PL158984B1 - mechanicznej PL - Google Patents

Abstract

Sposób otrzymywania szkiel o kontrolowanej porowatosci i zwiekszonej wytrzymalosci mechanicznej przez termiczna obróbke masy szklanej i trawienie w kwasach lub kolejno w kwasie i zasadzie, a nastepnie ponowne trawienie w roztworach usuwajacych strukture krze- m ionkowa, znamienny tym , ze szklo porowate poddaje sie dodatkowej obróbce termicznej w temperaturze 500-1000°C w czasie kilku minut do kilkuset godzin, po czym uzyskany produkt ewentualnie trawi sie w znany sposób w roztworach alkaliów, kwasu fluorowodorowego, badz fluorków w obecnosci kwasu mineralnego. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania szkieł o kontrolowanej porowatości i zwiększonej wytrzyma ilość i meehhnicznej przez termiczną obróbkę masy szklanej i trawienie w kwasach lub kolejno w kwasie i zasadzie, a następnie ponowne trawienie w roztworach usuwajęcych strukturę krzemionkową.

Sorbenty sę podstawowym materiałem wykorzystywanym przede wszystkim w tych dziedzinach nauki i przemysłu, gdzie wymagane sę procesy rozdziału i oczyszczania preparatywnych substannji. Stosowane sę do rozdziału anallryw8iych i oczyszczonych substancji na drodze zróżnicowanej adsooppCj, jonowymiany, powinowactwa biologicznego, zróżnccowanego podziału pomiędzy fazę stacjonarnę i fazę ruchomą, czy różnej zdolności peneeracci wnętrza sorbenta. Jako sorbenty wykorzystuje się substancje przeważnie porowate o rozbudowanej powierzchni, które dzięki rdpowyednieJ strukturze oraz istnieniu powierzchniowych centrów sorpcyjnych,naturalnych lub wytworzonych na drodze mo^yika^i odpowiedniego sorbenta nośnika, sę w stanie zapewnić żędany rozdział dzięki Jednemu lub kilku na raz wymienionym mechanizmom.

Jednym z bardzo ważnych mat^riałiiw będęcych będź bezpośrednio sorbentem w postaci sit lakΓommrekulaΓnyJh, nośników edhezyjnie naniesionych faz stacjonarnych lub półproduktem do syntezy sorbentów o bardzo zróżnćcowanych właściwościach Jest szkło o kontrolowanej porowatości, Szkła te sę maeriałami porowatymi, twardymi o znacznej wytrzymałości termicznej i chθmlcznθł. Dzięki obecności powierzchniowych grup hydroksylowych oraz atomów boru pozostałych w strukturze szkła można je łatwo modyyikować drogę odpowwedniej obróbki termicznej lub za pomocę reakcji chemicznych. Użycie szkieł porowatych Jest niejednokrotnie preferowane z uwagi na bardzo wąski rozkład wielkości porów, przez co określane jest jako mat^riiał o kontrolowanej porowa^ści. Ponadto znaczna intermość chemiczna jest cechą, która pozwala nie tylko poddawać te matriały sterylizacji w różnych warunkach, ale także ummoż^-wia usunięcie toksyn mikroorganizmów, a przez to zapewnia prowadzenie procesów w warunkach apyrogennych, jeśli jest to wyngane.

żnane metody otrzymywania szkieł porowatych stanowięcych sorbenty polegaję na obróbce termicznej masy szklanej, przeważnie trójskaadnikowej elkali - borowo - krzemowej z obszaru szkieł Vyaor określonego iloścoowo w M.B. Volf Technice! Glasses, Pitman and Sons, Ltd London 1916 str. 176. W wyniku tego procesu Jednorodna trÓJθkαβdnirowa masa ulega tak zwanemu procesowi likwacCi, to jest wydzieleniu fazy alkali boranowył. Wielkość wydzielonej fazy zależy od składu masy szklanej oraz czasu i temperatury obróbki termicznej. Ter^cznie obrobione szkło poddaje się tr^ewieniu w kwasach lub w kwasie i następnie w zasadzie. Operacje ta prowadzi do usunięcia /wyługowania/ z krzemionkowego szkieletu wydzielonej podczas

158 984 likwacji fazy alkali - boranowaj, a w konsekwencji do porowatego produktu.

Opisanym sposobem otrzymuje się szkła porowate o niewielkich średnicach porów. Przeważnie jest to rezultaeem obecności w porach drugorzędowej struktury krzemionkowej. W celu otrzymania szkieł szerokoporowatych, mających znacznie szersze zastosowanie z punktu widzenia biochemii i biotechnologgi, szkło porowate otrzymane według podanego wyżej sposobu poddaje się dodatkowemu trawieniu, którego celem jest usunięcie z porów drugorzędowej struktury krzemionkowej oraz strawienie części krzemionkowych ścian oddzielających od sieDie poszczególne pory. Proces ten przeprowadza się zazwyczaj trawlęc szkło porowate w roztworach alkaliów, aminy, fluorowodoru, bądź fluorków w obecności kwasów mineralnych.

Zadaniem tego dodatkowego trawienia jest nie tylko wytrawienie drugorzędowej struktury krzemionkowej i zwiększenie średnicy porów, ale także zwiększenie objętości porów, co Jest wyjętkowo istotne z punktu widzenia pojemności sorbentów.

Sposób dodatkowego procesu trawienia znany Jest między innymi ze zgłoszenia patentowego PRL nr 264 135. Niedogodnością tego sposobu Jest duża trudność kontrolowania jego procesu, który zależy od wielu parametrów, a zwłaszcza od składu masy ujściowej, sposobu Jej zahartowania, temjeratury, obróbki termicznej, stężenia rozporu trawiącego, stosunku mas^y szkła trawionego do objęto^ści roztworu, temjeratury trawienia, akładu medium trawiącego itp. W związku z tym wyma^ga wielu ^prób ^dla ustalenia właściwych ^parametrów ^pro^duktu końcowe^go. Szcze^gólnie jest to istotne ^przy o^pracowaniu nowe^go ^pro^duktu lub ^przy zastosowaniu nowego typu masy szklanej albo wówczas kiedy istnieje konieczność dobrania warunków technicznych dla uzyskanie sorbentu o maksymmlnie moiliwej objętości porów przy zachowaniu optymalnej wytrzymałości ιnecCanClznnn. W takich przypadkach powstają znaczne ilości odpadów, które ze względu na swóję kruchość maję ograniczone zastosowańne . Przy użytkowaniu sorbentów niemodyfikowanych pn^esaję duże ilości pyłu, który ogranicza przepływ w kolumnach, zatyka filtry itp, a w przypadku mat^rlLału modyfikowanego odkrywają się ponadto reemodyfnowane elementy powierzchni.

Nieocze^kiwanie olkazało się, że takie kruche szkła ^porowate, charakteryzujące się bardzo ^du^żymi obJętościami ^porów mo^gą b^yó wszechstronnie wykorz^ystywane, jeżeli ^po^ddane zostaną odpowieciej otiróbce termicznej lub obróbce termicznej i trawieniu.

Sposób otrzymywania szkieł o kontrolowanej porowatości według wynalazku polega na tym, że otrzmmane znanym sposobem przez obróbkę termiczną masy szklanej i trawienie w kwasach lub kolejno w kwasie i zasadzie oraz ponowne trawienie w roztworach usuwających strukturę krzemionkową szkło porowate poddaje się dodatkowej obróbce termicznej w temperaturze 500 1000°C w czasie od kilku minut do kilkuset godzin, po czym uzyskany produkt nwθntualnin trawi się w znany sposób w roztworach alkaliów, kwasu fluolowodlrowegl, będź fluorku w obecności kwasu mineralnego. Proces wygrzewania powoduje wprawdzie zmnćejszenie objętości porów, ale za to znacznie podwyższa odporność mechaniczną szkła porowatego. Dodatkowa obróbka termiczna prowadzi do krystalizacji krzemionkowego szkieletu, przez co 6taje się on regularniejszy i bardziej wytrzymały.

Nieklrzyscnym skutkiem obróbki termicznej jest dehydroksylacja szkieł porowatych, co uninmolliwla ich wykorzystanie jako nośników chemicznych związanych faz. Obróbka termiczna prowadzi także do zm.any właściwości adsorpcyjnych szkieł porowatych. W celu przywrócenia pierwotnych właściwości addycyjnych i uhydroksylowanie powίerzchπi, otrzymane opisanym sposobem mat^ri-ały poddaje się dodatkowemu trawieniu.

Przykład I· Szkło porowate otrzymane według następującego przepisuj masę szklaną o składzie 7% Na^O, 23% BjO^, 70% SiO£ w postaci frakcji 0,5-1,0 mm poddano ^proceso^wi likwacji w temperaturze (50°^ przez olkres ^{4 g}odzm. Używany proCłtt ^ługlwlⁿl najpieiw 3N 1^04 przez okres 8 godzin, a następnie w 5N H^SO^ przez okres 8 godzin, a następnie 5N H«SO. przez 24 godziny przy stosunku masy trawiącej do medium trawiącego 1 g :

t 4 cm . Odpłukane do neutralności uzyskane szkło porowate w kolennym etapie trawiono w

0,5N ro^zt^wlrzⁿ KOH. Proces trawienia w KOH ^owaCono ^przez 1² godzin w temperaturze ²¹,5°^C przy stosunku suchej masy szkła porowatego do objętości roztworu trawiącego 1 : 20. W końcowej sekwennci postępowania otrzymany produkt dokładnie płukano od jonów hydroksylowych 1 suszono ^przez 12 gldzin_łplczęt^lowo w temperaturze B30°^C, a nastanie ²⁰⁰°C ·

Δ

158 984

Uzyskany materiał fizyko-chemicznymi: średnia średnica porów porowator powierzchnia właściwa wytrzymałość mechaniczna końcowy charakteryzował się następującymi właściwościami

150 &

1,33 cm/g

180 m²/g ^2,8 kg/cm

Mtenał ten był bardzo kruchy i nie nadawał się ani jako pierwotny, ani jako modyfikowany, gdyż wyjątkowo łatwo ulegał destrukcji· Powstawały duże ilości pyłu już w trakcie samego przesypywania· IMaoriał ten poddano dodatkowej obróbce w teoppraturze 800°C przez 45 minut· Otrzymano sorbent o następujących parametrach fizyko-chemicznychj 148 X średnia średnica porów porowator powierzchnia właściwa wytrzymałość mechaniczna ład

0,98 cim/g 2

131.5 m²/g 10,6 k^g/cm³

11· Szkło porowate otrzymane z masy szklanej o składzie 55%

Prz

SiO₂, 35% Β2Ο3 i 10% Ν3₂0· ^yściowy mai^ri.ał w formie ziarna 300=600 mm wygrzewano w temperaturze ⁶¹⁰°C przez oltres ²⁵ godzin, a nast^ępnie trawiono łiwasem siarkowym t^ak ^ja^{k w} przykładzie I. Wypłukany do obojętności sorbent trawiono następnie w ⁰,5N NaOH przez 8 ^go= dżin ^w temperaturze 25°C, płukano i suszono według ^procedury opisanej w ^przykładzie I,

Otrzymano maeriał o następujących parametrach;

,

powierzchnia właściwe	13,7
średnia średnica porów	1430
objętość porów	1.62
wytrzymałość mechaniczna	1,18
Maaeriał powyższy	poddano
okres 2 godzin.
Uzyskany produkt	posiadał
powierzchnia właściwa	8,9 1
śrsdnia średnica porów	1298
objętość porów	1,31
wytrzymałość mechaniczna	3,19

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób otrzymywania szkieł o kontrolowanej porowatości i zwiększonej wytrzymałości mechanicznej przez termicznę obróbkę masy szklanej i trawienia w kwasach lub kolejno w kwasie i zasat^zie, a następnie ponowne trawienie w roztworach usuwających strukturę krzemionkową, znamienny tym, że szkło porowate poddaje się dodatkowej obróbce termicznej w temperaturze 500-1000°C w czasie od kilku minut do kilkunastu godzin, po czym uzyskany produkt ewernuelnie trawi się w znany sposób w roztworach alkaliów, kwasu fluorowodorowego, będź fluorków w obecności kwasu mineralnego.

   * * *