СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕЛЯ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ
METHOD OF PRODUCING SILICA GEL

Изобретение относится к области коллоидной химии, а точнее к синтезу гелей кремниевой кислоты из силикатов щелочных металлов, в частности из силиката натрия как сравнительно дешевого и доступного сырья.
2
Известен способ получения геля кремниевой кислоты из раствора силиката натрия путем обработки его раствором серной кислоты. Полученный продукт промывают от сульфата натрия водным раствором аммиака при t=200°C. Образовавшийся гель содержит всего 3% SiO, выпариванием доводят его содержание до 20-25% (1).
Недостаток способа - использование повышенной температуры и применение ценного химического реагента - серной кислоты. Кроме того, образующийся при этом продукт - сульфат натрия не находит широкого практического применения, является отходом.
Известен также способ, наиболее близкий к предлагаемому изобретению, заключающийся в получении геля кремниевой кислоты в 2-камерном электролизере с катионитовой мембраной, в катодной камере которого содержится 0,1% раствор NaOH, а в анодную камеру подается 4% раствор силиката натрия (2).
Недостатком данного способа является то, что образовавшаяся кремниевая кислота полимеризуется прямо на поверхности или вблизи мембраны, что приводит к резкому увеличению сопротивления системы и возрастанию энергозатрат.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение чистоты конечного продукта и снижение энергозатрат.
Экономичность процесса достигается путем использования проточного электролиза.
Технический результат достигается тем, что процесс осуществляется за пределами электролизера путем смешивания кремниево-кислого натрия с подкисленным раствором питьевой воды, образующимся в анодной камере при электролизе питьевой воды, т.е. за счет переноса катионов из воды в катодную камеру и подкисления воды в анодной камере.
Сущность способа получения геля кремниевой кислоты из силикатов щелочных металлов, который включает электрохимическую обработку воды, заключается в том, что проводят электролиз водопроводной воды в проточном режиме, а обработку раствора силиката натрия осуществляют за пределами электролизера анодным кислым водным раствором, вытекающим из анодной камеры электролизера, при pH 3-4.
В результате обработки выпадает в осадок кремниевая кислота, и восстанавливается основной ионный состав исходной воды.
2
Анодный кислый водный раствор получают следующим образом: проточная питьевая воды попускается через 2-камерный электролизер с катионитовой мембраной, при температуре 25°С, анодная плотность тока 0,01 А/см; электролиз проводят в проточном режиме, вода разделяется на два потока и проходит через анодную и катодную камеры; pH воды в ходе электролиза поддерживается на уровне 3-4 изменением объема протекаемой через анодную камеру воды.
Пример осуществления способа заключается в следующем. Электролиз проводится в проточном режиме с использованием 2-камерного электролизера с катионитовой мембраной. Причем электролизу подвергается обычная водопроводная вода. В качестве анодного материала использовали платинированный титан, а катодного - медь.
Раствор силиката натрия в соотношении 1:10 обрабатывали подкисленной водой, вытекающей из анодной камеры уже за пределами электролизера. Образовавшийся гель кремниевой кислоты готов к использованию.
При этом в зависимости от pH среды, образуется гель кремниевой кислоты различного процентного состава. Наиболее оптимальным вариантом является электролиз питьевой воды при pH 3-4. При более низких значениях pH анодной жидкости наблюдается избыточный расход электроэнергии.
Пример 1. Электролиз водопроводной воды проводили в 2-камерном электролизере с катионитовой мембраной в проточном режиме при скорости истечения 1 мл/с. Водой, вытекающей из анодной камеры, обрабатывали силикат натрия в соотношении 1:10 для получения геля. При этом образуется гель кремниевой кислоты, и восстанавливается основной ионовый состав воды.
При pH меньше 3-4 нежелательно проводить электролиз в связи с повышением напряжения на электролизере и дополнительным расходом электроэнергии.
Условия электролиза воды.
pH
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
U, в
28
25
20
18
15
15
15
15
15
В таблице показана зависимость энергетических расходов и напряжения от pH среды.
2
4
В известном способе кремниевая кислота, осаждаясь на поверхность мембраны, экранирует поверхность, что тормозит дальнейшее проведение процесса и требует больших энергетических затрат. В предлагаемом способе кремниевая кислота не осаждается, т.к. процесс осаждения идет за предалами электролизера в отдельной камере. Образующийся гель кремниевой кислоты не загрязняется таким химическим соединением, как NaSO, от которого его надо полностью очищать для использования в пищевой промышленности. Полученный по данному способу гель содержит только воду, соответствующую нормам ПДК.
Содержание сульфат-ионов и других, присутствующих в водопроводной воде ионов соответствует нормативам ПДК, что позволяет получить гель высокой чистоты, и при этом предложенный способ является экономичным.
Полученный данным способом гель можно использовать для обработки виноматериалов, осветления и стабилизации соков, а также для устранения металлических кассов (3).
Литература
1. Японский патент №41-10237, 1966.
2. Айлер Р.К. Химия кремнезема. Пер. с англ. - М.: Мир. Ч.2, 1982, с.449-453.
3. Патент России №2272833, 27.03.2006 г. Хизриева И.Х., Харламова Т.А., Алиев З.М. «Способ осветления и стабилизации виноматериалов».