Электродиализ
Коллоидный кремнезем приготовляется различными способами, в том числе электродиализом, посредством которого ионы натрия удаляются из раствора силиката натрия и образуется
3 Заказ № 250
Золь. Такие способы были рассмотрены в обзоре Айлера [8], но ни в одном случае не получался устойчивый продукт. Санчез [87] и Айлер [88] запатентовали способы элёктродиализа раствора силиката щелочного металла с непрерывным удалением катионов вплоть до получения золя.
Электродиализ может в конечном счете заменять ионный обмен при приготовлении коммерческих' золей, так как щелочь, кислород и водород можно регенерировать, и, следовательно, необходимо удалять гораздо меньшее количество отработанной воды.
В способе, предложенном Айлером, используются три камеры. Раствор серной кислоты циркулирует вокруг свинцового анода в анодной камере. В катодной камере, в которой производится гидроксид натрия, щелочь циркулирует вокруг катода, сделанного из стали. Камеры располагаются с противоположных сторон двух параллельных, близко расположенных катионообмен- ных мембран, между которыми раствор, используемый в данном способе, быстро циркулирует при температуре 60—90°С. Такой раствор представляет собой золь кремнезема, содержащий приблизительно 0,05 н. Na2S04, добавляемого в качестве проводящего или дополнительного электролита. Раствор силиката натрия добавляется во вкодящий поток с целью повышения рН до 9,5. Плотность потока и скорость его течения регулируются таким образом, чтобы на выходе потока из ячейки значение рН не было ниже 8. Выделяемый в свободном состоя-, нии кремнезем осаждается на частицах кремнезема, которые таким образом растут до желаемого размера. С помощью такого способа можно непосредственно приготовлять 25%-ный'золь кремнезема с частицами размером 15 нм. После этого электролит удаляется ионным обменом, устанавливается значение рН, необходимое для оптимальной устойчивости золя, и золь концентрируется до содержания 30—50 % Si02.
При таком способе кислота по существу не расходуется, за исключением небольшого ее количества, требуемого в начале каждой очередной загрузки для нейтрализации разбавленного раствора силиката натрия (0,5 % Si02) до рН 9 при температуре 60—90°С и получения зародышей кремнезема для инициирования процесса. Чтобы свести к минимуму расход энергии и избежать отложений кремнезема между мембранами, зазор между ними должен быть небольшим и равномерным. Вода добавляется в анодную камеру, после чего она медленно подается в катодную камеру, из которой постоянно отбирается раствор гидроксида натрия. Анолит и католит циркулируют от соответствующей электродной камеры по направлению к разделяющим перегородкам для удаления таких газов, как кислород и водород.
Был запатентован способ [89], в котором для удаления натрия из силиката натрия применяется ртутный катод. Никакого дополнительного электролита в этом случае не используется, так что, по мере того как щелочь расходуется, вследствие высокого электрического сопротивления золя требуется повышение затрачиваемой мощности. Было предложено [90] трехкамерное устройство с использованием ионообменных мембран для приготовления золей методом электродиализа. Здесь также никакого дополнительного электролита не использовалось. Конечный золь имел рН 2—3.
В разновидности электролитического процесса, запатентованной Триппом [91], используется растворение кремниевого анода в спирте, в котором содержится катализатор — соль металла (такая, например, как сульфат меди), необходимая для получения кремнеземного органозоля.
При исследовании переноса кремнезема через мембраны в процессе электродиализа Боари и др. [92] обнаружили, что никакого переноса или осаждения кремнезема не происходит до тех пор, пока рН соответствует значениям, при которых могут существовать ионы HSiO^. Это согласуется с наблюдениями [88], указывающими на то, что электродиализ необходимо выполнять при рН<9,5 для того, чтобы не осаждать кремнезем на мембране.
