ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

# Метод неполного растворения

Метод приложим к кремнеземным порошкам низкой плот­ности со значениями удельных поверхностей в области 60— 400 м2/г. Александер, Айлер и Уолтер [197] подробно показали способ, посредством которого 1 г кремнеземных частиц суспен­дируют в 100 мл воды при 50°С при поддержании рН в интер­вале 11,0—11,5 и непрерывном добавлении 1 н. раствора NaOH. Мутность суспензии измеряют достаточно часто путем про­пускания пучка света с длиной волны 400 нм через образец толщиной 1 см. Одновременно измеряют количество раство­ренного мономерного кремнезема, отбирая порции образцов объемом 0,1 мл и исследуя их кремнеземно-молибдатным мето­дом. Суммарный кремнезем измеряется в суспензии посред­ством добавления щелочи NaOH, содержание кот-орой доводят до 0,5 н., после чего смесь нагревают в течение 2 ч в сосуде (из нержавеющей стали), устойчивом к щелочи. Анализ вы­полняется тем же методом.

Если процентное содержание растворенного кремнезема вычерчивают как функцию процента светопропускания, то на графике наблюдается точка перегиба. Она показывает то среднее количество кремнезема, которое должно раствориться, чтобы первичные частицы, составляющие агрегат, стали дис­персными. Как можно видеть из рис. 5.15, две сросшиеся сферы радиусом гр не будут распадаться при равномерном растворе­нии кремнезема с поверхности до тех пор, пока толщина рас­творенного слоя не станет равной радиусу поперечного сечения шейки гп - Коэффициент коалесценции С в таком случае удобно определять как ту долю кремнезема от его суммарного коли­чества, которая растворилась к моменту, когда скорость дис­пергирования агрегатов частиц достигает максимума:

Г— 1 (гр~Г*)3 L ~ 1 О)3

Г„ = гр[1-(1-С)1/3] "

Например, когда С = 0,5, то гп составляет 20% величины радиуса частицы; при С = 0,75 г„ равно 37 % радиуса частицы.

Данный метод был использован применительно к осадку, состоящему из кремнеземных частиц. радиусом около 12 нм. Такой осадок имел коэффициент коалесценции С = 0,47, из которого было вычислено ГпІГр — 0,19 и Гп = 2,3 нм. Добавляе­мый кремнезем осаждался на исходной кремнеземной суспен­зии до тех пор, пока отношение добавляемого кремнезема к исходному не составило 2:1. При этом радиус исходной частицы должен был возрасти в 31/э раза, или до значения 17,5 нм (размер частиц, определяемый из величины удельной поверхности, был равен 16,5 нм). Образец имел измеримую величину коэффициента коалесценции С = 0,69, г„/гр== 0,32 и гп — 5,3 нм. Добавление кремнезема продолжали вплоть до получения соотношения, равного 4 ч. осажденного кремнезема на 1 ч. исходного. Вновь определялись радиус частицы и сте­пень коалесценции. Полученные данные суммированны и при­ведены ниже:

Можно видеть, что приращение радиуса частицы оказы­вается примерно равным приращению радиуса перешейка. Однако последняя величина должна была бы нарастать более интенсивно по сравнению с нарастанием на частице. Возможно, что осаждение кремнезема идет более быстро на открытой поверхности частиц, чем в расщелинах около шейки.

Данный метод также представляет возможность прослежи­вать за спеканием относительно больших коллоидных сфери­ческих частиц кремнезема радиусом 50 нм при нагревании их в течение часа на воздухе при повышенной температуре. Были получены следующие данные:

Температура, Коэффициент г , нм Константа

T, °С коалесценции, 0,025 (Т-150)/г„

TOC \o "1-3" \h \z С "

200 0,06 2 0,65

300 0,11 3,8 1,00

400 0,17 6,0 1,05

600 0,28 10,4 1,09

800 0,43 17,1 0,95

1000 0,53 22,2 0,96

Как отмечалось выше, радиус шеек по необъяснимым при­чинам возрастает пропорционально разности (Т—150).

Механическая прочность агрегатов

Другую возможность для сравнения коалесценции частиц в структурах силикагелей, имеющих одинаковый размер частиц и их упаковку, дает измерение механической прочности. Мейснер, Михаэле и Кайзер [130] вывели уравнения для определения прочности агрегатов сферических частиц с дан­ным координационным числом п и с заданной силой сцепления между сферами. На основании общего уравнения, связываю­щего координационное число с объемной долей твердого вещества в образце, ими было выведено следующее уравнение для расчёта прочности на раздавливание:

PD~2 = Кф ехр (7,2ф)

Где Р — раздавливающая нагрузка; D — диаметр агломерата; ф — доля от общего объема, занимаемая сферами; К — кон­станта, являющаяся функцией диаметра сферических частиц и прочности сцепления между двумя частицами. Обращалось внимание на очень быстрое понижение прочности в ряду образ­цов со все более открытыми упаковками при условии, что все другие факторы останутся неизменными.

Пористость, см3/см5 Относительная прочность

Силикагеля

0,26 а 100

0,30 71

0,56 12

0,6 5

А Плотная регулярная упаковка.

Б Открытая упаковка.

Уравнение, адекватное написанному, характеризует проч­ность агломератов, состоящих из тонкодисперсных частиц оксида цинка при значении объемной пористости 0,5—0,7.