Способ получения пероксомонокремниевой кислоты

 

Предложенный способ относится к области технологии получения неорганических перекисных соединений. Он может быть использован в медицине, в сельском хозяйстве, в электронной промышленности и др. Электролиз концентрированных водных растворов силиката щелочного металла без добавок, ингибирующих кислородную реакцию, проводят в электролизере с диафрагмой из перфторированной катионитовой мембраны, исключающей перетекание электролита из анодного отделения в катодное, при высоких плотностях анодного тока 0,5-1,2 А/см². Технический результат - увеличение выхода по току за счет изменения состава и концентрации раствора, повышение плотности анодного тока и замена диафрагмы электролизера. 2 табл.

Изобретение относится к области технологии получения неорганических перекисных соединений, а точнее к электрохимической технологии производства пероксосоединений, в частности к технологии получения пероксомонокремниевой (надкремниевой) кислоты.

Пероксомонокремниевая кислота, как и другие пероксосоединения, может быть использована для отбеливания и крашения волокон, масел, в медицине, в сельском хозяйстве для ускорения созревания семян и еще более эффективно - для травления металлических, керамических поверхностей в электронной промышленности, в качестве инициатора радикальной полимеризации и др.

Известен способ получения пероксомонокремниевой кислоты, заключающийся в том, что 0,2 - 0,5 M водный раствор силиката натрия или калия подвергают электролизу в анодном отделении диафрагменного электролизера при плотности анодного тока 0,1-0,4 А/см² в присутствии 1,0-1,5 г/л роданида калия или аммония [1].

Недостатком известного способа является низкий выход по току, использование побочного реагента - роданида калия или аммония, который приводит к перенапряжению выделения кислорода и повышению напряжения на электролизере, а также частичному загрязнению конечного продукта. Недостатком является также ограничение использования концентрированных растворов исходного вещества и высоких плотностей анодного тока. При электролизе концентрированных растворов силиката щелочного металла образующаяся надкремниевая кислота разъедает керамическую диафрагму, увеличиваются поры и усиливается перетекание электролита, что затрудняет использование высоких плотностей тока, отсюда и невысокая производительность процесса.

Задача - повышение эффективности процесса получения пероксомонокремниевой кислоты. Технический результат - увеличение выхода по току за счет изменения состава и концентрации раствора, повышение плотности анодного тока и замена диафрагмы электролизера.

Указанный технический результат достигается тем, что электролиз концентрированных водных растворов силиката щелочного металла без добавок ингибирующих кислородную реакцию проводят в электролизере с диафрагмой из перфторированной катионитовой мембраны, исключающая перетекание электролита из анодного отделения в катодное, при высоких плотностях анодного тока 0,5 - 1,2 А/см².

Эффект, который получался введением добавки достигается применением высоких плотностей анодного тока и высоких концентраций (с>0,1), использование которых стало возможно после исключения процесса перетекания электролита.

Пример 1. В электролизер с диафрагмой из перфторированной катионитовой мембраны, разделяющей анодное и катодное пространства заливают 50 мл 0,6 М раствора силиката натрия Na₂SiO₃. В катодное отделение заливают 0,1 М раствор гидроксида натрия. Анодом служит платина с геометрической поверхностью 2 см², катодом - нержавеющая стальная пластина с геометрической поверхностью 16 см² Электролиз ведут при плотности анодного тока 0,6 А/см², без поддерживания определенной температуры в течение 3 часов. За это время начальная температура 20^oC анолита повышается за счет джоулева тепла до 50-55^oC. В результате электролиза образуется надкремниевая кислота как по известному способу. Содержание кислоты H₂SiO₄ в анолите определяли иодометрическим методом. Оно составляет 0,068 г-экв или 3,2 г. Выход по току составляет 88%.

Пример 2. Электролиз по примеру 1. В анодное пространство заливают 0,1 М раствора Na₂SiO₃. Электролиз проводят при плотности тока 0,6 А/см² в течение 1 часа. В анолите образуется 0,014 г-экв кислоты. Выход по току 85%.

Пример 3. Электролиз по примеру 1.

Электролиз 50 мл 1,2М раствора Na₂SiO₃ при плотности 0,6 А/см в течение 6 часов. В анодном отделении образуется 0,14 г-экв кислоты. Выход по току составляет 90%.

Результаты опытов представлены в таблице 1. Как следует из таблицы, ниже концентрации 0,1 моль/л выход по току уменьшается в 1,5 раза. При высоких концентрациях (с>0,1) вплоть до насыщенного раствора (≈1,4 моль/л при 25^oC) выход по току составляет 85% - 92%.

Пример 4. Электролиз аналогично примеру 1. В анодное отделение электролизера заливают 50 мл 0,6 М раствора Na₂SiO₃, Электролиз ведут на платиновом аноде при плотности тока 0,8 А/см². Электролиз ведут в течение 3 часов. Содержание кислоты составляет 0,068 г-экв. Выход по току 88%.

Пример 5. Электролиз по примеру 1. В анодное отделение заливают 100 мл 0,6 М раствора Na₂SiO₃ и проводят электролиз в течение 8 часов при плотности тока 0,5 А/см². В результате электролиза образуется 0,14 г-экв надкремниевой кислоты. Выход по току 92%.

Пример 6. Электролиз по примеру 1. Электролизу подвергают 50 мл 0,6 М раствора Na₂SiO₄, при плотности анодного 1,2 А/см². Через 1,5 часа электролиза в анодном отделении образуется 0,066 г-экв надкремниевой кислоты. Выход по току составляет 85%.

Опытные данные электролиза 0,6 М водных растворов Na₂SiO₃ - при различных плотностях тока представлены в таблице 2. Высокий выход по току сохраняется до плотности тока 1,2 А/см². Выше этого значения выход по току уменьшается.

Надкремниевая кислота, получаемая во всех примерах при электролизе водных растворов силиката натрия по физическим и химическим свойствам не отличается от кислоты, описанной в известном способе [1].

Предложенный способ имеет ряд технико-экономических преимуществ по сравнению с известным способом: - упрощение состава раствора за счет исключения использования реактива роданида калия или аммония; - высокая производительность процесса за счет применения высоких плотностей анодного, тока; - большой экономический эффект за счет увеличения выхода по току; - возможность осуществления процесса непрерывно; - повышение эффективности процесса в результате применения исходного вещества в широком интервале концентраций вплоть до насыщенных растворов.

Таким образом, для заявленного способа в том виде, как охарактеризован, подтверждена возможность его осуществления и он предназначен для использования в медицине, сельском хозяйстве, электротехнической отрасли, текстильной промышленности, и т.д.

Источники информации 1. Патент РФ N 1682305, кл. C 01 B 33/12 // C 01 B 15/14, 1993 г.

Формула изобретения

Способ получения пероксомонокремниевой кислоты, заключающийся в том, что водный раствор силиката щелочного металла подвергают электролизу в диафрагменном электролизере, отличающийся тем, что электролиз концентрированных водных растворов проводят в анодном отделении электролизера с перфторированной катионитовой мембраной при плотностях анодного тока 0,5 - 1,2 А/см².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2