит алюмосиликатные анионные центры в количестве от 1,2 до 2,5 ионов алюминия Al3+ на 10 нм2 поверхности. Частицы представляют собой агломераты с размером от 60 до 610 нм. Полученный алюмосиликат характеризуется специфической дифрактограммой, которая представлена в описании. Изобретение обеспечивает получение нового коллоидного алюмосиликатного соединения из доступных и недорогих сырьевых компонентов. 3 табл., 3 ил., 4 пр.

 

Изобретение относится к коллоидному алюмосиликату, который может быть использован в качестве адсорбента, например для процессов очистки углеводородных фракций от серосодержащих соединений, катализатора при конверсии углеводородов, компонента для получения синтетических цеолитов, связующего для изготовления литейных форм.

Уровень техники.

Алюмосиликаты обладают каталитическими свойствами и находят широкое применение в самых разнообразных ионообменных, каталитических и адсорбционных процессах (Schweiker G.C., Sodium silicates and sodium aluminosilicates, J.Am. Oil Chemists'soc., 1978, v.55, p.36-40).

Известны алюмосиликаты, выпускаемые в виде коллоидных растворов (золей) диоксида кремния, модифицированных ионами алюминия различных торговых марок, например Ludox-AM и Ludox-WP фирмы Grace Davison. Модифицированные алюминием частицы диоксида кремния имеют содержание Al2O3 от 0,2 до 0,6 мас.%, что соответствует формуле: (0,042-0,2)Na2O·(0,039-0,118)Al2O3 ·(10-11,67)SiO2. Способ получения модифицированных алюминием золей диоксида кремния описан в монографии (Айлер Р. Химии кремнезема: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982, ч.2).

В реферате японского патента (WO/2008/111383 Aluminum-modified colloidal silica and metod for producing the same. IPC C01B 33/148, 18/09/2008) предлагается модифицированный алюминием коллоидный кремнезем, устойчивый в кислой области рН, мольное соотношение Al2O3/SiO2 составляет 0,00005-0,01, при концентрации щелочного металла не более 0,005 мас.% (50 ppm), что соответствует формуле: 0,0016 Na2O·(0,0005-0,1)Al2O3·10SiO2.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности являются аморфные алюмосиликатные производные, которые описаны в реферате заявки на изобретение (RU №97107016, 20.05.1999, МПК С01В 33/46, заявитель Дзе Юниверсити оф Квинсленд, AU), имеющие химический состав общей формулы: MpAlgSi2Or(OH)s·uH2O, где М представляет собой ион аммония или катион щелочного металла; p от 0,2 до 2,0; g от 0,5 до 2,5; r от 4,0 до 12; s от 0,5 до 4,0; u от 0,0 до 6,0, что соответствует формуле: (0,1-1,0) Na2O·(0,25-1,25) Al2O3·2SiO2·2SiO2·(0,5-4,0)(ОН)·(0-6)H2O.

Указанные аморфные алюмосиликатные производные получают путем взаимодействия исходного материала, содержащего диоксид кремния и оксид алюминия (монтмориллонит, каолин, природный цеолит, иллит, палыгорскит и сапонит) с раствором щелочи щелочного металла или аммония и использованием в качестве дополнительного реагента галогенида щелочного металла или аммония, температура реакции 50-200°С, время реакции от 1 мин до 100 часов, используют меньше чем 24 часа.

Задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента коллоидных алюмосиликатов с целью их применения в качестве эффективных реагентов: адсорбента для процессов очистки углеводородных фракций от серосодержащих соединений, катализатора при конверсии углеводородов, компонента для получения синтетических цеолитов, в качестве связующего для изготовления литейных форм и др.

Техническая задача решается новым химическим соединением, представляющим собой коллоидный алюмосиликат формулы: M2O·(0,1-1,2)Al2O3·(4-12)SiO2, где М представляет собой катион щелочного металла или аммония; алюмосиликат находится в форме сферических частиц с удельной поверхностью 300-450 м2/г, поверхность частиц которого содержит алюмосиликатные анионные центры в количестве от 1,2 до 2,5 ионов алюминия Al3+ на 10 нм2 поверхности. Химическое соединение характеризуется прерывисто-контактной атомно-силовой микроскопией и дифрактограммой, которые представлены на фиг.1, 2, 3.

В настоящем изобретении предлагается коллоидный алюмосиликат, дифрактограммы (фиг.1) образцов которого показывают, что он является аморфным и не может быть отнесен к классу цеолитов. Приведенные данные рентгенографического фазового анализа были получены с помощью дифрактометра D8 Advance фирмы Bruker, Cu Kα-излучение при режиме съемки: 40 kV, 30 mA, шаг сканирования 0.01°, экспозиция 2°/мин, щели 0,6*0,6.

Краткое описание чертежей.

На прилагаемых к описанию чертежах показано:

Фиг.1 - дифрактограммы, полученные при рентгеноструктурном анализе образцов 1, 2, где образец №1 получен из коллоидного алюмосиликата синтезированного в соответствии с примером 1, образец №2 получен из коллоидного алюмосиликата, синтезированного в соответствии с примером 2.

В таблице 1 представлены данные анализа минерального состава образцов заявляемого коллоидного алюмосиликата (образцы №1, 2).

На фигуре 2-3 приведены электронно-микроскопические снимки аморфного алюмосиликата по изобретению (образцы №1, 2). Снимки получены прерывисто-контактной атомно-силовой микроскопией с помощью сканирующего зондового микроскопа MultiMode V. На каждом изображении нанесен масштаб. Полученный коллоидный алюмосиликат усредненной формулы имеет размер частиц (агломератов) от 60 до 610 нм, определенный электронной микроскопией.

Коллоидный алюмосиликат получают из реакционной смеси, приготовленной из источников оксида алюминия, диоксида кремния и ионов щелочного металла или аммония в водных средах. Источники Al2O3, SiO2 и ионов щелочного металла или аммония взяты в мольном соотношении, соответствующем стехиометрии целевого продукта.

Источники диоксида кремния - коллоидный кремнезем и силикаты щелочных металлов или аммония.

Источники оксида алюминия - гидрозоли оксида алюминия.

Источники ионов щелочного металла или аммония - гидроксиды, силикатные соли соответствующих щелочных металлов или аммония.

Вещества, используемые для получения аморфного алюмосиликата: стекло натриевое жидкое по ГОСТ 13078-81, стекло калиевое жидкое по ГОСТ 18958-73, гидрозоль диоксида кремния марки «Силином-30» по ТУ 2145-002-13002578-94, гидрозоль оксида алюминия марки «Силином АЛ-30» по ТУ 2163-010-13002578-2005, аммиак водный по ГОСТ 3760-79.

Аморфный алюмосиликат указанной формулы получают путем введения в 10-20% раствор силиката щелочного металла гидрозоля диоксида кремния, и затем гидрозоля оксида алюминия при температуре 20-90°С.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Берут 20 г раствора силиката натрия (20 мас.% SiO2, 7,37 мас.% Na2O) при непрерывном перемешивании добавляют 13,4 г гидрозоля диоксида кремния (16 мас.% SiO2), затем в полученную смесь вводят 1,4 г гидрозоля оксида алюминия (18 мас.% Al2O3) со скоростью дозирования гидрозоля оксида алюминия 1 дм3/ч при непрерывном перемешивании при 50°С и с выдержкой при этой температуре 0,5 часа.

Состав полученного продукта отвечает формуле:

Na2O·0,lAl2O3·4,3SiO2.

Пример 2.

Берут 30 г раствора силиката натрия (10 мас.% SiO2, 3,7 мас.% Na2O) при перемешивании добавляют 12,5 г раствора соляной кислоты (5 мас.% HCl) до достижения pH, равного 11,0÷11,6. Затем к полученной смеси добавляют 2,6 г гидрозоля оксида алюминия (18 мас.% Al2O3) при непрерывном перемешивании при 70°С и с выдержкой при этой температуре 0,25 часа. Состав полученного продукта отвечает формуле:

Na2O·0,5Al2O3·5,4SiO2, в качестве побочного компонента содержит NaCl.

Пример 3.

Берут 20 г раствора силиката калия (10 мас.% SiO2, 4,75 мас.% K2O) при перемешивании добавляют 25,4 г гидрозоля диоксида кремния (16 мас.% SiO2), затем в полученную смесь вводят 4,6 г гидрозоля оксида алюминия (18 мас.% Al2O3) со скоростью дозирования гидрозоля оксида алюминия 1 дм3/ч при непрерывном перемешивании при 90°С и с выдержкой при этой температуре 0,1 часа. Состав полученного продукта отвечает формуле:

K2O·0,8Al2O3·10SiO2.

Пример 4.

Берут 20 г раствора силиката натрия (10 мас.% SiO2, 3,7 мас.% Na2O) и производят карбонизацию раствора силиката натрия путем пропускания углекислого газам 34-40 об.% до значения показателя pH, равного 11,0-11,6, вводят в полученную смесь 0,54 г раствора гидроксида аммония (27 мас.% NH4OH), затем вводят 1,9 г гидрозоля оксида алюминия (18 мас.% Al2O3) со скоростью 1 дм3/ч при непрерывном перемешивании при 50°С и с выдержкой при этой температуре 0,5 часа. Состав полученного продукта отвечает формуле: (NH4)2O·1,2Al2O3·12SiO2, в качестве побочного компонента содержит Na2CO3.

Соотношения компонентов, режимные условия и свойства полученных коллоидных алюмосиликатов приведены в табл.2.

Концентрацию диоксида кремния в алюмосиликате определяют по методике, приведенной в монографии (Айлер Р. Химия кремнезема. М.: Мир, 1982, ч.1, с.265).

Элементный состав полученных коллоидных алюмосиликатов определяют с помощью физико-химических методов анализа:

- массовую концентрацию ионов натрия Na+ определяют титрованием растворов алюмосиликатов;

- массовую концентрацию диоксида кремния SiO2 определяют весовым методом путем превращения оксида кремния в летучий тетрафторид кремния взаимодействием с фтористоводородной кислотой;

- массовую концентрацию оксида алюминия Al2O3 определяют комплексонометрическим методом путем превращения оксида алюминия взаимодействием со смесью фтористоводородной и серной кислот в комплексные соединения алюминия с динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (Аналитическая химия алюминия. Тихонов В.Н. Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского. Изд-во: Наука, 1971 г., 266 с.).

Как видно из примеров конкретного выполнения и данных по элементному составу, коллоидный алюмосиликат имеет структурную формулу: М2O ·(0,1 - 1,2)Аl2O3 · (4-12) SiO2,

где М обозначает катион щелочного металла или аммония.

Полученный коллоидный алюмосиликат сохраняет свою структуру и свойства в диапазоне температур от плюс 5°С до плюс 80°С.

Полученный коллоидный алюмосиликат можно использовать в качестве адсорбента для процессов очистки углеводородных фракций, в том числе попутный нефтяной газ, от серосодержащих соединений.

Пример по использованию 5.

Процесс осуществляется с помощью специального сконструированного устройства, осуществляющего сверхкритическое воздействие и позволяющего осуществить процесс взаимодействия системы жидкость-газ-твердое тело, описанного в заявке «Устройство для проведения гетерогенных химических реакций». Авторами на основе заявляемого коллоидного алюмосиликата разработан технический продукт с торговым названием «Силином-S», способ очистки попутного нефтяного газа с использованием реагента «Силином-S», а также устройство для его осуществления «Сурок». Предприятием ООО «Силином» (Ульяновская область) произведен выпуск опытных партий реагента «Силином-S» и проведены пилотные испытания устройства «Сурок» на объекте НГДУ «Ямашнефть» ОАО «Татнефть». Проведены испытания на пилотной установке с производительностью 100 м3/ч по очистке попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений с использованием 2 мас.% раствора коллоидного алюмосиликата в полевых условиях. Результаты испытаний представлены в табл.3.

Таким образом, как видно из примера по использованию, реагент для очистки попутного нефтяного газа с использованием на основе заявляемого аморфного алюмосиликата можно использовать в качестве адсорбента, для процессов очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений, что позволяет снизить содержание сероводорода в ПНГ.

Таблица 1
Анализ минерального состава
№ образца Заключение
1 Рентгеноаморфное вещество или кристаллическая структура сильно разупорядочена. Диффузные рефлексы имеют условные максимумы d=1,5-0,40 нм и большую полуширину (рис.1). ОКР для диффузных рефлексов составляют 43 Å (d=1,5 нм) и 14 Å (d=0,4 нм). Наличие небольших уширенных рефлексов d=0,27-0,26 нм связаны, вероятнее всего, с присутствием кристаллической фазы, аналогичной образцу №1, но с меньшим содержанием и более дисперсной (ОКР около 100 Å).
2 Рентгеноаморфная фаза (см. образец №2) и NaCl.
Рентгеноаморфное вещество характеризуется диффузным рефлексом в угловом интервале 15-28°2Θ с условным максимумом d=0,40 нм и ОКР=14 Å, поднятие фона в малоугловой области (d=1,5 нм) весьма незначительно (рис.1). Для сравнения - значения ОКР хлорида натрия равны 360-380 Å.
Примечание: ОКР (условно можно говорить о среднем размере кристаллитов с упорядоченной структурой) вычислены по формуле Шеррера.

Таблица 3
Результаты очистки попутного нефтяного газа от серосодержащих соединений с использованием коллоидного алюмосиликата и установки
Компоненты газа Концентрация массовая, г/м3
До очистки После очистки
1 Углекислый газ 79,79 34,81
2 Кислород 0,93 0,59
3 Азот 355,89 369,00
4 Сероводород 43,04 0,00
5 Углеводороды 854,76 988,62

Коллоидный алюмосиликат, имеющий формулу M2O·(0,1-1,2)Al2O3·(4-12)SiO2, где М - обозначает катион щелочного металла или аммония, при этом алюмосиликат находится в форме сферических частиц с удельной поверхностью 300-450 м2/г, поверхность частиц содержит алюмосиликатные анионные центры в количестве от 1,2 до 2,5 ионов алюминия Al3+ на 10 нм2 поверхности и алюмосиликат характеризуется дифрактограммой, представленной на фиг.1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении алюмокремниевого флокулянта-коагулянта, применяемого для очистки вод с различными типами загрязнений.
Изобретение относится к области получения неорганических адсорбентов. .
Изобретение относится к переработке алюмокремниевого сырья с получением неорганического алюмокремниевого флокулянта-коагулянта и использованием его для очистки воды в системах хозяйственно-питьевого и промышленного назначения.
Изобретение относится к способам получения муллита и может быть использовано для производства муллита игольчатых форм из топазового концентрата. .
Изобретение относится к области химической технологии и материаловедения. .

Изобретение относится к химии алюмосиликатов, в том числе к составам, придающим огнестойкость, строительным и конструкционным материалам. .

Изобретение относится к технологиям получения алюмосиликатных микросфер и оборудованию для осуществления упомянутой технологии. .

Изобретение относится к неорганическим оксидным материалам, имеющим и мезопоры и микропоры, или мезопоры с пониженным количеством микропор, или микропоры с пониженным количеством мезопор, и к способу их получения.

Изобретение относится к способу получения пигмента белого цвета и может быть использовано в производстве красок, керамики, резины и пластика. .

Изобретение относится к способам получения кристаллических алюмосиликатов, с помощью которых производится удовлетворение потребностей использующих их по прямому назначению соответствующих отраслей промышленного производства, а именно: электротехнической, химической, а также к устройствам для осуществления такого рода технологий

Изобретение относится к области геополимеров. Объектами настоящего изобретения являются: способ получения геополимера, геополимер, полученный этим способом, каталитическая подложка или подложка для разделения химических соединений, применение геополимера в области катализа и фильтрования. Способ получения геополимера содержит следующие последовательные этапы, на которых задают характеристику общей пористости получаемого геополимера; определяют значение, по меньшей мере, для одного параметра, выбранного из группы, в которую входят общее количество воды и гранулометрический состав необязательных силикатных компонентов, которое позволяет получить указанную характеристику общей пористости; выбирают указанное предварительно определенное значение. Способ также содержит стадию растворения/поликонденсации алюмосиликатного сырья в активирующем растворе, который, при необходимости, может содержать силикатные компоненты. Геополимер имеет мономодальную мезопористость с 50% пор, имеющих доступный диаметр, определяемый ртутной порометрией, распространяющийся на менее чем 5 нм (узкое распределение размера пор), или имеет мономодальную макропористость с 50% пор, имеющих доступный диаметр, распространяющийся на менее чем 10 нм (узкое распределение размера пор) или на от 10 до 50 нм (более широкое распределение размера пор). Заявленный способ позволяет получать геополимеры в виде монолитных материалов, пористость которых можно регулировать еще на стадии приготовления состава смеси. 9 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл., 5 пр.
Изобретение может быть использовано на очистных сооружениях производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также при очистке сточных вод от силикатов. Для осуществления способа очищаемые воды фильтруют через слой активированного оксида алюминия, предварительно модифицированный 0,5%-ным раствором алюмината натрия. Регенерацию отработанного активированного раствора алюмината натрия осуществляют 0,1-0,5%-ным раствором алюмината натрия. Способ обеспечивает повышение сорбционной емкости загрузки по поглощаемому кремнию, увеличение продолжительности фильтроцикла между регенерациями загрузки и создание безотходной технологии обескремнивания воды с повторным использованием отработанного регенерационного раствора. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к способу получения катализатора для нефтепереработки и нефтехимии и может быть использовано в производстве катализаторов циклизации нормальных алканов, как из нефтяного сырья, так и из синтетических углеводородов. Для получения катализатора готовят цеолит L 100%-ной кристалличности с кристаллами цилиндрической формы размером 1-3 мкм путем приготовления реакционной смеси из алюмината калия и коллоидного раствора диоксида кремния с мольными соотношениями: Н2О/K2O=27-54; K2O/SiO2=0,24-0,48; SiO2/Al2O3=6-12. Проводят гидротермальную кристаллизацию реакционной смеси в течение 24-216 ч при температуре 140-190°C, фильтрацию, отмывку до нейтральной pH раствора и просушивание. Гранулированный носитель готовят смешиванием полученного порошка цеолита L и бемита в виде мелкодисперсного порошка гидроксида алюминия с размером частиц 20-45 мкм, увлажнением, пептизацией до получения однородной массы. Гранулируют полученную массу экструзией, гранулы просушивают, прокаливают. Платину на полученный носитель наносят катионным обменом из водного раствора тетрааммиаката платины с концентрацией платины 1,5-4,4 мг/мл. Содержание ингредиентов в полученном катализаторе составляет, мас.%: платина - 0,3-0,7, бемит - 19,9-59,5, цеолит L - остальное. Изобретение обеспечивает повышение выхода и активности катализатора, увеличение селективности в отношении образования ароматических углеводородов. 1 табл., 5 пр.
Группа изобретений может быть использована в мембранном электролитическом производстве хлора и гидроксида натрия для очистки водных композиций, содержащих хлорид натрия, от кремния. Для осуществления способа в водную композицию хлорида натрия, содержащую кремний, добавляют соединение, содержащее алюминий, для получения молярного содержания алюминия, превышающего молярное содержание кремния в указанной водной композиции. Контролируют и поддерживают рН композиции на первом уровне, больше или равном 8 и меньше или равном 10, для получения первого осадка. Контролируют и поддерживают рН полученной водной композиции на втором уровне больше или равном 4 и меньше или равном 7 для получения второго осадка. Затем образовавшиеся осадки отделяют от водной суспензии для получения очищенной водной композиции. По второму варианту способа осадки отделяют на каждой стадии их образования. Способ получения хлора и гидроксида натрия включает электролиз водного раствора хлорида натрия, очищенного от кремния предложенными способами, с использованием мембранного электролизера. Изобретения обеспечивают снижение содержания кремния в очищаемом растворе, содержащем хлорид натрия, при содержании в очищенном растворе алюминия менее 1 мг/л. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение может быть использовано для получения носителей катализаторов, ионообменных материалов, сорбентов, используемых при очистке, сушке и разделении газов, при очистке воды от бактерий и пестицидов, для приготовления пигментов, для получения пищевых добавок. Способ включает взаимодействие раствора силиката натрия или калия с раствором соли алюминия, отделение образовавшегося осадка, промывание его водой и термообработку. Раствор силиката натрия или калия получают путем обработки рисовой шелухи или соломы 4-10% раствором гидроксида натрия или калия при температуре 70-90°C в течение 40-60 мин с последующим отделением нерастворившегося остатка растительного сырья. В качестве раствора соли алюминия используют насыщенный водный раствор сернокислого алюминия Al2(SO4)3·18H2O в количестве, обеспечивающем нейтральное значение pH реакционной смеси. Образовавшийся осадок целевого продукта после отстаивания промывают водой до полного удаления сульфат-ионов и подвергают термической обработке при температуре 150-600°C. При использовании гидроксида натрия осадок отстаивают в течение не менее 5 часов, а при использовании гидроксида калия осадок отстаивают в течение не менее 1 часа. Технический результат - упрощение способа и повышение его безопасности для здоровья человека и окружающей среды при одновременном расширении сырьевой базы. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области получения синтетических алюмосиликатных адсорбентов. Предложенный способ осуществляют взаимодействием в водном растворе силиката натрия и серной кислоты, содержащей 2,5-8,4 г/л оксида алюминия. Полученную водную дисперсию подвергают формованию в углеводородной среде с получением сферических частиц алюмосиликатного гидрогеля. Частицы гидрогеля подвергают обработке в растворе карбоната натрия. Затем проводят стадию синерезиса обработанных частиц гидрогеля при pH 8,8-9,5. Гидрогель активируют в растворе сернокислого алюминия, промывают водой, сушат и прокаливают. Способ обеспечивает повышение механической прочности продукта и стабильность воспроизводства характеристик получаемого адсорбента. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к производству слюды. Шихта для выплавки слюды - калиевого фторфлогопита содержит гидроксид калия, периклаз, фторид алюминия, кварцевый песок и глинозем. Слюду получают перемешиванием компонентов до получения однородной смеси, ее окомкованием и спеканием. Изобретение позволяет повысить качество слюды за счет уменьшения примесей и исключить выброс в атмосферу углекислого газа.
Изобретение относится к технологиям переработки алюмокремниевого сырья с получением алюмокремниевого флокулянта-коагулянта, с получением сухого продукта. Осуществляют обработку нефелинового концентрата ((Na,K)2O·Al2O3·2SiO2) водным раствором серной кислоты, при этом берут 7-11% серную кислоту, производят перемешивание в течение 30-40 минут. Далее проводят обезвоживание в шнековом реакторе при введении в полученный раствор гидроксида алюминия с одновременным перемешиванием и последующим доукреплением суспензии концентрированной серной кислотой до достижения плотности суспензии 1,3-1,4 г/см3 и самопроизвольной кристаллизацией продукта. Изобретение позволяет получить твердый алюмокремниевый флокулянт-коагулянт с повышенным содержанием активного компонента - до 16% по Al2O3. 5 пр.
Наверх