Золь-гель-процесс – это универсальный метод получения коллоидный кремнезем , включающий преобразование раствора-предшественника (золя) в гелеобразный материал. Вот пошаговое объяснение золь-гель процесса производства коллоидного кремнезема:

1. Выбор прекурсора:

Процесс обычно начинается с выбора кремнийсодержащего предшественника, обычно тетраэтилортосиликата (ТЭОС) или силиката натрия. Другие добавки также могут быть включены для контроля реакции и влияния на свойства получаемого коллоидного кремнезема.

2. Гидролиз:

Выбранный прекурсор подвергается гидролизу — реакции с водой, в результате которой молекулы прекурсора распадаются на более мелкие единицы. Этот этап приводит к образованию силанольных групп (Si-OH) в растворе.

Пример реакции:

\text{Si(OR)_4 H_2O} \rightarrow \text{Si(OH)_4 ROH}

3. Поликонденсация:

Силанольные группы, образующиеся на стадии гидролиза, подвергаются поликонденсации, при которой они соединяются вместе, образуя трехмерную сетку. Этот процесс приводит к созданию более крупных структур кремнезема, переводящих систему из раствора (золя) в гель.

Пример реакции:

\text{2Si(OH)_4} \rightarrow \text{Si_2O_3 2H_2O}

4. Гелеобразование:

По мере развития поликонденсации система подвергается гелеобразованию, превращая жидкий золь в гелеобразную структуру. Этот гель содержит непрерывную сеть частиц кремнезема.

5. Старение:

Гелю дают созреть или созреть в течение определенного периода. Старение способствует развитию структуры геля и может влиять на свойства получаемого коллоидного кремнезема.

6. Сушка:

После выдержки гель подвергают сушке для удаления жидкой фазы. Этого можно достичь с помощью различных методов сушки, таких как сушка на воздухе или сушка в сверхкритической жидкости.

7. Кальцинирование (необязательно):

В некоторых случаях высушенный гель может подвергаться прокаливанию — процессу термической обработки. Кальцинирование удаляет любые оставшиеся органические компоненты и превращает материал в стабильный коллоидный кремнезем высокой чистоты.

8. Контроль размера частиц:

На протяжении всего золь-гель процесса можно тщательно контролировать такие параметры, как pH, температура, концентрация и выбор добавок, чтобы влиять на размер и свойства частиц коллоидного кремнезема.

9. Стабилизация:

Для поддержания коллоидной стабильности частиц в процессе могут быть введены стабилизирующие агенты или поверхностно-активные вещества.

Золь-гель-процесс обеспечивает гибкость в настройке свойств коллоидного кремнезема, включая размер частиц, площадь поверхности и реакционную способность. Он широко используется в различных отраслях промышленности, включая покрытия, катализаторы, биомедицинские применения и многое другое. Возможность контролировать условия синтеза позволяет производить коллоидный кремнезем со специфическими характеристиками, пригодный для различных применений.