СИЛИКАГЕЛЬ, Его получение, свойства и применение

Конструирование пористой структуры Из порошков силикагелей

Метод формирования пористых структур из ксерогелей при помощи связующих приобретает большой интерес в связи с возможностью конструирования весьма эффектив­ных в катализе бидисперсных структур катализаторов и носителей и, с другой стороны, как способ придания си - ликагелю водоустойчивости. Применение этого метода еще связывают с изысканием путей управления механическими свойствами контактов и адсорбентов — прочностью и изно­состойкостью зерен. Метод состоит в склеивании частиц заданного размера, обладающих внутренней пористостью,, с помощью связующих. При этом размолотый силикагель определенного гранулометрического состава смешивают со - связующим вручную, затем на вальцах и, наконец, в сме­сителе до получения однородной эластичной массы. Пасту формуют и сушат. Впервые применили этот метод для формирования бидисперсных структур Дзисько с сотруд­никами [243]. Они использовали в качестве связующих для склеивания частиц адсорбента гидрогель Si02 и сили­кат калия. Ими установлено, что введение в гидрогель, частиц размолотого слликагеля (размером 500—100 мк) Даже в сравнительно небольшом количестве (20%) обуслов­ливает возникновение макропор.

Структура силикагелей, полученных методом склеива­ния, рассматривается в [243] как биглобулярная, т. е. состоящая из частиц двух размеров, 50—200 А, и макро­глобул, являющихся конгломератами первых. При этом объем тонких пор определяется структурой исходных частиц, а объем и радиус крупных пор — размером и плот­ностью упаковки последних. Объем и размер крупных пор, а также общий объем пор определяются влажностью пасты; чем выше влажность пасты, тем больше общий объем пор и тем больше радиус крупных пор. Применение в качестве связующего силиката калия приводит к уменьшению по­верхности бидисперсного силикагеля вследствие исчезно­вения части тонких пор, разрушаемых силикатом.

Авторы [243] также исследовали влияние способа при­готовления бидисперсных силикагелей на их прочностные свойства. Они установили, что прочность адсорбентов за­висит от размеров твердых частиц, их содержания в пасте, влажности последней и интенсивности смешения. Образо­вание прочной структуры Дзисько объясняет возникнове­нием в процессе сушки силоксановых связей между близко расположенными гидроксильными группами геля и твер­дого силикагеля (ксерогеля).

Способ склеивания твердых частиц адсорбентов при по­мощи связующих был использован Белоцерковским 1244—• 247] для приготовления водостойких силикагелей. Извест­но [244], что одним из недостатков силикагелей промышлен­ного изготовления является их малая механическая устой­чивость по отношению к жидкой фазе. Гранулы силикагеля растрескиваются не только при полном погружении их в воду или при частичном смачивании, но и при применении их для осушки газов при цикловой работе. В последнем случае регенерация силикагеля сопровождается конден­сацией части десорбируемой воды, контакт с которой и при­водит к растрескиванию гранул.

Белоцерковский, Сасин и Плаченов [245] полагают, что разрушение гранул и зерен ксерогеля при их контакте с водой в значительной степени определяется напряжения­ми, возникающими в ксерогеле в процессе его получения при дегидратации исходного гидрогеля. Снятие основной части этих напряжений, по их мнению, может быть достиг­нуто путем тонкого измельчения ксерогеля с последующим формованием высокодисперсных частиц при помощи раз­личных связующих.

В работах [244—247] детально изучено влияние приро­ды связующего, дисперсности частиц исходного измельчен­ного силикагеля на водоустойчивость гранулированного силикагеля, его механическую прочность, динамическую активность по парам воды. В результате этих исследований выявлены оптимальные условия получения водоустойчи­вого гранулированного механически прочного силикагеля формованием тонкодиспергированных частиц с помощью различных связующих (А1203, вводимого в формируемую массу в виде основных солей или переосажденной гидро­окиси алюминия, пептизированной азотной кислотой, и тон­кодисперсного кремнезема, вводимого в виде золя кремне­кислоты). Как показано [243], применение в качестве свя­зующего водного и спиртоводного золя кремневой кислоты приводит к формированию структур, характеризующихся наличием двух максимумов. Первый из них свидетельст­вует о наличии в образцах макропор (промежутков между формируемыми дисперсными частицами силикагелей); вто­рой является вкладом пористой структуры самого связу­ющего и промежутков между связующим и частицами. С повышением дисперсности исходных порошков первый максимум смещается в сторону меньших размеров. Увели­чение содержания А1203 — связующего приводит к умень­шению объема макропор и к повышению механической прочности силикагелей.

Адсорбенты, полученные по методу склеивания, обычно характеризуются большой прочностью, которая тем выше, чем выше степень измельчения исходного адсорбента до склеивания. Прочность таких адсорбентов зависит от числа контактов между частицами [248, 249].