WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Выполнены эксперименты по разделению компонентов смеси органиче­ ских газов и жидкостей в двух одинаковых по геометрическим параметрам хроматографических колонках, одна из которых заполнена кремнеземом, осаж­ денным из гидротермального раствора, вторая - промышленным сорбентом силохромом С-80 (табл. 1). Получены зависимость высоты, эквивалентной теоре­ тической тарелке, от расхода газа-носителя, и зависимость времени удержива­ ния от температуры.

Таблица 1. Сравнительное время удерживания разных веществ на колон­ ках длиной 1,8 м и диаметром 2,0 мм.

Вещество Химическая Объем про­ Время удерживания tR Силохром С-80 Геокремнезем формула бы, мкл Изобутан (СН3)2СНСН3 200,0 44,0 с 53,7 с 0,Гексан СН3(СН2)4СНз 71,0 с 90,2 с 103,0 с Гептан СНз(СН2)5СН3 133 с 0,82,5 с 202,3 с Бензол СбНб 0,146,0 с Толуол С^НзСНз 393,5 с 0,О-ксилол 0,1 276,9 с 788,7 с СбН4(СНз)Сорбционная активность поверхности порошка кремнезема, полученного осаждением коллоидных частиц кремнезема из гидротермального раствора, оказалась в ряде случаев выше активности поверхности промышленного сор­ бента силохром С-80 (табл. 1). Это открывает возможность использования кол­ лоидного кремнезема гидротермального раствора как материала для изготовле­ ния сорбентов для газовой хроматографии.

Разработан способ использования тонкодисперсного порошка кремне­ зема, в качестве сорбента для очистки природных и сточных вод от пленочных образований нефтепродуктов на поверхности воды и растворенных нефтепро­ дуктов. Способ предполагает модифицирование поверхности кремнезема для придания ей гидрофобных свойств с применением кремнийорганического мо­ дификатора из группы силанов: X Si(Me3.n)R (X - CI, Br, I или другая группа, n вступающая в реакцию с силанольными группами поверхности, Me - метальная группа СН3, R - алкильный, арильный или другой радикал, содержащий обычно от 2 до 20 атомов углерода, п=1-3).

В экспериментах по удалению растворенных нефтепродуктов фильтрова­ нием воды через слой сорбента при начальной концентрации загрязнений 0,мг/л достигалось удаление 98 % нефтепродуктов.

Глава 4. Эксперименты по использованию аморфного кремнеземсодержащего материала, осажденного из гидротермального раствора с вводом коа­ гулянтов.

В ходе экспериментов был найден режим обработки, позволяющий полу­ чать осажденный материал, который после термообработки переходит в сили­ каты металлов. Осаждение в этом режиме проводится с вводом катионов ме­ таллов и одновременным повышением рН до значения 10-12 и выше. В этих ус­ ловиях в водном растворе присутствовало достаточное количество ионов ОКК H3S1O4", способных образовать малорастворимые соединения с катионами ме­ таллов.

При обработке раствора известью показатель рН увеличивался до 11,0-12,без дополнительного подщелачивания. Образцы с высоким отношением CaO/Si02, полученные при расходе извести 400-1500 мг/кг, после прокаливания при 600-900° С переходили в волластонит CaSi03, либо в смесь волластонита и кристобалита.

f I i ) Рис.3. Рентгенограммы осадка, полученного с вводом катионов металлов и подщелачиванием, после термообработки. (I- интенсивность рассеянного ха­ рактеристического излучения железного анода (отн. ед.), 0- угол между на­ правлением падающего излучения и поверхностью образца (градусы)), а) мате­ риал, осажденный с вводом катионов кальция; б) материал, осажденный с вво­ дом катионов кобальта; в) материал, осажденный с вводом катионов магния.

Силикат кобальта был получен при обработке с добавлением сернокислого кобальта CoS04-7H20. После подщелачивания до рН=12,4 осаждалась значи­ тельная часть коллоидного кремнезема и катионов кобальта, введенных в рас­ твор, осажденный материал имел высокое отношение CoO/SiC^. После термо­ обработки при 950°С аморфный осадок превращался в силикат кобальта Co2Si04.

Силикат магния был получен после обработки раствора сернокислым маг­ нием MgS04-7H20 с одновременным подщелачиванием до рН=12,4. После про­ каливания при 950 °С аморфный осадок превратился в форстерит Mg2Si04 с не­ большой примесью кварца. Силикаты металлов, полученные осаждением крем­ незема из гидротермального раствора, могут найти применение при изготовле­ нии керамики, стекла, красок и антикоррозионных материалов.

II Эксперименты показали, что добавление в цемент кремнезема, осажденно*го из гидротермального раствора с вводом извести, приводит к повышению прочности бетона. На основе полученных данных предложен способ использо­ вания кремнезема для повышения прочности бетона. Осаждение проводится после старения раствора и завершения полимеризации и образования коллоид­ ных частиц кремнезема, расход СаО должен находиться в пределах 100-мг/кг. Весовую долю кремнезема по отношению к цементу необходимо выдер­ живать в пределах от 1 до 6-7 %, водоцементное отношение - от 0,25 до 0,38.

5. Изготовление полисиликатов и жидкого стекла на основе аморфного кремнезема, извлеченного из гидротермального раствора.

Использование аморфного кремнезема и водного гидрозоля кремнезема для производства жидкого стекла значительно упрощает и удешевляет процесс по сравнению с использующимся в настоящее время процессом сплавления квар­ цевого песка с карбонатом или сульфатом натрия при 1300°С с получением си­ ликат-глыбы. Разработан способ получения жидкого стекла, заключающийся в автоклавной варке смеси тонкодисперсного аморфного кремнезема в водном растворе гидроксидов щелочных металлов.

Порошок кремнезема, осажденный из гидротермального раствора, состоит из первичных частиц коллоидного кремнезема с размерами от 5,0 до 20,0 нм, удельная площадь поверхности порошка - 50-300 м2/г. Скорость его растворе­ ния в щелочных растворах пропорциональна как удельной поверхности Sp, так и растворимости кремнезема С :

е dm /dt=Kd-Sp-Ce, (3) s где m - доля растворенного кремнезема в момент времени t, Kd - константа.

s Высокая реакционная способность тонкодисперсного порошка аморфного кремнезема позволяет производить жидкое натриевое стекло с повышенным силикатным модулем m = 4,2-6,0.

Выполнены эксперименты по изучению кинетики образования водных по­ лисиликатов и жидкого стекла в гидрозолях кремнезема, полученных мембранным концентрированием гидротермального раствора (рис. 4). Разработан метод получения водных полисиликатов, заключающийся в добавлении расчетного количества щелочи (гидроксидов натрия, калия, лития и др.) к водному золю кремнезема, полученному мембранным концентрированием из гидротермаль­ ного раствора. Проведенные экспериментальные исследования показали, что производство жидкого стекла из водных гидрозолей кремнезема, полученных мембранным концентрированием, существенно упрощается за счет исключения стадий осаждения кремнезема из водной среды, шламообразования, отделения, сушки полученного материала и автоклавной варки. Существенно, что при этом появляется возможность получения водных полисиликатов с широким диапа­ зоном значений силикатного модуля.

Рис. 4. Зависимость концентрации растворенной кремнекислоты C от времени s t, прошедшего после ввода щелочного реагента в гидрозоль кремнезема при рН=10,75. Содержание Si02 - 5,4 г/л. Отношение Si02:Na20 = 4:1. 20 °С.

Получены данные по кинетике гелеобразования в водных среДах, которые созданы из силикатов натрия на основе аморфного кремнезема, осажденного из гидротермального раствора. Силикаты натрия нейтрализовывали соляной ки­ слотой и измеряли оптическую плотность среды в зависимость от времени (рис.

5). Эксперименты выполнены при различных параметрах: концентрации Si02, рН среды, толщины кюветы, длины волны (200-1000 нм) и интенсивности све­ та.

Рис. 5. Зависимость оптической плотности среды от продолжительности гелеобразования при рН=10,67. Содержание SiC>2 - 42 г/л. Длина волны света - нм. Температура среды - 20 °С.

Эксперименты по гелеобразованию открывают возможность получения из водных золей кремнезема, концентрированных из гидротермальных растворов, материалов с регулируемой структурой на основе золь-гель перехода.

Выводы 1. Высокий уровень потребления современной промышленностью аморфных кремнеземов определяет необходимость поиска новых источников этого сырья.

Гидротермальные растворы являются новым потенциальным источником тон­ кодисперсных кремнеземов и монодисперсных водных золей кремнезема.

2. Температура, рН, ионная сила гидротермального раствора - основные факторы, определяющие скорость роста, концентрацию и размер наночастиц кремнезема, образующихся в результате нуклеации и поликонденсации ортокремниевой кислоты (ОКК). Экспериментальные данные по кинетике поликон­ денсации ОКК, зависимости константы скорости реакции от рН и ионной силы позволяют регулировать продолжительность стадии старения раствора и рас­ пределение частиц по размерам в золях кремнезема.

3. Разработаны методы получения тонко дисперсно го порошка аморфного кремнезема, которые позволяют варьировать следующие характеристики: концентрация примесей, удельная площадь поверхности, распределение объема и площади поверхности пор между микро-, мезо- и макропорами, концентрация поверхностных силанольных групп.

4. Высокая удельная поверхность и сорбционная способность поверхности осажденного кремнезема позволяют использовать его при производстве сор­ бентов для газовой хроматографии, модифицированных сорбентов для очистки воды от нефтепродуктов, в качестве сырья для синтеза жидких стекол с высо­ кими силикатными модулями.

5. Найдены оптимальные режимы осаждения кремнезема с вводом гидролизующихся солей металлов, позволяющие термообработкой осажденного мате­ риала получать силикаты кальция, магния, кобальта и др..

6. Разработан способ получения из водных золей кремнезема, сконцентри­ рованных мембранными методами из гидротермальных растворов, жидких сте­ кол и полисиликатов с широким диапазоном значений силикатного модуля.

При этом экономически более целесообразно получать указанные продукты из водных гидрозолей по сравнению с осажденными аморфными кремнеземами.

7. Показана возможность применения золь-гель метода для получения ма­ териалов из нанодисперсного кремнезема в различных формах: в виде осаж­ денного из гидротермальных растворов порошка кремнезема и концентриро­ ванного водного золя.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Потапов В.В., Кашпура В.Н. Использование коллоидного геотермального кремнезема для изготовления жидкого стекла // Химическая технология. 2002.-№ 4.-С. 7-14.

2. Потапов В.В., Горбач В.А., Кашпура В.Н. Определение размеров и площади поверхности коллоидных частиц кремнезема в гидротермальном растворе // Химическая технология. - 2006. - № 2. - С. 2-7.

3. Потапов В.В., Смывалов С.А., Близнюков М.А., Горбач В.А., Кашпура В.Н.

Моделирование процесса нуклеации ортокремниевой кислоты в гидротермальном растворе // Теоретические основы химической технологии. - 2006. Т.40 №4.-С.112-119.

4. Потапов В.В., Кашпура В.Н., Алексеев В.И. Исследование роста твердых от­ ложений в геотермальных теплоэнергетических системах // Теплоэнергетика. 2001.-№5.-С. 49-54.

5. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Извлечение кремнезема из геотермального теп­ лоносителя // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.

-2001,-№5.-С. 112-118.

6. Потапов В.В., Зеленков В.Н.,.Горбач В.А,.Кашпура В.Н., Мин Г.М. Извлече­ ние коллоидного кремнезема из гидротермальных растворов мембранными ме­ тодами. - М: РАЕН. 2006. - 228 с.

7. Kashpura V.N., Potapov V.V. Study of the amorphous silica scales formation at the Mutnovskoe hydrothermal field (Russia) // Proceedings of the 25th Stanford Workshop on Geothermal reservoir engineering, Stanford, USA. - 2000. - pp. 381387.

8. Potapov V.V., Gorbach V.A., Mynin V.N., Kashpura V.N., Min G.M. Membrane Method of Colloidal Silica Extraction from Hydrothermal Heat Carrier // Geothermal Resources Council, - 2006, September 10-13, San Diego, California, GRC Transac­ tions, -Vol. 30. - pp. 352-360.

9. Gorbach V.A., Potapov V.V., Kashpura V.N., Tyurina N.A., Zubaha S.V. Silica acid polymerization in hydrothermal solution // Proceedings of the 31th Stanford Workshop on Geothermal reservoir engineering Stanford, USA, - 2006. - pp.435-443.

10. Potapov V.V., Gorbach V.A., Kashpura V.N., Serdan A.A., Terpugov G.V., Bulatov S.N. Methods of silica extraction from hydrothermal heat carriers // Proceed­ ings of the 31th Stanford Workshop on Geothermal reservoir engineering Stanford, USA.-2006.- pp.483-491.

11. Потапов В.В., Кашпура В.Н., Алексеев В.И. Исследование процесса выде­ ления аморфного кремнезема из водного раствора геотермального флюида. // Тезисы доклада на международной научной конференции "Жидкофазные сиетемы и нелинейные процессы в химии и химической технологии". Иваново, 1315 сентября. Иваново: изд-во Института химии растворов. - 1999. - С. 77-78.

12. Потапов В.В., Горбач В.А., Булатов С.Н., Кашпура В.Н. Принципы расчета оптимальных параметров технологической схемы мембранного извлечения коллоидного кремнезема из гидротермального раствора. // Материалы между­ народной научной конференции "Математические методы в технике и техноло­ гиях" ММТТ-19. Воронеж: ВГТА. - Т. 3. - 2006 г. - С. 120-123.

13. Потапов В.В., Сердан А.А., Горбач В.А., Кашпура В.Н. Зависимость кон­ станты скорости полимеризации ортокремниевой кислоты от ионной силы гид­ ротермального раствора. // Материалы международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" ММТТ-19. Воронеж:

ВГТА. - 2006 г. - Т. 3. - С. 123-126.

14. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ электрохимической обработки гидро­ термального теплоносителя. // Патент РФ, № 2185334, 2002, приоритет от 12.05.2000 г.

15. Потапов В.В., Кашпура В.Н. Способ извлечения аморфного кремнезема из гидротермального теплоносителя. // Патент РФ, № 2186024, 2002, приоритет от 25.12.2000.

16. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ использования геотермального кремнезема для изготовления натриевого жидкого стекла. // Патент РФ, № 2186025, 2002, приоритет от 25.12.2000.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»