Получение аморфного тонкодисперсного кремнезема из природных гидротермальных растворов

• Автор: Сердан, Анхель Анхелевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Получение, свойства и промышленное использование

аморфных кремнеземов

1.1. Поли конденсация кремниевых кислот и образование коллоидного кремнезма.

1.2. Методы извлечения кремнезема и получения его водных золей

и гелей из природных гидротермальных растворов.

1.3. Основные области промышленного использования аморфных кремнеземов.

1.4. Физикохимические свойства аморфных кремнеземов

и методы их исследования.

1.4.1. Исследование кинетики полимеризации мономерного кремне

зема и образования коллоидных частиц в гидротермальном растворе.
1.4.2. Измерение размеров коллоидных частиц
в гидротермальном растворе методом .
динамического светорассеяния.
1.4.3. Изучение физикохимических характеристик твердых отложений коллоидного кремнезема другими физикохимическими методами
ГЛАВА 2. Получение аморфного тонкодисперсного кремнезма АТК из
гидротермальных растворов
2.1. Эксперименты по изучению кинетики поликонденсации ортокремниевой кислоты в гидротермальных растворах
2.2. Определение размеров коллоидных частиц кремнезма методом фотонной корреляционной спектроскопии.
2.3. Мембранное концентрирование гидротермальных растворов и получение водных золей кремнезема.
2.4. Выделение порошков геотермального кремнезма криохимическими методами
2.5. Изучение зольгель перехода гидротермального кремнезема
2.6. Использование аморфного тонко дисперсного кремнезма для низкотемпературного отверждения жидких радиоактивных отходов
ГЛАВА 3. Физикохимические свойств кремнезема, осажденного из гидро
термального раствора.
3.1. Определение числа силанольных групп с помощью данных, полученных адсорбционными и термогравиметрическими измерениями.
3.2. Адсорбционные измерения структурногеометрических характеристик порошков геотермального кремнезема.
3.3. Определение объема микро и мезопор эксикаторный метод
ГЛАВА 4. Использование порошков кремнезема как сорбентов для очистки воды от нефтепродуктов
4.1. Модифицирование поверхности порошков кремнезема хлорсиланами.
4.2. Эксперименты по удалению из воды нефтепродуктов с использованием сорбентов на основе порошков аморфного кремнезема, полученного из гидротермального раствора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Поликонденсация кремниевых кислот подтверждена экспериментальными данными, полученными различными методами: криоскопией, вискозиметрией, эксклюзионной хроматографией, све-торассеянием, спектроскопией ‘ Si-ядерного магнитного резонанса и т. Представления о кинетике поликонденсации, оформившиеся в литературе, основаны на кинетических закономерностях гелеобразования [8]. Si-OR + Н -> =Si-OH + ROH (1. Si-OR + =Si-OH =Si-0-Si= + ROH (1. Si-OH + =Si-OH =Si-0-Si= + H (1. Na2Si + 3H -> Si(OH)4 + 2NaOH (1. Метакремниевая (монокремниевая) кислота - слабая и может существовать лишь в разбавленных растворах при концентрациях <0,1 г/л в области pH от 1,0 до 8,0. Выделяющаяся в результате реакции гидролиза кремниевая кислота содержит в своем составе силанольные группы (=Si-OH), конденсирующиеся с образованием силоксановых связей (=Si-0-Si=). НО——ОН + (НО——ОН)п -> НО—8ь(—О—)„—ОН + ПН (1. Поскольку все четыре функциональные ОН-группы ортокремниевой кислоты равноправны, то могут образовываться линейные, разветвленные, циклические, поликремниевые кислоты и кислоты смешанной структуры. Большое число экспериментальных исследований показало, что скорость поликон-денсации сильно зависит от pH системы, но имеющиеся в литературе данные по влиянию pH на скорость поликонденсации противоречивы [3]. Скорость минимальна в области pH 2-3, при pH < 2 реакция ускоряется ионами Н‘, а при pH > 3 ОН-ионы катализируют реакцию поли конденсации. Скорость процесса при pH 6,0 примерно в 0 раз больше, чем при pH 4,0. Данные по зависимости скорости пол и конденсации от pH в щелочной области различаются, гак как при pH > 8,0 растворимость самого кремнезема заметно растет. Величина pH, соответствующая минимальной скорости поликонденсации, зависит от температуры: при 9°С минимум скорости приходится на pH 3,2, при -°С - на pH 1,8, а при °С он смещается в область pH < 1,0 [8]. Ортокремпиевая кислота имеет следующие константы диссоциации: ? О*, ? Г', /д<'. И по первой, и по второй константе диссоциации ортокремниевая кислота слабее угольной Н:С (? Этим можно объяснить то, что углекислый газ в присутствии воды разрушает силикаты при комнатной температуре, однако, с ростом температуры уже силикаты разлагают карбонаты. Природные кремниевые кислоты образуются в зонах высокотемпературных аномалий земной коры в результате взаимодействия воды с алюмосиликатиыми породами при температуре 0-0°С и высоком давлении, зависящем от глубины залегания пласта и его температуры. Обстоятельный обзор работ по исследованию механизма образования золей и гелей кремнезема дан в книге Неймарка и Шейнфайн [9]. Золь кремниевой кислоты получают различными способами: взаимодействием щелочного силиката с кислотами или кислыми солями [-], гидролизом четыреххлористого кремния [-], омылением метилового или этилового эфиров кремниевой кислоты [, ], окислением силана 8И* озоном в водном растворе [, ], электролизом щелочных силикатов [-] и пропусканием водного раствора силиката натрия через колонку, заполненную катионитом в водородной форме [-1. Все эти методы, за исключением первого, применяются, главным образом, в лабораторных условиях. Мировая промышленность в основном изготовляет силикагель из растворимого стекла действием на него серной кислоты. Первой стадией процесса, независимо от способа приготовления, является образование истинного раствора кремниевых кислот [, -]. Затем простые кремниевые кислоты конденсируются до поликремниевых кислот, молекулярный вес которых постепенно увеличивается. Развитие процесса полимеризации приводит к образованию коллоидного раствора [ , , -]. Укрупнение молекул кремниевой кислоты многими исследователями трактуется как процесс полимеризации. По поводу механизма протекания указанного процесса существует много мнений [3, ]. Авторы сходятся на том, что первоначально образовавшиеся молекулы (ОН)4 укрупняются благодаря процессу конденсации вплоть до застудневания. Ьерестнева, Каргин и сотр. По данным этих авторов, в свежеприготовленном золе, где заведомо преобладает кремниевая кислота в виде истинного раствора, на снимке электронного микроскопа нельзя различить какие-либо частицы или агрегаты БКЬ.