- •Золь-гель способ получения кордиерита и изучение его структуры и свойств
- •Содержание
- •Введение
- •1 Обзор литературы
- •1.1 Кордиерит – общая информация
- •Кордиерит
- •1.2 Способы получения кордиерита
- •1.2.1 Получение кордиерита из синтетических компонентов по керамической технологии
- •1.2.2 Получение кордиерита из минерального сырья по керамической технологии
- •1.2.3 Получение кордиерита золь-гель методом
- •1.3 Применение пористых материалов в качестве мембранно-каталитических реакторов
- •2 Экспериментальная часть
- •2.1 Используемые реактивы
- •2.1 Синтез золей оксидов магния, алюминия, кремния из неорганических прекурсоров
- •2.1.1 Методика синтеза золя оксида алюминия с использованием хлорида алюминия
- •2.1.2 Методика синтеза золя гидроксида магния с использованием хлорида магния
- •2.1.3 Методика синтеза золя диоксида кремния из раствора метасиликата натрия
- •2.2 Синтез золей оксидов магния, алюминия, кремния из органических прекурсоров
- •2.2.1 Методика синтеза золя оксида алюминия с использованием изопропилата алюминия
- •2.2.2 Методика синтеза золя гидроксида магния с использованием металлического магния
- •2.2.3 Методика синтеза золя диоксида кремния с использованием тетраэтоксисилана
- •2.3 Методика синтеза кордиерита
- •2.3.1 Методика синтеза кордиерита золь-гель способом
- •2.3.2 Методика синтеза кордиерита из минерального сырья по керамической технологии
- •2.4 Методика синтеза кордиеритовых мембран
- •2.5. Методика синтеза каталитически активного слоя
- •2.6 Физико-химические методы исследования
- •2.6.1 Методика определения массовой доли дисперсной фазы в золе
- •2.6.2 Методика определения пикнометрической плотности золей
- •2.6.3 Определение динамической вязкости золей
- •2.6.4 Сканирующая электронная микроскопия
- •2.6.5 Рентгенофазовый анализ
- •2.6.6 Методика определения кажущейся плотности, общей пористости, открытой и закрытой пористости, водопоглощения пористой керамики
- •2.6.7 Ртутная порометрия
- •2.6.8 Дифференциальная сканирующая калориметрия
- •2.6.9 Низкотемпературная сорбция азота
- •2.7 Тестирование катализаторов в модельной реакции окисления со
- •3 Обсуждение результатов
- •Список литературы
- •Приложение а
- •Приложение б
- •Приложение в
- •Приложение г
2.1.3 Методика синтеза золя диоксида кремния из раствора метасиликата натрия
60 г метасиликата натрия Na2SiO3·9Н2О растворяли при нагревании в 200 см3 воды и отфильтровывали, затем прозрачный раствор после охлаждения выливали при энергичном перемешивании в 100 см3 смеси, состоящей из равных частей воды и концентрированной соляной кислоты [58]. После этого раствор подвергали диализу. Диализ – метод разделения компонентов раствора, основанный на различной диффузии их через мембрану. Этот метод применяется, главным образом, для отделения частиц золя, не проходящих через мембрану, от истинно растворенных веществ, хорошо диффундирующих через нее.
Полупроницаемую мембрану (регенерироованная целлюлоза – Cellu Sep 1230−45 ) c золем помещали в стакан, заполненный бидистилированной водой. Каждые 30 минут проводилась замена воды. Наличие мешающих хлорид-ионов проверяли добавлением к небольшому количеству воды нитрата серебра AgNO3. Образование белого осадка свидетельствовало о не полном удалении хлорид - ионов, диализ продолжали до полного удаления хлорид-ионов. Полученный золь далее будем обозначать SiO2 (неорг).
Na2SiO3·9Н2О + 2НСl → 2NaСl + SiO2·10Н2О |
(8) |
2.2 Синтез золей оксидов магния, алюминия, кремния из органических прекурсоров
2.2.1 Методика синтеза золя оксида алюминия с использованием изопропилата алюминия
Для получения золя брали 58,24 см3 толуола, помещали его в коническую колбу, снабженную дефлегматором. Затем колбу нагревали до 90 °С и при интенсивном перемешивании добавляли небольшими порциями 2,7989 г изопропилата алюминия. Полученную суспензию перемешивали в течение 15 мин, после чего систему гидролизовали в течение двух минут, добавлением 2,35 см3 уксусной кислоты. Причем мольное отношение толуола к уксусной кислоте при получении золя было 40:3 [60]. Полученный золь далее будем обозначать Al2O3 (орг).
Al(C3H7O)3 + 3С2Н4O2 → Al(OH)3 + 3C5H10O2 |
(9) |
|
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O |
(10) |
|
2.2.2 Методика синтеза золя гидроксида магния с использованием металлического магния
Мелко нарезанный, очищенный от оксидной пленки металлический магний 0,1646 г помещали в колбу с метанолом 8 см3. Полученную смесь перемешивали при нагревании до 50 °С на магнитной мешалке и продували аргоном до начала выделения водорода. В результате образовывался метилат магния по реакции:
Mg + CH3OH → Mg(OCH3)2 + H2 |
(11) |
К полученному раствору, в качестве дисперсионной среды, добавляли толуол (11,5 см3), затем метилат магния медленно гидролизовали водой при комнатной температуре, что приводило к образованию опалесцирующего золя по следующей схеме реакции [61]:
Mg(OCH3)2 + 2H2O → Mg(OH)2 + 2CH3OH |
(12) |
Mg(OH)2 → MgО + H2O |
(13) |
Полученный золь далее будем обозначать Mg(OH)2 (орг).
2.2.3 Методика синтеза золя диоксида кремния с использованием тетраэтоксисилана
В химический стакан вместимостью 50 см3 помещали 3,5672 г ТЭОС и нагревали до 80 °С. Далее в стакан приливали 4 см3 очищенного от примесей этилового спирта (m(C8H20O4Si):m (C2H5OH) = 1:1). Полученную смесь перемешивали на магнитной мешалке в течение 30 минут. После чего, в стакан приливали еще 3,274 см3 30 % раствора этилового спирта в воде и добавляли 1 каплю концентрированного раствора аммиака, в качестве катализатора реакции гидролиза, протекающей по следующей схеме [62]:
C8H20O4Si + 4H2O → Si(OH)4 + 4C2H5OH |
(14) |
Si(OH)4 → SiO2 + H2O |
(15) |
Гидролиз ТЭОС проводили в течение трех часов, после чего, полученный продукт реакции переносили в полиэтиленовую емкость. Полученный золь далее будем обозначать SiO2 (орг).