SK107696A3 - Method for preparing macroporous silica gel having high-volume of pores - Google Patents

Method for preparing macroporous silica gel having high-volume of pores Download PDF

Info

Publication number
SK107696A3
SK107696A3 SK1076-96A SK107696A SK107696A3 SK 107696 A3 SK107696 A3 SK 107696A3 SK 107696 A SK107696 A SK 107696A SK 107696 A3 SK107696 A3 SK 107696A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
silica gel
pores
preparing
water
silica
Prior art date
Application number
SK1076-96A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK281165B6 (en
Inventor
Ivan Novak
Dusan Berek
Original Assignee
Ustav Polymerov Sav
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 Ustav Polymerov Sav filed Critical Ustav Polymerov Sav
Priority to SK1076-96A priority Critical patent/SK281165B6/en
Publication of SK107696A3 publication Critical patent/SK107696A3/en
Publication of SK281165B6 publication Critical patent/SK281165B6/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

A method of preparing macroporous silica gel with an average diameter of pores ranging from 20 to 40 nm by expanding pores of a narrow-porous silica gel can be characterised in a combined action of some of hydrous, concentrated or saturated solutions of sodium, potassium, lithium or ammonium salts of (in)organic acids in presence of an applied hydroxide cation while preserving a pH value within a range between 8 and 9. The mixture is kept at a boiling temperature for several hours depending on a required pore size. The method is carried out at atmospheric pressure using a simple apparatus. The method, when compared to those known in the art, provides considerable repeatability for preparing silica gels of expanded pores diameters whose volume is decreased only by 5 - 15 percent with respect to the source silica gel.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu prípravy makropórovitého silikagélu s veľkým objemom pórov.The invention relates to a process for preparing macroporous silica having a large pore volume.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pórovité materiály nachádzajú široké uplatnenie v rôznych oblastiach technológie, napr. akoPorous materials are widely used in various fields of technology, e.g. how

- adsorbenty na analytickú, preparatívnu i produkčnú separáciu zmesí látok vrátane použitia ako náplne kolón pre chromatografiu, ďalej na odstraňovanie nežiadúcich prímesí z potravín a z odpadových vôd a na kontrolované uvoľňovanie látok ako sú voňavky, rôzne aditíva, feromóny, liečivá atď- adsorbents for the analytical, preparative and production separation of mixtures of substances, including use as a packed column for chromatography, for the removal of undesirable impurities from food and waste water and for the controlled release of substances such as perfumes, various additives, pheromones, medicaments, etc.

- nosiče funkcií, napr. katalyzátorov a enzýmov, skúmadiel na selektívnu detekciu analytov a rôznych škodlivín napr. v životnom prostredífunction carriers, e.g. catalysts and enzymes, probes for the selective detection of analytes and various pollutants e.g. in the environment

- plnidlá plastov a kaučukov so stužujúcim účinkom atď.- reinforcing plastic and rubber fillers, etc.

Pre každú aplikáciu je pochopiteľne potrebné zabezpečiť materiál s vhodnou veľkosťou pórov.Of course, it is necessary to provide a material with a suitable pore size for each application.

Medzi pórovitými materiálmi pre technológiu hrajú dôležitú úlohu silikagély. V podstate ide o amorfné látky so sumárnym vzorcom (SiC>2)x (PhOjy, teda o hydratované oxidy kremičité s premenlivým obsahom vody, ktorá je fyzikálne sorbovaná, alebo chemicky viazaná a tvorí silanolové =SiOH skupiny [ller, R.K., The-Chemistry of Silica, Wiley-lnterscience, N. York 1979; Unger, K.K., Porous Silica, Elsevier, Amsterdam 1979 ].Silica gels play an important role among the porous materials for the technology. Basically, they are amorphous substances with the general formula (SiC> 2) x (PhOjy), ie hydrated silicas with varying water content, which is physically sorbed or chemically bound and form silanol = SiOH groups [ller, RK, The-Chemistry of Silica, Wiley-Interscience, N. York 1979; Unger, KK, Porous Silica, Elsevier, Amsterdam 1979].

Silikagély sa pripravujú kontrolovanou polykondenzáciou kyseliny kremičitej uvoľnenej z alkalických kremičitanov v roztoku (vodné sklá) napr. prídavkom kyselín ďalej polykondenzáciou tetraalkylsilánov napr. prídavkom alkoholu, destabilizáciou sólov kyseliny kremičitej, aglutináciou častíc sólov v prostredí roztoku organických živíc, ktoré sa po aglutinácii odstránia vyžíhaním atď.Silica gels are prepared by controlled polycondensation of silicic acid released from alkali silicates in a solution (waterglass) e.g. addition of acids further by polycondensation of tetraalkylsilanes e.g. by the addition of alcohol, destabilization of the silica soles, agglutination of the sol particles in an organic resin solution, which are removed by agglutination by annealing, etc.

-2 Väčšina vyššie uvedených postupov vedie k vzniku mezopórovitých silikagélov s priemermi pórov (D) v oblasti 1 až 10 prípadne 15 nm. Táto veľkosť pórov nepostačuje pre niektoré aplikácie a je potrebné pripraviť makropórovité silikagély s priemermi pórov až 100 i viac nm, tak aby mohli do nich vniknúť látky s veľkými časticami - napr. molekuly polymérov, agregáty molekúl atď.Most of the above processes result in mesoporous silica gels having pore diameters (D) in the range of 1 to 10 and 15 nm, respectively. This pore size is not sufficient for some applications and it is necessary to prepare macroporous silica gels with pore diameters of up to 100 nm or more so that large particles can penetrate into them - e.g. polymer molecules, molecular aggregates, etc.

Najjednoduchší postup rozširovania pórov silikagélov je ich záhrev na teploty medzi 600 a 1100 °C. Matrica mezopórovitých silikagélov je tvorená zhlukom submikrometrových, gulôčkovitých, nepórovitých častíc, globúl a póry sú prázdne priestory medzi globulami. Pri záhreve sa globuly navzájom spájajú, rastú a veľkosť medziglobulových priestorov, pórov, rastie. Súčasne však prudko klesá aj počet medziglobulových priestorov, znižuje sa objem pórov. Z tohoto dôvodu je rozširovanie pórov silikagélu jednoduchým záhrevom vhodné len vtedy, ak výsledný materiál môže mať nízky objem pórov, menej ako 0,1-0,2 cm’.g'1. Táto situácia je pomerne zriedkavá.The simplest procedure for expanding silica gel pores is to heat them to temperatures between 600 and 1100 ° C. The mesoporous silica gel matrix is formed by a cluster of submicrometer, spherical, non-porous particles, globes, and pores are voids between globules. During heating, the globules connect, grow and the size of interglobular spaces, pores, grows. At the same time, however, the number of interglobular spaces decreases sharply, and the pore volume decreases. For this reason, the expansion of silica gel pores by simple heating is only suitable if the resulting material can have a low pore volume of less than 0.1-0.2 cm -1 g -1 . This situation is relatively rare.

Alternatívny postup rozširovania pórov silikagélu predstavujú „mokré postupy, pri ktorých sa využíva atak molekúl vody na matricu silikagélu pri zvýšenej teplote. Klasický postup rozširovania pórov silikagélov účinkom vody pri zvýšenej teplote sa nazýva hydrotermická úprava [Akshinskaya, N.V., Beznogova, V.E., Kiselev, A.V., Nikitin, Yu.S., Zh. Phys. Chim. (Moskva) 36, 1962, s. 2277]. Silikagél sa niekoľko hodín zahrieva v autokláve za prítomnosti vodných pár na teploty viac ako 150 °C. Pritom dochádza k rastu globúl S1O2 a zväčšovaním medziglobulových priestorov pórov. Oproti jednoduchému záhrevu silikagélu bez prítomnosti vody je pokles objemu pórov zmenšený. V závislosti od teploty a času hydrotermickej úpravy možno pripraviť silikagély s priememri pórov až 300 nm.An alternative procedure for widening the silica gel pores is to use "wet processes" which utilize the attack of water molecules on the silica gel matrix at elevated temperature. The classical procedure of expanding silica gel pores with water at elevated temperature is called hydrothermal treatment [Akshinskaya, N.V., Beznogova, V.E., Kiselev, A.V., Nikitin, Yu.S., Zh. Phys. Chim. (Moscow) 36, 1962, p. 2277]. The silica gel was heated in an autoclave for several hours in the presence of water vapor to temperatures above 150 ° C. S1O2 globules grow and interglobular pore spaces increase. In contrast to simple heating of silica gel in the absence of water, the decrease in pore volume is reduced. Depending on the temperature and time of the hydrothermal treatment, silica gels with pore diameters up to 300 nm can be prepared.

Nevýhodou postupu je jeho náročnosť na použité zariadenia - autoklávy a hlavne pomerne nízka opakovateľnosť hydrotermickej úpravy silikagélu - vznikajú materiály s bi- alebo aj multimodálnou distribúciou pórov: v hydrotermicky upravenom silikagéli často ostávajú aj malé póry pretože najmenšie póry východiskového silikagéklu nie sú vždy zasiahnuté.The disadvantage of the process is its difficulty in the equipment used - autoclaves and in particular the relatively low repeatability of hydrothermal treatment of silica gel - materials with bi- or multimodal pore distribution arise: in hydrothermally treated silica gel even small pores often remain because the smallest pores of the starting silica gel are not always affected.

Ďalší postup rozširovania pórov silikagélu účinkom vody pri zvýšenej teplote je jeho var vo vodných roztokoch solí [Vespalec, R., Ciganková, M., Víška, J., J. Chromatogr. 354, 1986, s. 129]. Nevýhodou tohoto, ináč jednoduchého a opakovateľného postupu je jeho obmedzený účinok: Varom v roztokoch solí možno pripraviť póry s D len do asi 20 nm.A further process of spreading silica gel pores by water at elevated temperature is boiling it in aqueous salt solutions [Vespalec, R., Cigankova, M., Viska, J., J. Chromatogr. 354, 1986, p. 129]. The disadvantage of this otherwise simple and repeatable process is its limited effect: Boiling in salt solutions can only produce pores with a D of up to about 20 nm.

- 3 Podstata vynálezu3 Summary of the Invention

Účinnosť ataku S1O2 matrice molekulami vody možno zvýšiť prídavkom alkálie, ktorej katióny sa zúčastňujú na procese. Var S1O2 v zriedenom roztoku alkálie však neprináša žiadané výsledky: Ak je hydroxydu nadbytok, silikagél sa rozpustí a ak je alkália prítomná v „stechiometrickom množstve, ktoré matricu účinne atakuje a vedie k jej reštrukturácii ale nestačí na jej rozpustenie - získajú sa materiály s D len do asi 200 nm. Požadovaná reštrukturalizácia silikagélu za vzniku makropórovitých materiálov sa dosiahne kombinovaným účinkom vody za prítomnosti stechiometrického množstva hydroxidu pri zvýšenej teplote nad 100 °C - tento „chemotermický proces tvorí podstatu vynálezu. Zvýšená teplota sa zabezpečí použitím nasýtených roztokov anorganických solí ako reakčného média alebo v autokláve, pri mierne zvýšenom tlaku.The efficiency of the S1O2 matrix attack by water molecules can be increased by the addition of an alkali whose cations are involved in the process. However, boiling S1O2 in a dilute alkali solution does not produce the desired results: If there is an excess of hydroxyde, the silica gel dissolves and if the alkali is present in a "stoichiometric amount that effectively attacks the matrix and results in its restructuring but not sufficient to dissolve it" to about 200 nm. The desired restructuring of silica gel to form macroporous materials is achieved by the combined action of water in the presence of a stoichiometric amount of hydroxide at elevated temperature above 100 ° C - this "chemothermal process" is the essence of the invention. The elevated temperature is ensured by using saturated solutions of inorganic salts as the reaction medium or in an autoclave, at a slightly elevated pressure.

Výhody takéhoto spôsobu prípravy sú nenáročnosť na zariadenia a vysoká opakovateľnosť - dosahujú sa obdobné priemery pórov úpravou rôznych druhov východiskových silikagélov. Oproti známym postupom umožňuje spôsob podľa vynálezu pripraviť silikagély s veľkým objemom pórov, pretože pri rozširovaní pórov klesá ich objem len o 5 až 15%.The advantages of such a preparation method are low-cost equipment and high repeatability - similar pore diameters are achieved by treating different types of starting silica gels. In contrast to the known processes, the process according to the invention makes it possible to prepare silica gel with a large pore volume, since the pore size decreases by only 5 to 15%.

Ďalej uvedené príklady bližšie ozrejmujú podstatu vynálezu bez toho, aby ohraničovali jeho rozsah.The following examples illustrate the invention without limiting its scope.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1: Ku 1 kg suchého mezopórovitého silikagélu s časticami 1 pm až 1 mm v polyetylénovej 10 I nádobe sa pridá šesť až osem litrov destilovanej vody. Systém sa mieša dokiaľ zo silikagélu uniká vzduch. Presné množstvo pridanej vody závisí od objemu pórov silikagélu a musí sa určiť experimentálne. V tomto prípade to bolo 7 litrov vody. Potom sa suspenzia, premiestni do 20 I reaktora a pri stálom miešaní sa zahrieva. Po dosiahnutí teploty asi 70 °C sa postupne pridáva suchý NaNCb až do fExample 1: Six to eight liters of distilled water are added to 1 kg of dry mesoporous silica with particles of 1 µm to 1 mm in a polyethylene 10 L vessel. The system is stirred until air is released from the silica gel. The exact amount of water added depends on the pore volume of the silica gel and must be determined experimentally. In this case it was 7 liters of water. The slurry was then transferred to a 20 L reactor and heated with stirring. After reaching a temperature of about 70 ° C, dry NaNCl 3 is gradually added until f

vzniku nasýteného roztoku. Konečné množstvo NaNCb závisí od množstva vody v systéme a bod nasýtenia indikuje bod varu roztoku 118°. Vtedy je pomer H2O/NaNO3 rovný 1:2 hm.formation of a saturated solution. The final amount of NaNCl 3 depends on the amount of water in the system and the saturation point indicates the boiling point of the solution 118 °. Then the H2O / NaNO3 ratio is 1: 2 wt.

- 4 Do vriacej suspenzie sa za stáleho intenzívneho miešania po kvapkách pridáva 10 % NaOH tak, aby pH hodnota zmesi dosiahla hodnotu 8-8,5. Zmes sa za stáleho miešania varí 2 hod, potom sa zriedi 4-6 I destilovanej vody zahriatej na teplotu 40-60 °C a pomaly okyslí sa roztokom 10-15% HNOj tak aby pH systému dosiahlo hodnotu približne 3. Horúca suspenzia sa odfiltruje a starostlivo premyje destilovanou vodou. Produkt sa vysuší 2h pri 110 °C a potom sa vyžíha pri 450-500 °C 1 hodinu. Získaný materiál má priemer pórov 30 nm. Výhoda NaNOj oproti iným soliam je znížená citlivosť na pH. Pri rozširovaní pórov poklesne objem pórov len o 5-15%.To the boiling slurry, 10% NaOH is added dropwise with vigorous stirring, until the pH of the mixture reaches 8-8.5. The mixture is boiled under stirring for 2 hours, then diluted with 4-6 L of distilled water heated to 40-60 ° C and slowly acidified with a 10-15% HNO 3 solution until the pH of the system reaches approximately 3. The hot suspension is filtered off and wash thoroughly with distilled water. The product is dried at 110 ° C for 2h and then calcined at 450-500 ° C for 1 hour. The material obtained has a pore diameter of 30 nm. The advantage of NaNO 3 over other salts is the reduced sensitivity to pH. With pore enlargement, the pore volume decreases by only 5-15%.

Príklad 2: Ku 1 kg suchého mezopórovitého silikagélu sa pridá 8 I 10%-ného roztoku NHjOH a dobre sa premieša. Suspenzia sa umiestni do autoklávu a zahrieva sa na 150 až 170 °C počas 3 hodín. Po vychladnutú sa suspenzia prenesie na filter premyje 1% roztokom HCI tak aby filtrát bol kyslý a následne destilovanou vodou až do neutrálnej reakcie filtrátu. Produkt sa vysuší 2h pri 110 °C a potom sa vyžíha pri 450-500 °C 1 hodinu. Získaný materiál má podľa teploty záhrevu priemery pórov 50 nm (150 °C) až 100 nm (170 °C). Výhodou postupu opísaného v príklade 2 je oproti postupu z príkladu 1 možnosť získať silikagély s väčším priemerom pórov a to bez ohľadu na to, či sa vychádza z „mäkkého silikagélu pripraveného z vodného skla, alebo z „tvrdého silikagélu pripraveného aglutináciou častíc sólu SÍO2. Objem pórov pri úprave poklesne len o 5 až 10%. Významnou výhodou postupu opísaného v príklade 2 je tiež to, že pri ňom nedochádza ku kontaminácii matrice silikagélu iónmi Na+ alebo iného kovu. Čistota výsledného materiálu je determinovaná len čistotou použitého NH4OH a kvalitou materiálu autoklávu.Example 2: To 1 kg of dry mesoporous silica gel was added 8 L of a 10% NH 3 OH solution and mixed well. The suspension was placed in an autoclave and heated to 150-170 ° C for 3 hours. After cooling, the suspension is transferred to a filter, washed with 1% HCl solution so that the filtrate is acidic followed by distilled water until the filtrate is neutral. The product is dried at 110 ° C for 2h and then calcined at 450-500 ° C for 1 hour. The material obtained has pore diameters of 50 nm (150 ° C) to 100 nm (170 ° C) depending on the heating temperature. The advantage of the procedure described in Example 2 is that, compared to Example 1, it is possible to obtain silica gel having a larger pore diameter, regardless of whether it is based on "soft silica gel prepared from water glass" or "hard silica gel prepared by agglutination of SiO 2 sol particles. The pore volume of the treatment decreases by only 5 to 10%. An important advantage of the procedure described in Example 2 is also that it does not contaminate the silica gel matrix with Na + or other metal ions. The purity of the resulting material is determined only by the purity of the NH 4 OH used and the quality of the autoclave material.

Claims (1)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS Spôsob prípravy makropórovitých silikagélov s priemermi pórov 20-100 nm rozširovaním pórov mezopórovitého silikagélu s priemermi pórov 1-15 nm, vyznačujúci sa tým, že sa východiskový mezopórovitý silikagél podrobí kombinovanému účinku vody a kontrolovaného množstva organickej alebo anorganickej alkálie pri zvýšenej teplote 115 až 200 °C pričom pH systému dosahuje hodnotu až 9 ak sa pracuje za varu v roztokoch solí alebo až 14 ak sa pracuje pri zvýšenom tlaku bez prítomnosti .solí v roztoku NH4OH.Process for preparing macroporous silica gels with pore diameters of 20-100 nm by widening the pores of mesoporous silica with pore diameters of 1-15 nm, characterized in that the starting mesoporous silica is subjected to the combined action of water and a controlled amount of organic or inorganic alkali at elevated temperatures of 115-200 ° Wherein the pH of the system is up to 9 when boiling in salt solutions or up to 14 when operating under elevated pressure in the absence of salt in NH 4 OH solution.
SK1076-96A 1996-08-21 1996-08-21 Method of preparing macroporous silica gel SK281165B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK1076-96A SK281165B6 (en) 1996-08-21 1996-08-21 Method of preparing macroporous silica gel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK1076-96A SK281165B6 (en) 1996-08-21 1996-08-21 Method of preparing macroporous silica gel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK107696A3 true SK107696A3 (en) 1998-03-04
SK281165B6 SK281165B6 (en) 2000-12-11

Family

ID=20434236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK1076-96A SK281165B6 (en) 1996-08-21 1996-08-21 Method of preparing macroporous silica gel

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK281165B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SK281165B6 (en) 2000-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0871540B1 (en) Gel composition containing carbonaceous compound
EP3305726B1 (en) Method for preparing metal oxide-silica composite aerogel
US4058483A (en) Adsorbent material
KR20090030131A (en) Method for preparing surface-modified transparent bead type aerogel and aerogel prepared therefrom
CA1263857A (en) Structured silicas
RU2277013C1 (en) Water treatment sorbents preparation method
SK107696A3 (en) Method for preparing macroporous silica gel having high-volume of pores
JP3089395B2 (en) Porous material with autonomous humidity control function
JP2004345892A (en) Method for manufacturing tubular structure of aluminum silicate
CN110642257B (en) Method for preparing silicon dioxide aerogel by using silicon micropowder
KR101680068B1 (en) Silica gel sheet, method for preparing the same, and honeycomb type dehumidifying element
JP3362793B2 (en) Method for producing silica sol
CN111203174B (en) Template-free ZSM-5@ SiO2Preparation method and application of microsphere molecular sieve
JP3793809B2 (en) Porous material comprising hollow fiber aluminum silicate and method for producing the same
SK283387B6 (en) Process for the preparation of ultra-pure macro-porous silica gel
JP2017534556A (en) Airgel production method
Park et al. Ethanol washing effect on textural properties of the sodium silicate-derived silica xerogel
US3696053A (en) Porous silica containing foreign ions and method for preparation for same
SU865792A1 (en) Method of producing spherical silicagel
JPS5855331A (en) Hydrophobic silica gel and its manufacture
RU2561408C1 (en) Method of producing aluminosilicate adsorbent
EP3677546B1 (en) Method for recycling supercritical waste liquid generated during silica aerogel blanket production process
Kaji et al. Modification of nanometer range pores in silica gels with interconnected macropores by solvent exchange
RU2203223C1 (en) Method of preparing synthetic granulated faujasite
EP3677547B1 (en) Method for recycling supercritical waste liquid generated during process of producing silica aerogel blanket