Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии
Оптимизация технологических режимов синтеза диоксида кремния с размером частиц в нанометровом диапазоне
Опубликована: 2019-12-20
  • В. П. Селяев Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (г. Саранск)
  • Р. Е. Нурылбаев Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева (г. Алматы)
  • И. Б. Сангулова Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева (г. Алматы)
  • О. В. Лияскин Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (г. Саранск)
  • Е. Л. Кечуткина Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (г. Саранск)

Аннотация

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 едкого натра. Далее золь кремниевой кислоты после коагуляции осаждают раствором минеральной кислоты, получая в результате частицы диоксида кремния. Показано, что процентное содержание 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 (размер 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 едкого 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 ARLPerform`X 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 панелей, высокопрочных цементных бетонов, увиолевых стекол, фильтровальных порошков.

Литература

1. Теплоизоляционные материалы и изделия на основе вакуумированных дисперсных порошков микрокремнезема и диатомита: монография / В.П. Селяев, В.А. Неверов, А.К. Осипов [и др.]. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2013. 220 с.
2. Пат. 2526454 Российская Федерация, МПК С 01 В 33/18. Способ получения тонкодисперсного аморфного микрокремнезема / В.П. Селяев, А.К. Осипов, А.А. Седова, Л.И. Куприяшкина; патентообла-датель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессио-нального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». № 2013104054/05; заявл. 30.01.13; опубл. 20.08.14, Бюл. № 23. 7 с.
3. Пат. 2261840 Российская Федерация, МПК7 С01В 33/18. Способ получения аморфного диоксида кремния / В.В. Наседкин, А.Н. Доронин, Р.Г. Мелконян, Л.М. Нагаева, А.П. Коротченко, Т.С. Юсупов; заявитель и патентообладатель В.В. Наседкин. № 2004118287/15; заявл. 18.06.04; опубл. 10.10.05, Бюл. № 28. 9 с.
4. Пат. 2474535 Российская Федерация, МПК С01В 33/18. Способ получения аморфного диоксида кремния / В.В. Наседкин, Я.О. Ильев, Е.Н. Иванов, Г.П. Галкин; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Технострой» (ООО Технострой). № 2011134416/05; заявл. 17.08.11; опубл. 10.02.13, Бюл. № 4. 18 с.
5. Пат. 2286947 Российская Федерация, МПК С 01 В 33/18. Способ переработки кремнеземсодер-жащего сырья / В.С. Римкевич, Ю.Н. Маловицкий, Л.П. Демьянова; заявитель и патетообладатель Инсти-тут геологии и природопользования Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИГиП ДВО РАН). № 2004110338/15; заявл. 05.04.2004; опубл. 10.11.2006, Бюл. № 31. 6 с.
6. Ahmaruzzaman M., Gupta V. K. Rice husk and its ash as low-cost adsorbents in water and wastewater treatment // Industrial and engineering chemistry research. 2011. No. 50. P. 13598-13613.
7. Tsai W.T., Hsien K.J., Yang J.M. Silica adsorbent prepared from spent diatomaceous earth and its appli-cation to removal of dye from aqueous solution // Journal of Colloid and Interface Science. 2004. Vol. 275, No. 2. P. 428-433.
8. Covindarao Venneti M.H. Utilization of rice hack a preliminary analysis // Journal of Scientific and In-dustrial Research. 1980. Vol. 39, No. 9. P. 495-515.
9. Smirnova I., Mamic J., Arlt W. Adsorption of drugs on silica aerogels // Langmuir. 2003. Vol. 19, No. 20. P. 8521-8525.