Способ получения модифицированного кремнезема

Способ получения модифицированного кремнезема

Реферат

Изобретение относится к способу получения модифицированного кремнезема, который может быть использован в хроматографии и при концентрировании ионов металла.

Известен способ получения модифицированного кремнезема, включающий прививку органических и кремнийорганических радикалов путем ультраобработки кремнезема с органическим или элементорганическим соединением (авторское свидетельство СССР № 700441, С 01 В 33/10, 1979).

Недостатком данного способа являются многостадийность процесса, высокая температура и продолжительность процесса.

Наиболее близким является способ получения модифицированного кремнезема, заключающийся в обработке кремнезема, содержащего аминопропильные группы в среде неводного растворителя кетоном или альдегидом и эфиром фосфористой кислоты при 55-65°С в течение 2-10 часов (авторское свидетельство СССР № 1613130, С 01 В 33/12, 1988).

Недостатком этого способа являются многостадийность процесса, использование растворителя и длительность процесса.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка нового высокоэффективного способа получения модифицированного кремнезема в одну стадию и без применения растворителей.

Техническим результатом является упрощение способа модификации кремнеземов и увеличение содержания привитых групп в модифицированном продукте.

Поставленный технический результат достигается тем, что получение модифицированного кремнезема, включающего обработку кремнеземного носителя фосфорсодержащим модификатором, причем в качестве носителя используют кремнезем марки БС-50, а обработку его проводят диметилфосфитом при массовом соотношении 1:1-3 соответственно, температуре 160-180°С в течение 2-3 часов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Взаимодействие кремнезема с диметилфосфитом протекает по следующей схеме:

Данная реакция протекает при температуре 160-180°С по гидроксильным группам кремнезема. В результате данной реакции выделяется метанол. Реакция протекает в течение 3-х часов до полного выделения метанола. Далее модифицированный кремнезем экстрагировался в аппарате Сокслета ацетоном в течение 2-3 часов для удаления избытка диметилфосфита. В результате взаимодействия кремнезема и диметилфосфита образуется модифицированный продукт, в состав которого входит фосфор. Наличие химически связанного фосфора в продуктах модификации подтверждают данными ИК-спектральных исследований. Полученные данные показывают, что в отличие от исходного кремнезема в ИК-спектрах модифицированного кремнезема появляются полосы, характерные для деформационных колебаний - Р-Н-групп в области 2300-2400 см^-1. Интенсивность пропускания указанной полосы возрастает с увеличением содержания фосфора в полученных продуктах.

Нами было изучено влияние на степень фосфорилирования кремнезема температуры, соотношения реагентов, продолжительности обработки. Результаты представлены в таблице.

Таблица
Влияние условий модификации на содержание фосфора в кремнеземе
№ примера	Условия проведения модификации кремнезема диметилфосфитом (ДМФ)	Содержание фосфора в кремнеземе, мас.%
	Температура °С	Соотношение кремнезема и ДМФ	Время модификации, час
1	160	1:1	3	8,62
4	160	1:2	3	8,64
5	160	1:3	3	8,94
6	170	1:1	2.5	9,86
2	170	1:2	2.5	9,87
7	170	1:3	2.5	9,95
8	180	1:1	2	10,10
9	180	1:2	2	10,18
3	180	1:3	2	10,24

Из анализа таблицы видно, что с повышением температуры от 160 до 180°С и избытка диметилфосфита содержание фосфора в исходном кремнеземе возрастает и достигает максимального количества 10,24%. Содержание фосфора определяли на фотокалориметре по ГОСТу 208512-75.

Модифицированный кремнезем проявляет катионобменные свойства за счет перехода фосфора P(V) в фосфор Р(П1) по схеме:

При максимальном содержании фосфора (10.24%) статическая обменная емкость модифицированного кремнезема составила 8,56 мг·экв/г. Статическую обменную емкость определяют по стандартной методике (ГОСТ 20255.1-89. Метод определения статической обменной емкости. Издательство стандартов, 1989. - 112 с.).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. К 10 г кремнезема добавляют 10 г диметилфосфита (массовое соотношение 1:1). Реакционную смесь помещают в колбу на 100 мл и начинают нагревать до 160°С в течение 3-х часов до полного выделения метанола. После этого реакционную массу экстрагируют в аппарате Сокелетта ацетоном до полного удаления непрореагировавшего диметилфосфита, после чего продукт сушат при температуре 80-100°С и определяют содержание привитых фосфорсодержащих групп в кремнеземе фотокалориметрическим методом. Содержание фосфора в кремнеземе составляет 8,62%.

Пример 2. В отличие от примера 1 модификацию кремнезема осуществляли при соотношении кремнезема и диметилфосфита 1:2 при 170°С в течение 2,5 часов, в результате получаем модифицированный кремнезем с содержанием фосфора 9,87%.

Пример 3. В отличие от примера 1 модификацию кремнезема осуществляли при соотношении кремнезема и диметилфосфита 1:3 при 180°С в течение 2 часов, в результате получаем модифицированный кремнезем с содержанием фосфора 10,24%.

Пример 4-9. Осуществляют аналогично примеру 1, изменяя массовое соотношение кремнезема и диметилфосфита и результаты приведены в таблице.

Из представленных данных видно, что изменение массового соотношения кремнезем: диметилфосфит меньше или больше заявленных снижает количество привитых группировок. Такая же закономерность наблюдается и при уменьшении температуры до 160°С и ниже. Повышение температуры выше 180°С нецелесообразно, так как при этой температуре начнется испарение диметилфосфита. Снижение продолжительности реакции ниже 2-х часов приведет к уменьшению степени прививки, что нежелательно. Увеличение продолжительности реакции выше 3-х часов нецелесообразно.

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

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его использовании, предназначено для использования в качестве промышленного катионита на основе модифицированного кремнезема;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “промышленная применимость”.

Способ получения модифицированного кремнезема, включающий обработку кремнеземного носителя фосфорсодержащим модификатором, отличающийся тем, что в качестве носителя используют кремнезем марки БС-50, а обработку его проводят диметилфосфитом при массовом соотношении 1:1-3, температуре 160-180°С в течение 2-3 ч.