SE510651C2 - Förfarande för att behandla, speciellt stabilisera kiselgel - Google Patents

Description

510 651 Det är tidigare känt att ett till kiselgelstrukturen bundet aluminiuminnehàll begränsar benägenheten för en kiselgel att åldras. Ett vanligt sätt att tillföra aluminium, där kiselgelsràvaran består av vattenglas, natrium- eller kaliumsilikat innebär att gelningen sker i närvaro av ett aluminiumsalt, t ex aluminiumsulfat.

Tillämpningar finns ocksá, sàsom vid zeolittillverkning, att tillföra natriumaluminat till en vattenglaslösning som därefter får gela. Bàda dessa principer av aluminisering sker under vad man kan säga vara en samgelningsprocess, dvs kiselgelen utbildas i närvaro av aluminium- eller aluminatjoner. Där kiselgelsràvaran utgöres av en kiselsyrasol kan en aluminiserad sol användas för gelning medelst torkning eller med en stark elektrolyt. I samtliga dessa fall erhálles en större eller mindre andel av aluminium i strukturen.

I den ovan nämnda metoden att stabilisera gelen medelst samgelning av vattenglas i ett media innehållande ett aluminiumsalt, såsom aluminiumsulfat, sker gelningen under inflytande av en kraftig pH-förändring av vattenglaset. Vattenglaset har ett pH före gelning på omkring 12. För ástadkommande av en god fuktadsorbent exponeras vattenglaset för ett pH <3, företrädesvis ännu surare. Det innebär att det pH-omrâde som nu visar sig ge förutsättning för en god stabilisering är mycket kortvarigt. Vid pH 3 eller lägre förekommer aluminium i en vattenlösning som en 6-koordinerande AP+ -jon. Denna jon har inte förmågan att substituera kisel i gelstrukturen. Den snabba pH-förändringen är i och för sig önskvärd för att erhålla en optimal gel vad det gäller en god fuktadsorption, däremot missgynnas förutsättningarna för en säker stabilisering.

I det fall ett aluminat, t ex natriumaluminat inblandas i vattenglas före gelning sker ett långsamt utbildande av en aluminium-kiselgel innan den egentliga gelningen i 510 651 surt media äger rum. Nackdelen med denna process är att efter sammanblandning av aluminat och vattenglas startar en gelningsprocess som förändrar vattenglasegenskaperna med tiden och därvid ställer vissa krav på styrningen av processen för att erhålla önskad effekt. En blandning som stått för länge före den egentliga gelframställningen erhåller inte önskade gelegenskaper. Därigenom uppstår kritiska processbetingelser för att erhålla kombinationen av en kiselgel med god fuktadsorption och god stabilisering.

Som exempel på en annan metod kan anföras att en lösning av polyaluminiumsulfat med en tillräcklig aluminiumkoncentration och ett pH i området 3,5 - 4,3 har en förmåga att bidra med en stabiliseringseffekt.

Närvaron av kloridjoner är emellertid inte önskvärd då detta fordrar att gelen tvättas omsorgsfullt för att inte riskera att klorjoner kvarstår som senare kan frigöras som klorvate och påverka omgivande material där gelen senare används.

Ett annat exempel där en stabiliseringseffekt kan erhållas är om pH på en aluminiumsulfatlösning höjs med en alkalisk lösning - natrium- eller kaliumhydroxid till ett pH >3,6, helst 3,8. Svårigheten med detta är att aluminumhydroxid lätt faller ut och gör lösningen effektlös. Praktiska problem med detta förfarande är påtagliga.

Ett tredje exempel är att behandla gelen med en polyaluminiumsulfatlösning med högt aluminiuminnehåll, >2% och ett pH på >3,3. Bäst är om lösningen har ett aluminiuminnehàll av 4%.

Det är inte egalt på vilket sätt aluminium binder till strukturen för att erhålla maximalt stabiliserande effekt. Exempelvis kan aluminium förena sig med kiselgelen genom att ersätta vätegrupper på 510 651 kiselgelsytan. Aluminium sitter då i en jonbytarposition och bidrar mycket lite till en stabiliserande effekt, i synnerhet vid en förändring av pH i gelens ytskikt. Det anses att bästa positionen för att erhålla den önskade effekten är om ett antal kiselgelsatomer i strukturen fullt ut ersätts av aluminiumatomer, dvs aluminium befinner sig i en fyrkoordinerad bindningsstruktur. Att studera på vilket sätt aluminium binder i en kiselgelstruktur kräver kvalificerad utrustning och även med denna information till hands är det inte givet att stabiliseringen är optimal eftersom det inte idag finns underlag för att överföra strukturkemin till praktisk hydrotermisk stabilitet. Däremot kan man med att utsätta kiselgelen för givna betingelser och genom att mäta kiselgelens egenskaper före och efter en behandling bedöma effekten av en stabilisering.

En metod att studera hydrotermisk påverkan är att behandla kiselgelen vid 70°C under 3 timmar i en ammoniakalisk vattenlösning, t ex 1%-ig ammoniumvätekarbonat, och att före och efter behandlingen bestämma BET-yta, fuktisoterm eller en jämviktsfuktkvot vid ett givet lufttillstànd. (Metod I) En annan metod är att autoklavera kiselgel vid 5 bars tryck under en given tid, t ex 30 timmar och pà samma sätt som ovan bestämma gelens egenskaper före respektive efter behandlingen. (Metod II) Ett tredje sätt kan vara att utsätta gelen för ett varmvattenflöde, t ex 70°C under ett par dygn. (Metod III) Alla tre metoderna ger en stark hydrotermisk påverkan på materialen och en ostabiliserad gel kommer att uppvisa stora resultatskillnader före respektive efter behandlingarna medan en god stabilisering ger en gel som pâverkas i mindre grad.

(TI 510 651 Huvudsyftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande för att skapa en hydrotermiskt stabil kiselgel från en redan utfälld gel, vilket förfarande bygger pà att förutsättningarna under stabiliseringen är kontrollerbara.

Ett annat syfte är att åstadkomma en stabilisering av kiselgelen sedan den är utfälld, dvs sedan skapandet av en kiselgel till önskad porstruktur är genomförd och att stabiliseringen utföres som ett separat steg under kontrollerade former före torkning av gelen.

Ytterligare syften och fördelar med uppfinningen framgår av den följande beskrivningen och av patentkraven.

Om nyutfälld, tvättad och våt gel exponeras för en lösning av hydrolyserat aluminiumsalt sker enligt denna uppfinning en stabilisering av gelen utan att den önskade adsorptionsförmågan ändras i mätbar grad under vissa förutsättningar.

Enigt uppfinningen behandlas en nyutfälld och sköljd kiselgel i en lösning som framställts genom att i en vätska, företrädesvis vatten, lösa aluminiumsulfat tillsammans med karbonat, hydroxid eller oxid av en tvåvärd metall.

Denna lösning beredes lättast genom att först lösa aluminiumsulfat i vatten med önskad koncentration.

Därefter tillsätts karbonat, hydroxid eller oxid av den tvävärda metallen. Som tvåvärd metallförening användes företrädesvis basiskt magnesiumkarbonat även om andra föreningar är tänkbara, såsom exempelvis anges nedan.

För att åstadkomma den eftersträvade stabiliseringseffekten bör koncentrationen av Al vara större än 2% och molförhällandet Al/Mg skall vara mindre 510 651 än 2,0. För att underlätta upplösningen av magnesiumkarbonatet till den koncentrationen bör upplösningen ske vid förhöjd temperatur.

Upplösningen sker under utveckling av koldioxid. Efter upplösning erhålles en klar lösning som sedan kan användas för stabilisering av kiselgel.

I det följande kommer att beskrivas ett exempel pà en stabiliserad gel, vilken är framställd enligt uppfinningen.

Exempel: Ett substrat i form av ett tunt glasfiberpapper impregnerades med koncentrerad vattenglaslösning, lösning av natriumsilikatlösning med molratio 3,25, gelades i en sur lösning vid pH 1,50 under 30 minuter varefter arket med sin gel sköljdes i rent vatten. Den så tillverkade substraten med sin färska och vàta gel doppades i en lösning där lösningen har beretts genom att först tillverka en aluminiumsulfatlösning som var 4,0%-ig i avseende pà Al med en densitet på 1,285 och ett pH pà 2,72 vid 2l,5°C. Aluminiumsulfatlösningen värmdes till 70°C, där pH uppmättes med glaselektrod till 1,35.

Portionsvis tillsattes under kraftig omröring pulver av magnesiumkarbonat så att halten magnesium slutligen blev 2,7%. pH hade då ökat till 2,6 vid 70°C för att sedan vid 25°C vara 3,6. Tätheten pà lösningen var 1,34 vid rumstemperatur.

Efter behandling i denna lösning i 30 min vid 40°C sköljdes gelen på nytt i vatten varefter provet torkades Vid l50°C.

Efter torkning har materialet enligt uppfinningen testats enligt de ovan beskrivna áldringstesterna i jämförelse med (A) material som slutbehandlats i en ren aluminiumsulfatlösning och (B) ett material som samgelats 510 651 med aluminiumsulfat såsom beskrivits ovan. Följande resultat har därvid erhållits vid denna test.

Behandling med accelerarad àldringsmetod: Enligt uppfinningen: Prov löre Prov efter behandling behandling Melon i. Ber-yxa, mzg sso sas Metod I. Fuktkvoi, % 29 27 Melod ll, Fuktkvot, % 29 14 Melod lll. vikISfÖrkJSL % 50 Ref. A löre behandling S14 24,5 21.5 Flel. A eller behandling 370 l 6 1 1 56 Som alternativ till att blanda in basiskt magnesiumkarbonat kan även magnesiumhydroxid och magnesiumoxid användas. Detta är dock mycket mer svàrlösligt. Andra kandidater är motsvarande Ba-, Ca-, Cu(II)-, Fe (II)-, Mn- och Zn-föreningar.

Rel. 8 före behandling S64 30 30 Rel. B efter behandling 370 1 6 7 75

Claims (6)

510 651 PATENTKRAV

1. Förfarande för att behandla, speciellt stabilisera kiselgel, kännetecknat av att gelen sedan den är utfälld, behandlas i en lösning innefattande i en vätska, företrädesvis vatten, löst aluminiumsulfat samt en förening sàsom karbonat, hydroxid eller oxid av en tvávärd metall.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att som tvávärd metall användes basiskt magnesiumkarbonat.

3. Fórfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att lösningen beredes genom att först lösa aluminiumsulfat med önskad koncentration i vatten varefter nämnda förening av den tvàvärda metallen tillsättes.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att koncentrationen av Al i lösningen är större än 2%.

5. Förfarande enligt något av kraven 1-4, kännetecknat av att molförhâllandet Al/tvàvärd metall är mindre än 2,0.

6. Förfarande enligt något av kraven 1-5, kännetecknat av att upplösningen av Al och nämnda förening av den tvàvàrda metallen sker vid förhöjd temperatur.