способ получения ксерогеля кремниевой кислоты

Формула изобретения

1. Способ получения ксерогеля кремниевой кислоты, включающий гидролиз исходного вещества и сушку до постоянной массы, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества берут природную опоку, которую предварительно сплавляют с карбонатом натрия до образования силиката натрия, а гидролиз проводят в присутствии соляной кислоты до получения геля, в который затем добавляют раствор комплексона III с концентрацией 10^-1 М и промывают дистиллированной водой до удаления хлорид-ионов и избытка комплексона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сплавление опоки с карбонатом натрия осуществляют при температуре 700-900С в течение 2-4 ч, при массовом соотношении компонентов 1:5, а перед сплавлением опоку измельчают до получения размера зерен не более 0,05 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидролиз проводят в присутствии 6,0 М соляной кислоты, а комплексон III в полученный гель добавляют из расчета на 1 г опоки – не менее 5 мл комплексона и выдерживают в течение 20-30 мин, а сушку осуществляют при температуре 140-150С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам получения модифицированных сорбентов, которые широко используются для концентрирования, разделения и определения различных неорганических и органических соединений.

Известен способ получения пористого диоксида кремния, модифицированного фосфорно-молибденовыми гетерополисоединениями для чувствительного определения различных восстановителей в пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и объектах окружающей среды (патент №2139243, МПК С 01 В 33/12). Способ включает введение фосфорно-молибденового гетерополисоединения в смесь тетраэтоксисилана, этанола и воды в присутствии водного раствора гексафторсиликата аммония с последующей сушкой МВ-излучением.

Введение модифицирующего реагента на стадии синтеза ксерогеля позволяет получать индикаторный порошок для определения различных органических и неорганических восстановителей. Однако данный способ не предусмотрен для получения непосредственно матрицы для последующей иммобилизации органических реагентов.

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения пористого диоксида кремния, основанный на золь-гельтехнологии и заключающийся в гидролизе тетраэтоксисилана в среде этанола в присутствии 0,01-0,1 М водного раствора гексафторсиликата аммония с последующей сушкой MB-излучением мощностью 300-1000 Вт (патент №2139244, МПК С 01 В 33/12).

Данный способ получения диоксида кремния основан на гидролизе дорогостоящего промышленного материла - тетраэтоксисилана, что значительно удорожает технологию получения ксерогеля.

Задачей предлагаемого изобретения является получение ксерогеля кремниевой кислоты аналитического назначения из легкодоступного природного материала - опоки, что приводит к удешевлению технологии получения ксерогеля при сохранении его качественных параметров.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения ксерогеля кремниевой кислоты, включающем гидролиз исходного вещества и сушку до постоянной массы, согласно изобретению в качестве исходного вещества берут природную опоку, которую предварительно сплавляют с карбонатом натрия до образования силиката натрия, а гидролиз проводят в присутствии соляной кислоты до получения геля, в который затем добавляют раствор комплексона III с концентрацией 10^-1 М и промывают дистиллированной водой до удаления хлорид-ионов и избытка комплексона.

Кроме того, сплавление опоки с карбонатом натрия осуществляют при температуре 700-900С в течение 2-4 часов, при массовом соотношении компонентов 1:5, а перед сплавлением опоку измельчают до получения размера зерен не более 0,05 мм.

Кроме того, гидролиз проводят в присутствии 6,0 М соляной кислоты, а комплексон III в полученный гель добавляют из расчета на 1 г опоки не менее 5 мл комплексона и выдерживают в течение 20-30 мин, а сушку осуществляют при температуре 140-150С.

В качестве исходного сырья используют легкодоступную дешевую природную опоку, основным компонентом которой является оксид кремния IV. Однако в опоке содержатся также другие компоненты, которые препятствуют получению эффективных сорбентов аналитического назначения, например Fe (III), Al (III) и другие тяжелые металлы. Химический состав природной опоки, отобранной в районе г. Саратова, определяется наличием следующих компонентов (см. таблицу).

Качество получаемого ксерогеля в результате осуществления способа достигается, в т.ч. за счет устранения мешающего влияния сопутствующих компонентов, входящих в состав опоки.

Получение ксерогеля кремниевой кислоты из опоки основано на кислотном гидролизе силиката натрия и описывается следующим уравнением:

xNa₂SiO₃+2хНСl+(у-х)H₂O=2xNaCl+xSiO₂·yH₂O

Способ осуществляют следующим образом.

Природную опоку без предварительной очистки измельчают механически до размера зерен не более 0,05 мм; сплавляют с карбонатом натрия в массовом соотношении 1:5 в муфельной печи при 700-900°С в течение 2-4 часов. Для этого в платиновой чашке смешивают опоку и карбонат натрия, помещают в предварительно разогретую до 800С муфельную печь на 2-4 часа. В этих условиях диоксид кремния, входящий в состав опоки, вступает во взаимодействие с карбонатом натрия с образованием силиката натрия:

SiO₂+Na₂CO₃=Na₂SiO₃+СО₂.

После охлаждения содержимое платиновой чашки переносят в химический стакан и добавляют 15-20 мл 6,0 М соляной кислоты на 1 г опоки и оставляют на 20-24 часа для созревания геля кремниевой кислоты.

Образовавшийся гель кремниевой кислоты заливают комплексоном III концентрации 10^-1 М из расчета на 1 г опоки не менее 5 мл комплексона на 20-30 мин. Установлено, что при этом сопутствующие ионы металлов связываются в прочные бесцветные комплексонаты.

Затем гель промывают дистиллированной водой до полного удаления хлорид-ионов и избытка комплексона III в промывных водах.

Промытый ксерогель помещают в чашки Петри и высушивают при температуре 140-150С. Высушенный гель - ксерогель растирают в агатовой ступке агатовым пестиком и просеивают через контрольные сита с зернением 0,2-0,4 мм.

ПРИМЕР 1. 12 г предварительно измельченной до размера зерен не более 0,05 мм опоки сплавляли с 60 г карбонатом натрия при 700С в течение 4 часов. Плав заливали 200 мл 6,0 М соляной кислотой и оставляли на 24 часа для созревания геля кремниевой кислоты, который промывали дистиллированной водой до рН 5,0 и заливали 50 мл комплексона III на 30 мин и снова промывали дистиллированной водой до полного удаления хлорид-ионов и избытка комплексона III в промывных водах. Промытый гель помещали в чашки Петри и высушивали при температуре 140-150С. Высушенный гель - ксерогель растирали в агатовой ступке агатовым пестиком и просеивали через контрольные сита с зернением 0,2-0,4 мм.

ПРИМЕР 2. Синтез ксерогеля проводили аналогично примеру 1. При этом сплавление опоки с карбонатом натрия осуществляли при 900С в течение 2 часов.

Полученный таким образом ксерогель кремниевой кислоты может быть использован в качестве матрицы при получении сорбентов аналитического назначения, которые применяют для тест-определения ионов металлов в варианте индикаторных порошков или индикаторных трубок.