Способ получения гранулированного силикагеля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А зюсо)В 3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2.,что осажден ров силикато концентрацие моль/л. п.1,отл Спосо по ичае геля щелоч- оксида и с я теиз раствоталлов ся 0,5-1,Способ пос я тем,ведут к кремн3 грануляцию силирануляцией,щи и ка гел ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ 4(71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им, С.М. Кирова и Всесоюзный научно-исследовательский институт люминофоров и особо чистых веществ(56) 1. Давидянц А,А Первушин Н,И е)роизводство катализаторов крекинга и высокоактивных силикагелей . М., "Химия", 1972, с. 21-30.2. Авторское свидетельство СССР И 191494, кл. С 01 В 33/16, 1967. ТБЦ 1 (57 ) 1 . СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРЯНУЛИ , РОВАННОГО СИ.1)ИКАГЕЛЯ, включающий,.Б(.)10494 осаждение из растворов силикатовщелочных металлов кислотным реагентом, отмывку геля, его грануляциюи обезвоживание, о т л и ч а ю "щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа, повышения водостойкости, механической прочности и ионообменной емкости, осаждение геляпроводят при молярном соотношениимежду кислотным реагентом и щелочьюсодержащейся в исходном растворе силиката, равном 0,8-0,9.1 10 ч 9Изобретение относитсся к технологии получения силикагелей, применяемых в качестве сорбентов для очисткии разделения газов, паров и .жидкостей,катализаторов и носителей катализаторов, а также ионообменников дляконцентрирования и разделения катионов и очистки растворов.Известен способ получения силикагеля, включающий осаждение геляпутем спивания растворов силикатовщелоцных металлов с кислотными реагентами, выдерживание геля несколько десятков часов для созревания .и формирования структуры, длительнуюотмывку от электролитов., модифицирование либо кислотными реагентамидля получения микропористых сорбентов, либо солями жесткости, илираствором сульфата натрия для 20полуцения крупнопористых силикагелей, повторную отмывку, грануляциюи обезвоживание 1 1Недостатками данного способаявляются многостадийность длительность, в особенности процессов синерезиса, модифицирования и отмывкистуднеобразных гелей, громоздкостьи сложность аппаратурного оформления, большой объем промывных вод, зозначительный расход кислотых реаген"тов и реагентов-модификаторов.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способ З 5получения силикагеля, Включающий.осаждение из раствора силиката щелочного металла аммонийной сольюсильной кислоты при мольном отношении 2:1 отношению к щелочи в 4 Оисходном растворе и постоянном рНот 1 до 10 с последующим сгущениемполученного геля промывкой до отсутствия ионов МОЗобменом ионов натрияна ионы аммония путем выдерживанияф 5геля в растворах солей аммония,повторной фильтрацией и промывкойдо отсутствия ионов МО, сгущениеми репептизацией путем механическойобработки в смесипьной машине или 50на вальцах. Постоянное значение рНпри осаждении поддерживается путемодновременного введения растворовсиликата щелочного металла и кислоты в раствор аммонийной соли сильной 55кислоты 23Недостатками известного способаявляются сложность, малая водостойкость, механицеская прочность и ионообменная емкость получаемых силикагелей.Целью изобретения является упрощение способа, повышение водостойкости, механической прочности и ионо-. обменной емкости силикагеля.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему осаждение иэ растворов силикатов щелочных металлов кислотным реагентом, отмывку геля, его грануляцию и обезвоживание, осаждение. геля проводят иэ растворов силикатов щелочных металлов с концентрацией оксида кремния 0,5-1,0 моль/л при молярном соотношении между кислотным реагентом и щелочью, содержащейся в исходном растворе силиката равном 0,8-09Грануляцию силикагеля проводят криогрануляцией,Сущность способа заключается вследующем,Силикагель получают осаждениемгеля иэ растворов силикатов щелочных металлов, в том числе жидкогостекла, с концентрацией оксида креиния 0,5- 1,0 моль/л кислотными реагентами при молярном отношении.последних к щелочи, содержащейсяв исходном растворе 0,8-0,9):1,В качестве кислотных реагентов ис использует растворы минеральныхи карбоновых кислот, хлористый илиазотнокислый аммоний, или оксидуглерода, Полуценный осадокотмывают путем 5 - 7 репульпаций,отстаиваний и декантаций за 6090 мин. Отмытый гель сгущают на фильтре, гранулируют и обеэвоживают,Технологические параметры процесса объясняются следующим. Пределпо концентрации исходного сипикатащелочного металла обусловлен тем,что при концентрации меньше0,5 моль/л гель Формируется оченьмедленно с малым выходом основногопродукта, при концентрации выше1 моль/л коллоидные частицы в моментспивания реагентов слипаются в плотный гель, который трудно гомогенизировать, кроме того, ухудшаются механические характеристики ксерогеля.Установлено, что концентрация,кислотных реагентов не должна превышать 4 моль/л, при более высокихконцентрациях затрудняется гомоге9424 4Е 9: А- С (1 - ),Е Ч:А"- С(1 п А + сС (1 -гп),где коэтрфицйенты Ы в каждом уравнении учитывают изменение укаэанныхпараметров эа счет остаточной щелочности и, как следствие, сорбции одно"валетных катионов гелем, и зависят 25 П р и м е р 1 . Гель получают осаждением иэ 20 л раствора силиката натрия с концентрацией оксида:кремния 0,5 моль/л, 3,8 л 4 моль/л азотной кислоты (мольное отношение 0,76:1 ), Гель после "созревания" в течение 1,5 ч отмывают от электролита путем 5 репульпаций, отстаиваний и декантаций, сгущают, гранули,руют замораживанием и обеэвоживает, 5 Содержание захваченного при синтезенатрия составляет 2,32 моль/г, объем пор по бенэолу 0,443 смЗ/г, координационное число 5,5.П р и м е р 2 . К 300 мл раэбавленного жидкого стекла с концентрацией оксида кремния 0,75 моль/л добавляют рассчитанное по мольному 3 104низация реакционной смеси, Верхнийпредел вводимого кислотного реагентаобусловлен проявлением более высокойпо сравнению с прототигюм ионообмен-.ной емкости по захваченному присинтезе натрию (1,51 ;. моль/г), механической прочности и водоустой-чивости ( координационное число 6,.0 )..По иере уменьшения мольного отношения растет ионообменная емкостьпо сумме одновалентных катионов,водоустойчивость и механическая прочность, но вместе с тем уменьшается.степень, осаждения 602 в гель . Примольном отношении меньшем 0,8:1,0,наблюдается снижение всех характеристик сорбента, а степень осаждения510 в гель составляет порядка 40 Ф.Количество промывок установленоопытным путем и позволяет снизитьконцентрацию электролитов в гелев 30-120 раз.Силикагели, получаемые-по предлагаемому способу, обладают повышеннойионообменной емкостью (1,512; 32 моль/г ) по захваченным при син"тезе ионам натрия и аммония, а,значит, более высокоэективныкак ионообменники по сравнению ссиликагелями, гюлученными по известному способу. Высокая водоустойчивостьи механическая прочность силикагеля,.обусловленные числом контактов частиц в скелетегеля (4,3-7,1) расши;ря 1 бт вОзможности их исгюльэоввнияв водных растворах,Изменяя количество введенногокислотного реагента пт в диапазонерекомендуемых отношений, способпозволяет регулировать параметрыпористой структуры сорбента: удельнуюповерхность 5, объем пор Ч, координационное число и;Эти величины зависят от количества кислотного реагента, выраженногов мольных долях от теоретически .45. необходимого для полной нейтрализации щелочи, из раствора с одинаковой концентрацией силиката щелочного металла, одного и того жереагента-осадителя при, постояннойего концентрации следующим образом от концентрации силиката, природы и концентрации кислотного реагента, константы распределения одновалентных катионов между раствором и гелем, Константы уравнений Л, А 2 и А имеют вполне определенный Физический смысл и могут быть выражены соответственно как 0(г 5 о , Чо , т . Значенияос индексом "ноль" соответствуют обозначению параметров сорбентов, осажденных при стехиометрическом отношении кислотного реагента к щелочи, т,е. при ю1,Приведеннь,е зависимости позволяют планировать получение сорбентов с заданными свойствами. отношению 0,79:1 количество указанного в табл. 1 кислотного реагента. В течение 5-7 мин выпадают гели, которые после "созревания" 40 мин отмывают от электролитов путем 6 репульпаций, отстаиваний и деканта" ций и ставят на промораживание прио-8 С. После оттаивания и обезвоживания сорбенты имеют характеристики приведенные в табл. 1.Кислотныйреагент,его концентрация Содержание1 Ч а .(Ч Нмоль/г Координационное число Объем порпо бенэолу.мЗ/ 9097 (1 7 Ма ++НМО 1:1 Р р и м е р 3 . Осаждают гель кремневой кислоты из раствора жидкого стекла с концентрацией оксида кремния 1 моль/л рассчитанным по мольному отношению кислотного реагента к щелочи 09:1 количеством 4 моль/л ИНЧО. Выпавший гель отмывают, сгущают и высушивают при 20 С.о Содержание эахваценных при синтезе 40 катионов натрия и аммония составляет 2, 1 моль/г (1,57 Ма + + 0,3 МН), абем пор по бвнзолу 0,47 см/г координационное число 5,7, степень осаждения 502 94,1 Ф. 45П р и м е р 4, Силикагель получают пропусканием углекислого газа со скоростью 20 мл/мин через 300 мл разбавленного жид кого сте кла с кон-. центрацией оксида кремния 0,8 моль/л 50 в течение 1 ч (мольное отношение кислотного к щелочи 0,75:1 ). Раст - вор с рН 11,9 гелирует по истечении 20 ч, гель подвергают 7-и промывкам грануляции замораживанием и обез воживанию. Содержание сорбированного натрия составляет 1,6 моль/г, объем пор по бензолу 0,435 см" /г, координаИзвест- .ный способ 1 И МН МО + ционное число 5,8, степень осаждения 502 65,7/,П р и м е р 5 . С целью установления возможности регулирования пористой структуры сорбента производят осаждение иэ 1 л 0,5 М раствора сили ката натрия при переменном мольном отношении кислотного реагента к щелочи, энацения которого приведены в табл. 2, В качестве кислотного реагента используют раствор 2 моль/л НМО. Полученные гели после 6 отмывок водой сгущают на фильтре и гранулируют замораживанием при -10 После обезвоживания получают продукты со свойствами, приведенными в табл. 2. В серии образцов 1-4 получены следующие зависимости параметров сорбента от количества кислотного реагента ЕВ:Е 400 - 2,5 (1 -и), ЕЧ=Е;0,708 - 2,5( -и),п = 4,6 + 14 (1 -гп).физико-химические свойства силикагелей, отличающихся количеством кислотного осадителя (азотной кислоты) при синтезе приведены в табл. 2,Ю СО ло лл1049424 10 Составитель И. НаваровРедактор П. Коссей Техред Ж,Кастелевич Корректор Л. Патай ЮЗаказ 8343/22 Тираж 471 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул . Проектная,Приведенные примеры показывают, что силикагели, получаемые по предлагаемому способу, отличаются более высокой ионообменной емкостью, водо- стойкостью и механической прочностью, что расширяет возможности их исполь-. эования в качестве высокоэффективного ионообменника для очистки технологических растворов от ионов поливалентных металлов, носителя катализа" 5 торов,адсорбента для разделения и очи, стки газов, паров и жидкостей.