Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
427
Одновременно с ростом небольших частиц (менее 20 нм) по указанному процессу наблюдается и их некоторой самопроизвольный рост. Это важно иметь в виду при приготовлении частиц с размером, меньшим чем 15 нм. Действительно, даже и без добавления какой-либо формы «активного» кремнезема должен происходить некоторый рост зародышевых частиц за период в несколько часов, требуемых обычно для такого процесса.
Приведенные выше замечания применимы к системам, когда БЮг добавляется в виде раствора «активного» кремнезема, приготовленного, как правило, ионным обменом. Более быстрый рост частиц наблюдается в том случае, когда раствор силиката натрия непосредственно прибавляется к «основному золю», состоящему из зародышевых частиц, из которого непрерывно удаляются ионы натрия за счет использования ионообменной смолы в водородной форме, что будет рассмотрено ниже. В указанном примере кремнезем первоначально находился в системе в виде мономера и олигомеров. Следовательно, не требовалось затрат времени на процесс деполимеризации более высокомолекулярных поликремневых кислот, которые постоянно присутствуют, если кремнезем, вначале приготовляется в виде отдельного раствора «активного» кремнезема.
Другие разновидности способа «наращивания» упоминаются также в работах ряда исследователей. Альбрехт [22] определил максимальную концентрацию, до которой исходные золи с различающимися по размеру частицами могут быть сконцентрированы путем процесса осаждения, когда размер частиц увеличивается до 100 нм. По данным Клосака [23], по способу «наращивания» при температуре выше 100°С и давлениях пара 0,35—
7 кг/см2 получаются золи с концентрацией до 55 % БЮг- По этому способу должны получаться частицы большего размера, чем те, которые формируются только при 100°С. Был исследован [21] рост частиц в подщелоченных растворах чистой кремневой кислоты с последующим измерением размеров кремнеземных частиц сферической формы методом рассеяния света. Если необходимо повысить концентрацию золя без дальнейшего увеличения размера частиц, то можно выпаривать золи с содержанием 28—38 % 5Юг (в виде частиц диаметром 13—50 нм) с одновременным добавлением золя точно такого же состава до тех пор, пока не будет достигнута концентрация 52 % [24].
Ирани [25] предложил приготовлять способом «наращивания» частицы с очень однородным распределением по размерам. Исходным раствором служит или чистая вода, или «основной золь» с однородными маленькими частицами, к которому при 60—150°С добавляют силикат натрия и ионообменную смолу в водородной форме при установленных заранее условиях.
8 другой модификации данного способа [26] предусматри-
428
Глава 4
вается 'использование золя «активного» кремнезема, образующегося непосредственно в результате ионного обмена при рН 2,5—5,5, а не приготовленного заранее в щелочной среде. Этот золь-питатель затем добавляют к «основному золю» в процессе выпаривания. Однако, вероятно, что отношение 5Ю2: Ма20 должно непрерывно повышаться во время такого процесса. Сиппел [27] утверждает, что, работая по приведенному выше способу, можно получать золи низкой плотности, если к «основному золю» с частицами размером 8—20 нм добавлять кремневую кислоту и поддерживать при этом рН 8,5—9,5 за счет введения раствора силиката натрия, что обеспечивает постоянство отношения БЮг: Ыа20. Другой способ приготовления предложили Уэлдес, Бойль и Бобб [28], которые добавляли к чистой воде «активный» кремнезем. Каммингс [29] указывает необходимые специфические условия для получения частиц диаметром свыше 50 нм, формируемых из зародышей при добавлении кремневой кислоты. Эгбрегт [30] в своей работе предложил использовать циркулирование разбавленного раствора силиката натрия через колонну, наполненную ионообменной смолой в водородной форме, при введении с определенной скоростью еще некоторого количества силиката натрия.
Как отмечалось в гл. 1, кремнезем может осаждаться на многих подложках различного рода. Как только поверхность какой-либо частицы покрывается монослоем БЮг, то в последующем во всех случаях происходит отложение кремнезема на кремнеземе. Так, например, непроницаемым кремнеземным слоем могут покрываться частицы хромата свинца [31]. Уже упоминалось покрытие кремнеземом пигмента ТЮ2, нашедшее широкое применение.
Способы приготовления частиц размером менее 10 нм
Первоначально технические золи приготовлялись с размером частиц, превышающим 8 нм, и, следовательно, могли быть сконцентрированы по крайней мере до 30 % 5Ю2. Такие золи вполне транспортабельны, так как чрезвычайно стабильны против дальнейшего роста частиц при обычной температуре (см. рис. 3.52). Впоследствии выяснилось, что для некоторых случаев должно быть предпочтительнее использование частиц еще меньшего размера, и поэтому были разработаны золи с более низкими концентрациями кремнезема. Однако при этом возникает проблема, заключающаяся в том, что частицы размером меньше 8 нм, и особенно меньше 5 нм, начинают самопроизвольно расти в контейнере, в котором они находятся, что'сопровождается соответствующими изменениями в их свойствах. Более того, поскольку такие золи в общем случае можно сконцентрировать по крайней
