RU2380315C1 - Method of preparing concentrated hydrosol of silicon oxide - Google Patents

Method of preparing concentrated hydrosol of silicon oxide Download PDF

Info

Publication number
RU2380315C1
RU2380315C1 RU2008142567/15A RU2008142567A RU2380315C1 RU 2380315 C1 RU2380315 C1 RU 2380315C1 RU 2008142567/15 A RU2008142567/15 A RU 2008142567/15A RU 2008142567 A RU2008142567 A RU 2008142567A RU 2380315 C1 RU2380315 C1 RU 2380315C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
silicon oxide
hydrosol
production
silica
Prior art date
Application number
RU2008142567/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Павловна Карасева (RU)
Ирина Павловна Карасева
Элеонора Николаевна Пухачева (RU)
Элеонора Николаевна Пухачева
Миляуша Акрамовна Саляхова (RU)
Миляуша Акрамовна Саляхова
Равиль Хилалович Фатхутдинов (RU)
Равиль Хилалович Фатхутдинов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Казанский химический научно-исследовательский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Казанский химический научно-исследовательский институт" filed Critical Открытое акционерное общество "Казанский химический научно-исследовательский институт"
Priority to RU2008142567/15A priority Critical patent/RU2380315C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2380315C1 publication Critical patent/RU2380315C1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in production of different types of paper, film-forming compositions on metal and ceramics, as binding material in production of thermal protective material, shell moulds for precision casting and in production of construction materials. A sodium silicate solution is subjected to ion-exchange conversion to polysilicic acid, stabilisation with sodium hydroxide solution, thermal treatment at temperature not above 130° C for 2-3 hours with intense stirring without changing volume of the solution. The thermally treated hydrosol of silicon oxide is passed through a pre-filtration unit with subsequent concentration of the solution through ultra-filtration using a membrane unit with tangential distribution of the flow of liquid.
EFFECT: invention allows for increasing concentration of hydrosol of silicon oxide, its degree of purity, reducing deposits on reactor walls, increasing efficiency of the process.
1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к производству гидрозолей оксида кремния, которые могут быть использованы при получении различных видов бумаги, пленкообразующих составов по металлу и керамике, в качестве связующего при изготовлении теплозащитных материалов, оболочковых форм для точного литья.The invention relates to the production of silica hydrosols, which can be used in the manufacture of various types of paper, film-forming compositions for metal and ceramics, as a binder in the manufacture of heat-protective materials, shell molds for precision casting.

Известен способ приготовления раствора коллоидного кремнезема путем стабилизации разбавленного раствора поликремневой кислоты после подщелачивания до pH 7,5-8,5 подогревом в автоклаве с рубашкой до кипения с одновременным удалением воды выпариванием (Айлер Р. Химия кремнезема. М.: Мир, 1982, с.443.) Недостатком известного способа является образование на обогреваемой поверхности аппарата и границе раздела жидкой и паровой фаз твердых дисперсных отложений кремнезема, большие энергозатраты.A known method of preparing a solution of colloidal silica by stabilizing a dilute solution of polysilicic acid after alkalization to a pH of 7.5-8.5 by heating in an autoclave with a jacket to a boil while removing water by evaporation (Euler R. Chemistry of silica. M .: Mir, 1982, p .443.) The disadvantage of this method is the formation on the heated surface of the apparatus and the interface between the liquid and vapor phases of solid dispersed silica deposits, high energy consumption.

Известен способ термической стабилизации поликремневой кислоты, включающий нагревание разбавленного раствора поликремневой кислоты и термическую стабилизацию коллоида с выращиванием частиц кремнезема с одновременным упариванием до концентрации оксида кремния 5-15% массы и увеличением объема раствора в 1,5-4,5 раз за счет подпитки золем-питателем с последующим концентрированием ультрафильтрацией (авт. св. СССР №833496, 1981 г.). Данный способ не исключает полностью образование твердого взвешенного в растворе осадка оксида кремния. Твердый кремнезем образуется на внутренней металлической поверхности, обогреваемой через рубашку аппарата, при кипении раствора. Способ требует значительных энергозатрат.A known method of thermal stabilization of polysilicic acid, comprising heating a dilute solution of polysilicic acid and thermal stabilization of a colloid with growing silica particles while evaporating to a concentration of silicon oxide 5-15% of the mass and increasing the volume of the solution by 1.5-4.5 times by feeding sol -feeder followed by concentration by ultrafiltration (ed. St. USSR No. 833496, 1981). This method does not completely exclude the formation of a solid suspension of silica suspended in a solution. Solid silica forms on the inner metal surface, heated through the jacket of the apparatus, when the solution boils. The method requires significant energy consumption.

Известен способ получения стабильного во времени гидрозоля диоксида кремния путем ионного обмена растворов силиката натрия на катионитах, стабилизации поликремневой кислоты раствором гидроокиси натрия с последующей термообработкой в автоклаве при температуре выше 100°С (патент США 3012973, Кл.252-313, 1961).A known method of obtaining a time-stable hydrosol of silicon dioxide by ion exchange of solutions of sodium silicate on cation exchangers, stabilization of polysilicic acid with a solution of sodium hydroxide, followed by heat treatment in an autoclave at a temperature above 100 ° C (US patent 3012973, CL 252-313, 1961).

Недостатком данного способа являются сложность проведения процесса, недостаточная производительность и большие энергозатраты.The disadvantage of this method is the complexity of the process, insufficient productivity and high energy consumption.

Известен способ получения стабильного гидрозоля диоксида кремния, включающий ионообменную конверсию раствора силиката натрия в поликремневую кислоту, стабилизацию ее натрийсодержащим раствором, термообработку полученного гидрозоля диоксида кремния при температуре 100°С и атмосферном давлении и концентрирование (авт. св. №1452789, кл C01B 33/14, 1989). Недостатком данного способа являются низкая производительность, образование твердого взвешенного в растворе осадка оксида кремния и большие энергозатраты.A known method of obtaining a stable hydrosol of silicon dioxide, including ion-exchange conversion of a solution of sodium silicate into polysilicic acid, stabilization with a sodium-containing solution, heat treatment of the obtained hydrosol of silicon dioxide at a temperature of 100 ° C and atmospheric pressure and concentration (ed. St. No. 1452789, class C01B 33 / 14, 1989). The disadvantage of this method is the low productivity, the formation of solid suspended in a solution of a precipitate of silicon oxide and high energy consumption.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения гидрозоля диоксида кремния, включающий ионообменную конверсию раствора силиката натрия в поликремневую кислоту, стабилизацию ее натрийсодержащим раствором, концентрирование гидрозоля диоксида кремния до 8-10 мас.%, термообработку полученного гидрозоля диоксида кремния ведут острым паром в течение 2,5-3 часов (RU (11) 2124474 (13) C1, опубл. 1999.01.10).The closest in technical essence is a method of producing a silica hydrosol, including ion-exchange conversion of a sodium silicate solution into polysilicic acid, stabilization with a sodium-containing solution, concentration of a silica hydrosol to 8-10 wt.%, Heat treatment of the obtained silica hydrosol with hot steam for 2 5-3 hours (RU (11) 2124474 (13) C1, publ. 1999.01.10).

Задачей изобретения является увеличение концентрации гидрозоля оксида кремния, степени его чистоты, уменьшение отложений на стенках реактора, повышение производительности процесса.The objective of the invention is to increase the concentration of the hydrosol of silicon oxide, its degree of purity, reduce deposits on the walls of the reactor, increase the productivity of the process.

Данная задача решается за счет проведения термостабилизации с перемешиванием и с сохранением объема системы, а также исключения твердого взвешенного осадка из раствора кремнезема с использованием узла предварительной очистки, использование для концентрирования силиказоля блока ультрафильтрации с тангенциальным распределением потока жидкости, подаваемого на мембраны.This problem is solved by performing thermal stabilization with stirring and preserving the volume of the system, as well as eliminating solid suspended sediment from silica solution using a pre-treatment unit, using an ultrafiltration unit to concentrate silica sol with the tangential distribution of the fluid flow supplied to the membranes.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Раствор силиката натрия с концентрацией 4-5% оксида натрия пропускают через катионит марки КУ-2-8. Полученную поликремневую кислоту стабилизируют раствором гидроокиси натрия до pH 9,0-9,5, подвергают термообработке при интенсивном перемешивании при температуре не выше 130°С в течение 2-3 часов без изменения объема раствора. Гидрозоль оксида кремния пропускают через блок предварительной фильтрации с последующим концентрированием раствора ультрафильтрацией.A solution of sodium silicate with a concentration of 4-5% sodium oxide is passed through KU-2-8 cation exchange resin. The resulting polysilicic acid is stabilized with a sodium hydroxide solution to a pH of 9.0-9.5, subjected to heat treatment with vigorous stirring at a temperature not exceeding 130 ° C for 2-3 hours without changing the volume of the solution. The silica hydrosol is passed through a pre-filtration unit, followed by concentration of the solution by ultrafiltration.

Перемешивание во время проведения процесса термостабилизации не позволяет твердому осадку кремнезема осаждаться на внутренней поверхности реактора.Mixing during the process of thermal stabilization does not allow a solid precipitate of silica to precipitate on the inner surface of the reactor.

Блок предфильтрации позволяет удалить частицы твердого кремнезема, которые истирают и повреждают поверхность фильтрующих мембран ультрафильтрационной установки, ухудшают качество товарного коллоидного раствора кремнезема.The prefiltration unit allows you to remove particles of solid silica, which abrasion and damage the surface of the filtering membranes of the ultrafiltration unit, worsen the quality of commodity colloidal silica solution.

Использование для концентрирования гидрозоля оксида кремния блока ультрафильтрации с тангенциальным распределением потока жидкости, подаваемого на мембраны, позволяет значительно увеличить скорость ультрафильтрации и получить стабильный продукт с концентрацией 45% и выше.The use of an ultrafiltration unit for concentrating a hydrosol of silicon oxide with a tangential distribution of the fluid flow supplied to the membranes allows one to significantly increase the ultrafiltration rate and obtain a stable product with a concentration of 45% and higher.

Примеры выполненияExecution examples

Пример 1Example 1

250 л раствора поликремневой кислоты, полученного из разбавленного раствора силиката натрия ионным обменом на катионите КУ-2-8, стабилизированного раствором щелочи, подвергают термостабилизации при температуре не выше 130°С и перемешивании (П=70 об/мин). Полученный раствор кремневой кислоты фильтруют на блоке предфильтрации.250 l of a solution of polysilicic acid obtained from a dilute solution of sodium silicate by ion exchange on KU-2-8 cation exchange resin stabilized with an alkali solution is subjected to thermal stabilization at a temperature not exceeding 130 ° C and stirring (P = 70 rpm). The resulting solution of silicic acid is filtered on a prefiltration unit.

Для очистки от взвешенных частиц опробованы фильтры предварительной очистки с размером пор 20 мкм, 5 мкм, 3 мкм и 1,2 мкм.For purification from suspended particles, pre-filters with pore sizes of 20 μm, 5 μm, 3 μm and 1.2 μm were tested.

Сравнительную оценку полученного коллоидного раствора проводили методом нефелометрического определения мутности.A comparative evaluation of the obtained colloidal solution was carried out by the method of nephelometric determination of turbidity.

Мембрана с размером пор 20 мкм - мутность 71 FTU.Membrane with a pore size of 20 microns - a turbidity of 71 FTU.

Мембрана с размером пор 5 мкм - мутность 52 FTU.5 μm pore size membrane - 52 FTU turbidity.

Мембрана с размером пор 3 мкм - мутность 60 FTU.Membrane with a pore size of 3 microns - a turbidity of 60 FTU.

Мембрана с размером пор 1,2 мкм - мутность 62 FTU.Membrane with a pore size of 1.2 microns - a turbidity of 62 FTU.

Наибольшую производительность по скорости предварительной фильтрации и качеству очистки обеспечивает использование фильтра с размером пор 3 мкм.The highest performance in terms of pre-filtration rate and cleaning quality is ensured by the use of a filter with a pore size of 3 microns.

После предварительной фильтрации гидрозоль оксида кремния подвергают ультрафильтрации на блоке с тангенциальным распределением потока жидкости через полипропиленовую мембрану с размером пор 0,2 мкм.After preliminary filtration, the silica hydrosol is ultrafiltered on a block with a tangential distribution of the liquid flow through a 0.2 micron polypropylene membrane.

Для сравнения концентрирование гидрозоля оксида кремния проводили с использованием прямоточных трубчатых ультрафильтров. Использование только прямоточных трубчатых ультрафильтров не позволяет получать золи высокой концентрации.For comparison, the concentration of the hydrosol of silicon oxide was carried out using once-through tubular ultrafilters. Using only direct-flow tubular ultrafilters does not allow to obtain sols of high concentration.

Показатели концентрата и фильтрата представлены в таблице 1. Indicators of concentrate and filtrate are presented in table 1.

Таблица 1Table 1 Характеристика кремнезоля до и после ультрафильтрации Characterization of silica sol before and after ultrafiltration ПоказателиIndicators блок мембран с тангенциальным распределением потока жидкостиmembrane unit with tangential distribution of fluid flow блок трубчатых мембранных фильтровtubular membrane filter unit кремнезоль до ультрафильтрацииsilica sol before ultrafiltration кремнезоль после ультрафильтрацииsilica after ultrafiltration кремнезоль до ультрафильтрацииsilica sol before ultrafiltration кремнезоль после ультрафильтрацииsilica after ultrafiltration Содержание SiO2, г/лThe content of SiO 2 , g / l 45,4945.49 454,90454.90 47,2947.29 337,0337.0 Содержание Na2O, г/лThe content of Na 2 O, g / l -- 5,655.65 pH средыpH of the medium 9,49,4 10,2610.26 10,5410.54 10,2710.27 Диаметр мицелл, нмThe diameter of the micelles, nm 6,66.6 8,08.0 9,59.5 9,79.7 Мутность, FTUTurbidity, FTU 9898 288288 Средняя скорость фильтрац ии (л/ч)Average filtration rate (l / h) 67,067.0 35,635.6

Пример 2Example 2

Кремнезоль (содержание SiO2 345 г/л), полученный методом ионного обмена (пример 1) и сконцентрированный ультрафильтрацией с использованием прямоточных трубчатых ультрафильтров, подвергают дополнительному концентрированию на блоке ультрафильтрации с тангенциальным распределением потока жидкости через мембрану с размером пор 0,2 мкм. В результате дополнительной ультрафильтрации получены гидрозоли оксида кремния с концентрацией 450-480 г/л по оксиду кремния.Silica sol (SiO 2 345 g / L content) obtained by ion exchange (Example 1) and concentrated by ultrafiltration using direct-flow tube ultrafilters is further concentrated on an ultrafiltration unit with a tangential distribution of the liquid flow through a 0.2 μm membrane. As a result of additional ultrafiltration, hydrosols of silicon oxide with a concentration of 450-480 g / l in silicon oxide were obtained.

Таблица 2table 2 Характеристика кремнезоля после доконцентрирования на блоке с тангенциальным распределением потока жидкости через полипропиленовую мембрану с размером пор 0,2 мкмCharacterization of silica sol after pre-concentration on a block with a tangential distribution of fluid flow through a polypropylene membrane with a pore size of 0.2 μm Наименование показателейThe name of indicators Исходный кремнезольStarting silica sol Концентрат после фильтрацииConcentrate after filtration Содержание SiO2, г/лThe content of SiO 2 , g / l 345,42345.42 473,48473.48 Содержание Na2O, г/лThe content of Na 2 O, g / l 4,434.43 5,495.49 Плотность, г/см3 Density, g / cm 3 1,2051,205 1,2811,281 pH средыpH of the medium 10,0310.03 10,010.0 Диаметр мицелл, нмThe diameter of the micelles, nm 8,768.76 9,889.88

Таким образом, преимущества предлагаемого способа заключаются в следующем:Thus, the advantages of the proposed method are as follows:

- способ позволяет получать золи достаточно высокой концентрации (450-480 г/л по оксиду кремния);- the method allows to obtain sols of a sufficiently high concentration (450-480 g / l for silicon oxide);

- использование блока мембран с тангенциальным распределением потока жидкости позволяет повысить скорость концентрирования коллоидного раствора;- the use of a block of membranes with a tangential distribution of the fluid flow allows you to increase the rate of concentration of the colloidal solution;

- использование предфильтрации позволяет предотвратить разрушение мембран частицами твердого осадка оксида кремния и продлить срок их эксплуатации;- the use of prefiltration prevents the destruction of membranes by particles of a solid precipitate of silicon oxide and extend their life;

- проведение стадии термостабилизации раствора поликремневой кислоты при интенсивном перемешивании и постоянном объеме раствора исключает образование твердых дисперсных отложений кремнезема на внутренней поверхности реактора.- the stage of thermal stabilization of a solution of polysilicic acid with vigorous stirring and a constant volume of the solution eliminates the formation of solid dispersed silica deposits on the inner surface of the reactor.

Claims (1)

Способ получения гидрозоля оксида кремния, включающий ионообменную конверсию раствора силиката натрия в поликремневую кислоту, стабилизацию поликремневой кислоты раствором гидроксида натрия, термообработку стабилизированного раствора, отличающийся тем, что термообработку стабилизированного раствора осуществляют при температуре не выше 130°С в течение 2-3 ч при интенсивном перемешивании без изменения объема раствора, термообработанный гидрозоль оксида кремния пропускают через блок предварительной фильтрации с последующим концентрированием раствора ультрафильтрацией с использованием блока мембран с тангенциальным распределением потока жидкости. A method of producing a silica hydrosol, including ion-exchange conversion of a sodium silicate solution into polysilicic acid, stabilization of polysilicic acid with a sodium hydroxide solution, heat treatment of a stabilized solution, characterized in that heat treatment of the stabilized solution is carried out at a temperature of not higher than 130 ° C for 2-3 hours with intensive stirring without changing the volume of the solution, the heat-treated hydrosol of silicon oxide is passed through a pre-filtering unit followed by a concentrate tion of the solution by ultrafiltration using a membrane with a tangential block fluid flow distribution.
RU2008142567/15A 2008-10-27 2008-10-27 Method of preparing concentrated hydrosol of silicon oxide RU2380315C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142567/15A RU2380315C1 (en) 2008-10-27 2008-10-27 Method of preparing concentrated hydrosol of silicon oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142567/15A RU2380315C1 (en) 2008-10-27 2008-10-27 Method of preparing concentrated hydrosol of silicon oxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2380315C1 true RU2380315C1 (en) 2010-01-27

Family

ID=42122070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008142567/15A RU2380315C1 (en) 2008-10-27 2008-10-27 Method of preparing concentrated hydrosol of silicon oxide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2380315C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6373381B2 (en) Zeolite membrane, method for producing the same, and separation method using the same
EP0537375B1 (en) Method of preparing high-purity aqueous silica sol
US11161746B2 (en) Preparation of molecular sieve and treatment of silicon-containing wastewater therefrom
JP6141710B2 (en) Method for producing high purity synthetic silica powder
US3969266A (en) Microporous membrane process for making concentrated silica sols
JP2010521284A (en) Membrane structure and its manufacture and use
JP5087644B2 (en) Method for producing ZSM-5 type zeolite membrane
JP3446057B2 (en) Production and concentration of silica sol
EP0180599A4 (en) High flux membrane.
Qiu et al. 1.11 Ceramic Membranes
CN110407361A (en) A kind of zero-emission of silica gel waste water and recycling treatment process and silica gel waste water treatment system
US20100170851A1 (en) Membrane structures and their production and use
JP2012072534A (en) Hollow fiber porous body of natural zeolite, zeolite membrane composite porous body and method for manufacturing the same
JP7358675B2 (en) Method for separating and purifying fluids containing valuables
JP2006247599A (en) Manufacturing method of zsm-5 type zeolite membrane
RU2380315C1 (en) Method of preparing concentrated hydrosol of silicon oxide
JP2015066532A (en) Composite membrane having zeolite thin film and production method of the same
RU2433953C1 (en) Method of producing silicon oxide sol modified with sodium aluminate
US20230338904A1 (en) Ceramic membrane technology for molecule-range separation
US20200399134A1 (en) Sustainable silicates and methods for their extraction
JP3656655B2 (en) Synthetic swellable silicate and method for producing the same
CN114644340A (en) Preparation method of low-salt silica sol
WO2009064714A1 (en) Sugar cane juice clarification process
JP6440638B2 (en) Process for producing high solids colloidal silica
CN210340349U (en) Production device for improving purity of silica sol

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100507

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171028