制备微凝胶的改进型连续方法技术

在制备聚硅酸盐微凝胶的连续方法中生成的二氧化硅沉积物是通过使容器壁发生弹性变形从工艺过程中除去和清除，以减少堵塞。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
制备微凝胶的改进型连续方法                      专利技术背景专利
本专利技术涉及一种改进的制备聚硅酸盐微凝胶的改进型连续方法，从而减少或消除二氧化硅的沉积。对相关技术的说明聚硅酸盐微凝胶(即碱金属硅酸盐部分胶凝生成的水溶液)在本领域是众所周知的。部分胶凝一般是将碱金属硅酸盐与凝胶引发剂混合得到的，短时间老化混合物，然后通过稀释混合物停止胶凝。无机酸和明矾是最常用的凝胶引发剂。制备的微凝胶具有工业用途，在造纸上用作助滤剂和助留剂，在饮用水净化厂以及类似的应用中用作絮凝剂。虽然聚硅酸盐微凝胶是优良的絮凝剂，在环境保护方面也是良好的，但目前有几个实际因素限制了聚硅酸盐微凝胶的工业应用。例如，微凝胶溶液必须是稀的，进行大体积长途运输是不现实的。微凝胶还易于生成凝胶，易于在制备产品使用的设备中生成硅酸盐沉积物。在工厂环境下，这些问题可通过设备设计和人员培训来解决，但在现场应用中存在较大的困难，在应用时，设备应该比较容易操作和维护。间歇生产微凝胶的方法，是在大混合槽和大储槽中老化微凝胶，这些槽子不仅贵，而且还会引起产品不均匀，以及间歇生产方法所固有的工艺控制问题。为了产品质量的一致，最好采用连续方法生产和老化微凝胶。不幸的是，在间歇方法的储槽中比在连续方法的管道系统中更能承受二氧化硅的沉淀，连续方法中的沉积物堵塞设备，引起频繁的停车进行维修。美国专利5,279,807、5,503,820和5,658,055公开一种制备聚硅酸盐微凝胶的改进型连续方法，其中通过在特定条件下混合可溶性的硅酸盐溶液和凝胶引发剂，大大地降低了二氧化硅的沉积。虽然在这些专利中所讲的设计使操作性能有了很大的改善，并已得到工业应用，但二氧化硅的沉淀仍频繁发生，并堵塞微凝胶制备装置的管道和-->仪器。因此，仍需定期停产，通过用碱溶解，例如用氢氧化钠溶解以清除沉积物，如果要求连续生产，也仍需要有备用的制备装置。因此，需要进一步地改进制备聚硅酸盐微溶胶的连续方法。专利技术概述本专利技术提供一种制备聚硅酸盐微溶胶的改进型连续方法，其中包括以下步骤：(a)使水溶性的硅酸盐水溶液和凝胶引发剂在混合容器中混合，以制备二氧化硅浓度为约0.5％-15％(重量)的水溶液混合物；和(b)在细长的老化容器中老化混合物，使混合物部分胶凝；和其中所述的混合容器和/或所述的老化容器是能发生弹性变形的，在从容器壁上松动生成的沉积物并从所述的容器中清除沉积物的过程中，使所述的容器暂时发生变形。在优选的实施方案中，步骤(a)的混合是在美国专利5,279,807、5,503,820和5,658,055中所述的条件下进行的，使二氧化硅沉积物的生成最少。在步骤(a)的混合中也可以存在铝离子，生成改进的聚硅酸盐微凝胶，它是减少步骤(b)老化时间所需要的。采用柔性管作为混合容器和/或老化容器是方便的。通过在柔性管内增加或降低压力，或通过机械装置挤压，例如使柔性管通过沿柔性管长度移动的一对轧辊的挤压，容易使柔性管变形。采用半刚性或聚合的容器时，可以采用超声波或声波。对优选实施方案的说明聚硅酸盐微凝胶是通过碱金属硅酸盐或聚硅酸盐，例如聚硅酸钠的部分胶凝生成的水溶液，聚硅酸钠最常见的形式是一重量份Na2O∶3.3重量份SiO2。微凝胶一般由水和连结的二氧化硅颗粒组成，二氧化硅颗粒的直径为1-5mm，表面积为至少500m2/g。在制备过程中(即在部分胶凝过程中)这些颗粒连结起来，生成具有三维网络和链的聚集体。与工业胶体二氧化硅相比，微凝胶溶液具有低S-值。Iler和Dalton在物理化学杂志(J.Phys.Chem.)，60(1956)，p.955-957中定义的S-值是分散相中二氧化硅的重量％，它被描述为二氧化硅颗粒的聚集度。Iler和Dalton给出的胶体二氧化硅S-值，一般为80％-90％。二氧化硅微凝胶溶液的S-值一般小于50％，优选小-->于40％。在pH小于5时，聚硅酸盐微凝胶有时被称作聚硅酸微凝胶。随着pH值的升高，这些产品可包含聚硅酸和聚硅酸盐微凝胶的混合物，其比例视pH值而定。本申请采用的术语“聚硅酸盐微凝胶”包括聚硅酸和聚硅酸盐微凝胶的混合物。经常向其结构中加入铝酸盐离子来改进聚硅酸盐微凝胶。铝可以在整个聚硅酸盐聚集物中存在，或只存在在它们的表面上，这取决于加入过程中的铝源。可以加入铝来提高微凝胶生成的速度，从而降低老化时间。在低pH条件下，铝还能使微凝胶保持其电荷。本申请所用的术语“聚硅酸盐微凝胶”包括包含铝的聚硅酸盐微凝胶，在本领域中，聚硅酸盐微凝胶有时也称作聚铝硅酸盐微凝胶。混合可选择常规的水溶性硅酸盐溶液和凝胶引发剂以制备步骤(a)的混合物，其中二氧化硅的浓度为0.5-15％(重量)，优选1％-10％(重量)。在浓度低于0.5％时，硅凝胶的生成一般太慢，不能实际应用。二氧化硅浓度高于15％时，胶凝速度太快，不能有效地控制。在本领域中，适宜的凝胶引发剂是众所周知的，其中包括酸交换树脂、无机酸、有机酸、酸性盐、酸性气体、两性金属酸的碱金属盐(例如铝酸钠)，和有机化合物如某些酸酐、酰胺、酯、内酯、腈和砜。无机酸一般是硫酸和明矾是常用的凝胶引发剂。凝胶引发剂可以以含水的浓缩物形式加入，直到其溶解度极限，或以稀溶液的形式加入，以利于混合。当凝胶引发剂是无机酸时，制备的混合物pH为2-10，酸的流量(或与二氧化硅的比例)一般由pH控制系统控制。如果选择有机酸，例如碳酸或二氧化碳作为凝胶引发剂，则由于所得碳酸盐的缓冲效应，凝胶引发剂和/或硅酸盐溶液的流量可采用容量方法控制(在pH2-10的范围内)。容量控制具有不使用pH传感器的优点，pH传感器需要经常地清洗、校准和更换。如果所选的凝胶引发剂是碱性的，例如碳酸氢钠或铝酸钠溶液，通过容量控制凝胶引发剂和/或硅酸盐溶液的流量是方便的，因为这两种液流均是碱性的。所制备的混合物pH为7-13。如果需要，以凝胶引发剂或硅酸钠溶液中可溶性成分的形式加入-->铝盐是方便的，或将铝盐以单独的液流形式加入混合物中。按Al2O3/SiO2摩尔比为1∶1,500-1∶25，优选按1∶1,250-1∶50的量，将铝盐加入酸性凝胶制备装置的液流中，能制备优异的聚铝硅酸盐微凝胶。采用另一种方案，可采用碱金属铝酸盐直接与硅酸盐反应制备的聚铝硅酸盐溶液，制备聚硅酸盐微凝胶，生成的硅酸盐Al2O3/SiO2的摩尔比达到约1∶1。虽然在实现本专利技术时可以采用任何混合条件，但采用在美国专利5,279,807、5,503,820和5,658,055中所述的混合条件是特别有利的，在此引入作为参考。业已发现，其中所述的湍流混合条件，明显地降低了微凝胶老化过程中凝胶和二氧化硅沉积物的生成，湍流混合条件是通过(i)使硅酸盐溶液与凝胶引发剂液流，以不小于30度的角度合流，或(ii)采用环形的混合装置实现的，其中两种液流的合流是通过使从内管中排出的一种液流进入通过外部环形管道流动的第二种液流中实现的。虽然湍流混合条件对本专利技术并不是必须的，但混合区的雷诺数最好为至少1,000，优选大于6,000。老化然后将混合物老化足够的时间以达到所需要的部分胶凝程度，部分胶凝通需花至少10秒，但不超过15分钟。部分胶凝生成具有高表面积二氧化硅颗粒的三维聚集物网络和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备聚硅酸盐微凝胶的连续方法，其中包括以下步骤： （ａ）使水溶性的硅酸盐水溶液与凝胶引发剂在混合容器中混合，以制备二氧化硅浓度为约０．５％－１５％（重量）的水溶液混合物；和 （ｂ）在细长的老化容器中老化混合物，使混合物部分胶凝；其中所述的混合容器和／或所述的老化容器是能发生弹性变形的，在从容器壁上松动生成的沉积物并从所述的容器中清除沉积物的过程中，使所述的容器暂时发生变形。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备聚硅酸盐微凝胶的连续方法，其中包括以下步骤：(a)使水溶性的硅酸盐水溶液与凝胶引发剂在混合容器中混合，以制备二氧化硅浓度为约0.5％-15％(重量)的水溶液混合物；和(b)在细长的老化容器中老化混合物，使混合物部分胶凝；其中所述的混合容器和/或所述的老化容器是能发生弹性变形的，在从容器壁上松动生成的沉积物并从所述的容器中清除沉积物的过程中，使所述的容器暂时发生变形。2.权利要求1的方法，其中通过增加所述容器的内压力，使细长的容器暂时发生变形。3.权利要求1的方法，其中通过降低所述容器的内压力，使该容器暂...

【专利技术属性】
技术研发人员：RH莫菲特，WJ西蒙斯，RC琼斯，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]