Способ получения гидрозоля диоксида кремния

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ р 41)(71) Государственный научно-исследовательский институт химии и техноло. гии элементоорганических соединений(56) Патент США У 3668088,кл. 204-101, опублик. 1972.Патент Японии В 9404,кл, 15 Р 131, опублик. 1965. ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ 1 В 33 14, В 01 0 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 щ и й с я тем, что, с целью ускорения процесса и снижения расхода электроэнергии эа счет устранения образования осадка диоксида кремния на аноде, первую стадиюэлектродиалиэа проводят при плотности тока 1000- 1500 А/м до рН 9,0-9,5, вторую стадию - при плотности тока 200-400 А/м до рН 7,0-8,0,9 124Изобретение относится к химической технологии и касается способаполучения гидрозоля диоксида кремния,используемого в химической, стекольной, текстильной, лакокрасочной идругих областях промышленности приизготовлении моделей для точного литья, керамических покрытий, производства катализаторов, пропитке тканейи т.п,Цель изобретения - интенсификацияпроцесса и проведение его при минимальных затратах электроэнергии в условиях, исключающих образование осадка БдОна аноде.Н р и м е р 1. Раствор силикатанатрия концентрацией 1,00 мас.7 БО(отношение БдО : Ма О = 3,0) заливают в анодную камеру, в катодную -О, 12-ный раствор ИаОН. Растворы циркулируют по замкнутому контуру: емкость - насос - электродиализатор -емкость объемной скоростью 100 -120 л/ч. Процесс ведут на первой стадии при плотности тока 1360 А/м. дорН 9,35. Расход электроэнергии в на-чале стадии 0,7 кВт ч/г-экв., в конце 1,8 кВт ч/г-экв., средний выходпо току 80 .Производительность установки на первой стадии 13,2 г-экв/л ч м .На второй стадии процесс ведут приплотности тока 340 А/м до рН 7,00,Расход электроэнергии в начале стадии 0,55 кВт ч/г-экв, в конце стадии1,0 кВт ч/г-экв., средний выход потоку 907., Производительность установки на второй стадии 3,6 г-экв/л ч м,Процесс ведут 2, 1 ч, осадок диоксидакремния на аноде отсутствует. Времянепрерьвной работы аппарьта 100 ч,Полученный гидрозоль диоксидакремния представляет собой однородную опалесцирующую жидкость рН 7,00,не содержащую агрегированных частици имеющую концентрацию 1,00 мас.7.БО. Средний диаметр частиц 4 1 А, Испытания на устойчивость показывают,что полученный продукт не изменяетсвоих 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. П р и м е р 9" 15, Процесс ведутпо примеру 1, используя исходныерастворы силиката натрия с различной2463 10 15 20 25 30 Э 5 40 45 50 55 концентрацией. Условия испытаний ирезультаты представлены в табл. 2,Процесс ведут по примеру 1, закан-.чивая его на второй стадии при рНб,50,Полученный гидрозоль диоксидакремния представляет собой однородную опалесцирующую жидкость рН б,50,не содержащую агрегированных частици концентрацию 1,00 мыс.% БдО .Средний диаметр частиц 42 А, Испытания наустойчивость показьвают, что продуктне стабилен и гелирует через 3 сут.Способ получения гидрозоля диоксида кремния электродиализом силикатанатрия в две стадии с применениемкатионообменных мембран проводят напервой стадии при плоности тока1000-1500 А/м" до рН 9,0-9,5 и навторой стадии - при плотности тока200-400 А/м до рН 7,0-8,0. Предпочтительно на первой стадии проводить процесс при плотности тока1300 А/м до рН 9,3-9,5, а на второй - при плотности тока 200-400 А/мдо рН 7,0. Высокая плотность тока напервой стадии позволяет сократитьвремя проведения процесса за счетудаления ионов натрия из раствора силиката натрия с большой скоростью ивысоким выходом по току (порядка 807),а также исключить образование осадкадиоксида кремния на аноде из-завысокой турбулизации пограничногослон вследствие интенсивного газовыделения на электроде, Постепенноепонижение рН до 9,0-9,5 приводит кпротеканию процесса поликонденсациисиланольных групп и образованию гидрозоля диоксида кремния с однороднымичастицами размером порядка 401, являющимися менее подвижными, чем ионысиликата. Концентрация гидроксилионов при рН 9,0-9,5 также мала. Этоприводит к повышению сопротивленияраствора и увеличению расхода электроэнергии на удаление 1 г-экв. ионовнатрия из аногплта (до 2 кВт ч/г-экв) .В дальнейшем процесс проводят приплотностях тока 200-400 А/м, чтоспособствует уменьшению расхода электроэнергии (до О,б.-1,1 кВт ч/г-зкв.,выход по току 857), существенно невлияя на продолжительность процесса.Проведение процесса электродиализа до получения конечного продуктарН 70 (Б 10 БаО г 30) при плотностяхтока 1000-1500 А/м приводит к резко1242463 Т а б л и ц а 1 Пример2 . 3 4 5 Показатели 6 7 Плотность токана стадии, А/м 200 900 1000 1360 1360 1500 1600200 200 200 400 200 200 на первой 100 на второй Производительностьпроцесса, ч 3,3 3,1 10,5 2,3 1,9 1,5 Т,4 Масса осадка диоксида кремнияна аноде, г/м 254 0,93 0 0 0 0 0 рН силиката: исходного10,56 10,56 10,56 10,56 10, 56 10,56 10,56 после первойстадии 9 э 30 9 э 35 9 э 30 9 э 35 9 э 30 9 в 37 9 ф 35 после второйстадии 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00Ф Удельный расходэлектроэнергии,кВт ч/г экв: в начале первой стадии 0,2 0,5 0,6 0,7 0,7 0,9 1,2 в конце первойстадии 1,6 .1,7 1,8 1,8 1 е 9 2 в 1 в начале второйстадии 0,4 О 5 О 5 О 5 О 6 О 5 О 5 в конце второйстадии,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 электроэнергии 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 БдО на 1 О 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 Повьаение концентрации исходного раствора силиката натрия .более 1,5 мас.7 310 приводит к образованию осадка диоксида кремния на аноде в ходе электродиализв и прекращению процесса, Понижение концентрации исходного раствора силиката менее 0,1 мас.Х ЗдО экономически нецеле" сообразно.1242463 Продолжение табл,1 Показатели 4 5 67 . 8 23 Выход по току настадии, Х:на первой 70 80 80 90 90 80 80 90 90 90 90 на второй 90. 8 ф 8 97 13 е 2 13 в 2 . 14,4 15,22 1 2 1 2 1 4 фО 211 2 ф 1 2,1 1 у 2 Время непрерывной работы аппарата,ч 100100 10,5 90 100 100 100 Таблица 2 Показатели 9 10 11 12 13 . 14 15 Концентрациясиликата натрия, мас,Х 5,16. рН .силиката: исходного 10,84 после первойстадии после второйстадии нз-за паПродолжительностьть процесса,ч Производительностьна стадии,г-экв./л ч мф:на первойна второй ФПримерГ С 1 1 ( т Г 0,10 0,50 1,50 2,25 2,89 4,00 10,32 10,44 10,60 10,62 10,65 10,67 9,27 9,34 9,30 9,44 . 9,28 9,34 7,00 7,00 7 вОО 7 эОО .7 э 00 7 эОО Оэ 25 1 ю 03 2 э 57 3188 4 э 75 бэ 63 Процесспрекратился прирН 10 ю 4через2, 17 ч дения плотности токадо О в свя-,зи с тем,что вся анодная ка" мера заполнена осадком диоксида крем- ния1242463 Продолжение табл.2 Показатели 15 5,60 28,95 408 0 0 0 13,2 3,6 3,6 о на второйстадии 3,6 3,6 3,6 3,6 100 100 Время непрерывной работы, ч 2,17 16,56,63 100 80 Редактор Н.Рогулич Заказ 3662/23 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Масса осадка диоксида кремнияна аноде, г/м Производительность процесса, г-экв./л ч мна первойстадии Пример 12 13 9 10 11 14 13,2 13,2 13,2 13,2 13,2 13,2 Составитель Н.АчеенкоТехред О.Гортвай Корректор М.Шароши Тираж 450 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5