Способ получения аэросилогеля

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 963950(23) ПриоритетОпубликовано 071082.Бюллетень Ио 37 Р 1 М К з С 01 В 33/158 Государственный комитет СССР що делам изобретений и открытийДата опубликования описания 04,02.83 раманвк:, .,; ь;ьь1с:. И.ф. Миронюк, М.И. Хома, В.М. Огенко, В.И. В Л.С. Салманова, Г,А. Ярмолюк и Л,П, Галки(72) Авторы изобретения Ордена Трудового Красного Знамени институт фиэЪежо химии им. Л,В.Писаржевского АН Украинской ССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОСИЛОГЕЛ 2 Изобретение относится к способу получения пористых синтетических частиц двуокиси кремния, которые могут быть использованы в качестве адсорбента для хроматографического разделения веществ, носителей катализаторов, а также как наполнители для усиления резин, силиконовых каучуков, пластмасс, загустителей различных органических сред.Известен способ получения пористых микрочастиц двуокиси кремния, в соответствии с которым стекающему водному золю придают быстрое вращательное движение с постоянно увеличивающимся радиусом. При этом гидрозоль образует капли, которые вводят в.нагретую не смешивающуюся с водой жидкость плотностью меньше. плотности гидрозоля. Превращенные в гель частицы выводят из жидкости потоком воды, промывают и с помощью вакуум-фильтра сушат. Высушенные частицы подвергают обжигу при 600-900 С 1 3Недостатками такого способа являются неоднородность, размеров получаемых частиц ад.орбент, а также длительность технологи ее.ого пооцесса. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения аэросилогеля, по которому для получения адсорбента со сферической Формой частиц и расширения диапазона его рабочих характеристик водную суспензию высокодисгерсной двуокиси кремния аэросила подвергают распылительной сушке с последующей гидротермальной обработкой полученных частиц в автоклаве при 100- 380 оС и давлении 1-400 атм. После высушивания в камерной сушилке при 100- 200 С адсорбент прокаливают в атмосфере воздуха или водяного пара при 750-1000 С 1 2 3.По этому способу невозможно получить частицы аэросилогеля с наперед заданными Формой и размерами.Целью изобретения является повышение однородности гранулометрического состава частиц аэросилогеляПоставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа получения аэросилогеля, включающего смешение аэросила с водой, Формование частиц, сушку с последующей гидротермальной обработкои и прокалкои целевого прод,кта, а: ро ил перел :мекмни 963950ем с водой обрабатывают аммиаком илиалкиламином.в газовой или жидкой фазе, формование,частиц ведут экструзией, а перед сушкой полученные гранулы подвергают обдуву порошкообраэным аэросилом.5Кроме того, обработку аэросила аммиаком или алкиламином в газовой фазе ведут при температуре 60-250 ОС и давлении 0,1-4 кг/см,а в жидкой фазе-20 Ъ-ным водным раствором.10Смешение аэросила с водой предпочтительно ведут до концентрации аэросила 20-45 вес,Ъ,Отличием способа является то, чтоаэросил перед смешением с водой об 15 рабатывают аммиаком или алкиламином в газовой или жидкой фазе, а формование частиц ведут экструзией с последующим обдувом полученных гранул порошкообразным аэросилом. При этом обработку, аэросила аммиаком или . алкиламином в газовой фазе ведут при температуре 60-250 С и давлении 0,1-4 кг/см , а в жидкой фазе аэросил обрабатывают 3-20 Ъ-ным водным раствором. При приготовлении порошкооб разной массы смешение аэросила с водой ведут до концентрации аэросила 20-45-.вес,Ъ.Обработку исходного аэросила газообразным аммиаком или алкиламином . 30 осуществляют при 60-250 С и давлении 0,1-4 кг/см , поскольку снижениеЯтемпературы и давления ниже указанных пределов приводит к увеличению длительности процесса обработки до 35 2-6 ч. Повышение температуры и давления выше верхних пределов нецелесо,образно в связи с необходимостью применения специального оборудования.При обработке аэросила водными 4 О растворами аммиака или алкиламина понижение их концентрации ниже 3 вес.Ъ не обеспечивает достаточной эффективности обработки, Повышение концентрации аммиака или алкиламина в водном растворе выше 20 вес.Ъ нерационально.Понижение содержания аэросила в увлажненной порошкообразной массе ниже 20 вес,Ъ приводит к получению гранул аэросилогеля низкой плотностиР которые характеризуются недостаточной механической прочностью. Увеличение в увлажненной массе содержания аэросила выше 45 вес.Ъ вызывает повышение необходимого давления при формовании гранул (выше 50 кг/см).Предварительная обработка аэросила аммиаком или алкиламином; способствует улучшению условий 4 ормования гранул. Адсорбированные на поверх-6 О ности двуокиси кремния гидроокиси аммония или органоаммония за счет катионов экранируют гидроксильные .группы и препятствуют коагуляции частиц при экструзии порошкообразной у 5 массы, что позволяет получать гранулы необходимой пластичности и исключает разжижение гидрогеля, В процессе сушки или гидротермальной обработки адсорбированные на поверхностидвуокиси кремния молекулы гидрооки-си аммония или органоаммония повышают рН водной среды и способствуютинтенсивному растворению двуокисикремния, что позволяет получить впроцессе сушки более мелкопористый.аэросилогель, а при гидротермальйойобработке - крупнопористый адсорбентпри более низкой температуре и давлении, а также при меньшей затратевремени, чем по известному способу,П р и м е р 1. Высокодисперсную двуокись кремния - аэросил марки А(удельная поверхность 380 м/г) в количестве 60 кг загружают в электрообогреваемый эмалированный реаКтор с якорной мешалкой и обраба-, тывают аммиаком при температуре 250 ОС и давлении 0,1 кг/см в течение 1 ч. Показатель рН водной суспензии обра" ботанного таким образом аэросила 6,5. После завершения обработки в охлаж- . денный до 40-60 С реактор при,непрерывном перемешивании аэросила вводят с помощью распылительной форсунки 240 л дистанционной воды, Увлажненную порошкообразную смесь подают в питатель гранулятора и с помощью шнека массу экструдируют через фильерную головку с отверстиями 5,71 мм под давлением 50-120 кг/см. На выходе головки жгуты пастообразного гидро- геля обрезают и в виде цилиндрических гранул диаметром 5,71 мм и длиной 9,1 мм поступают в наклонный желоб, обдувают сухим аэросилом и транспортируют в камерную сушилку, Сушку гранул осуществляют при температуре 200 С в течение б ч, Во время сушки за счет синерезиса гранулы уменьшают свои размеры на 12,5 Ъ.Высушенные частицы аэросилогеля в виде механически прочных, звенящих при соударении гранул диаметром 5 мм, длиной 8 мм характеризуются следующими показателями: насыпная плотность 380 г/л, средний диаметр пор 110 А, удельная поверхность 191 м/г. Для получения крупнопористого адсорбента гранулы аэросилогеля подвергают гидротермальной обработке при температу-. ре 220 ОС и давлении 100 кг/см 2 в течение 4 ч, после чего продукт сушат и прокаливают при 900 С. Полученный адсорбент имеет средний диаметр пор 500 А, удельную поверхность 28 м 2/г,П р и м е р 2. Высокодисперсную двуокись кремния - аэросил марки А(удельная поверхность частиц 305 м /г) в количестве 100 кг загружают в электрообогреваемый эмалированный реактор с.якорной мешалкой иобрабатывают метиламином при температуре 60 С и давлении 4 кг/см 2 втечеиие 1 ч, рН водной суспензии обработанного таким образом аэросиласоставляет 7,8. После завершения об.работки остатки метиламина отдуваютинертным газом и при непрерывном перемешивании аэросила в реактор спомощью распылительной форсунки вводят 122 л дистиллированной воды.увлажненную таким образом порошкообразную смесь подают в питатель шнекового гранулятора. После экструдированияпод давлением 300-420 кг/см черезфильерную головку с отверстиями. 3,42 мм жгуты пастообразного гидрогеля обдувают порошкообразным аэросилом и подают на вращающиеся цилиндрические барабаны, где в местах соприкосновения за счет кольцевых канавокпроисходят разрезание жгута на рав-ные доли и закатка их в сферическиегранулы. Полученные гранулы транспортируют в камерную сушилку и сушатпри 250 ОС в .течение 6 ч. Высушенныечастицы аэросилогеля в виде механически прочных сферических гранулдиаметром 3 мм характеризуются следующими показателями: насыпная плотность 550 г/л, средний диаметр пор80 1, удельная поверхность 163 м/г,Гидротермальная обработка гранул притемпературе 220 С и давлении20 кг/см в течение 4 ч, а такжепоследующие сушка и отжиг при 600 Соприводят к получению адсорбента судельной поверхностью 5 ф м 2/г и средним диаметром пор 1600 А.П р и и е р 3. Высокодисперснуюдвуокись кремния - аэросил маркиА(удельная поверхность частиц178 м/г) в количестве 80 кг загружают в лопастной смеситель и при непрерывном перемешивании аэросилавводят с помощью распылительной фор. -сунки 186 л 10-ного водного раствора аммиака,рН водной суспензии обработанноготаким образом аэросила составляет7,95.Приготовленную порошкообразнуюсмесь подают в питатель гранулятора,где с помощью шнека массу под давлением 150-220 кг/см экструдируют через фильерную головку с отверстиями2,29 мм. На выходе головки жгутыпастообразного гидрогеля обрезают и.в виде цилиндрических гранул диаметром 2 мм, длиной 5,71 мм направляютв наклонный желоб, обдувают сухимаэросплом и транспортируют в камерную сушилку, Сушку гранул ведут прй350 ОС в течение 5 ч. Высушенные частицы аэросилогеля в виде механически прочных цилиндрических гранул диаметром 2 мм, длиной 5 мм характери зуются следующими показателями:насыпная плотность 420 г/л, средний диаметр пор 130 К, удельная поверхность142 м /г. Последующая гидротермаль 2ная обработка гранул аэросилогеля 10 при температуре 180 С и давлении200 кг/см в течение 4 ч приводит кполучению крупнопористого адсорбента. После сушки и прокаливания навоздухе при 900 С адсорбент имеетсредний диаметр пор 17500 Х,удельнуюповерхность 0,8 м/г,ФП р и м е р 4. Высокодисперснуюдвуокись кремния-аэросил марки А 300 20 ( Удельная поверхность частиц 305 м/г)в количестве 100 кг загружают в лопастной смеситель и при непрерывном .перемешивании аэросила вводят в мешалку с помощью распылительной форсунки 214 л 3-ного водного раствораэтилендиамина. рН водной сус.:ензииобработанного таким образом аэроси.ла составляет 8,05. После тщательного перемешивания приготовленную порошкообразную смесь подают в питательгранулятора и экструдируют черезфильерную головку с отверстиями5,71 мм под давлением 250-300 кг/смНа выходе головки жгуты пастообразного гидрогеля обдувают порошкообраз" З 5 ным аэросилом и подают на вращающиесяцилиндрические барабаны, где в местах соприкосновения за счет кольцевыхканавок происходят разрезание на равные доли и закатка их в сферические 40 гранулы. Полученные гранулы транспортируют в камерную сушилку и сушатпри 300 С в течение 5 чВысушенныечастицы аэросилогеля в виде механически прочных сферических гранул диа метром 5 мм характеризуются следующими показателями: насыпная плотность400 г/л, средний диаметр пор 90 Х,удельная поверхность 172 м/г, Последующая гидротермальная обработка гра нул аэросилогеля при температуре220 фС и давлении 60 кг/см, а такжесушка и прокаливание на воздухе при700 С приводят к получению адсорбента со средним диаметром пор 3000 А и 55 удельной поверхностью 37 мф/г.В таблице приведены сравнительныехарактеристики аэросилогелей, полу ченных известным и предлагаемым способами.3 о ц о о. х 1;б Е а о а ц Е х о о о о ч о (Ч О о . о о о Ч о Ч Ч о %о о Ч Ч Ч Ч Ю м Ю о Ч х б о к Э бХ о а э х х х а Ц 6 х ео бМ)оЭ6х М 1аэ о6 Е 1 о х а б оо о х о ца Об Хбц Лс1; о о о о м м1Ю:1,х х Э 3 Ц о И с Я ЭЭо 1 х о о а б х х н х О 1 Э б а б х 6 2 х 6 е О 1 . е :е о о С В Э Ц о Ц х о о а х о б б о о о 1к а1 ХЕМх 6цэ б аах о11. ЦХ1 11б1 б 1Х 1 ХХ61 ь аде61 1;ЭЕ-.а ЭдоОЕЦООЕоОх9,963950 10 Формула изобретения Составитель В.НазаровТехредС,Мигунова Корректор А.Ференц Редактор З.Бородкина Заказ 223/1 Тираж 509 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, по предлагаемому способу получают однородные по разме. ру, механически прочные сферические или цилиндрические гранулы аэросилогеля, которые имеют следующие характеристики: насыпная плотность 380- 550 г/л, средний диаметр пор от 80 до 20000. А, удельная поверхность.0,5-200 м/г, Гранулы формуют на простых по конструкции и высокопроизводительных установках.Аэросилогель, полученный по такому способу, обладает. широким диапазоном свойств и может найти применениев качестве адсорбента для очистки пищевых продуктов, разделения ве ществ в хроматографии, как носитель катализаторов, а также в качестве наполнителя резин, силиконовых каучуков, пластмасс.20 1. Способ получения аэросилогеля,включающий смешение аэросила с водой, 25формование частиц, сушку с последующей гидротермальной обработкой и прокалкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьааения однородностигранулометрического состава целевого продукта, аэроснл перед смешениемс водой обрабатывают аммиаком или алкиламином в газовой или жидкой фазе,формование частиц ведут экструзией,а перед сушкой полученные гранулыподвергают обдуву порошкообразнымаэросилом.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что обработку аммиаком или алкиламином в газовой фазеведут при температуре 60-250 С идавлении 0,1-4 кг/см, а в каждойфазе - 3-20-ным воднымраствором.3. Способ по п. 1, о т лфи ч а ющ и й с я тем, что смешение аэросила с водой ведут до концентрацииаэросила 20-45 вес.Ъ.Источники информации,принятые во внимание при.экспертизе1,.Патент ВеликобританииР 1352830, С 1 А, 1974.2. Авторское свидетельство СССР264369, С 01 В 33/158 197 о