Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Если процентное содержание растворенного кремнезема вычерчивают как функцию процента светопропускания, то на графике наблюдается точка перегиба. Она показывает то
696
Глава 5
среднее количество кремнезема, которое должно раствориться, чтобы первичные частицы, составляющие агрегат, стали дисперсными. Как можно видеть из рис. 5.15, две сросшиеся сферы радиусом гр не будут распадаться при равномерном растворении кремнезема с поверхности до тех пор, пока толщина растворенного слоя не станет равной радиусу поперечного сечения шейки гп. Коэффициент коалесценции С в таком случае удобно определять как ту долю кремнезема от его суммарного количества, которая растворилась к моменту, когда скорость диспергирования агрегатов частиц достигает максимума:
{гР)й
г„ = гр[1-(1-С)1/3] "
Например, когда С = 0,5, то гп составляет 20% величины радиуса частицы; при С = 0,75 гп равно 37 % радиуса частицы.
Данный метод был использован применительно к осадку, состоящему из кремнеземных частиц .радиусом около 12 нм. Такой осадок имел коэффициент коалесценции С = 0,47, из которого было вычислено гге/Гр = 0,19 и гп = 2,3 нм. Добавляемый кремнезем осаждался на исходной кремнеземной суспензии до тех пор, пока отношение добавляемого кремнезема к исходному не составило 2:1. При этом радиус исходной частицы должен был возрасти в 31/э раза, или до значения 17,5 нм (размер частиц, определяемый из величины удельной поверхности, был равен 16,5 нм). Образец имел измеримую величину коэффициента коалесценции С = 0,69, г„/гр = 0,32 и гп = 5,3 нм. Добавление кремнезема продолжали вплоть до получения соотношения, равного 4 ч. осажденного кремнезема на 1 ч. исходного. Вновь определялись радиус частицы и степень коалесценции. Полученные данные суммировании и приведены ниже:
Радиус частиц, нм Радиус перешейков, нм
ГР Агр гп Дг„/АГр
12 — 2,3 — —
16,5 4,5 5,3 3,0 0,67
20,5 7,5 7,8 5,5 0,73
Можно видеть, что приращение радиуса частицы оказывается примерно равным приращению радиуса перешейка. Однако последняя величина должна была бы нарастать более интенсивно по сравнению с нарастанием на частице. Возможно, что осаждение кремнезема идет более быстро на открытой поверхности частиц, чем в расщелинах около шейки.
Силикагели и порошки
697
Данный метод также представляет возможность прослеживать за спеканием относительно больших коллоидных сферических частиц кремнезема радиусом 50 нм при нагревании их в течение часа на воздухе при повышенной температуре. Были получены следующие данные:
Температура, Коэффициент г , нм Константа
Т, °С коалесценции, " 0,025 (Т-150)/г„
г п
200 0,06 2 0,65
300 0,11 3,8 1,00
400 0,17 6,0 1,05
600 0,28 10,4 1,09
800 0,43 17,1 0,95
1000 0,53 22,2 0,96
Как отмечалось выше, радиус шеек по необъяснимым причинам возрастает пропорционально разности (Т—150).
Механическая прочность агрегатов
Другую возможность для сравнения коалесценции частиц в структурах силикагелей, имеющих одинаковый размер частиц и их упаковку, дает измерение механической прочности. Мейснер, Михаэле и Кайзер [130] вывели уравнения для определения прочности агрегатов сферических частиц с данным координационным числом п и с заданной силой сцепления между сферами. На основании общего уравнения, связывающего координационное число с объемной долей твердого вещества в образце, ими было выведено следующее уравнение для расчёта прочности на раздавливание:
РО~2 = Кфехр(7,2ф)
где Р — раздавливающая нагрузка; О — диаметр агломерата; ф — доля от общего объема, занимаемая сферами; К — константа, являющаяся функцией диаметра сферических частиц и прочности сцепления между двумя частицами. Обращалось внимание на очень быстрое понижение прочности в ряду образцов со все более открытыми упаковками при условии, что все другие факторы останутся неизменными.
Пористость, см3/см5 Относительная прочность
силикагеля
0,26а 100
0,30 71
0,5б 12
0,6 5
а Плотная регулярная упаковка. 6 Открытая упаковка.
698
Глава 5
Уравнение, адекватное написанному, характеризует прочность агломератов, состоящих из тонкодисперсных частиц оксида цинка при значении объемной пористости 0,5—0,7.
Силикагели
Этот раздел ограничивается рассмотрением силикагелей, в него не включены алюмосиликатные гели и катализаторы. Некоторые вопросы, связанные с поверхностью алюмосиликатов, обсуждаются в гл. 6.
Теория формирования и структуры силикагелей, образующихся в результате полимеризации кремневых кислот, была приведена в гл. 3, а аналогичные вопросы, связанные с приготовлением гелей из золей, содержащих дискретные коллоидные частицы, рассматривались в гл. 4. Характеристики силикагелей были даны в предшествующем разделе. Здесь же будут описаны методы приготовления силикагелей и изменяющиеся технологические режимы, которые оказывают воздействие , на свойства получаемых силикагелей; а также определяют их использование.
Происхождение и история силикагелей освещены в ряде обзоров, опубликованных в течение прошедшего полувека, начиная с работы Волфа и Преториуса, вышедшей в 1928 г., [198]. Вейл обобщил вопросы истории, производства и использования коммерческих силикагелей в 1952 г. [199]. Теория структуры геля, образуемой из частиц, и поведение таких систем описаны Айлером в 1955 г. [2]. Обзор Неймарка охватывал главным образом работы советских авторов, вышедшие до 1953 г. [200]. Примерно в те же годы был опубликован обзор Ромоса и Вега [201].
