Способ получения композиционных материалов на основе диоксида кремния



Способ получения композиционных материалов на основе диоксида кремния
Способ получения композиционных материалов на основе диоксида кремния
Способ получения композиционных материалов на основе диоксида кремния

 


Владельцы патента RU 2528667:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВРСИТЕТ" (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения композитов, которые применяются в фотокаталитических процессах, в качестве катализаторов олигомеризации олефинов и полимеризации этилена. Композиционный материал на основе силикагеля получают путем осаждения диоксида кремния из силиката натрия в присутствии диоксида титана или закиси меди барботированием углекислого газа через толщину суспензии при атмосферном давлении с образованием композиционного материала по типу «ядро (диоксид кремния)/оболочка (оксид металла)». Изобретение позволяет упростить процесс получения композита, так как отпадает необходимость сложного аппаратного оформления процесса, связанного с применением высоких давлений диоксида углерода при получении силикагеля, а также экологическая чистота технологии, которая связана с отсутствием выбросов диоксида углерода, достигаемая повторным его использованием. Способ может быть использован как в лабораторных, так и в промышленных условиях. 3 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения композиционного материала на основе диоксидов кремния и титана.

Покрытия из диоксида титана на пористых оксидных носителях (SiO2) используют для увеличения удельной поверхности, механической и термической прочности, повышения селективности полученных на их основе катализаторов. Композиты на основе силикогелей и диоксида титана находят применение в фотокаталитических процессах, в качестве катализаторов олигомеризации олефинов и полимеризации этилена. При использовании в качестве катализаторов композитов SiO2/TiO2 активным компонентом преимущественно является диоксид титана. Однако индивидуальный диоксид титана имеет неудовлитворительные механические свойства и более низкую удельную поверхность. В некоторых каталитических реакциях композит SiO2/TiO2 проявляет большую активность, чем диоксид титана, что связано с формированием новых каталитически активных центров вследствие взаимовлияния компонентов [Мурашкевич А.Н., Лавицкая А.С., Алисиенко О.А., Жарский И.М. Синтез и свойства мезопористого композита на композита на основе TiO2 и SiO2 // Неорганические материалы. 2009. Т.45, №10. С.1223-1229]. Так как гетерогенные каталитические реакции протекают в основном с участием поверхности катализатора, то целесообразно использование и синтез композитов со структурой ядро/оболочка, где ядром является диоксид кремния, а диоксид титана выполняет функцию оболочки.

Известен способ получения композита ядро SiO2 - оболочка TiO2, включающий получение суспензии частиц диоксида кремния, смешение ее с титансодержащим компонентом, выдержку, фильтрацию, отмывку и сушку осадка, отличающийся тем, что в качестве ядра SiO2 используют диоксид кремния, получаемый из раствора жидкого стекла осаждением аммонизированным раствором карбоната аммония, в качестве титансодержащего компонента золь TiO2 с размером частиц 10-40 нм, получаемый гидролизом растворов TiCl3 или тетрабутоксида титана, а смешение суспензии диоксида кремния, имеющей pH=1,1-7,5 с золем TiO2, имеющим pH=0,5-1,2, проводят до значения pH суспензии конечного продукта, равного 3-4 [Способ получения композита ядро SiO2 - оболочка TiO2: пат. 13005. Респ. Беларусь, МПК7 B01J 21/08, C07C 67/08, C07C 69/54, B01J 37/03 / A.H. Мурашкевич, О.А. Алисиенок, И.М. Жарский; заявитель Бел. госуд. технол. универс. - № а 20081380; заявл. 31.10.2008; опубл. 22.12.2009].

Известен способ получения диоксида кремния [Пат. США МПК СО 1В 33/00. Acker EllswYrth George, Winyll Milton Edward. Method of Preparing Loosely Aggregated 200-500 Millimicron Silica: Pat. 4049781 USA, 1977], используемого в качестве носителя диоксида титана, нейтрализацией раствора силиката щелочного металла путем добавления смеси растворов уксусной и карбоновых кислот при избытке аммиака.

Кроме того, известен способ получения композита на основе оксида цинка и диоксида кремния [US 5738718 Zinc oxide-containing spherical silica and process for its production Hiroo Mori и др.,], который содержит эмульгаторы, в органическом растворителе, содержащих поверхностно-активное вещество, дисперсию с оксидом цинка с размером частиц от 0,005 до 0,5 мкм, диспергированные в водном растворе силиката щелочного металла в количестве от 10 до 70 мас. % в пересчете на общее количество оксида цинка и SiO2 в водном растворе силиката щелочного металла, а затем гелеобразование полученной эмульсии с углекислым газом.

Наиболее близкими к изобретению по технической сущности является предложенный в патенте [Jianling Zhang, Zhimin Liu, Buxing Han, Zhonghao Li, Guanying Yang, Junchun Li, Jing Chen Preparation of silica and TiO2-SiO2 core-shell nanoparticles in water-in-oil microemulsion using compressed CO2 as reactant and antisolvent The Journal of Supercritical Fluids, Volume 36, Issue 3, January 2006, Pages 194-201] способ получения композиционного материала на основе силикагеля путем осаждения диоксида кремния из силиката натрия в присутствии оксида металла барботированием углекислого газа через толщу суспензии с образованием композиционного материала по типу "ядро(диоксид кремния)/оболочка(оксид металла)".

Недостатками вышеуказанных способов является использование высоких давлений углекислого газа, что приводит к усложнению аппаратурного оформления процесса, а также сброс в атмосферу избытка диоксида углерода при быстром уменьшении давления.

Задача изобретения - разработка более эффективного способа получения композиционных материалов на основе диоксида кремния.

Технический результат состоит в том, что использование предлагаемого способа позволит упростить процесс получения композита на основе силикагеля, так как отпадает необходимость сложного аппаратного оформления процесса, связанного с применением высоких давлений диоксида углерода при получении силикагеля, а также экологическая чистота технологии, которая связана с отсутствием выбросов диоксида углерода, достигаемым повторным его использованием.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что получают композиционный материал на основе силикагеля путем осаждения диоксида кремния из силиката натрия в присутствии оксида металла барботированием углекислого газа через толщину суспензии с образованием композиционного материала по типу «ядро(диоксид кремния)/оболочка(оксид металла)", где осаждение ведут в присутствии диоксида титана или закиси меди, а барботирование осуществляют при атмосферном давлении.

В осадительную колонну подают суспензию раствора силиката натрия и оксида металла (в качестве примера взят диоксид титана), затем пропускают углекислый газ при атмосферном давлении в непрерывном режиме через насадку, расположенной на дне осадительной колонны для барботирования через толщу раствора, при этом время осаждения составляет 10 минут. Непрореагировавший диоксид углерода обратно возвращают в осадительную колонну.

При осуществлении процесса получения композиционного материала на основе силикагеля по предлагаемому способу отпадает необходимость сложного аппаратурного оформления процесса, связанного с высокими давлениями диоксида углерода. Кроме того, осаждение геля кремниевой кислоты осуществляют с использованием небольшого количества исходных реагентов, что влияет на чистоту получаемого продукта.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в простом аппаратурном оформлении процесса, отсутствие выбросов диоксида углерода, связанное с его повторным использованием и использование небольшого количества исходных реагентов для синтеза.

При пропускании углекислого газа через суспензию раствора силиката натрия и оксида металла происходит выпадение в осадок геля кремниевой кислоты, которая покрывается частицами оксида металла (в качестве примера взят диоксид титана). На рис.1 приведена схема образования нанокомпозита по типу «ядро/оболочка», где ядром служит SiO2, а оболочкой является TiO2.

Структуру синтезированного композита SiO2/TiO2 исследовали на сканирующем электронном микроскопе. Полученные фотографии образца, синтезированного при соотношении исходных компонентов силиката натрия и диоксида титана 2:5, соответственно, приведены на рис.2. Как видно из рис.2, образец композита в основном состоит из частиц сферической формы с однородной структурой, относящихся, по-видимому, к частицам SiO2/TiO2. Покрытие поверхности диоксида кремния, образующегося за счет вытеснения из раствора силиката натрия углекислым газом, наночастицами ТiO2 приводит к увеличению поверхности катализатора по сравнению с чистым диоксидом титана.

Элементный состав синтезированного композита SiO2/TiO2 приведен на рис.3. Как видно из рис.3, композит в основном состоит из диоксидов кремния и титана с небольшими примесями оксидов натрия и алюминия. Наличие оксида алюминия можно объяснить тем, что в исходном силикате натрия содержались примеси алюминийсодержащих соединений.

В зависимости от условий синтеза размер частиц композита SiO2/TiO2 варьируется в пределах от 150 нм до 220 нм.

Способ можно реализовать как в лабораторных, так и в промышленных масштабах. Сущность и преимущества данного изобретения подтверждаются следующими примерами:

Пример 1. В раствор силиката натрия с модулем 2,5-3,0 добавляют 0,5-5,0 г диоксида титана для получения суспензии, и через полученную суспензию пропускают углекислый газ при атмосферном давлении. Соотношение исходных компонентов составляет 2:5. Осаждение проводят в осадительной колонне высотой 0,5 метров и диаметром 0,2 метра. Время осаждения составляет 10 минут.

Пример 2. В раствор силиката натрия с модулем 2,5-3,0 добавляют 1,0 М раствор нитрата меди и обрабатывают раствором глюкозы для осаждения закиси меди (Cu2O). Полученную суспензию силиката натрия и закиси меди обрабатывают углекислым газом по примеру 1.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- способ при его осуществлении предназначен для использования не только в лабораторных, но и в промышленных условиях;

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.

Способ получения композиционного материала на основе силикагеля путем осаждения диоксида кремния из силиката натрия в присутствии оксида металла барботированием углекислого газа через толщину суспензии с образованием композиционного материала по типу «ядро (диоксид кремния)/оболочка (оксид металла)», отличающийся тем, что осаждение ведут в присутствии диоксида титана или закиси меди, а барботирование осуществляют при атмосферном давлении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области органической и физической химии, конкретно к способам химической модификации твердых поверхностей высокодисперсных аморфных кремнеземов для придания им гидрофобных, органофильных свойств и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Гель кремниевой кислоты получают подкислением раствора силиката щелочного металла добавлением природной сероводородной воды.
Изобретение относится к способу получения минеральной кремниевой воды (МКВ), предназначенной для применения в медицинских целях. Способ получения включает гидролиз тетраэтоксисилана в смеси ТЭОС : этанол : вода, подкисленная HCl.

Изобретение относится к способу получения содержащих двуокись кремния полиольных дисперсий, используемых для получения полиуретановых материалов. Предложен способ получения силикатсодержащих полиолов, включающий стадии: (i) смешения водного кремнезоля (К) со средним диаметром частиц от 1 до 150 нм, содержанием кремневой кислоты, рассчитанной как SiO2, от 1 до 60 мас.% и показателем рН от 1 до 6 в зависимости от используемого содержания SiO2 и от 0,1- до 20-ти кратного количества в расчете на воду, по меньшей мере, одного органического растворителя (L); (ii) смешения полученной смеси с полиолом; (iii) по меньшей мере, частичной отгонки дистилляцией органического растворителя (L) и воды; (iv) смешения, по меньшей мере, с одним соединением (S), содержащим, по меньшей мере, одну по меньшей мере однократно алкоксилированную силильную группу и, по меньшей мере, один алкильный, циклоалкильный или арильный заместитель, который может содержать гетероатомы, причем этот заместитель содержит, при необходимости, группу, реакционноспособную по отношению к спирту, амину или изоцианату, в количестве от 0,1 до 30 мол.

Изобретение относится к способу получения содержащих двуокись кремния полиольных дисперсий, используемых для получения полиуретановых материалов. Предложен способ получения силикатсодержащих полиолов, включающий стадии: (i) смешения водного кремнезоля (К) со средним диаметром частиц от 1 до 150 нм, содержанием кремневой кислоты, рассчитанной как SiO2, от 1 до 60 мас.% и показателем рН от 1 до 6 в зависимости от используемого содержания SiO2 и от 0,1- до 20-ти кратного количества в расчете на воду, по меньшей мере, одного органического растворителя (L); (ii) смешения полученной смеси с полиолом; (iii) по меньшей мере, частичной отгонки дистилляцией органического растворителя (L) и воды; (iv) смешения, по меньшей мере, с одним соединением (S), содержащим, по меньшей мере, одну по меньшей мере однократно алкоксилированную силильную группу и, по меньшей мере, один алкильный, циклоалкильный или арильный заместитель, который может содержать гетероатомы, причем этот заместитель содержит, при необходимости, группу, реакционноспособную по отношению к спирту, амину или изоцианату, в количестве от 0,1 до 30 мол.

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной промышленности. Для получения водной дисперсии силанированных коллоидных частиц диоксида кремния в водной среде смешивают а) по меньшей мере одно силановое соединение с эпоксифункциональностью, b) по меньшей мере одно силановое соединение без эпоксифункциональности, способное модифицировать коллоидные частицы диоксида кремния, и с) коллоидные частицы диоксида кремния с образованием водной дисперсии силанированных коллоидных частиц диоксида кремния, включающей силановые соединения из а) и b).
Изобретение может быть использовано в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности. Золь на основе диоксида кремния имеет концентрацию растворимого диоксида кремния менее примерно 800 мг SiO2/л, содержание SiO2 по меньшей мере 3 масс.
Изобретение относится к стабилизированным гидроксонием наночастицам кремниевой кислоты, к составу, полученному из указанной разбавленной суспензии, к порошку, полученному из указанной дегидратированной суспензии, и к препарату или лекарственной форме, полученной из указанной суспензии, составу или порошку и их применению во всех типах применений в области пищевой промышленности, медицины, фармацевтики, косметики.

Изобретение относится к химической технологии получения коллоидных частиц кремнезема, а именно его золей (силиказолей), растворимых в безводных органических растворителях, и может найти применение в химической промышленности для получения различных наноструктурных полимерных композиционных материалов, при синтезе различных адсорбентов, различных связующих, носителей для катализаторов и т.п.
Изобретение относится к проблеме защиты окружающей среды и может быть использовано в производстве особо чистого кварцевого концентрата, которое является одним из основных источников загрязнения среды фтором, хлором и солями, их содержащими.

Изобретение относится к способу получения дисперсии частиц диоксида кремния с модифицированной поверхностью в органическом растворителе. .

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Наноразмерные оксиды металлов получают химической реакцией окисления металлоорганического соединения при инициировании процессов энергетическим воздействием, в качестве которого используют импульсный электронный пучок энергией электронов 100÷500 кэВ, длительностью 10÷100 нс и с полным током пучка 1-10 кА.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Состав для получения тонкой пленки сложных оксидов циркония, фосфора и кальция содержит этиловый спирт, предварительно перегнанный и осушенный до 96 мас.%, оксохлорид циркония, хлорид кальция и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксохлорид циркония - 4,7-6,8 Хлорид кальция - 2,6-4,4 Ортофосфорная кислота - 0,5 Этиловый спирт - остальное. Предложенное изобретение позволяет получить тонкие пленки, обладающие высокими показателями преломления.

Изобретение относится к технологии получения высокопористых покрытий на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий.

Изобретение относится к способу и аппарату для получения металлооксидных материалов, включая гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов и катализаторы. .

Изобретение относится к технологии получения нанодисперсных материалов и может использоваться в химической промышленности, электронике, порошковой металлургии. .

Изобретение относится к области высокотемпературной электрохимии, в частности к электролитическому получению нановискерных структур оксида меди, и может быть использовано в технологии катализаторов.
Изобретение относится к получению нанокристаллических порошков оксидов металлов. .

Изобретение относится к лекарственному средству для лечения инфекционного заболевания, лечения рака, заживления ран и/или детоксификации субъекта, которое содержит наночастицы гетерокристаллического минерала, выбранного из группы гетерокристаллических минералов SiO2, кварцита, сфена, лейкоксена и рутилированного кварца.
Наверх