Гомогенные методы осаждения.

При гомогенном осаждении система может находиться долго в таком состоянии, если на нее не оказывают воздействие внешние факторы (интенсивность перемешивания, нагрев, давление).

Различают варианты гомогенного осаждения:

• Гидролиз основного вещества при механическом воздействии на систему(1);

• Гидролиз вспомогательного вещества, в результате которого протекает взаимодействие в системе(2);

• Разложение комплексных соединений при химическом воздействии на них(3);

• Вывод кислоты из реакционной смеси(4).

Независимо от варианта проведения химического осаждения производительность процесса невысокая. Гомогенное осаждение можно осуществлять только в периодическом режиме. Характеризуется особенностями, которые позволяют получить монодисперсные осадки, осадки, характеризующиеся высокой пористостью, т.е. получают пористые материалы, а также получение осадков с требуемыми физико-техническими характеристиками (высокая скорость фильтрования, отмывки, отстаивания твердой фазы, небольшим объемом твердой фазы). Гомогенные методы осаждения во многих случаях являются основой золь-гель технологий, согласно которым в настоящее время получают ряд наноматериалов.

1. Пример: если раствор алюмината натрия интенсивно перемешивать длительное время, то образуется осадок гидрата оксида алюминия. Основа промышленного способа получения глинозема или гидроксида алюминия (метод «выкрутки»).

2. В качестве вспомогательного вещества используют соединения, которые при каком-то воздействии могут изменять химический состав реакционной смеси, увеличивая концентрацию ионов ОН. Используют карбамид.

СO(NH₂)₂ + 3H₂O = H₂CO₃ + 2NH₄OH

Гидролиз протекает при температуре 95-100°С.

Al(NO₃)₃ + СO(NH₂)₂=

Если систему нагревать, то начинается гидролиз карбамида и pH среды постепенно увеличивается. При этом протекает гидролиз нитрата алюминия и при достижении критического значения pH образуется золь, который перейдет в гель или образуются частицы твердой фазы.

Имеется ряд преимуществ:

• В системе не наблюдается локальных пересыщений;

• Образующийся гидроксид алюминия равномерно распределяется в реакционной среде;

• Процесс идет постепенно;

• Зарождение новой твердой фазы происходит одновременно во всех точках реакционной среды. Следовательно размер образующихся зародышей приблизительно одинаков. Это дает основание для получения монодисперсных осадков.

Кроме того этим методом возможно получение золей, которые далее коагулируют, и образуется гель. Устойчивость золей определяется природой среды, в которой они образуются.

3. Используется для разделения соединений редкоземельных элементов. Растворяется в трилоне Б, а далее изменяется pH и разрушается комплекс.

4. С помощью аминов. Повышается pH, протекает гидролиз, формируется твердая фаза.

Лекция 4

Достоинства гомогенного осаждения: равномерное распределение концентрации ОН групп в объеме раствора. В результате этого в объеме раствора происходит равномерное зарождение твердой фазы. Размер частиц твердой фазы примерно одинаков. Следовательно, методом гомогенного осаждения можно получить твердую фазу с распределением частиц по размерам близкую к монодисперсной. Методом гомогенного осаждения можно получить пористые материалы, т.к. в этом случае для многих соединений возможно формирование глобулярной структуры. Пористые материалы обладают сорбционным объемом и используются как сорбенты, катализаторы. Для них характерна внутренняя и внешняя поверхность. Внешняя поверхность – это геометрическая поверхность частиц. Внутренняя поверхность – это поверхность пор. Внутренняя во много раз превышает внешнюю поверхность. Силикагели, аморфные алюмосиликаты, гидратированные оксиды поливалентных металлов могут иметь удельную поверхность до нескольких сот м2/г. Внешняя поверхность не превышает 1-2 десятков м2/г.