|
ООО «Салаватский катализаторный завод»
Силикагель — высушенный гель кремневой кислоты [1] пористого строения с сильно развитой внутренней поверх¬ностью. Эта особенность обуславливает ценнейшие свой¬ства силикагеля — адсорбента, носителя каталитически активного вещества и катализатора.
С каждым годом он находит все более широкое примене¬ние в самых разнообразных отраслях народного хозяй¬ства. Ввиду гидрофильных свойств поверхности силикагеля его часто используют для осушки воздуха [1—4], угле¬кислого газа, водорода, кислорода, азота, хлора и других промышленных газов [4, 5].
Способность силикагеля поглощать значительные ко¬личества воды существенна также для осушки различных жидкостей, в особенности в том случае, когда обезвоживае¬мая жидкость плохо растворяет воду. Например, сушка галогенированных жидкостей типа фреона [4]. Силика - гели служат также осушителями при консервации обору¬дования для предохранения его от коррозии.
Наряду с водой силикагель хорошо сорбирует пары многих органических веществ. Этим его свойством поль¬зуются для улавливания (рекуперации) паров ценных органических растворителей — бензина, бензола, эфира, ацетона и т. п. из воздуха, бензола из газовых коксо¬вых печей и бензина из природных газов [1—5].
Свойство силикагеля поглощать многие вещества из жидкой фазы используют в промышленной очистке различ¬ных масел, при обессеривании нефтяных погонов и удале¬нии из нефти высокополимерных смолистых веществ 13-5].
С помощью геля кремневой кислоты проводится хрома- тографическое разделение и анализ смесей, что основано на избирательности адсорбционного действия силикагеля по отношению к веществам различной химической природы.
Так, на силикагеле количественно выделяют аромати¬ческие, а также непредельные углеводороды из их смесей с парафинами и нафтенами [4, 6—8]. Этим методом широ¬ко пользуются в исследованиях химического состава бен-зинов [7, 9]. Хроматография с помощью силикагеля дала возможность разрешить проблему очистки индивидуальных углеводородов различного строения, потребность в кото¬рых становится весьма насущной для химических и физи¬ческих исследований и в особенности для спектроскопии. К наиболее трудным видам очистки относятся: удаление следов воды и примесей углеводородов, освобождение аро¬матических углеводородов от примесей парафинов и наф - тенов, а также разделение смесей некоторых изомерных углеводородов. Образцы нафтеновых и парафиновых угле-водородов, очищенные с помощью хроматографии на сили¬кагеле, могут быть предназначены для определения физи¬ческих констант и спектральных исследований [7].
В фармацевтической промышленности хроматография на силикагеле применяется для концентрирования и вы¬деления антибиотиков из культуральной жидкости [4].
Силикагель катализирует многие химические реакции. Ксерогель кремневой кислоты обнаруживает значительную каталитическую активность в тех случаях, когда реакция сопровождается образованием или потреблением воды, на¬пример в реакциях этерификации, превращения аромати¬ческих галоидпроизводных в соответствующие фенолы 14, 10—13] и т. д. В то же время он является распростра¬ненным катализатором многих других химических процес¬сов, таких как полимеризация, конденсация, окисление, восстановление органических веществ и др. [14].
Силикагель является одним из распространенных носи¬телей катализаторов и служит компонентом многих слож¬ных контактов. Он используется как носитель самых раз¬личных каталитически активных веществ — металлов Pt, Pd, Ni и др., окислов, кислот, оснований —для про¬цессов окисления, гидратации, гидрирования, полимери¬зации, конденсации и многих других реакций [13].
В последнее время силикагели широко используются как иониты для разделения радиоактивных изотопов, очистки промышленных сточных вод от ионов различных металлов и средств медицинской помощи при интоксикации радиоактивными веществами [15].
Приведенные примеры, далеко не охватывающие всех
Областей практического применения силикагеля, характе¬ризуют лишь главные направления, на которых особенно четко проявляются его свойства. Интерес к силикагелю Связан с сочетанием в нем ряда ценных качеств: высокой адсорбционной способности, избирательности адсорбцион¬ного действия, способности подвергаться многократной регенерации без потери адсорбционной активности, отно¬сительно большой прочности зерен, термостойкости, воз¬можности получения его в гранулированном и порошко-образном состоянии и др.
Важнейшим преимуществом силикагеля по сравнению с природными пористыми материалами (пемза, асбест) является возможность изменения его структуры в процес¬се формирования. Это обстоятельство является особенно важным потому, что степень и характер пористости сили¬кагеля обусловливают эффективность его применения в различных процессах. При данной пористой структуре адсорбционная активность определяется концентрацией адсорбируемого вещества и размером его молекул.
Для хроматографического разделения веществ выбор величины удельной поверхности и размеров пор зависит от свойств разделяемых молекул: для низших углеводо¬родов нужна большая поверхность и более узкие поры, для высших—низкая поверхность и широкие поры.. Хорошее разделение неполярных газов, которые адсор¬бируются в основном благодаря неспецифическим дитер - сионным взаимодействиям, достигается в случае тонко¬пористых силикагелей со средним диаметром пор не более 20А. Для разделения легких углеводородов при¬годны силикагели диаметром пор от 50 до 200А. Силика - гели, у которых средний размер пор больше 500А, мож¬но использовать для газохроматографического разделе¬ния жидких смесей, в частности углеводородов. Макро¬пористые силикагели с низкой удельной поверхностью Могут найти широкое применение как носители непо¬движных жидких и твердых фаз в газовой хроматогра¬фии, в катализе, при адсорбции высокомолекулярных соединений и полимеров из растворов [16].
Особые требования к пористой структуре силикагеля предъявляются при использовании его носителем катали¬затора [12]. Для реакций, протекающих с большой ско¬ростью, необходимы силикагели-носители с развитой удель¬ной поверхностью и большим объемом транспортных пор
(бидисперсной структуры). Для сравнительно медлен¬ных процессов необходимы силикагели однороднопорис - тые. Для получения активных катализаторов реакций по¬лимеризации необходимы силикагели-носители с нежест¬кой структурой и т. д.
Наилучшие результаты в качестве катализатора при низкой температуре дает силикагель с порами малых раз¬меров (с наибольшей внутренней поверхностью). При высоких температурах выгодна смешанная структура катализатора, у которого наряду с большой удельной по¬верхностью имеется достаточное количество крупных пор [11, 12, 17, 181.
Таким образом, эффективность процессов адсорбции и катализа зависит от рационального выбора пористой структуры силикагеля. Последняя, в свою очередь, опреде¬ляется условиями его приготовления 119, 201. В связи с этим чрезвычайно важно знать влияние различных фак¬торов на пористую структуру силикагелей.
Геометрическая структура силикагеля не является единственным фактором, определяющим его адсорбцион¬ную активность. При этом важную роль играет химиче¬ская природа его поверхности. Последнюю можно варьи¬ровать термической дегидратацией, проведением на по¬верхности силикагеля самых различных реакций, дающих новые соединения. К таким реакциям относятся алкокси- лирование, хлорирование, взаимодействие поверхности силикагеля с алкил - и арилхлорсиланами и т. д.
Придание силикагелю специфичности в отношении адсорбции тех или иных веществ значительно расширяет области его применения. В связи с этим перспективным является химическое модифицирование силикагелей ор-ганическими радикалами с различными функциональны¬ми группами. Замещение поверхностных гидроксилов си¬ликагелей радикалами с кислыми или основными свой¬ствами приводит к созданию новых специфических адсорбентов, ненабухающих ионообменников и катализа¬торов кислотно-основиых реакций.
|
