Силикагель

Носители катализаторов. Оксид алюминия.

Силикагель SiO₂ используется как адсорбент и как носитель для каталитически активных металлов: Pt, Pd; оксидов (V₂O₅) в процессах нефтехимии и химии. Это процессы окисления, гидрирования, гидратации, полимеризации и др.

Основные особенности силикагеля как носителя:

- незначительная собственная каталитическая активность. На этом носителе меньше вероятность протекания нежелательных побочных реакций: изомеризации, полимеризации и т.д.;

- высокая термостойкость – он может быть использован в широком интервале температур;

- возможность в широких пределах изменять удельную поверхность и пористую структуру.

Меняя условия получения силикагеля, можно изменять основные параметры его структуры.

Объем пор, V_пор, см³/г, 0,3 – 2,5

Площадь удельной поверхности, S_уд, м²/г, 5 – 750

Эффективный радиус пор, R_эф, ангстрем 10 - 10³

Насыпная плотность, г/см³ 0,15 – 0,09

Для получения силикагеля используют обычно раствор метасиликата натрия Na₂SiO₃. Осаждение осуществляют добавлением CO₂, H₂SO₄, или HCl до рН» 7 [14].

Мономерная или полимерная кремневая кислота, образующаяся путем нейтрализации раствора метасиликата натрия, может вступать в реакцию конденсации согласно схеме [15]:

(SiO_pH_q)_n-SiOH + HOSi-(SiO_rH_s)_m ® (SiO_pH_q)_n-Si-O-Si-(SiO_rH_s)_m + H₂O

В результате процесса конденсации получается макромолекулярная кремневая кислота, которая постепенно растет и превращается в полимерную, или «элементарную», частицу, обладающую коллоидными свойствами. Эта частица представляет собой нерегулярную трехмерную сетку из тетраэдров SiO₄. Каждый атом кремния в ней связан с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода – с двумя атомами кремния. В тех точках, где конденсация ОН –групп не произошла, атомы кремния все еще несут по одной, две или три группы ОН. На определенной стадии происходит застудневание коллоидного раствора (золя) и возникает гидрогель.

Затем гель промывают декантацией, причем обычно натрий удается удалить не полностью – до 1 % Na₂O в конечном высушенном геле [14]. В промышленном силикагеле марки КСК содержится 0,04 % Na. Максимально возможное удаление натрия чрезвычайно желательно, чтобы избежать его щелочного воздействия, которое ухудшает свойства ряда нанесенных на силикагель катализаторов. Натрий также действует в качестве флюса, приводящего к снижению температуры плавления оксида кремния и погружению каталитически активной фазы в объем носителя.

Чистый силикагель, не загрязненный натрием, можно получить гидролизом тетрахлорида кремния или этилсиликата. С помощью этих методов получают в различной степени гидратированный достаточно чистый силикагель. Он может служить носителем для большинства металлических катализаторов и имеет удельную поверхность порядка 400 м²/г.

Оксид кремния имеет несколько кристаллических модификаций. Модификации оксида кремния различаются характером расположения тетраэдров SiO₄ в пространстве. Природная модификация оксида кремния – кварц, имеющий гексагональную структуру. a - модификация оксида кремния, кварцевая пудра, может быть получена окислением тетрахлорида кремния. Она используется в хроматографии под названием аэросил.

SiCl₄ + O₂ ® SiO₂ + 2Cl₂

Оксид кремния легко переходит в стеклообразное состояние.

Связь между текстурой пористого кремнезема и условиями его приготовления подробно рассмотрена в [15].

Технология производства и характеристики промышленных марок силикагеля приведены в [16 - 18].

Дата добавления: 2014-01-14