способ получения модифицированного кремнезема

Формула изобретения

Способ получения модифицированного кремнезема, включающий обработку кремнеземного носителя фосфорсодержащим модификатором, отличающийся тем, что в качестве носителя используют кремнезем марки БС-50, а обработку его проводят диметилфосфитом при массовом соотношении 1:1-3, температуре 160-180°С в течение 2-3 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения модифицированного кремнезема, который может быть использован в хроматографии и при концентрировании ионов металла.

Известен способ получения модифицированного кремнезема, включающий прививку органических и кремнийорганических радикалов путем ультраобработки кремнезема с органическим или элементорганическим соединением (авторское свидетельство СССР № 700441, С 01 В 33/10, 1979).

Недостатком данного способа являются многостадийность процесса, высокая температура и продолжительность процесса.

Наиболее близким является способ получения модифицированного кремнезема, заключающийся в обработке кремнезема, содержащего аминопропильные группы в среде неводного растворителя кетоном или альдегидом и эфиром фосфористой кислоты при 55-65°С в течение 2-10 часов (авторское свидетельство СССР № 1613130, С 01 В 33/12, 1988).

Недостатком этого способа являются многостадийность процесса, использование растворителя и длительность процесса.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка нового высокоэффективного способа получения модифицированного кремнезема в одну стадию и без применения растворителей.

Техническим результатом является упрощение способа модификации кремнеземов и увеличение содержания привитых групп в модифицированном продукте.

Поставленный технический результат достигается тем, что получение модифицированного кремнезема, включающего обработку кремнеземного носителя фосфорсодержащим модификатором, причем в качестве носителя используют кремнезем марки БС-50, а обработку его проводят диметилфосфитом при массовом соотношении 1:1-3 соответственно, температуре 160-180°С в течение 2-3 часов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Взаимодействие кремнезема с диметилфосфитом протекает по следующей схеме:

Данная реакция протекает при температуре 160-180°С по гидроксильным группам кремнезема. В результате данной реакции выделяется метанол. Реакция протекает в течение 3-х часов до полного выделения метанола. Далее модифицированный кремнезем экстрагировался в аппарате Сокслета ацетоном в течение 2-3 часов для удаления избытка диметилфосфита. В результате взаимодействия кремнезема и диметилфосфита образуется модифицированный продукт, в состав которого входит фосфор. Наличие химически связанного фосфора в продуктах модификации подтверждают данными ИК-спектральных исследований. Полученные данные показывают, что в отличие от исходного кремнезема в ИК-спектрах модифицированного кремнезема появляются полосы, характерные для деформационных колебаний - Р-Н-групп в области 2300-2400 см^-1. Интенсивность пропускания указанной полосы возрастает с увеличением содержания фосфора в полученных продуктах.

Нами было изучено влияние на степень фосфорилирования кремнезема температуры, соотношения реагентов, продолжительности обработки. Результаты представлены в таблице.

Таблица
Влияние условий модификации на содержание фосфора в кремнеземе
№ примера	Условия проведения модификации кремнезема диметилфосфитом (ДМФ)			Содержание фосфора в кремнеземе, мас.%
	Температура °С	Соотношение кремнезема и ДМФ	Время модификации, час
1	160	1:1	3	8,62
4	160	1:2	3	8,64
5	160	1:3	3	8,94
6	170	1:1	2.5	9,86
2	170	1:2	2.5	9,87
7	170	1:3	2.5	9,95
8	180	1:1	2	10,10
9	180	1:2	2	10,18
3	180	1:3	2	10,24

Из анализа таблицы видно, что с повышением температуры от 160 до 180°С и избытка диметилфосфита содержание фосфора в исходном кремнеземе возрастает и достигает максимального количества 10,24%. Содержание фосфора определяли на фотокалориметре по ГОСТу 208512-75.

Модифицированный кремнезем проявляет катионобменные свойства за счет перехода фосфора P(V) в фосфор Р(П1) по схеме:

При максимальном содержании фосфора (10.24%) статическая обменная емкость модифицированного кремнезема составила 8,56 мг·экв/г. Статическую обменную емкость определяют по стандартной методике (ГОСТ 20255.1-89. Метод определения статической обменной емкости. Издательство стандартов, 1989. - 112 с.).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. К 10 г кремнезема добавляют 10 г диметилфосфита (массовое соотношение 1:1). Реакционную смесь помещают в колбу на 100 мл и начинают нагревать до 160°С в течение 3-х часов до полного выделения метанола. После этого реакционную массу экстрагируют в аппарате Сокелетта ацетоном до полного удаления непрореагировавшего диметилфосфита, после чего продукт сушат при температуре 80-100°С и определяют содержание привитых фосфорсодержащих групп в кремнеземе фотокалориметрическим методом. Содержание фосфора в кремнеземе составляет 8,62%.

Пример 2. В отличие от примера 1 модификацию кремнезема осуществляли при соотношении кремнезема и диметилфосфита 1:2 при 170°С в течение 2,5 часов, в результате получаем модифицированный кремнезем с содержанием фосфора 9,87%.

Пример 3. В отличие от примера 1 модификацию кремнезема осуществляли при соотношении кремнезема и диметилфосфита 1:3 при 180°С в течение 2 часов, в результате получаем модифицированный кремнезем с содержанием фосфора 10,24%.

Пример 4-9. Осуществляют аналогично примеру 1, изменяя массовое соотношение кремнезема и диметилфосфита и результаты приведены в таблице.

Из представленных данных видно, что изменение массового соотношения кремнезем: диметилфосфит меньше или больше заявленных снижает количество привитых группировок. Такая же закономерность наблюдается и при уменьшении температуры до 160°С и ниже. Повышение температуры выше 180°С нецелесообразно, так как при этой температуре начнется испарение диметилфосфита. Снижение продолжительности реакции ниже 2-х часов приведет к уменьшению степени прививки, что нежелательно. Увеличение продолжительности реакции выше 3-х часов нецелесообразно.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его использовании, предназначено для использования в качестве промышленного катионита на основе модифицированного кремнезема;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “промышленная применимость”.