Способ получения гидрозоля диоксида кремния

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2,1) 3795491/23-26 (22) 29.09.84 (46) 07.07.86. Бюл. В 25 (71) Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений (72) Е.Н,Лебедев,.В.В.Попов, В.В,Богданов, Ю.Г.Фролов, И.И.Ивкин и А.П.Томилов (53) 546.28(088 ° 8) (56) Патент США 11 3668088, кл. 204-101, опублик. t 972.

Патент Японии 1(9404, кл. 15 F 131, опублик. 1965. с (gg 4 С 01 В 33/14, В 01 D 13/02 (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОЗОЛЯ

ДИОКСИДА КРЕМНИЯ электродиализом си- ликата натрия с применением катионообменной мембраны в две стадии с различной плотностью тока, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью ускорения процесса и снижения расхода электроэнергии эа счет устранения образования осадка диоксида кремния на аноде, первую стадию электродиалиэа проводят при плотности тока 10001500 А/м до рН 9,0-9,5, вторую стадию — при плотности тока 200-400 А/м до рН 7,0-8,0, С:

h4

4ь

3Я в в

Cb

Ф 124

Изобретение относится к химической технологии и касается способа. получения гидрозоля диоксида кремния, используемого в химической, стекольной, текстильной, лакокрасочной и других областях промышленности при изготовлении моделей для точного литья, керамических покрытий, производства катализаторов, пропитке тканей и т.п.

Цель изобретения — интенсификация процесса и проведение его при минимальных затратах электроэнергии в условиях, исключающих образование осадка SiO на аноде.

Н р и м е р 1. Раствор силиката натрия концентрацией 1,00 мас.7 SiO (отношение Б О : Na О = 3,0) заливают в анодную камеру, в катодную—

О, 17-ный раствор NaOH. Растворы циркулируют по замкнутому контуру: ем- ° кость — насос — электродиализатор— емкость объемной скоростью 100—

120 л/ч. Процесс ведут на первой стадии при плотности тока 1360 А/м. до рН 9,35. Расход электроэнергии в на- чале стадии 0,7 кВт ч/г-экв., в конце 1,8 кВт ч/r-экв., средний выход по току 80 .Производительность установки на первой стадии 13,2 r-экв/л ч м .

На второй стадии процесс ведут при плотности тока 340 A/м до рН 7,00.

Расход электроэнергии в начале стадии 0,55 кВт ч/r-экв, в конце стадии

1,0 кВт ч/г-экв., средний выход по току 907.. Производительность установки на второй стадии 3,6 r-экв/л ч м .

Процесс ведут 2, 1 ч, осадок диоксида кремния на аноде, отсутствует. Время непрерывной работы аппарьта 100 ч.

Полученный гидрозоль диоксида кремния представляет собой однород— ную опалесцирующую жидкость рН 7,00, не содержащую агрегированных частиц и имеющую концентрацию 1,00 мас.7.

Si0 . Средний диаметр частиц 4 1А. Ис. пытания на устойчивость показывают, что полученный продукт не изменяет своих свойств в течение года.

Процесс получения гидрозоля диоксида кремния ведут в две стадии, меняя плотности тока не. первой и второй стадиях. Условия испытаний и результаты представлены в табл. 1.

Пример 9-15, Процесс ведут по примеру 1, используя исходные растворы силиката натрия с различной

2463

2О

ЗО

4О

55 концентрацией. Условия испытаний и результаты представлены в табл. 2.

Процесс ведут по примеру 1, закан-. чивая его на второй стадии при рН

6,50.

Полученный гидрозоль диоксида кремния представляет собой однородную опалесцирующую жидкость рН 6,50, не содержащую агрегированных частиц и концентрацию 1,00 мас.7 SiO .Средний диаметр частиц 42А. Испытания на устойчивость показывают, что продукт не стабилен и гелирует через 3 сут.

Способ получения гидрозоля диоксида кремния электродиализом силиката натрия в две стадии с применением катионообменных мембран проводят на первой стадии при пло ности тока

10О0-1500 А/м до рН 9,0-9,5 и на второй стадии — при плотности тока

200-400 А/м до рН 7,0-8,0. Пред почтительно на первой стадии проводить процесс при плотности тока

1300 А/м до рН 9,3-9,5, а на второй — при плотности тока 200-400 А/м до рН 7,0. Высокая плотность тока на первой стадии позволяет сократить время проведения процесса за счет удал. ения ионов натрия из раствора силиката натрия с большой скоростью и высоким выходом по току (порядка 807), а также исключить образование осадка диоксида кремния на аноде из-за высокой турбулизации пограничного слон вследствие интенсивного газовыделения на электроде, Постепенное понижение рН до 9,0-9,5 приводит к протеканию процесса поликонденсации силанольных групп и образованию гидрозоля диоксида кремния с однородными частицами размером порядка 4ОХ, являющимися менее подвижными, чем ионы силиката. Концентрация гидроксил ионов при рН 9,0-9,5 также мала. Это приводит к повышению сопротивления раствора и увеличению расхода электроэнергии на удаление 1 г-экв. ионов натрия из аногплта (до 2 кВт ч/г-экв) .

В дальнейшем процесс проводят при плотностях тока 200-400 А/м, что способствует уменьшению расхода электроэнергии (до 0,6-1, 1 кВт ч/г — зкв., выход по току 857), существенно не влияя на продолжительность процесса.

Проведение процесса электродиализа до получения конечного продукта рН 7,,0 (Si.Î Na>0 30) при плотностях тока 1000-1500 А/м приводит к резко1242463

Таблица 1

Пример

2 3 4 5

Показ ат ели

6 7

Плотность тока на стадии, А/м

200

900 1000 1360 1360 1500 1600

200 200 200 400 200 200 на первой

100 на второй

Производительность процесса, ч

3,3 3,1

10 5

2,3 1,9 1,5

1 4

Масса осадка диоксида кремния на аноде, г/м

254

0,93 0

0 рН силиката: исходного

10,56 10,56 10,56 10,56 10,56 10,56 10,56 после первой стадии

9 30 . 9 35 9 30 9 35 9 30 9 37 9 35 после второй стадии

7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00

Удельный расход электроэнергии, кВт ч/г экв: в начале первой стадии

0,2

05 06 07 07 09

1э2 в конце первой стадии

1,6 .1,7

1,8 1,8

1Э9 291 в начале второй стадии

0,4

05 05 05 06 05 05 в конце второй стадии .

10 10 1,1

1,0 1,0

1,0 му увеличению расхода электроэнергии на удаление 1 г-экв. ионов натрия из раствора силиката натрия .при понижении рН от,9,0 до 7,0 (расход электро энергии возрастает .от 2,0 до

10,0 кВт ч/г-экв соответственно).

Проведение процесса обесщелачивания исходного раствора силиката натрия при плотностях тока 200-400 А/м приводит к отложению осадка $ 0 на 111 аноде, увеличению расхода электроэнергии, понижению выхода по току и в конечном счете прекращению процесса.

Проведение процесса до рН менее

7,0 приводит к получению нестабильного продукта, гелирующего при хранении наиболее быстро при рН 5,0-5,5 °

Повьппение концентрации исходного раствора силиката натрия .более

1,5 мас.X Sip< приводит к образованию осадка диоксида кремния на аноде в ходе электродиализа и прекращению процесса. Понижение концентрации исходного раствора силиката менее

0,1 мас.Х Sip экономически нецелесообразно.

1242463

Продолжение табл.1

Показатели

4 5 6 7 8

2 (3

Выход по току на стадии, Ж: на первой

75

80 80

90 90

80

90

90

90 на второй

90.

I

8 8 9 7 13 2 13 2 . 14 4 15 2

21 21 21 40 21 21

2 1

1Ф2

Время непрерывной работы аппарата,ч

100 100

10,5 90

100 100

100

Таблица 2

Показатели

9 10 11

12 13 . 14 15

Концентрация силиката натрия, мас.Х

5,16! . рН .силиката: исходного

10,84 после первой стадии после второй стадии нз-за паПродолжительность процесса,ч

Производительность на стадии, r-экв./л ч м :

° на первой на второй Ф

Пример

Г (1 1 (т Г

010 0 50 150 225 289 400

10,32 10в44 10в60 10э62 10э65 10э67

9,27 9,34 . 9,30 9,44 . 9,28 9,34

7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00

0,25 1,03 2,57 3,88 4,75 6,63

Процесс прекратился при рН 10,4 через

2, 17 ч дения плот-.

I ности тока до 0 в свя-, зи с тем, что вся анодная камера заполнена осадком диок сида кремния

1242463

Продолжение табл. 2

Показатели (15

5,60 28,95 408

13 2

3,6 3,6 о на второй стадии

3,6 3,6 3,6 3,6

100 100

Время непрерывной работы, ч

2,17

165 663

100 80

Pедактор Н.pогулич

Заказ 3662/23

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Масса осадка диоксида кремния на аноде, г/м

Производительность процесса, r-экв./л ч м на первой стадии

Пример

12 13

9 10 !1 14

13,2 13,2 13,2 13,2 13,2 13,2

Составитель Н.Ачеенко

Техред O.Гортвай Корректор М.Шароши

Тираж 450 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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