Способ получения аэросилогеля

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>963950

// —.: г с.« ..;. (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 130381 (21) 3303962/23-26 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 071082.Бюллетень Ио 37

Р1 М К з

С 01 В 33/158

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

«53) УДК 546. 28 (088.8) Дата опубликования описания 04 02.83

«"< И.Ф. Миронюк, M.H. Хома, В.N. Огенко, В.И. Ва аманвк-, - .::,,,."., д

Л.С. Салманова, Г.A Ярмолюк и Л.П. Галкин т

l

t .- 4

Ордена трудового красного знамени институт фи тт е жад. химии им. Л.В.Писаржевского AH Украинской CCP (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОСИЛОГЕЛЯ

Изобретение относится к способу получения пористых синтетических частиц двуокиси кремния, которые могут быть использованы в качестве адсорбента для хроматографического разде.ления веществ, носителей катализаторов, а также как наполнители для усиления резин, силиконовых каучуков, пластмасс, загустителей различных органических сред.

Известен способ получения пористых микрочастиц двуокиси кремния, в соответствии с которым стекающему водному золю придают быстрое вращательное движение с постоянно увеличивающимся радиусом.

При этом гидрозоль образует капли, которые вводят в.нагретую не смешивающуюся с водой жидкость плотностью меньше. плотности гидрозоля. Превращенные в гель частицы выводят из жид- . кости потоком воды, промывают и с помощью вакуум-фильтра сушат. Высушенные частицы подвергRIOT обжигу при

600 900о С (1 ).

Недостатками такого способа являются неоднородность размеров получаемых частиц ад орб>сит», а также длит ел ь н о с т ь т е х н од О Г и ч е-. с! < > 1 > и . .-> он е с с а .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения аэросилогеля, по которому для получения адсорбента со сферической формой частиц и расширения диапазона его рабочих характеристик водную суспензию высокодисперсной двуокиси кремния аэросила подвергают распылительной сушке с последующей гидротермальной обработкой полученных частиц в автоклаве при 100380оС и давлении 1-400 атм. После высушивания в камерной сушилке при 100200 С адсорбент прокаливают в атмосфере воздуха или водяного пара при

750-1000 С t2 J.

По этому способу невозможно получить частицы аэросилогеля с наперед заданными формой и размерами.

Целью изобретения является повышение однородности гранулометрического состава частиц аэросилогеля..

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа получения аэросилогеля, вклк>чающего смешение аэросила с водой, формование частиц, сушку с последующей гидротермальной обр<>с откои и пр.>калкои целевого прод, кта, à. >и .ил перел :-. ;е::>еии963950 ем с водой обрабатывают аммиаком или алкиламином.в газовой или жидкой фазе, формование,частиц ведут экструзией, а перед сушкой полученные гранулы подвергают обдуву порошкообраэным аэросилом.

Кроме того, обработку аэросила аммиаком или алкиламином в газовой фазе ведут при температуре 60-250ОС и давлении 0,1- 4 кг/см,а в жидкой фазе3-20%-ным водным раствором.

Смешение аэросила с водой предпочтительно ведут до концентрации аэросила 20-45 вес.Ъ.

Отличием способа является то, что аэросил перед смешением с водой об35 рабатывают аммиаком или алкиламином в газовой или жидкой фазе, а формование частиц ведут экструзией с последующим обдувом полученных гранул порошкообразным аэросилом. При этом обработку, аэросила аммиаком или . алкиламином в газовой фазе ведут при температуре 60-250 С и давлении 0,1 4 кг/см, а в жидкой фазе аэросил обрабатывают 3-20Ъ-ным водным раствором. При приготовлении порошкооб- 25 разной массы смешение аэросила с водой ведут до концентрации аэросила

20-45--вес.Ъ.

Обработку исходного аэросила газообразным аммиаком или алкиламином . 30 осуществляют при 60-250 С и давлении 0,1-4 кг/см, поскольку снижение

Я температуры и давления ниже указанных пределов приводит к увеличению длительности процесса обработки до 35

2-6 ч. Повышение температуры и давления выше верхних пределов нецелесо,образно в связи с необходимостью применения специального оборудования.

При обработке аэросила водными 40 растворами аммиака или алкиламина понижение их концентрации ниже 3 вес.Ъ не обеспечивает достаточной эффективности обработки. Повышение концентрации аммиака или алкиламина в водном растворе выше 20 вес.% нерационально.

Понижение содержания аэросила в увлажненной порошкообразной массе ниже 20 вес.Ъ приводит к получению гранул аэросилогеля низкой плотности

1 которые характеризуются недостаточной механической прочностью. Увеличение в увлажненной массе содержания аэросила выше 45 вес.Ъ вызывает повышение необходимого давления при фор- 55 мовании гранул (выше 50 кг/см ).

Предварительная обработка аэросила аммиаком или алкиламином; способствует улучшению условий формования гранул. Адсорбированные на поверх-,j0 ности двуокиси кремния гидроокиси аммония или органоаммония за счет катионов экранируют гидроксильные .группы и препятствуют коагуляции частиц при экструзии порошкообразной 65 массы, что позволяет получать грану= лы необходимой пластичности и исключает разжижение гидрогеля. В процессе сушки или гидротермальной обработки адсорбированные на поверхности двуокиси кремния молекулы гидрооки- си аммония или органоаммония повышают рН водной среды и способствуют интенсивному растворению двуокиси кремния, что позволяет получить в процессе сушки более мелкопористый. аэросилогель, а при гидротермальйой обработке — крупнопористый адсорбент при более низкой температуре и давлении, а также при меньшей затрате времени, чем по известному способу.

Пример 1. Высокодисперсную двуокись кремния — аэросил марки

A-380 (удельная поверхность 380 м /r) в количестве 60 кг загружают в электрообогреваемый эмалированный реаКтор с якорной мешалкой и обраба-, тывают аммиаком при температуре 250ОC и давлении 0,1 кг/см в течение 1 ч.

Показатель рН водной суспензии обработанного таким образом аэросила 6,5.

После завершения обработки в охлаж- . денный до 40-60 С реактор при,непрерывном перемешивании аэросила вводят с помощью распылительной форсунки

240 л дистанционной воды. Увлажненную порошкообразную смесь подают в питатель гранулятора и с помощью шнека массу экструдируют через фильерную головку с отверстиями 5,71 мм под давлением 50-120 кг/см . На выходе головки жгуты пастообразного гидрогеля обрезают и в виде цилиндрических гранул диаметром 5,71 мм и длиной 9,1 мм поступают в наклонный желоб, обдувают сухим аэросилом и транспортируют в камерную сушилку.

Сушку гранул осуществляют при температуре 200 С в течение 6 ч. Во время сушки за счет синерезиса гранулы уменьшают свои размеры на 12,5%.

Высушенные частицы аэросилогеля в виде механически прочных, звенящих при соударении гранул диаметром 5мм, длиной 8 мм характеризуются следующими показателями: насыпная плотность

380 г/л, средний диаметр пор 110 А, удельная поверхность 191 м2/г. Для получения крупнопористого адсорбента гранулы аэросилогеля подвергают гидротермальной обработке при температу-. ре 220ОС и давлении 100 кг/см2 в течение 4 ч, после чего продукт сушат и прокаливают при 900 С. Полученный адсорбент имеет средний диаметр пор

500 А, удельную поверхность 28 м2/г, Пример 2. Высокодисперсную двуокись кремния — аэросил марки

A-300 (удельная поверхность частиц

305 м /r) в количестве 100 кг загру-. жают в электрообогреваемый эмалированный реактор с.якорной мешалкой и

963950 обрабатывают метиламином при температуре 60 С и давлении 4 кг/см2 в течеиие 1 ч. рН водной суспензии обработанного таким образом аэросила составляет 7,8. После завершения об.работки остатки метиламина отдувают инертным газом и при непрерывном перемешивании аэросила в реактор с помощью распылительной форсунки вводят 122 л дистиллированной воды.увлажненную таким образом порошкообразную смесь подают в питатель шнекового гранулятора. После экструдирования под давлением 300-420 кг/см2 через фильерную головку с отверстиями . 3,42 мм жгуты пастообразного гидрогеля обдувают порошкообразным аэроси лом и подают на вращающиеся цилиндрические барабаны, где в местах соприкосновения за счет кольцевых канавок происходят разрезание жгута на рав- ные доли и закатка их в сферические гранулы. Полученные гранулы транспортируют в камерную сушилку и сушат при 250ОC в .течение 6 ч. Высушенные частицы аэросилогеля в виде механически прочных сферических гранул диаметром 3 мм характеризуются следующими показателями: насыпная плотность 550 г/л, средний диаметр пор 80 К, удельная поверхность 163 м2/г.

Гидротермальная обработка гранул при температуре 220 С и давлении

20 кг/см в течение 4 ч, а также последующие сушка и отжиг при 600 С о приводят к получению адсорбента с удельной поверхностью 58 м2/г и средним диаметром пор 1600 A.

П р и и е р 3. Высокодисперсную двуокись кремния — аэросил марки

А-175 (удельная поверхность частиц

178 м2/г) в количестве 80 кг загружают в лопастной смеситель и при непрерывном перемешивании аэросила вводят с помощью распылительной фор.— сунки 186 л 10%-ного водного раствора аммиака. рН водной суспензии обработанного таким образом аэросила составляет

7,95.

Приготовленную порошкообразную смесь подают в питатель гранулятора, где с помощью шнека массу под давлением 150-220 кг/см2 экструдируют через фильерную головку с отверстиями 2,29 мм. На выходе головки жгуты пастообразного гидрогеля обрезают и .в виде цилиндрических гранул диаметром 2 мм, длиной 5,71 мм направляют в наклонный желоб, обдувают сухим аэросплом и транспортируют в камерную сушилку, Сушку гранул ведут прй

350ОC в течение 5 ч. Высушенные частицы аэросилогеля в виде механически прочных цилиндрических гранул диаметром 2 мм, длиной 5 мм характеризуются следующими показателями:насыпная плотность 420 г/л, средний диаметр пор 130 А, удельная поверхность

142 м /г. Последующая гидротермаль2 ная обработка гранул аэросилогеля

10 при температуре 180 С и давлении.

200 кг/см2 в течение 4 ч приводит к получению крупнопористого адсорбента. После сушки и прокаливания на воздухе при 900 С адсорбент имеет 5.средний диаметр пор 17500 Х,удельную поверхность 0,8 м2/г.

Пример 4. Высокодисперсную двуокись кремния-аэросил марки А300 (удельная поверхность частиц 305 м2/г) в количестве 100 кг загружают в лопастной смеситель и при непрерывном . перемешивании аэросила вводят в мешалку с помощью распылительной форсунки 214 л 3%-ного водного раствора этилендиамина. рН воднОй сус.:ензии обработанного таким образом аэроси.ла составляет 8,05. После тщательного перемешивания приготовленную порошкообразную смесь подают в питатель гранулятора и экструдируют через фильерную головку с отверстиями

5,71 мм под давлением 250-300 кг/см

На выходе головки жгуты пастообразного гидрогеля обдувают порошкообразным аэросилом и подают на вращающиеся цилиндрические барабаны, где в местах соприкосновения за счет кольцевых канавок происходят разрезание на равные доли и закатка их в сферические

40 гранулы. Полученные гранулы транспортируют в камерную сушилку и сушат при 300 С в течение 5 ч ° Высушенные частицы аэросилогеля в виде механически прочных сферических гранул диа45 метром 5 мм характеризуются следующими показателями: насыпная плотность 400 г/л, средний диаметр пор 90 Х, удельная поверхность 172 м /г, Последующая гидротермальная обработка гра50 нул аэросилогеля при температуре

220 С и давлении 60 кг/см, а также сушка и прокаливание на воздухе при

700 С приводят к получению адсорбента со средним диаметром пор 3000 А и удельной поверхностью 37 м2/г.

В таблице приведены сравнительные характеристики аэросилогелей, полу ченных известным и предлагаемым способами..1 3 О 3 1! 5 0

Cl

Ю

Ю

Ю

C)

CI с о о о

»/3 1&

Г

»-»

С» о

Ю

ЧЪ

1-»

Il!

Д

Е» и

К о

Д и

» о со со

М СЧ

3 и

Ц о о о о <ч о

»»!

1»

С! о

».» о о о

»»! о

<Ч (»3

Ю

\ »

%-1 о»

<»! (1

Ю

РЪ

Ю о

С»! я

»!»

Р ) Ю

ОЪ

ГЧ х

Il! и к

Ф»б

Х и

О» Э

1 х х х х а

Ц Ф х е и х

»б

М>

Ф

Ф х М 1

Ф о б Е» (.) I

v х

»б

Ill о

4 о и х о

1-Е а

O Il! Ia

X»II r. о о со! 1

» »

Ill

»-»

I х х

Ф б

»

1-," о

И

М Я

Э !

Э

4 о

I х и о

Ф х х н

0

Э

»б

»б х

Ф

2 х ! :

Ф

»б

v х о о. х !

1 !

»б

Е а о

Ц

Е х

Э

Ц и о

И

Ф

Ц

4 о

Ц х и о а

И х

»б »

»б

1-1 и

lg о и

1 к а

I Х ЕО I х Ф

I ill 1

Ф ба ах о

luWr

I I

»1

»б 1

Н!»б1 х! хХ

Э I A 0 Д 4

О I !» Ф

0,! cavo!

OlFtOOZ

И1»0Х

1.— — — —, ! о 1

4 1 А 1 о х! Фд

Х I Н Н I э! хиь

»1 ИХ I 1 о 1

И 1 I

I I »

I Ф Е

-u

I Д Ф

I »б Х 4 ! 1;Ехы

1 !

1 1 !

»б 1 а 1

Ф с I

Д IIIu р, ао

1 Ф» 1 ! он

1 I

I ! ка ! х е» ) х Ф

I М Х 1

1 Ф 63 0Р»- ахо

I VCt4

1 1

tL I

1»б I 1

I Х Х С 1

1»о 0»д

1», Ф Н 4 1

Ф Д И-1 цоо»

1» 4 Х Й

1 I

1 1

1 1

I 1

1 ! и I

1»б I

I 1 а1

Х I Ф 1 с

Я 1 N d I

» I »б Х 1

ИЕО Н

\ !

1 и

»б

I

1»б

Е

0 о х

1

I о о

Ч»!

Ю о и о ! и

»I!!

Д CO CO х

» о о и

Ф .-» 1-»

Д ° с

Я Ю Ю

»0 о и о

И и

Ю

»-» Ф с»б о 4 б

0 о о г- о с-»»»Ъ ! I

О ) З6 о»

»

9, 963950

Формула изобретения

Составитель В.Назаров

Техред С.Мигунова Корректор А.Ференц

Редактор З.Бородкина

Заказ 223/1 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, по предлагаемому способу получают однородные по размеру, механически прочные сферические или цилиндрические гранулы аэросилогеля, которые имеют следующие характеристики: насыпная плотность 380550 г/л, средний диаметр пор от 80 до 20000. А, удельная поверхность.

0,5-200 м /г. Гранулы формуют на простых по конструкции и высокопроизводительных установках.

Аэросилогель, полученный по такому способу, обладает. широким диапазоном свойств и может найти применение в качестве адсорбента для очистки пищевых продуктов, разделения ве- 15 ществ в хроматографии, как носитель катализаторов, а также в качестве наполнителя резин, силиконовых каучуков, пластмасс.

1. Способ получения аэросилогеля, включающий смешение аэросила с водой, 25 формование частиц, сушку с последующей гидротермальной обработкой и прокалкой, отличающийся тем, что, с целью повыаения однородности гранулометрического состава целевого продукта, аэроснл перед смешением с водой обрабатывают аммиаком или алкиламином в газовой или жидкой фазе, формование частиц ведут экструзией, а перед сушкой полученные гранулы подвергают обдуву порошкообразным аэросилом.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что обработку аммиаком или алкиламином в газовой фазе ведут при температуре 60-250 С и давлении 0,1-4 кг/см, а в каждой фазе - 3-20%-ным водным раствором.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что смешение аэросила с водой ведут до концентрации аэросила 20-45 вес.%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1..Патент Великобритании

Р .1352830, С 1 А, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

264369, С 01 В 33/158, 19i u.