Способ получения концентрированногокремнезоля
Союз Советскик
Социалистическмк
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
«»833496 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.06.79 (21) 277623?/23-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з
С 01 В 33/151
Геоударстееннмй комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 661 183.7 (088.8) Опубликовано 30.05.81. Бюллетень № 20
Дата опубликования описания 10.06.81
Авторы
Ю. Г. Фролов; Н. А. Шабанова, Е. Н. Лебедев, Ю. И. Растегин, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО
КРЕМНЕЗОЛЯ
Изобретение относится к получению золей двуокиси кремния, которые применяются в производстве катализаторов и адсорбен тов 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 хо зяйства.
Известен способ приготовления золя, согласно которому получаемая ионообменным путем кремневая кислота для удаления примесей анионов пропускается через анионит. В дальнейшем получают зародышевый золь, добавлением в который свежеприготовленной кремневой кислоты осуществляют рост частиц при одновременном упаривании.
Конечный золь имеет отношение SiO@. МдеО(130 — 500):1 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 кремS незоля, заключающийся в пропускании раствора силиката натрия с отношением
SiO Na О равным 3,25 через катионит в Н» форме с последующим подщелачиванием раствора до соотношения SiO :Na О— (60 †1):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 низкая концентрация золя (не выше 35%), невысокая степень чистоты и отложения на стенках реактора.
При промышленном производстве эти
20 недостатки имеют особое значение, так как являются причиной увеличения потерь, т. е. снижений выхода продукта, а также частых чисток аппаратов.
833496
Цель изобретения — увеличение концентрации золя, степени его чистоты и умень . шение отложений на стенках реакторов, Поставленная цель достигается тем, что упаривание ведут до содержания двуокиси кремния 5 — 15 /р с введением золя †пита- 5 ля в количестве, обеспечивающем увеличение объема в 1,6 — -45 раз и последующим концентрированием полученного золя ультрафильтра цией.
Способ осуществляют следующим образом. о
Раствор силиката натрия (SiOQNa>0 3,0 с концентрацией SiOz до 4 f пропускают через колонну с катионитом марки КУ вЂ” 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 С, 3 или щелочной раст- о 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 введе- Зо нием основания в зародышевый золь перед поДачей кислого питания, или введением золя-питателя кислого и щелочного попеременно. В процессе введения золя-питателя и при условии поддержания в системе нобходимой щелочности производят одновременно упаривание золя до концентрации
SiO@ 5 — 15 /o, чтобы процесс роста частиц происходил при увеличении объема в 1,6—
45 раз. В этом случае вода, внесенная с питателем, выпаривается не полностью, час- 4О стицы растут, но частичная концентрация уменьшается. Такое проведение процесса значительно снижает вероятность нарушения 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 излишков ионов и растворимой кремниевой
50 кислоты, очистка золя от электролитов и других растворимых в воде примесей, что повышает агрегативную устойчивость кремнезоля и дает возможность концентрировать его до 45О/o SiOg. Соотношение SiOg;.Na<0 в концентрированном золе увеличивается по сравнению с золем до ультрафильтрации в 2 — 8 раз.
Пример I. Из раствора силиката натрия с отношением Si04:Na О 3:1 ионообменным методом готовят раствор поликремневой кислоты с,концентрацией $10д, 3,5 /о доводят соотношение SiO . Nà О 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 одновременном частотном упаривании до 15О/о $10г.
Полученный золь термообрабатывают
30 мин, охлаждают и концентрируют методом ультрафильтрации на ацетат-целлюлозных мембранах при давлении 2 — 4 атм.
Данные, характеризующие потери $ Величина удельной поверхности частиц золя по адсорбционному титрованию 270 м /г. Пример 2. В отличие от примера 1 частичное упаривание золя в ходе подачи питания проводят до концентрации SiOg 10oo/,). Данные, характеризующие продукты по ста- . диям, приведены в табл. 2. Величина удельной поверхности части и золя по адсобрционному титированию »180 м2/г. Пример 8. В отличие от примера 2 частичное упаривание золя в ходе подачи питания производят до концентрации $1"0 5О/q. Характеристика продуктов и потерь по каждой стадии приведена в табл. 3. Величина удельной поверхности частиц золя по адсорбционному титрованию 130 м /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 $10а до 40О/q и выше. уменьшить содержание примесей в конечном золе, увеличить соотношение Si OgJNa 833496 Исходный раствор поликремневой кислоты 100 800. Укрупнение частиц с одновременным упариванием 163 Золь 633,5 Конденсат Потерь „ ЬО «à отеь— ках аппарата и в осадке 3.5 85 Фильтрат и потери при выгрузке Исходный раствор поликремневой кислоты . 2700 100 Золь Конденсат 6,5 210 670 Ультрафильтрация Конечный продукт Укрупнение частиц с ogHoBpeìåííûì упариванием Потери 3/ О на стенках аппара та и в осадке Ультрафильтрация Конечный продукт Фильтрат и потери при выгрузке 880 1813,5 Таблица 1 Содержание g„.î. в золе 15% Таблица 2 Концентрация золя, ; О 10% Концентрация GOJIH Si Од, 40% 833496 Таблица 3 Ис ходный раствор поликремневой кислоты 6400 100 Укрупнение частиц с одновременным упариванием Содержание ДО„в золе 5% 2129 Золь Конденсат Фильтрат и потери при выгрузке Ультрафильтрация Конечный продукт 444 Содержание,Я О „в золе 45% Фильтрат и потери при выгрузке 3816 Формула изобретения Составитель А. Андрункая Текред А. Бойкас Корректор Ю. Макаренко Тираж 505 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор С. Шевченко 3aказ 3880/! 6 Способ получения концентрированного кремнезоля, включающий пропускание раствора силиката натрия через катионит в Н форме, подщелачивание раствора, нагревание и упаривание с одновременным введением в него золя-питателя, отличающийся тем, что, с целью увеличения концентрации 4о золя, степени его чистоты и уменьшения отложений на стенках реактора, упаривание ведут до содержание двуокиси кремния 5— 15% с введением золя-питателя в количестве, обеспечивающем увеличение объема в 1,6 — 45 рай и последующим концентрированием полученного золя ультрафильтрацией. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 2577484, кл. 252 — 313, 1961. 2. Патент США № 2574902, кл. 252 — 313, 1951 (прототип) .
