Способ получения композита на основе оксидов титана и кремния

в 011 21101 НАЦИОНАЛЬНЫИ ЦЕНСГР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИНА ОСНОВЕ ОКСИДОВ ТИТАНА И КРЕМНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет (ВУ)(72) Авторы Муращкевич Анна Николаевна Лавицкая Анна Сергеевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56) МУРАШКЕВИЧ А.Н. и др. Известия Национальной академии наук Беларуси Сер. хим. наук. - 2007. - Не 2. - С. 51 1.Способ получения композита на основе оксидов титана и кремния, включающий смещение растворов титан- и кремнийсодержащего компонентов и осадителя, выдержку полученной суспензии, фильтрацию, отмывку и сушку осадка, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего компонента используют раствор Т 1 ОС 12 в соляной кислоте, в качестве кремнийсодержащего компонента - силикат щелочного металла или жидкое стекло, а отмывку продукта осуществляют раствором уксусной кислоты с температуройИзобретение относится к способам получения композита на основе оксидов титана и кремния, применяемого в качестве катализатора процессов конденсации этилентерефталата, очистки топливных фракций нефти, гидрирования угарного газа, разложения цианидов, фотодеградации азокрасителей.Известен способ получения композита 1 при использовании в качестве исходных Т 1- и 51-содержащих компонентов алкоксидов титана и кремния. Однако данные реагенты дороги, дефицитны, огнеопасны и, поскольку они не смещиваются с водой, требуют применения при синтезе достаточно больщих объемов органических растворителей (абсолютного этилового и изопропилового спиртов), что автоматически превращает производство данного продукта в категорию горючее и взрывоопасное и существенно увеличивает себестоимость продукта.Известен способ получения фотокатализатора для разложения гербицидов и некоторых аминов 2 с использованием в качестве исходных компонентов диоксида титана и раствора калийного жидкого стекла. Недостатком метода является невысокая дисперсность (удельная поверхность 14-40 м 2/г) и гомогенность химического состава компози 11 1111211 2111.11.31та. Фактически получают продукт, имеющий морфологию типа ядро Т 1 О 2 - оболочка 5102, что снижает концентрацию активных центров и соответственно ограничивает сферу применения его как катализатора.Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения композита путем смещения растворов Т 1 С 13 в НС 1 и тетраэтоксисилана в этиловом или изопропиловом спирте в присутствии раствора аммиака или карбоната аммония, выдержки суспензии при комнатной температуре, фильтрации, отмывки осадка от побочных продуктов и сушки 3.Недостатками являются невысокая скорость фильтрации продукта, использование в качестве исходного кремнийсодержащего компонента тетраэтоксисилана, в качестве растворителя - этилового или изопропилового спиртов, что приводит к усложнению технологии получения продукта, а в результате, и к сравнительно высокой себестоимости.Задачей предлагаемого изобретения является упрощение и сокращение продолжительности процесса получения за счет ускорения процесса фильтрации и использования исходных неорганических реагентов, снижение себестоимости продукта.Поставленная задача достигается тем, что в способе получения композита на основе оксидов титана и кремния, включающем смещение растворов титан- и кремнийсодержащего компонентов в присутствии осадителя, выдержку полученной суспензии, фильтрацию, отмывку и сущку осадка, в качестве исходного кремнийсодержащего компонента используют раствор силиката щелочного металла, титаносодержащего компонента - раствор Т 1 ОС 12 в НС 1, а отмывку продукта осуществляют слабым раствором уксусной кислоты, имеющим температуру 40-50 С и рН 3.Отличительными признаками предлагаемого изобретения являютсяиспользование в качестве исходного кремнийсодержащего компонента раствора натриевого или калиевого жидкого стекла (Ыа 2 О-п 51 О 2 или К 2 О-п 51 О 2), имеющего модуль п 1,6 3,0, или метасиликата натрия Ма 251 О 3-9 Н 2 Оотмывка продукта слабым раствором уксусной кислоты, имеющим температуру 4050 С и рН 3.Использование в качестве кремнийсодержащего компонента растворов щелочных силикатов позволяет уменьшить количество применяемого осадителя, поскольку эту функцию выполняют КОН или МаОН, образующиеся при гидролизе растворов силикатов щелочных металлов, причем при молярном соотношении оксидов в композите Т 1 О 2 5102 10 90 и вовсе отпадает необходимость в использовании осадителя.Отмывка осажденного продукта слабым раствором уксусной кислоты, имеющим температуру 40-50 С и рН 3, позволяет существенно увеличить скорость фильтрации продукта (коэффициент фильтрации достигает (0,8 5,0)105 см/с, что в 2 12 раз выще по сравнению с известным способом). Это равносильно увеличению производительности фильтрации и отмывки - наиболее длительных стадий технологии - в 2 4 раза. Для сравнения использование для отмывки деионизованной воды или слабого раствора аммиака не позволяет увеличить скорость фильтрации продукта, поскольку структурирование агрегатов первичных частиц протекает эффективно только в присутствии ацетат-анионов,являющихся пептизатором гидроксидов титана и кремния.Поскольку в качестве титансодержащего компонента используют Т 1 ОС 12 - продукт гидролиза Т 1 С 13 в водной среде, то время, необходимое для образования Т 1(ОН)4, по сравнению с известным способом сокращается.Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.К 1 г жидкого стекла с модулем п 2,4 (51 О 2/Ыа 2 О) и концентрацией по твердому остатку 34,3 мас. прибавляют 51 г дистиллированной воды, получая раствор А.Раствор А заливают в емкость с мешалкой, растворы Б и С - в мерные емкости, из которых одновременно прибавляют к раствору А. Суспензию с рН 8,4 и концентрацией твердой фазы 1,7 мас. перемешивают при комнатной температуре один час. Затем фильтруют, отмывают подогретой до 150 С дистиллированной водой, подкисленной уксусной кислотой (рН 3), до отсутствия С 1 в фильтрате. При этом общий расход воды составляет 1500 г, коэффициент фильтрации Кф 0,8-105 см/с. Затем осадок сушат при 120 С до постоянной массы. Получают 3,5 г продукта, в котором массовое отношение компонентов в пересчете на оксиды Т 1 О 2 5102 92 8, а удельная поверхность 5, определенная адсорбцией фенола из раствора в гептане, равна 176 м 2/г. Выход продукта от теоретического равен 96 .5,4 г раствора жидкого стекла с модулем п 2,4 и концентрацией по твердому остатку 34,3 мас. смешивают с 20 г дистиллированной воды, получая раствор Б.К раствору А, помещенному в емкость с мешалкой, прибавляют из мерной емкости раствор Б. Суспензию, имеющую рН 9,9 и концентрацию твердой фазы 3,4 мас. , перемешивают один час, фильтруют и отмывают подогретой до г 40 С дистиллированной водой, подкисленной уксусной кислотой до рН 3. При этом Кф 2,8-105 см/с. Осадок сушат при 120 С до постоянной массы. Получают 1,79 г продукта (выход 99 ) с удельной поверхностью 325 м 2/г и составом в пересчете на оксиды Т 1 О 2 5102 12 88.Результаты остальных опытов и данные по известному способу приведены в таблице.Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение легкофильтрующегося продукта заданного состава с развитой удельной поверхностью.При этом производительность процесса фильтрации, а следовательно, и отмывки сокращается в 2-4 раза, себестоимость уменьшается в 10-40 раз, а использование неорганических соединений титана и кремния в качестве исходных реагентов позволяет существенно упростить технологию производства, так как она становится взрыво- и пожаробезопасной.Примеры по способу полу ИсходнЬ 1 е реагенты, раство УСЛОВ ИЯ ПОЛУЧЕНИЯКонцентрация твердой фазы вСостав продукта в пересчете на окси СебестоимостьЧеНИЯ на 1 кг про- суспензии, ДЬ 1 Т 1 О 251 О 2, продукта, /кг рИТеЛЬ дукта промывку Мас. Мас. Т 1 С 13, ТЭОС, 1 0 5 Прототип низшие спир- КГ 142289 (24)-1 О 6 12574388 16 О 215 ТЫ (МН 4)2 СО 3 Предлагаемый способ 1 жидкое стекло, 3,2 кг 176 Т 1 ОС 12, Н 2 О (МН 4)2 СО 3 жидкое стекло, 5 2 тюсь, ню 2340 3 жидкое стекло, 2,7 кг Т 1 ОС 12, Н 2 О (МН 4)2 СО 3 4 Ыа 251 О 3-9 Н 2 О,