Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
* В советской научно-технической литературе такой золь носит название «основного золя», а добавляемый золь называется «золем-питателем».— Прим. ред.
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
425
Частицы диаметром более чем 100 нм приготовлялись Мин-диком и Воссосом [17] путем добавления кремнезема со средней молекулярной массой ниже 9р000 к основному золю, имевшему рН 7—11 и содержавшему ~0,1 масс. % относительно однородных сферических частиц кремнезема со средним диаметром, равным по крайней мере 30 нм. Скорость подачи питательного раствора поддерживалась ниже максимальной, определяемой по соотношению /7г = й54С(, где Р{ — максимальная скорость в момент времени выраженная числом граммов кремнезема, добавляемого к 1 мл смеси за 1 ч; к — заранее определяемая константа скорости реакции, равная ~0,005 для процесса, протекающего при 100°С и постоянном объеме системы; 54 — удельная поверхность частиц в момент времени м2/г БЮг; С{ — концентрация кремнезема в смеси в момент времени /, г/мл.
Подобный прием увеличения размеров частиц кремнезема иногда называют «способом наращивания». Коллоидные частицы, в которых только лишь поверхность состоит из кремнезема, а внутренняя часть содержит какое-либо другое нерастворимое вещество, могут быть приготовлены «способом наращивания», если выбрать в качестве исходных частиц пригодные коллоидные зародыши, отличающиеся по составу от кремнезема. Таким образом, создается возможность получения золей, имеющих дисперсность и поверхностные характеристики коллоидного кремнезема, но состоящих из пластинчатых или волокнистых частиц.
Айлер [18] разработал способ кремнеземного покрытия, благодаря которому кремнезем может быть нанесен на исходные коллоидные дисперсные материалы, представляющие собой пластинчатые или волокнистые силикатные минералы, оксиды, металлы или какие-либо другие материалы в коллоидном состоянии. В процессе увеличения размеров частиц по этому способу добавление «активного» кремнезема к системе не должно производиться быстрее, чем его может поглотить имеющаяся поверхность кремнезема. В противном случае раствор становится настолько пересыщенным, что начинают формироваться новые небольшие зародыши, и, следовательно, окончательно образовавшийся золь не будет состоять из однородных по размеру частиц. Как было показано в гл. 1, максимальная скорость добавления кремнезема, при которой не происходит образования зародышей, составляет при 90°С около 10 г активного БЮг в расчете на 1000 м2 площади поверхности кремнезема За 1 ч. Теоретически увеличение размеров частиц зависит от так называемого «отношения наращивания» Вг:
В
426
Глава 4
№а — количество «активного» кремнезема, добавляемого к частицам; Шп — масса кремнезема, первоначально находящегося в системе в виде зародышей. Очевидно, что диаметр частицы будет увеличиваться от начального размера с?,- до конечного в соответствии со следующим уравнением:
Айлер и Уолтер [19] разработали способ, с помощью которого 15 %-ный золь можно приготовить непосредственно ионным обменом. По этому способу основной золь в воде или в разбавленном водном растворе силиката натрия нагревают и перемешивают. Затем к нему одновременно добавляют увлажненную, отстоявшуюся, регенерированную ионообменную смолу (предпочтительно слабокислотного типа) и относительно концентрированный раствор силиката натрия. Скорость добавления регулируется так, чтобы поддерживать рН около 9, и, кроме того, она зависит от температуры и относительного количества и размера частиц основного золя. Это способствует увеличению размера частиц кремнезема и предотвращает процесс образования зародышей. В способе с применением "колонны или псевдо-ожиженного слоя смола непрерывно добавляется в верхнюю часть колонны и перемещается вниз противотоком по отношению к движению золя кремнезема [20].
С целью изучения роста частиц кремнезема, происходящего за счет добавления мономерного кремнезема к дисперсионной среде из предварительно сформированных зародышей, было исследовано образование зародышевых частиц при рН 8 в процессе старения кремневой кислоты с низкой молекулярной массой, приготовленной из силиката натрия ионным обменом [21]. Очень чистый силикат натрия был получен из этилового эфира ортокремневой кислоты. В этом случае 2,5 %-ный золь, подщелоченный до нужного значения рН, сохраняли при температуре 4°С, чтобы свести к минимуму самопроизвольный рост частиц и промотировать формирование микрогеля, чему способствует высокая концентрация частиц небольшого размера. При нагревании агрегаты такого микрогеля конденсировались, и после усадки из них формировались более или менее плотные сферические частицы диаметром около 100 А. Однако следует отметить, что зародыши получались гораздо более однородными по размеру при медленном ступенчатом нагрейании от 4 до 80°С (в течение 2 ч), чем в случае быстрого нагревания (в течение 10 мин), как это было показано большей однородностью золей, полученных на конечной стадии в результате добавления свежеприготовленного раствора кремневой кислоты, предварительно также отрегулированной до рН 8.
