Способ получения гранулированного силикагеля

Способ получения гранулированного силикагеля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИ:РОВАННОГО СИЛЙКАГЕЛЯ, включающий осаждение из растворов силикатов щелочных металлов кислотным реагентом , отмывку геля, его грануляцию и обезвоживание, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, повышения водостойкости , механической прочности и ионообменной емкости, осаждение геля проводят при молярном соотношении между кислотным реагентом и щелочью ,, содержащейся в исходном растворе силиката, равном 0,8-0,92 .Способ по п. 1,отлича ,ю щ и и с я тем,что осаждение геля § ,ведут из растворов силикатов щелочных металлов с концентрацией оксида сл кремния 0,5-1,0 моль/л. CZ 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что грануляцию силикагеля ведут криогрануляцией. о х ю 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(ю С 01 B 33/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTWI (21) 3386525/23-26 (22) 01.02.82 (46) 23.10.83. Бюл. И 39 (72) А.А. Поспелов, И.Е. Скороходова, В.Н ° Десятник, С.Д. Гридина,, В.И, Селиверов и В.А. Бублик (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.M. Кирова и Всесоюзный научно-исследовательский институт люминофоров и особо чистых веществ (53) 5.46.28 (088.8) (56) 1. Давидянц А,А., Первушин Н.И. е)роизводство катализаторов крекинга и высокоактивных силикагелей . М., "Химия". 1972, с. 21-30.

2. Авторское свидетельство СССР

И 191"94, кл. С 01 В 33/16, 1967.

4Б4 ) (57 ) 1 . СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРЯНУЛИ, РОВАННОГО СИЛИКАГЕЛЯ, включающий

„„SU„„1049424 A осаждение из растворов силикатов щелочных ме т алло в ки слот ны м ре а г ентом, отмывку геля, его грануляцию и обезвоживание, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения способа, повышения водостойкости, механической прочности и ионообменной емкости, осаждение геля проводят при молярном соотношении между кислотным реагентом и щелочью,,содержащейся в исходном растворе силиката, равном 0,8-0,9.

2. Спосо по и. 1, о т л и ч а ,ю шийся тем,что осаждение геля .ведут из растворов силикатов щелочных металлов с концентрацией оксида кремния 0,5-1,0 моль/л.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что грануляцию силикагеля ведут криогрануляцией .

1 1М9

Изобретение относитсся к технологии получения силикагелей, применяемых в качестве сорбентов для очистки и разделения газов, паров и .жидкостей, катализаторов и носителей катализаторов, а также ионообменников для концентрирования и разделения катионов и очистки растворов.

Известен способ получения силикагеля, включающий осаждение геля путем спивания растворов силикатов щелочных металлов с кислотными реагентами, выдерживание геля несколько десятков часов для созревания . и формирования структуры, длительную отмывку от электролитов, модифицирование либо кислотными реагентами для получения микропористых сорбентов, либо солями жесткости, или раствором сульфата натрия для 20 получения крупнопористых силикагелей, по вторную отмывку, грануля ц ию и обезвоживание j1 )

Недостатками данного способа являются многостадийность, длитель- 25 ность, s особенности процессов синерезиса, модифицирования и отмывки студнеобразных галей, громоздкость и сложность аппаратурного оформления, большой объем промывных вод, зо значительный расход кислотых реаген" тов и реагентов-модификаторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения силикагеля, включающий. осаждение из раствора силиката щелочного металла аммонийной солью сильной кислоты при мольном отношении 2:1 отношению к щелочи в исходном растворе и постоянном рН от 1 до 10 с последующим сгущением полученного геля промывкой до отсутствия ионов N03,обменом ионов натрия на ионы аммония путем выдерживания геля в растворах солей аммония, повторной фильтрацией и промывкой до отсутствия ионов NO>, сгущением и репептизацией путем механической обработки в смесипьной машине или 50 на вальцах. Постоянное значение рН при осаждении поддерживается путем одновременного введения растворов силиката щелочного металла и кислоты в раствор аммонийной соли сильной 55 кислоты (2 .

Недостатками известного способа являются сложность, малая водостой 4 2ч кость, механическая прочность и ионообменная емкость получаемых сипи ка гелеи .

Целью изобретения является упрощение способа, повышение водостойкости, механической прочности и ионо-. обменной емкости силикагеля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему осаждение иэ растворов силикатов щелочных металлов кислотным реагентом, отмывку геля, его грануляцию и обезвоживание, осаждение геля проводят иэ растворов силикатов щелочных металлов с концентрацией оксида кремния 0,5-1,0 моль/л при молярном соотношении между кислотным реагентом и щелочью, содержащейся в исходном растворе силикатà, равном 0,8-0,9.

Грануляцию силикагеля проводят криогрануляцией.

Сущность способа заключается в следующем.

Силикагель получают осаждением геля иэ растворов силикатов щелочных металлов, в том числе жидкого стекла, с концентрацией оксида кремния 0,$- 1,0 моль/л кислотными реагентами при молярном отношениипоспедних к щелочи, содержащейся в исходном растворе (0,8-0,9):1.

В качестве кислотных реагентов ис-использует растворы минеральных и карбоновых кислот, хлористый или азотнокислый аммоний, или оксид углерода, Полученный осадок отмывают путем 5 - 7 репульпаций, отстаиваний и декантаций за 6090 мин. Отмытый гель сгущают на фильтре, гранулируют и обеэвоживают .

Технологические параметры процесса объясняются следующим. Предел по концентрации исходного сипиката щелочного металла обусловлен тем, что при концентрации меньше

0,$ моль/л гель формируется очень медленно с малым выходом основного продукта, при концентрации выше

1 моль/л коллоидные частицы в момент спивания реагентов слипаются в плотный гель, который трудно гомогенизировать, кроме того, ухудшаются механические характеристики ксерогеля.

Установлено, что концентрация ,кислотных реагентов не должна превышать 4 моль/л, при более высоких концентрациях затрудняется гомоге9424 4 Я S= A - аС (1 -и ), g = А2 (1 -rn}, и - А + с (1 где коэтрФицйенты Ы в каждом уравнении учитывают изменение укаэанных параметров за счет остаточной щелочности и, как следствие, сорбции одновалетных катионов гелем, и зависят

П р и и е р 1 . Гель получают осаждением иэ 20 л раствора силиката натрия с концентрацией оксида

:кремния 0,5 моль/л, 3,8 л 4 моль/л азотной кислоты (мольное отношение

0,76:1 ). Гель после "созревания" в течение 1,5 ч отмывают от электролита путем 5 репульпаций, отстаиваний и декантаций, сгущают, гранули,руют замораживанием и обеэвоживают, Содержание захваченного при синтезе натрия составляет 2,32 моль/г, объем пор по бензолу 0,443 смЗ/г, координационное число 5,5.

Пример 2 . К 300 мл раэбав40 ленного жидкого стекла с концентрацией оксида кремния О, 75 моль/л добавляют рассчитанное по мольному

3 104 низация реакционной смеси, Верхний предел вводимого кислотного реагента обусловлен проявлением более высокой по сравнению с прототигюм ионообмен-. ной емкости по захваченному при синтезе натрию (1,51 .; моль/г), механической -прочности и водоустойчивости (координационное число 6,.0 ).

По иере уменьшения мольного отношения растет ионообменная емкость по сумме одновалентных катионов, водоустойчивость и механическая прочность, но вместе с тем уменьшается. степень, осаждения S 02 в гель. При мольном отношении меньшем 0,8:1,0, наблюдается снижение всех характеристик сорбента, а степень осаждения

5 0 в гель составляет порядка 404.

Количество промывок установлено опытным путем и позволяет снизить концентрацию электролитов в геле в 30-120 раз.

Силикагели, получаемые-по предлагаемому способу, обладают повышенной ионообменной емкостью (1,512; 32 моль/г ) по захваченным при син" тезе ионам натрия и аммония, а, значит, более высокоэФфективны как ионообменники flo сравнению с силикагелями, гюлученными по известному способу. Высокая водоустойчивость и механическая прочность силикагеля,обусловленные числом контактов частиц в скелете геля (4,3-7,1) расши;ря1вт вОзможности их исгюльэоввния в водных растворах.

Изменяя количество введенного кислотного реагентà rn в диапазоне рекомендуемых отношений, способ позволяет регулировать параметры пористой структуры сорбента: удельную поверхность S, объем пор Ч, координационное число и;

Эти величины зависят от количества кислотного реагента, выраженного в мольных долях от теоретически .

45 . необходимого для полной нейтрализации щелочи, из раствора с одина» ковой концентрацией силиката щелочного металла, одного и того же реагента-осадителя при, постоянной его концентрации следующим образом от концентрации силиката, природы и концентрации кислотного реагента, константы распределения одновалентных катионов между раствором и гелем.

Константы уравнений Л, А и АЗ имеют вполне определенный Физический смысл и могут быть выражены соответственно как Р(г5о, Ч, l1 . Значения о с индексом "ноль" соответствуют обозначению параметров сорбентов, осажденных при стехиометрическом отношении кислотного реагента к щелочи, т.е. при п 1.

- Приведеннь.е зависимости позволяют планировать получение сорбентов с заданными свойствами. отношению 0,79:1 количество указанного в табл. 1 кислотного реагента.

В течение 5-7 мин выпадают гели, которые после "созревания" 40 мин отмывают от электролитов путем 6 репульпаций, отстаиваний и деканта" ций и ставят на промораживание при о

-8 С. После оттаивания и обезвоживания сорбенты имеют характеристики приведенные в табл. 1.

1О49424

Таблица l

О саждение

02 ° о

Опыт, У

Кислотный реагент, его концентрация

Содержание

Nа .И Н4 моль/г

Координационное число

Объем пор по бенэолу мЗ/.

90,97 (1,7 Na +

+ 0 65МН, ) 2 ММН4С

0,433

5,8

88,35

2,1 Иа+

1,9 1ча

1,8 Ма+

6 9

1 МНАс

2 М НС1

2МНЬО4

Оь303

0,283

0,286

93,90

7,1

94,32

7,0 (0,87 Ма+ + 0,880

+ 0,1711Н+!

4,0

+ HN0 1:1

Пример 3 . Осаждают гель кремневой кислоты из раствора жидкого стекла с концентрацией оксида кремния 1 моль/л рассчитанным по мольному отношению кислотного реагента к щелочи 0,9:(количеством

4 моль/л NH4N0g. Выпавший гель отмывают, сгущают и высушивают при 20 С. о

Содержание захваченных при синтезе 40 катионов натрия и аммония составляет 2,1 моль/г (1,57 Na +

Е 0,53 NH<), ооьем пор по бемзопу

0,47 см /г, координационное число

5,7, степень осаждения Si02 94,1 . 4g

fl р и м е р 4 . Силикагель получают пропусканием углекислого газа со скоростью 20 мл/мин через 300 мл разбавленного жидкого стекла с кон-центрацией оксида кремния 0,8 моль/л в течение 1 ч (мольное отношение кислотного к щелочи 0,75:1 ). Раст— вор с рН 11,9 гелирует по истечении

20 ч,. гель подвергают 7-и промывкам грануляции замораживанием и обез- 55 воживанию. Содержание сорбированного натрия составляет 1,6 моль/г, объем пор по бензолу 0,435 см ./r, координаИзвест- . ный споб 1И МН4МО + ционное число 5, 8, степень осаждения

5iOg 65,7, Пример 5 . С целью установления возможности регулирования пористой структуры сорбента производят осаждение иэ 1 л 0,5 M раствора сили ката натрия при переменном мольном отношении кислотного реагента к щелочи, значения которого приведены в табл. 2. В качестве кислотного реагента используют раствор 2 моль/л

НМО . Полученные гели после 6 отмывок водой сгущают на Фильтре и гранулируют замораживанием при -10 С, После обезвоживания получают продукты со свойствами, приведенными в табл. 2. В серии образцов 1-4 получены следующие зависимости параметров сорбента от количества кислотного реагента

0g 5 = Cq 400 - г, 5 (1 - п);

CgV=Pq;0,708 - 2,5(1 -rn);

4,6 + 14 (1 -гп1.

Физико-химические свойства силика гелей, отличающихся количеством кислотного осадителя (азотной кислоты ) при синтезе приведены в табл. 2.

« л а!

Ф

Ю

° 43

LA о

1е л 3

4Г

«

C) л

ИЪ

С Ъ

СП л ь

ЮО

СЧ о

CO

Cl

СЧ

LA

СЧ о л

СП

СЧ

«

СЧ л

CO

° Ф

-э

СЧ лО

С!

СЧ

ФЪ

СЧ

«

СЧ

СЧ

CV

О CO

Л лф

« о о лО

° 4ф

« о

СЧ.;з

« о

С Ъ

«

« о

CI ъО

Ю,1Ф

М

00 О

EKI л

CO л л л

00

Ю

CO л о л л

С Ъ о

CV!

«

О1

ОЪ л

С71

СЧ

1

wiz z мо о е х ф е х

a.o v

LA

LA

CJl

C) О \ л

« ь

1Г\

« о

СО

С!

СЧ е

1

1О е

II

1

1 .1

1

° I

I

1

I

1

1

1

1

1

1

1

1

I

I

1

1 !

I

1 !

1

1 !

I

1 о

CC g

О и о z

Y У о с

Й с о

9 ted&

p o. z еоэъ

ЬCIOО

l5 "1 1

*:х о л.ало се!-å

Л028 л

IC Ь. е о

z z х о,„

Z I- Z

I-OV о с

X C

% е

Х

C IO

g v е е

x z

cL e «ж

Е Х Сч е !

BOZO V 0 е у

I але л э z оее9

СЭ )(1, ДР

Э

Cf «

% СЧ е ео

v z

О ZII!

Ф I 1 1

oez o

Х Р У 2 ло I-em сх вой

z c z о х о х

1 Е «

Ю е з ь а=т

1049424

1 1О

v o е о

a>z о сО 3 C

Lh x z v

1049424

Составитель 8 Наваров

Редактор П. Коссей Техред Ж.Кастелевич

Корректор Л. Патай

Заказ 8343/22 тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал Illlll "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4

Приведенные примеры показывают, что силикагели, получаемые по предлагаемому способу, отличаются более высокой ионообменной емкостью, водостойкостью и механической прочностью, что расширяет возможности их исполь-. эования в качестве высокоэффективного ионообменника для очистки технологических растворов от ионов поливалентных металлов, носителя катализа"

5 торов, адсорбента для разделения и очи, стки газов, паров и жидкостей.