Получение гидрозоля кремниевой кислоты уравнение (3 видео)

Опыт 3. Получение и коагуляция коллоидного раствора (золя) кремниевой кислоты

Коллоидный раствор возникает, если в гетерогенной системе имеются условия для образования особой частицы, называемой «мицелла». Центром мицеллы является ядро, представляющее собой ассоциат молекул нерастворимых веществ. В данном случае (см. схему 4.1) это молекулы метакремниевой (H₂SiO₃) и ортокремниевой (H₄SiO₄) кислот, образующихся в реакции, проходящей в водном растворе:

На поверхности ядра адсорбируются находящиеся в растворе в избытке частицы, которые в наибольшей степени подобны тем атомным группам, которые имеются в составе молекул, образующих ядро. В рассматриваемой реакционной системе это протоны в составе молекул HCl (см. схему 4.1). В результате этой адсорбции происходит компенсация избыточной поверхностной энергии G_пов на границе раздела фаз в системе кремниевая кислота – водный раствор HCl. Ядро вместе с адсорбционным слоем протонов образует положительно заряженный агрегат. На поверхности агрегата адсорбируется часть противоионов (в рассматриваемом случае это анионы Cl — ). При этом образуется гранула, имеющая тот же заряд, что и агрегат. Гранулы как раз и являются коллоидными частицами, которые в совокупности образуют дисперсную систему.

Оставшиеся противоионы, не вошедшие в адсорбционный слой, гидратируются водой и распределяются по всему раствору, образуя диффузный слой. Гранула вместе с диффузным слоем образуется мицеллу, которая в целом электронейтральна.

Химическая формула мицеллы, образующейся в системе, изучаемой в данном опыте, имеет следующий вид (схема 4.1):

В определенных условиях (нагревание, перемешивание, добавление других электролитов и др.) адсорбционные слои ионов на ядре частично или полностью разрушаются. В этом случае компенсация избыточной поверхностной энергии G_пов на границе раздела фаз происходит путем агрегации – слипания частиц дисперсной фазы (в проводимом опыте – частиц кремниевой кислоты). Этот процесс, приводящий к укрупнению частиц фазы без выпадения их в осадок, называется гелеобразованием (неполная коагуляция). При этом не происходит полного разрушения дисперсной системы.

Гелеобразование – процесс обратимый, и при соответствующих воздействиях на дисперсную гелеобразную систему гель можно опять превратить в коллоидный раствор (золь).

Если же укрупнение столь значительно, что под действием силы тяжести укрупненные частицы выпадают в осадок (т.е. осуществляется процесс седиментации), то происходит полное разрушение коллоидного раствора. В этом случае имеет место полная коагуляция с образованием осадка (коагулята).

Цель работы: получить представление об образовании коллоидного раствора кремниевой кислоты в воде при взаимодействии силиката натрия с избытком соляной кислоты и об условиях превращения этого золя в гель.

Используемые вещества: 37 %-ный раствор HCl; профильтрованный через стеклянный фильтр раствор силикатов натрия Na₂SiO₃ и Na₄SiO₄ (силикатного клея).

Посуда и принадлежности: пробирка на 20 см 3 , градуированная пипетка.

Методика проведения опыта.К 6 см 3 37 %-ного раствора соляной кислоты медленно прилейте при интенсивном перемешивании стеклянной палочкой 1см 3 раствора силикатного клея. Нагрейте раствор до кипения, а затем охладите. В наблюдениях отметьте, что происходило на всех стадиях опыта (при сливании, кипении, охлаждении).

– назовите и охарактеризуйте наблюдаемые Вами физико-химические явления, объясните их причину,

– отметьте, почему и как происходит в данном опыте образование золя и гелеобразование;

– объясните, почему в присутствии большого избытка воды в отсутствие HCl нерастворимые кремниевые кислоты образуют коллоидные растворы. Изобразите формулу мицеллы, образующейся в этом случае, с учетом частиц, возникающих при диссоциации кремниевой кислоты:

H₂SiO₃ H + + HSiO₃ —

Объясните, почему в ряде случаев нерастворимые или малорастворимые вещества плохо образуют осадок и их трудно отделить от растворов, например, Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Ca(OH)₂ и др.

Видео:Получение геля кремниевой кислотыСкачать

Способ получения золя кремниевой кислоты

Использование: изобретение относится. к химической промышленности. Может использоваться для производства адсорбентов и носителей катализаторов. Сущность изобретения: используют раствор силиката натрия концентрацией по окиси кремния 40- 60 г/л. Ведут электрохимическую обработку раствора при плотности тока 6-8 а/дм2 до рН в растворе 1,6-4,0. 1 табл.

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР),ъп» 4,, — „, °; . к

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4912761/26 (22) 19.02,91 (46) 30.01.93. Бюл. М 4 (71) Казанский химико-технологический институт им, С,М.Кирова (72) А.Г,Лиакумович, С.И.Агаджанян, А,А.Ламберов, Т,P.Õðàìîâà, M.B.Ãðîìîâà, О.А.Канакова и А.М,Зубков (56) Авторское свидетельство СССР

N1242469,,кл,,С 01 В 33/14, 1982.

Изобретение относится к химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для производства адсорбентов, носителей катализаторов и форм для точного литья, Наиболее близким по технической сущности и достигайчому эффекту является способ получения золя кремневой кислоты путем электрохимической обработки входного раствора силиката натрия.

В анодную камеру двухкамерного электродиализатора заливают раствор силиката натрия концентрацией по окиси кремния 10-15 г/л. В катодную камеру заливают 0,1% раствор гидроксида натрия.

Растворы циркулируют по замкнутому кон-. туру со скоростью 100-120 л/ч. Процесс проводят в две стадии: при плотности тока на первой стадии 10-15 А/дм до рН

=9,0-9,5, на второй стадии при плотности тока 2-4 А/дм до р Н=7,0. Катодное и анодное пространство разделено ионселективной мембраной.

„„5U 1791469 А1 (st>s С 25 В 1/00, С 01 В 33/141 (54) СПОСОб ПОЛУЧЕНИЯ ЗОЛЯ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ (57) Использование. изобретение относится. к химической промышленности. Может использоваться для производства адсорбентов и носителей катализаторов. Сущность изобретения: используют раствор силиката натрия концентрацией по окиси кремния 4060 г/л, Ведут электрохимическую обработку раствора при плотности тока 6-8 а/дм до рН в растворе 1,6-4,0. 1 табл.

Этот способ имеет ряд недостатков.

Так, золь кремневой кислоты после обработки имеет высокое остаточное содержание ионов натрия, высокое значение рН золы после обработки не позволяет регулировать размер частиц золя в широких пределах, В результате использования раствора силиката натрия низкой концентрации получаемый О золь кремневой кислоты необходимо концентрировать, а производительность процесса в.целом не достаточно высокая. О

Цель данного изобретения является 0 снижение содержания натрия в золе кремневой кислоты.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения золя кремневой кисло1 ты путем электрохимической обработки водного раствора силиката натрия в анодной камере диафрагменного электролизера обработку ведут раствора силиката натрия концентраЦией по окиси кремния 40-60 г/л до рН 1,6-4,0 при плотности оКа 6-8 А/дм2.

Способ заключается в том, что водный раствор силиката натрия (концентрация

10 окиси кремния вЂ” 40-60 г/л, окиси натриявЂ”

13-20 г/л) заливают в анодную камеру диафрагменного электролизера ванночного типа. В катодную камеру заливали дистиллированную воду. Электродами служат пластиныы О PTA (титановые аноды покрыты окисью рутения). Источник тока вЂ” выпрямитель ВСА-БК, Процесс ведут при плотности тока 6-8 А/дм . При достижении необходи2 мого значения рН не выключая выпрямителя сливают раствор гидрооксида натрия, образующийся в катодной камере и анализируют золь кремневой кислоты на содержание натрия методом пламенной фотометрии, Получение высокочастотного золя кремневой кислоты с низким содержанием ионов натрия осуществляется путем проведения процесса до определенного значения рН, что позволяет регулировать размеры частиц золя в широком диапазоне. Так, рекомендуемая плотность тока и концентрация силиката натрия позволяет проводить процесс до рН 1,6-4,0 не вызывая геллирования золя, образующийся в катодной камере раствор щелочи можно испольэовать для получения силиката натрия.

Для лучшего понимания сути проводим конкретные примеры осуществления способа.

Пример 1 (базовый), Силикат натрия концентрацией 3,ь подают в колонну,,наполненную ионообменной смолой КУ-28 в

Н-форме. Раствор пропускают через Н-катионит под давлением 202 кПа, При этом происходит замена ионов натрия на ионы водорода с образованием кремневой кислоты с рН=2,8-3,0 которую собирают в сборник. РегенераЦию катионита проводят 6-8;ь раствором серной кислоты. Промывные воды, содержащие сульфат натрия и серную кислоту сливают в нейтрализатор. Ионообменная смола забивается кремнегелем и растрескивается, поэтому ее регенерация является длительным и трудоемким процессом и сопровождается потерей части катионита. Конечный продукт вЂ” золь кремневой кислоты с модулем SI02/йа2О=85. Производительность установки 0,5 кг/час (в пересчете на 40;4-ный золь кремневой кислоты), Пример 2 (прототип). Процесс проводят в двухкамерном электродиализаторе.

В анодную камеру заливают раствор силиката натрия концентрацией 10 г/л по окиси кремния (Si02/Иа2О=З). В катодную камеру заливают 0,1 7 раствор гидроокиси натрия.

Растворы циркулируют по замкнутому контуру: емкость вЂ” насос вЂ” электродиализатор вЂ” емкость общей. скоростью 100-120 n/÷àc.

Процесс проводят в две стадии. На первой

55 стадии плотность тока 13,6 А/дм2, процесс проводят до достижения рН силиката натрия рН=9,55, на второй стадии плотность тока вЂ” 3,4 А/дм до достижения рН=7,0, Об2 щая продолжительность процесса 2,1 часа.

Конечный продукт вЂ” золь кремневой кислоты с pH=7,0 и модулем Si02/Na20=35.

Пример 3 (предлагаемый способ), 350 мл водного раствора силиката натрия концентрацией окись кремния вЂ” 40 г/л, окись натрия вЂ” 13 г/л заливают в анодную камеру диафрагменного электролизера. В катодную камеру заливают 350 мл дистиллированной воды. Включают источник тока, устанавливают плотность тока 6,5 А/дм, Обработку ведут до достижения рН 4 (ориентировочно 2,5-3,0 часа).

Пример ы 4-18 ведут аналогично примеру 3 изменяя время, плотность тока и концентрацию силиката натрия.

Из приведенных в таблице данных следует, что оптимальная концентрация силиката натрия составляет 40-60 г/л по окиси кремния и 13-20 г/л по окиси натрия. При использовании раствора более высокой концентрации происходит выпадение осадка окиси кремния на аноде а увеличение плотности тока более 8 А/дм не предоставляется возможным ввиду быстрого вскипания раствора.

Использование раствора силиката натрия более низкой концентрации нецелесообразно вследствии снижения производительности процесса, Уменьшение плотности тока для слабоконцентрированных растворов также вызывает выпадение осадка окиси кремния, Наиболее оптимальная плотность тока

6-8 А/дм при более высокой плотности тока

2 в концентрированных растворах происходит перегрев и вскипание раствора, на менее концентрированных уменьшаются выход по току ввиду интенсивного протекания процесса электролиза, что снижает экономические показатели процесса.

Из приведенных в таблице данных видно, что заявляемый способ позволяет;

По сравнению с прототипом; вЂ” значительно снизить содержание натрия в золе кремневой кислоты; вЂ” расширить диапазон регулирования частиц золя кремневой кислоты.

По сравнению с базовым, вЂ” снизить содер>кание натрия в золе кремневой кислоты; вЂ” исключить образование сточных вод; вЂ” работать с более концентрированными растворами силиката натрия вЂ” позволяет рсгулировать размер частиц золя.

Формула изобретения л и ч а ю шийся тем. что, с целью снижения содержания натрия в золе кремневой кислоты, используют раствор силиката натрия концентрацией по окиси кремния 40-60 г/л

5 и обработку ведут при плотности тока 6-8

А/дм до рН в растворе 1,6-4,0.

Способ получения золя кремниевой кислоты электрохимической обработкой водного раствора силиката натрия в анодной камере диафрагменного электролизера, о трНв анодной камере

Видео:Получение кремниевой кислотыСкачать

Получение гидрозоля кремниевой кислоты уравнение

Получение геля кремниевой кислоты

Кремниевая кислота – слабая кислота. Она легко выделяется из растворов солей кремниевой кислоты при действии на них более сильными кислотами. К раствору силиката натрия прильем сильно разбавленный раствор соляной кислоты. При этом кремниевая кислота выделяется не в виде осадка, а в виде геля. Раствор немного мутнеет и «застывает». При опрокидывании стакана гель не выливается.

Оборудование: стакан химический, палочка стеклянная.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы с кислотами.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.