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Herstellung hochadsorbierender Kieselgele Zur Herstellung hochadsorbierender
Kieselgele hat man bisher in der Technik Wasserglaslösungen als Ausgangsstoff verwandt,
die mit Säuren zersetzt worden sind. Es entsteht bekanntlich bei diesem Vorgang
zunächst ein Hvdrosol der Kieselsäure, das im Laufe von mehreren Stunden zu einer
Gallerte erstarrt, die nach dem Auswaschen der Fremd- und Nebenstoffe einer Trocknung
unterworfen wird.
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In der Literatur findet sich auch der andere Weg zur Herstellung adsorbierender
Kieselsäuregele, welcher mit festen, gepulverten Silikaten arbeitet, die durch Säuren
zersetzt «-erden. In diesem Falle handelt es sich ausnahmslos um Silikate, die entweder
kristallwasserfrei sind, oder höchstens Wasser nicht in einem stöchiometrischen
Verhältnis enthalten. Die Zersetzung solcher festen Silikate liefert nur sehr schlecht
adsorbierende Kieselgele.
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Im Gegensatz hierzu werden nach dem vorliegenden Verfahren künstliche
Silikate, die das Wasser nur in Form von Kristallwässer in einem festen stöchiometrischen
Verhältnis enthalten, als Ausgangsstoffe für die Herstellung hochadsorbierender
Kieselsäuregele verwendet.
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Man hat auch schon durch Säuren zersetzbare wasserunlösliche Silikate
mit Säuren unter Vermeidung eines Sols bis zur Bildung einer Gallerte behandelt
und aus dieser dann in bekannter Weise aktives Kieselsäuregel hergestellt.
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Schließlich hat man auch wasserhaltige Zeolithe mit Säuren bis zur
Gallertbildung zersetzt und aus diesen Gallerten ebenfalls Kieselsäuregele gewonnen.
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Der Weg einer sogenannten topochemischen Zersetzung kristallwasserhaltiger
künstlicher Silikate abgestuften Wassergehalts zur Erzielung einer gleichfalls abgestuften
Lltraporosität wurde aber bisher nicht beschritten. Diese Arbeitsweise bildet den
Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Man kann erfindungsgemäß hochadsorbierende Kieselsäuregele aus künstlichen
Silikaten herstellen, die das Wasser nur in Form von Kristallwasser in einem festen
stöchiometrischen Verhältnis enthalten. So gerinnt man z. B. durch Zersetzung des
künstlich hergestellten Enneahydratsvon\atriummetasilikat(\a2SiO, - gH#0) mittels
So°,l"iger Schwefelsäure ein hochadsorbierendes Kieselgel, «-elches im gesättigten
Dampfraum von Benzol bis zu 8o°/, seines Gewichtes Benzol aufnimmt.
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Durch Verwendung von \Ietasilikaten anderen Wassergehaltes hat man
es in der Hand, die Porosität der entstehenden Kieselsäuregele willkürlich zu variieren
und dadurch den I: mschlagspunkt (nach van Bemmelen) auf bestimmte Partialdrucke
des zu adsorbierenden Dampfes zu verlegen und sieh daher jedem technischen
Erfordernis
anzupassen. Von Natriummetasilikat stehen für diese willkürliche Regulierung der
Porenweite nicht weniger als 8 Kristallwasserstufen zur Verfügung, nämlich solche
mit .l, 5, 6, 7, 8, g, io, ii H,0 auf i Mol Na.-Si03. Dadurch ergibt sich eine weitbegrenzte
Variationsmöglichkeit für die Porosität der aus dem Metasilikat gewonnenen Kieselsäuregele.
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Noch mehr Möglichkeiten bieten sich für die willkürliche Beeinflussung
der Porenweite von Kieselsäuregelen dadurch, daß man für die topochemische Zersetzung
kristallwasserhaltiger Silikate künstlich hergestellte Verbindungen der Di-, Tri-,
allgemein der Poly-Kieselsäuren heranzieht, die gleichfalls als kristallwasserhaltige
Verbindungen verwendet werden.
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Allgemein ergibt sich, daß aus kristallwasserärmeren Silikaten ebenso
wie aus solchen der Polvkieselsäuren feinporigere Adsorbentien entstehen als aus
kristallwasserreicheren oder kieselsäureärmeren Silikaten. Die Zersetzung der kristallwasserhaltigen
Silikate kann man mit Säuren aller Art, beispielsweise auch mit Kohlensäure, Schwefeldioxyd,
Rauchgasen bzw. anderen gas- oder dampfförmigen Säuren durchführen.
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Beispiel: 5o kg Natriummetasilikat-Enneahydrat werden in gepulverter
Form unter starkem Rühren in 7o°/oige überschüssige Schwefelsäure langsam, zweckmäßig
unter Kühlung eingetragen, so daß nach Beendigung der Reaktion noch 2o"/, der Säure
urangegriffen sind. Es entsteht augenblicklich ein hochadsorbierendes Kieselsäuregel,
das lediglich auszuwaschen und dann zu aktivieren ist. Es adsorbiert nach seiner
Aktivierung etwa 8o0/0 seines Eigengewichtes an Benzol.
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Die vorliegende Methode bedeutet gegenüber den bisher in der Technik
üblichen eine ungemeine Vereinfachung. Während man bisher gezwungen war, mit einer
wasserreichen Kieselsäuregallerte zu arbeiten, deren gesamtes Wasser man zur Gewinnung
von Xerogelen verdampfen mußte, gewinnt man erfindungsgemäß ein Produkt, das bereits
weitgehend vom Wasser geschieden ist und umständliche Trockenoperationen überhaupt
nicht erfordert.
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Ein weiterer Vorzug des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht, wie
erwähnt, darin, daß es erlaubt, in weitgehendem Maße die Ultraporosität willkürlich
zu variieren. Die Möglichkeiten sind hier außerordentlich groß, da man gerade auf
künstlichem Wege in der Lage ist, Silikate sowohl verschiedenen Wassergehaltes wie
verschiedenen Si0.- Gehaltes nach Belieben herzustellen, in einer Mannigfaltigkeit,
wie sie in der Natur überhaupt nicht vorkommt. Die Zersetzung dieser Silikate liefert
dann eine bestimmte Ultraporositätsreihe, deren Glieder jedem Zweck der Technik
angepaßt werden können. Ausführungsbeispiel Um Kieselsäuregele verschiedener Porosität
zu erhalten, legt man beispielsweise drei N'atriumsilikate von folgenden Formeln
zugrunde: i. Na,Si104 ' 12 H=O SlO@ : H=O = 1:3 2. Na=Si104 ' 8 H_0 Si02 : H.,0
= :1:2 3. Na. Si30- . 3 HGO SiO@ : H.,0 = 1:1 Diese drei Silikate haben, wie vermerkt,
ein verschiedenes Si0= : H.0-Verhältnis.
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Diese drei Silikate werden in festem Zustande sonst unter völlig gleichen
Bedingungen mit konzentrierter Salzsäure (iofach normal) topochemisch zersetzt.
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Nach dem Auswaschen des Chlornatriums fallen drei Kieselsäuregele
mit folgenden Eigenschaften an: i. Das aus Nr. i gewonnene Kieselsäuregel zeigt
eine Dampfspannungsisotherme gegenüber Wasser bei 15' mit einem Umschlagspunkt von
ix mm Wasserdampftension entsprechend einem Porendurchmesser von 13,3 m P.
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2. Das aus Nr. 2 gewonnene Kieselsäuregel zeigt eine Dampfspannungsisotherme
gegenüber Wasser bei 15' mit einem Umschlagspunkt von 8,5 mm Wasserdampftension
entsprechend einem Porendurchmesser von 5,5 mA.
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3. Das aus Nr.3 gewonnene Kieselsäuregel zeigt eine Dampfspannungsisotherme
gegenüber Wasser bei -15' mit einem Umschlagspunkt von 5 mm Wasserdampftension
entsprechend einem Porendurchmesser von 2,9 my.
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Dieses Beispiel zeigt klar, in welcher Weise man die Porosität durch
Wahl von Silikaten bestimmten Kieselsäure- und Wassergehaltes abwandeln kann.