BE1010338A3 - Procede de fabrication de gel de silice. - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication de gel de silice, selon lequel on prépare un sol de silice, on gélifie ce sol, on récupère les particules de silice et on les soumet à un traitement thermique, caractérisé en ce qu'on prépare le sol de silice en milieu métastable, c'est-à-dire à un pH entre 8,5 et 10,5 et en ce qu'on règle la gélification en ajoutant avant celle-ci une quantité d'acide silicique et une quantité de silicate de potassium.

Description

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  Procédé de fabrication de gel de silice. L'invention concerne un procédé de fabrication de gel de silice, selon lequel on prépare un sol de silice, on gélifie ce sol, on récupère les particules de silice et on les soumet à un traitement thermique, par exemple à une température entre 600 et   800 C.   



  Un procédé pour la fabrication de gel de silice avec des particules micro-sphériques à partir d'un sol de silice est décrit dans US-A-4.554. 211. Selon ce procédé, une émulsion de sol de silice et de silicate de soude dans du benzène, et comprenant du stéarate de sorbitan en tant qu'agent émulsifiant, est gélifiée à l'aide d'acides organiques, ce qui constitue un désavantage pour l'utilisation du gel de silice en chromatographie. 



  Les produits de départ sont constitués de particules colloïdales très petites et lors de la gélification une sédimentation aussi bien du sol de silice que du silicate de soude a lieu. Ceci donne des résultats non reproductibles. 



  En outre, les particules micro-sphériques du gel de silice ainsi obtenues ont une grandeur de 3 à 20 micromètres et 
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 o une surface spécifique élevée entre 1000 et 1400 m2/g, limitant ainsi leur utilisation comme adsorbant pour la chromatographie. 



  Un autre procédé de fabrication de gel de silice à partir de sol de silice est décrit dans le certificat d'auteur de l'URSS no. 1.174. 376. 

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  La croissance des particules colloïdales au cours de la synthèse du sol de silice a cependant lieu dans la région labile, à un pH inférieur à 8,5 et allant jusqu'à 6,7. Dans cette région, la création de nouveaux centres de croissance est privilégiée par rapport à la croissance des particules colloïdales disponibles, ce qui résulte en des caractéristiques structurelles imprévisibles du gel de silice. 



  L'invention a pour but un procédé de fabrication de gel de silice évitant les désavantages susdits et permettant d'obtenir un gel de silice avec des caractéristiques structurelles reproductibles et qui est particulièrement efficace comme adsorbant pour la chromatographie. 



  Ce but est atteint par le fait qu'on prépare le sol en milieu métastable,   c'est-à-dire   à un pH entre 8,5 et 10,5 et on règle la gélification en ajoutant avant celle-ci une quantité d'acide silicique et une quantité de silicate de potassium. 



  La croissance se fait sur des centres de croissance disponibles. 



  L'addition d'acide silicique influence favorablement la durée de la gélification et permet d'obtenir du gel de silice dont les particules ont un volume de pores plus   élévé   qu'avec des procédés connus. 



  L'addition de silicate de potassium permet de réduire encore le temps requis pour la gélification et permet de compenser la diminution du pH due à l'addition de l'acide silicique. 

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 Pour plus de clarté, quelques exemples de réalisation d'un procédé de fabrication de gel de silice selon l'invention seront décrits ci-après à titre illustratif et non restrictif. 



  Pour fabriquer du gel de silice selon l'invention on prépare un sol de silice par un procédé connu, par exemple en ajoutant de l'acide silicique à de l'hydroxyde de sodium et en évaporant le solvant sous vide, mais en prenant soin de demeurer dans la région métastable,   c'est-à-dire   en s'assurant que le pH du sol est situé entre 8,5 et 10,5. 



  En ajustant le pH dans la plage susdite, la croissance des centres de croissance disponibles est privilégiée par rapport à la formation de nouveaux centres de croissance. 



  En partant d'un sol de silice ayant des particules de 6 à 15 nm on peut ainsi obtenir un sol de silice ayant des particules colloïdales de 20 nm et plus. 



  Ainsi des particules de gel de silice, irrégulières ou microsphériques, ayant les dimensions requises pour l'application en chromatographie pourront être obtenues. 



  On gélifie ensuite ce sol de silice, éventuellement après émulsification, selon une manière connue en soi, par exemple en ajoutant de l'acide, comme de l'acide nitrique, ou une solution de nitrate d'ammonium. 



  Selon l'invention on règle la gélification en ajoutant avant le début de celle-ci une quantité d'acide polysilicique et une quantité de silicate de potassium. 



  L'addition d'acide silicique a pour résultat que la gélification est plus rapide, de quelques minutes à 

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 quelques heures et donne des particules ayant un volume de pores plus élevé que celui obtenu par les procédés connus, plus particulièrement de 0,75 à 1    cm3/g   au lieu de 0,45 à 0,6    mm/g.   



  On ajoute de préférence jusqu'à 15 % en poids d'acide polysilicique sur base de   Spi02.   



  L'addition de silicate de potassium permet de réduire le temps de la gélification à des minutes et permet de réajuster le pH qui a diminué dû à l'addition de l'acide silicique. En effet, par l'addition de l'acide silicique, le sol peut sortir de la région métastable et la croissance des particules deviendrait incontrollable. 



  Le système sol de silice-acide silicique étant dans la plage acide, l'addition de silicate de potassium augmente le pH, de préférence jusqu'au moins 8, par exemple jusqu'à 8 ou 8,5. 



  Malgré que la gélification ait ainsi lieu rapidement, des hydrogels homogènes sont obtenus et des gels de silice avec des caractéristiques et surtout une porosité reproductibles peuvent être obtenus. 



  Après la gélification, l'hydrogel obtenu est traité de manière usuelle, c'est-à-dire l'hydrogel est soumis à un vieillissement, séparé du liquide, additionné d'eau chaude ou d'un solvent, filtré, éventuellement lavé et filtré à nouveau, séché et soumis à un traitement thermique à plus de   600 C.   



  Le gel de silice ainsi préparé possède des caractéristiques structurelles reproductibles et est particulièrement apte à être utilisé comme adsorbant en chromatographie. 

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  L'invention sera illustrée par les exemples suivants : A. Exemples de préparation du sol de silice avec des particules ayant les dimensions désirées. 



  Exemple 1. 



  Dans un appareil d'évaporation sous vide, 10 1 d'acide polysilicique, obtenu par échange d'ions à partir de silicate de sodium, et ayant un pH de 2,4 à 2,8 et une concentration de 3,5 % en poids sur base de Sic, ont été ajoutés avec un débit de 2 l/h à 5 1 d'une solution d'hydroxyde de sodium de normalité 0,035 (pH 12,5). 



  Ce procédé a eu lieu à une température de   80 C   et en évaporant 2 1 d'eau par heure. 



  La dimension moyenne des particules de sol de silice obtenues était de 8 nm, la concentration sur base de   Six 2   était de 7% et le pH était de 8,5. 



  Exemple 2. 



  L'exemple 1 a été répété mais avec 5 1 d'acide polysilicique. Après addition de ces 5 1, d'abord    15 ml   d'hydroxyde de sodium avec une normalité 1, ont été ajoutés et ensuite, avec un débit de 2   l/h,   2,5 1 d'acide silicique. 



  Ces deux derniers pas ont été répétés jusqu'à une addition totale de 20 1 d'acide polysilicique. L'addition 

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 d'hydroxyde de sodium a maintenu le pH dans la région métastable. 



  Le sol de silice obtenu comme produit intermédiaire avait un pH de 8,5 et les particules avaient une dimension moyenne de 11,5 nm et étaient présentes en une concentration de 14 % en poids sur base de   Spi02.   



  Exemples 3 et 4. 



  L'exemple 2 a été répété mais au cours de la production du sol de silice, le pH a été maintenu au-dessus de 9, respectivement 9,25. La dimension moyenne des particules était de 13 nm, respectivement 15 nm. 



  Exemple 5. 



  L'exemple 2 a été répété, mais au lieu d'hydroxyde de sodium de normalité 0,35, un sol de silice d'une concentration de 2,5 % en poids sur base de   Six 29 formant   les centres de croissance, a été ajouté. 



  Après avoir été épaissi 8 fois, ce sol de silice avait des particules d'une dimension moyenne de 13,5, 20,25 ou même 30 nm. 

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 B. Préparation du gel de silice avec régulation de la gélation. 



  Exemple 6. 



  Un sol de silice a été préparé selon l'exemple 2. 



  4 1 d'acide polysilicique à   aloe,   dont le pH avait été réduit à 1, 5 à l'aide d'acide nitrique de normalité 1, a été ajouté à 5 1 du sol de silice susdit, tandis que de l'eau était évaporée avec un debit de 2   l/h.   



  A la fin, le pH a diminué jusqu'à 4 et le tout a été maintenu ainsi pendant 50 min. 



  Ensuite, le pH du sol de silice a été porté à 8 à l'aide de silicate de potassium   (Si02/K20=3,   4 et ayant une concentration de 20% sur base de   Spi02).   



  De l'acide nitrique de normalité 1, a été ajouté ce qui a réduit le pH à 6, et la gélification a eu lieu 2 heures plus tard. 



  Après un vieilissement de 10 jours, l'hydrogel obtenu a été refroidi à   200C   et le gel de silice obtenu a été mis en suspension en utilisant de l'eau à 90"C, filtré, séché et grillé à   800 C   pendant 4 heures. 



  Les particules de gel de silice obtenues avaient une 
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 o surface spécifique de 240 m2/g, un volume total de pores de 0, 85 cm3/g et un diamètre moyen des pores de 15 nm. 

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  Exemple 7. L'exemple 6 a été répété, mais le sol de silice de départ possédait des particules colloïdales de seulement 8 nm de dimension moyenne et, avant la gélification, le pH a été réduit à 4,5 et l'ensemble a été maintenu dans cet état pendant 30 minutes avant l'addition du silicate de potassium. 



  Les particules de gel de silice obtenues avaient une 
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 o surface spécifique de 350 m2/g, un volume total de pores de 0,85    cm3/g   et un diamètre moyen des pores de 12,5 nm. 



  Exemple 8. 



  A 500 ml d'un sol de silice obtenu après échange d'ions, selon l'exemple 3,250 ml d'acide silicique à 96"C a été ajoutée. En même temps 250 ml d'eau a été vaporée. 



  Ensuite le pH du sol de silice a été augmenté jusqu'à 8,5 par addition de silicate de potassium, alors 1500 ml de trichlorethylène et 11 g de l'ester mono-12-hydroxy-3stearyloxypropyl de l'acide N-formyl-DL-asparaginique (SAS) ont été ajoutés. 



  En mélangeant, une emulsification a eu lieu. Cette émulsion a été gélifiée à l'aide de 100 ml de solution de nitrate d'ammonium de normalité 2. 



  Après un vieillissement de 5 heures, l'hydrogel a été séparé du solvant et mélangé avec un volume d'acétone correspondant à deux fois le volume d'hydrogel. 

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 Le gel de silice obtenu a été filtré, lavé à l'eau distillée, filtré à nouveau, séché et grillé à   800 C.   



  Les particules micro-sphériques de gel de silice obtenues avaient une surface spécifique de 200 m2/g, un volume total de pores de 0,60    cm3/g,   un diamètre moyen des pores de 12 nm et une dimension moyenne de 1 à 20 micromètre. 



  Exemple 9. 



  L'exemple 8 a été répété mais en partant du sol de silice préparé selon l'exemple 1 au lieu de l'exemple 3. En plus, avant l'addition du silicate de potassium, la concentration du sol de silice a été portée par évaporation à 20% en poids sur base de   Spi02.   



  Les particules micro-sphériques de gel de silice obtenues 
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 o avaient une surface spécifique de 330 m2/g, un volume total de pores de 0,57    cm3/g   et un diamètre moyen des pores de 7 nm. 



  Le procédé décrit ci-devant permet donc d'obtenir des gels de silice ayant des caractéristiques reproductibles et des propriétés chromatographiques valant ceux des meilleurs sorbants connus. 



  Il est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples susdécrits, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

Revendications.

1. - Procédé de fabrication de gel de silice, selon lequel on prépare un sol de silice, on gélifie ce sol, on récupère les particules de silice et on les soumet à un traitement thermique, caractérisé en ce qu'on prépare le sol de silice en milieu métastable, c'est-à-dire à un pH entre 8,5 et 10,5 et en ce qu'on règle la gélification en ajoutant avant celle-ci une quantité d'acide silicique et une quantité de silicate de potassium.

2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute jusqu'à 15 % en poids d'acide silicique calculé sur base de Spi02. EMI10.1

3.-Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajoute du silicate de potassium sous forme de solution de 20 % en poids calculé sur base de Si02 avec un rapport en poids SiO2/K20 d'environ 3, 5.

4.-Procédé selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute du silicate de potassium jusqu'à-ce-que le pH du système sol de silice- EMI10.2 acide silicique augmente jusqu'au moins 8.

5.-Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on ajoute du silicate de potassium jusqu'à-ce-que le système sol de silice-acide silicique ait un pH de 8 ou 8,5.

6.-Procédé selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prépare le sol de <Desc/Clms Page number 11> silice en ajoutant de l'acide silicique à de l'hydroxyde de sodium.