산성 실리카 졸의 제조
1..1.이온 교환법
이 방법은 현재 가장 많이 연구되고 있는 가장 성숙한 제비 기술이다. 이 방법은 물유리를 원료로 하며, 보통 활성 실리콘산의 제비, 알칼리성 실리콘졸의 제비, 양이온 교환의 세 단계로 나뉜다. 일반적으로 제조 과정은 다음과 같습니다. 시판물유리를 희석하고 양이온 교환 수지로 교환하여 활성 실리콘산을 얻습니다. 알칼리성 용액으로 규산을 알칼리성 용액으로 처리한다. 알칼리성 실리콘산 용액을 가열하여 알칼리성 실리콘을 농축하다. 마지막으로 알칼리성 실리콘 졸을 양이온 수지로 양이온 교환을 하고 적당량의 산을 넣어 조절하여 그에 상응하는 산치를 가진 산성 실리콘 졸을 얻는다.
일찍이 194 1, 미국인 Bird 는 그의 특허 발명에서 산성 실리콘 졸이 이온 교환법으로 제조되었다고 언급했다. 즉 규산 나트륨의 알칼리 금속은 수소 양이온 교환 기둥을 통해 수소와 교환되고, 생성물은 고순도 산성 실리콘 졸이며, pH 값은 2.0 ~ 4 이다. 이후 Albrecht 와 William L 은 Bird 의 산성 실리콘 솔 제조 공정을 개선하여 혼합 수지 침대로 더 적합한 산성 실리콘 졸을 생산하자고 제안했다.
1980 년대에 대부분의 실리콘졸 제조사들은 이온 교환법에 따라 산성 실리콘을 준비했다. 예를 들어 중국 후베이 미화일용 화학공장은 7 월 1985 부터 산성 실리콘을 개발하기 시작했다. 그들은 이온 교환법으로 직접 만든 알칼리성 실리콘 졸로부터 산성 실리콘 졸을 준비했다. 구체적인 과정은 다음과 같다. 필요한 알칼리성 실리콘을 희석하여 여과한 후 수소형 양이온 교환 수지를 섞는다. PH 값이 2 ~ 3 에 도달하면 수지 추가를 중지하고 완전히 교환합니다. 상기 방법으로 제조 된 산성 실리카 졸의 실리카 함량은 10% 보다 크고 입자 크기는 10 ~ 20 nm 이고 pH 는 2 ~ 3 이며 안정 기간은 3 ~ 6 개월입니다.
서염강 등은 활성 실리콘산을 24 ~ 48h 로 만들어 알칼리성 실리콘을 만든 다음 강산성 양이온 수지로 산성 실리콘을 만든다. 이들은 pH 값, 이산화 실리콘 지름, 전해질염 농도가 산성 실리콘 솔 안정성에 미치는 영향을 분석해 고농도, 고안정성, 저점도의 산성 실리콘 졸을 준비한다는 점을 강조했다. 먼저 이산화 실리콘 입자의 입자 크기를 늘려야 한다.
이온 교환법의 장점은 서로 다른 공예 조합에 따라 서로 다른 성질의 실리콘졸을 합성할 수 있다는 점이다. 단점은 시작 원료인 실리콘산 나트륨 농도가 높지 않아 농축 과정이 길고 에너지 소비가 높으며 이온 교환 수지 재생 과정에서 발생하는 대량의 폐수를 처리해야 한다는 점이다.
1.2 전해 전기 투석 방법
이런 방법으로 실리콘 졸을 준비하는 것은 일종의 전기화학 방법이다. 그 원리는 규산나트륨이 수용액에서 가수 분해 반응을 일으킨다는 것이다.
Na2h2 sio4+H2O → 2na++h3sio4–+oh–
반응이 진행됨에 따라 슬롯 안의 이온은 전기장의 작용으로 방향성으로 이동하며 불순물 이온은 이온 교환막에 의해 여과됩니다. 양극실에서 생성된 규산 농도가 용해도보다 클 때 중축 합 반응이 일어나 실리콘 졸을 생성합니다. 탱크의 pH 값을 조정하여 해당 실리콘 졸을 얻을 수 있습니다. 이런 방법으로 실리콘 졸을 준비할 때는 전기 침투 반응의 전류 밀도, 온도 등의 반응 조건을 제어해야 한다.
일본의 OKETA YUTAKA 는 특허에서 이온 교환막을 사용하여 전기 침투를 통해 탈염된 산성 실리콘 졸을 준비한다고 언급했다. 준비 과정에서 전기 투석기 안에서 탈염실과 농축실을 번갈아 형성한다. 음양극은 음양이온교환막으로 분리되어 전기침투를 한다. 탈염실에서 수용액의 온도는 5 ~ 20 ℃로 유지된다.
전해 전기 투석법은 산과 규산나트륨 수용액으로, 노화 후 반투막을 통해 나트륨 이온을 투석한다. 이런 방법의 단점은 투석 시간이 너무 길어서 공업화 생산에 적합하지 않다는 것이다.
1.3. 분산법
이 방법은 이산화 실리콘 입자 기계를 물에 분산시켜 실리콘 졸을 준비하는 물리적 방법이다. 구체적인 단계는 다음과 같습니다. 일정한 양의 탈 이온수를 취하여 플라스틱 컵에 넣고 고속 분산기에 고정시킵니다. 고속 분산기를 가동하여 컵에 일정 양의 기상 실리카 분말을 지속적으로 첨가한다. SiO _ 2 분말을 첨가 한 후 일정 양의 탈 이온수를 첨가하여 고속 분산 속도를 조절하고 일정 시간이 지난 후 SiO _ 2 수성 분산체를 제조합니다. 실리카 수분 분산체를 밤새 녹인 후 고속으로 분산하고 첨가제를 첨가해 몇 시간 동안 고속으로 분산시키고 300 메쉬 스크린으로 여과해 성능이 좋은 실리카 졸을 얻는다.
이런 방법으로 준비한 푸춘산성 실리콘 졸은 인간과 동물의 배설물과 쓰레기 처리에서 미생물을 효과적으로 대체할 수 있으며 냄새를 없애고 고효율 유기비료를 만들 수 있다. 구체적인 과정은 다음과 같다. 일정 농도의 황산과 200 목 이하의 분산제 SiO2 를 플라스틱 용기에 넣고 섞는다. 수산화나트륨으로 pH 값을 2-4 로 조정하십시오. 금속판을 전극으로 사용하여 정류 전원을 연결하고 플라스틱 용기에 넣어 전원을 켭니다. 전압 100 V, 전원 450 mA, 시간 2 ~ 5min； 적용 정류기의 전원을 차단한 후 한동안 저어 반응물이 젤라틴이 될 때까지 저어주세요. 이 방법으로 준비한 산성 실리카 졸 중 실리카 함량은 25% ~ 35%, 입자 크기는 1 ~ 12 nm 입니다.
이 방법으로 준비한 산성 실리콘 솔은 특별한 용도가 있어 Na+ 나 SO42- 와 같은 불순물이 순도에 미치는 영향을 고려하지 않기 때문에 산성 실리콘 솔의 제조에 보편적으로 적용되지 않는다.
1.4. 단결정 실리콘 열 산화 방법
연구에 따르면 실리콘의 열산화물의 성장은 보통 900 ~1200 C 사이의 석영관, 건조한 산소 조건, 수증기가 함유된 습산소 조건, 건조한 산소와 질소가 끓는 물에 접근하여 형성되는 증기에서 이뤄지는 것으로 나타났다. 자료에 따르면 원소 실리콘은 습산소나 증기 분위기에서 건조산소보다 산화 속도가 빠른 것으로 나타났다. 열 산화의 총 반응은 다음과 같습니다.
실리콘+산소 (가스) → 실리카+2H2O (가스) → 실리카+2H2 (가스)
건산화 과정에서 제 1 반응이 주도적인 지위를 차지하고, 습산화 과정에서 제 2 반응이 주도적인 지위를 차지한다.
산성 실리카 졸의 미셀 구조 및 안정성에 관한 연구
우리나라는 일찍이 1958 부터 실리콘솔 연구와 생산을 시작했다. 예를 들어 난징대 배위화학연구소, 란저우 화학회사 화학연구소, 청도 해양화학공장 등이 있다. 모두 관련 연구개발에 종사하고 있지만 품종과 생산량은 외국과는 거리가 멀다. 특히 산 알칼리 실리콘의 비율이 불합리하다. 이 상황은 1980 년대까지 개선되지 않았다. 산성 실리콘 솔은 준 안정 상태에 있으며 배치 과정에서 점차 겔화가 발생합니다. 안정 기간은 일반적으로 3 ~ 6 개월로 알칼리성 실리카 졸보다 짧다. 따라서 산성 실리콘 졸의 안정성을 향상시키는 방법은 많은 연구자들의 관심사가 되었습니다.
2. 1. 산성 실리카 졸의 콜로이드 구조
산성 실리콘졸 (규산수졸) 이라고도 하는 산성 실리콘솔은 고분자 SiO2 _ 2 입자가 물에 흩어져 있는 콜로이드 용액으로, 무취무독이며, 분자식은 MSIO _ 2·NH2O 로 표현될 수 있다. (여기서: M, N 은 크다, M
미셀 구조는 그림 1: A+ 가 n A+ 와 같은 금속 이온일 때 알칼리성 실리콘 졸로 표현됩니다. A+ 가 H+ 이면 산성 실리카 졸을 나타냅니다. 운동 과정에서 고무핵과 흡착층으로 구성된 콜로이드 입자의 전체 운동은 확산층이 주변 전해질과 동적으로 균형을 이루도록 하여 실리콘 졸의 안정성을 유지한다.
2.2 산성 실리카 졸의 안정성에 영향을 미치는 요인
2.2. 1.pH 값이 산성 실리카 졸의 안정성에 미치는 영향
실리콘 솔의 안정성과 pH 값 사이의 밀접한 관계는 그림 2 에 나와 있습니다. 그림 2 에서 볼 수 있듯이 낮은 pH 값 (
왕 등은 pH 값이 실리콘 졸의 안정성과 직접적으로 관련이 있다고 생각한다. 실리카 졸의 pH 값이 2 ~ 10 사이일 때 입자의 제타 전위는 음수입니다. PH 값이 2 미만이면 입자의 제타 전위는 양수입니다. PH=2 시 "0" 전위; PH 값은 8.5 ~ 10 범위 내에 있으며 안정 영역입니다. PH> 10 에서는 실리카 졸 입자가 규산염으로 용해됩니다. PH 가 4 보다 낮을 때, 준 안정 지역이다. PH=2 일 때 가장 높은 준 안정 상태입니다. 제작된 고순실리콘 졸의 특성에 따라 실리콘 졸의 pH 값을 2.5 정도로 조절하면 졸을 비교적 높은 안정성으로 유지하고 실온에서 젤이 아닌 2 년 동안 보관할 수 있다. 실리카 졸 불안정성의 주요 발현 중 하나는 겔화입니다.
Jia Guangyao 와 다른 사람들은 졸-겔 역학이 인위적으로 제어 될 수 있다고 언급했다. 그들은 실리콘 졸의 점도, 제타 전위, 젤화 과정이 pH 값과 밀접한 관련이 있으며, 젤화 과정은 pH 가 4-7 사이라는 것을 발견했다.
산성 실리카 졸의 안정성에 미치는 전해질의 영향
전해질은 실리콘 졸의 안정성에 일정한 영향을 미치며, pH 값과 밀접한 관련이 있다. 소금류가 방출하는 이온과 실리콘 솔 표면의 전하가 결합되어 조밀층으로 들어가는 대적이온이 증가하여 분산층이 얇아지기 때문이다. 전해질 농도가 어느 정도 증가하면 분산층의 두께가 0 이 되어 입자의 응집과 겔화를 일으킨다. 젤화의 정도는 사용된 전해질의 유형, 농도 및 온도와 관련이 있다. 보도에 따르면, pH 에서
J.L. Trompette 등은 두 가지 서로 다른 보상 이온이 있을 때 농축 실리콘졸은 pH 9.8 시에 젤을 쉽게 할 수 있고 젤역학을 연구했다고 제안했다. 그 결과 솔-젤 전환 과정에서 이온 특성이 중합 역학과 젤 미시 구조에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 전해질의 영향으로 임계 응축 농도가 다르기 때문이다.
서염강 등은 SiO2 입자 크기가 비교적 작을 때만 실리콘 졸의 안정성이 전해질염 농도의 영향을 받는다고 생각하는데, SiO2 입자 크기가 커짐에 따라 전해질염 농도가 실리콘 솔 안정성에 미치는 영향이 약해졌다고 생각한다. 실리콘 졸의 소금 함량이 일정 값으로 떨어지면 전해질 소금 농도가 산성 실리콘 졸을 준비하는 주요 영향 요인이 되지 않는다.
양정 등은 촉매제 종류, 반응온도, 반응시간, 첨가제 등이 실리콘솔 성능에 미치는 영향을 연구할 때 전해질의 영향을 분석했다. [H+] 와 같은 조건에서 산 촉매가 실리카 졸 점도에 미치는 영향은 다음과 같습니다.
HF & gtHCl & gt 질산 & gtH2SO4 & gtHAc, 젤 시간에 미치는 영향은 HAc >；; H2SO4 & gtHCl & gt 질산 & gtHF, 여러 졸의 고체 함량은 H2SO4 >; 질산 & gtHCl & gtHAc, 실리콘졸 제비 이산화 실리콘 박막은 염산이나 질산을 촉매제로 사용하기에 적합하다.
2.2.3 산성 실리카 졸에 대한 입자 크기의 영향
세분성은 실리카 졸의 안정성에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소입니다. 실리콘 솔 입자 지름이 일정 범위 내에 있을 때 입자 크기가 균일할수록 분포 범위가 좁을수록 안정성이 좋아집니다.
입자 크기가 산성 실리콘 졸에 미치는 영향을 연구할 때 서염강 등은 일정 농도에서 산성 실리콘 졸의 안정성과 SiO2 _ 2 입자 크기의 관계가 비스듬한' S' 를 나타낸다고 언급했다. 즉, 작은 입자 크기에서는 실리콘 졸의 안정성이 상대적으로 낮지만, 입자 크기가 커짐에 따라 실리콘 졸의 안정성이 빠르게 증가하고 입자 크기는/KLOL 에 있다.
일부 학자들은 실리카 졸의 입자 크기를 10 ~ 15 nm 범위 내에서 조절하면 공정을 단순화하고 고순도 실리콘 졸의 안정성을 유지할 수 있다는 사실을 발견했다.
또한, 실리카 입자의 반경이 증가함에 따라, 실리카 입자의 표면 수산기의 반응성이 감소하고, 콜로이드 입자의 비 표면적이 감소하고, 콜로이드 입자의 흡착력이 낮아져, 작은 입자에 대한 큰 입자의 흡착력이 낮아진다. 이것이 큰 알갱이 산성 실리콘 졸이 작은 알갱이 실리콘 졸보다 안정성이 높은 이유이기도 하다.
또한 실리콘 졸을 준비할 때 Janne Puputti 등은 물 일부를 에탄올로 대체하여 안정성을 3 배 높였다. Anna Schantz Zackrisson 등은 간섭법과 시간으로 작은 각도 X-레이 산란을 구분해 실리콘솔 분산체계의 중합과 젤화 과정을 연구하여 이온 강도가 젤 임계점에 미치는 영향을 분석했다.