OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL MODES OF SYNTHESIS OF SILICON DIOXIDE WITH NANOMETER PARTICLE SIZE
Authors: Селяев В.П. , Нурылбаев Р.Е. , Сангулова И.Б. , Лияскин О.В. , Кечуткина Е.Л. 
Published: July 2024

Разработана технология синтеза диоксида кремния, основанная на использовании опал-кристобалитовых пород диатомита. Предложены два способа получения золя кремниевой кислоты. По первому способу измельченный диатомит сплавляют с щелочью и затем путем выщелачивания сплава дистиллированной водой выделяют кислоту. По второму способу для получения золя кремниевой кислоты измельченный диатомит выдерживают в растворе едко-го натра. Далее золь кремниевой кислоты после коагуляции осаждают раствором минеральной кислоты, получая в результате частицы диоксида кремния. Показано, что процентное со-держание и крупность осаждения частиц микрокремнезема можно регулировать путем изменения концентрации и температуры раствора едкого натра и длительности реакции синтеза, достигая при этом крупности частиц наноразмерного уровня и пористости свыше 90 . Оптимальный режим синтеза с максимальным выходом частиц диоксида кремния (раз-мер частиц диаметром 60-200 нм) рекомендовано осуществлять при температуре 90-50 С и концентрации электролита 10 , продолжительности реакции 1-2 часа, что в свою очередь является экономичным вариантом в плане энергозатрат. Получены аналитические зависимости выхода (в процентах) диоксида кремния от концентрации и температуры раствора ед-кого натра. Гранулометрический состав и крупность частиц синтезированного диоксида кремния, предварительно диспергированного в ультразвуковом поле частотой 42 кГц, мощностью источника 40 Вт, определяли методом лазерного дифракционного анализа на приборе Shimadzu SALD-3101 с диапазоном измерений от 50 нм до 3 мм. Процентное содержание диоксида кремния в синтезированном продукте определяли с применением электронного микроскопа Quanta 200 и рентгенофлуоресцентного спектрометра ARLPerformX 4200, которые позволяют проводить локальный анализ элементного состава материала. Синтезированный диоксид кремния в виде порошка относится к наиболее перспективным материалам будущего в плане решения задач энергоэффективности и энергосбережения, который рекомендовано применять для изготовления вакуумных изоляционных пане-лей, высокопрочных цементных бетонов, увиолевых стекол, фильтровальных порошков.

As a result of research carried out the authors have developed the technology for the synthesis of silicon dioxide based on the use of opal cristobalite diatomite rocks. Two methods have been proposed for preparing a silica sol. In the first method the crushed diatomite has been fused with an alkali and then acid was isolated by leaching the alloy with distilled water. In the second method the crushed diatomite has been kept in caustic soda solution in order to obtain a silica sol. Further after precipitation coagulates the silica sol precipitates silica particles with a mineral acid solution. It has been shown that the percentage and particle size of sedimentation of microsilica particles can be adjusted by changing the concentration and temperature of caustic soda solution and the duration of the synthesis reaction, while achieving the particle size of nanoscale level and porosity of over 90 . The optimal synthesis mode with the maximum yield of silica particles with a particle size of 60200 nm in diameter is recommended to be carried out at a temperature and electrolyte concentration of 9050 C, 10 , and the reaction time of 12 hours, which in turn is an economical option in terms of energy costs. Analytical dependences of the yield (in ) of silicon dioxide on the concentration and temperature of sodium hydroxide solution have been obtained. The particle size of the synthesized silica particles previously dispersed in an ultrasonic field at a frequency of 42 kHz and a source power of 40 W has been determined by laser diffraction analysis using Shimadzu SALD-3101 with a measurement range from 50 nm to 3 mm. The percentage of silicon dioxide in the synthesized product was determined using Quanta 200 electron microscope and ARLPerformX 4200 X-ray fluorescence spectrometer, which allow local analysis of the elemental composition of the material. Synthesized silicon dioxide in the form of powder is among the most promising materials of the future in terms of solving problems of energy efficiency and energy saving, which is recommended for the use in the manufacture of vacuum insulation panels, high-strength cement concretes, UV glass, filter powders.