RU2154126C1 - Method of preparing peroxomonosilicic acid - Google Patents

Abstract

FIELD: inorganic synthesis. SUBSTANCE: electrolysis of concentrated aqueous solutions of alkali metal silicate without additives inhibiting oxygen reaction is conducted on electrolyzer with diaphragm made of perfluorinated cationite membrane preventing overflow of electrolyte form anode department into cathode department at high densities of anode current 0.5-1.2 A/sq.cm. EFFECT: increased current efficiency due to changed composition and concentration of solution, increased density of anode current, and replaced electrolyzer diaphragm. 2 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к области технологии получения неорганических перекисных соединений, а точнее к электрохимической технологии производства пероксосоединений, в частности к технологии получения пероксомонокремниевой (надкремниевой) кислоты. The invention relates to the field of technology for the production of inorganic peroxide compounds, and more specifically to the electrochemical technology for the production of peroxo compounds, in particular to the technology for producing peroxomonosilicon (silicosilicon) acid.

Пероксомонокремниевая кислота, как и другие пероксосоединения, может быть использована для отбеливания и крашения волокон, масел, в медицине, в сельском хозяйстве для ускорения созревания семян и еще более эффективно - для травления металлических, керамических поверхностей в электронной промышленности, в качестве инициатора радикальной полимеризации и др. Peroxomonosilicic acid, like other peroxo compounds, can be used for bleaching and dyeing fibers, oils, in medicine, in agriculture to accelerate seed ripening and even more effectively for etching metal, ceramic surfaces in the electronics industry, as an initiator of radical polymerization and other

Известен способ получения пероксомонокремниевой кислоты, заключающийся в том, что 0,2 - 0,5 M водный раствор силиката натрия или калия подвергают электролизу в анодном отделении диафрагменного электролизера при плотности анодного тока 0,1-0,4 А/см² в присутствии 1,0-1,5 г/л роданида калия или аммония [1].A known method of producing peroxomonosilicic acid, which consists in the fact that a 0.2 - 0.5 M aqueous solution of sodium silicate or potassium is subjected to electrolysis in the anode compartment of the diaphragm electrolyzer at an anode current density of 0.1-0.4 A / cm ² in the presence of 1 , 0-1.5 g / l of potassium or ammonium thiocyanate [1].

Недостатком известного способа является низкий выход по току, использование побочного реагента - роданида калия или аммония, который приводит к перенапряжению выделения кислорода и повышению напряжения на электролизере, а также частичному загрязнению конечного продукта. Недостатком является также ограничение использования концентрированных растворов исходного вещества и высоких плотностей анодного тока. При электролизе концентрированных растворов силиката щелочного металла образующаяся надкремниевая кислота разъедает керамическую диафрагму, увеличиваются поры и усиливается перетекание электролита, что затрудняет использование высоких плотностей тока, отсюда и невысокая производительность процесса. The disadvantage of this method is the low current efficiency, the use of a side reagent - potassium or ammonium thiocyanate, which leads to overstrain of oxygen evolution and an increase in voltage on the electrolyzer, as well as partial contamination of the final product. A disadvantage is the limitation of the use of concentrated solutions of the starting material and high anode current densities. During the electrolysis of concentrated solutions of alkali metal silicate, the resulting silicic acid corrodes the ceramic diaphragm, pores are enlarged, and electrolyte flow increases, which makes it difficult to use high current densities, hence the low productivity of the process.

Задача - повышение эффективности процесса получения пероксомонокремниевой кислоты. Технический результат - увеличение выхода по току за счет изменения состава и концентрации раствора, повышение плотности анодного тока и замена диафрагмы электролизера. The task is to increase the efficiency of the process of producing peroxomonosilicon acid. The technical result is an increase in current efficiency due to changes in the composition and concentration of the solution, increasing the density of the anode current and replacing the diaphragm of the cell.

Указанный технический результат достигается тем, что электролиз концентрированных водных растворов силиката щелочного металла без добавок ингибирующих кислородную реакцию проводят в электролизере с диафрагмой из перфторированной катионитовой мембраны, исключающая перетекание электролита из анодного отделения в катодное, при высоких плотностях анодного тока 0,5 - 1,2 А/см².The specified technical result is achieved by the fact that the electrolysis of concentrated aqueous solutions of alkali metal silicate without additives inhibiting the oxygen reaction is carried out in an electrolyzer with a diaphragm from a perfluorinated cation exchange resin membrane, which prevents the electrolyte from flowing from the anode compartment to the cathode, at high anodic current densities of 0.5 - 1.2 A / cm ² .

Эффект, который получался введением добавки достигается применением высоких плотностей анодного тока и высоких концентраций (с>0,1), использование которых стало возможно после исключения процесса перетекания электролита. The effect obtained by the introduction of the additive is achieved by using high anode current densities and high concentrations (c> 0.1), the use of which became possible after eliminating the process of electrolyte overflow.

Пример 1. В электролизер с диафрагмой из перфторированной катионитовой мембраны, разделяющей анодное и катодное пространства заливают 50 мл 0,6 М раствора силиката натрия Na₂SiO₃. В катодное отделение заливают 0,1 М раствор гидроксида натрия. Анодом служит платина с геометрической поверхностью 2 см², катодом - нержавеющая стальная пластина с геометрической поверхностью 16 см² Электролиз ведут при плотности анодного тока 0,6 А/см², без поддерживания определенной температуры в течение 3 часов. За это время начальная температура 20^oC анолита повышается за счет джоулева тепла до 50-55^oC. В результате электролиза образуется надкремниевая кислота

как по известному способу. Содержание кислоты H₂SiO₄ в анолите определяли иодометрическим методом. Оно составляет 0,068 г-экв или 3,2 г. Выход по току составляет 88%.Example 1. In an electrolytic cell with a diaphragm from a perfluorinated cation exchange membrane separating the anode and cathode spaces, 50 ml of a 0.6 M solution of sodium silicate Na ₂ SiO _{3 are} poured. A 0.1 M sodium hydroxide solution is poured into the cathode compartment. The anode is platinum with a geometric surface of 2 cm ² , the cathode is a stainless steel plate with a geometric surface of 16 cm ² Electrolysis is carried out at an anode current density of 0.6 A / cm ² , without maintaining a certain temperature for 3 hours. During this time, the initial temperature of the anolyte 20 ^o C increases due to the Joule heat to 50-55 ^o C. As a result of electrolysis, silicic acid is formed

as in a known manner. The acid content of H ₂ SiO ₄ in the anolyte was determined by the iodometric method. It is 0.068 g-eq or 3.2 g. The current efficiency is 88%.

Пример 2. Электролиз по примеру 1. В анодное пространство заливают 0,1 М раствора Na₂SiO₃. Электролиз проводят при плотности тока 0,6 А/см² в течение 1 часа. В анолите образуется 0,014 г-экв кислоты. Выход по току 85%.Example 2. The electrolysis of example 1. In the anode space is poured a 0.1 M solution of Na ₂ SiO ₃ . The electrolysis is carried out at a current density of 0.6 A / cm ² for 1 hour. 0.014 g-equiv of acid is formed in the anolyte. The current efficiency is 85%.

Пример 3. Электролиз по примеру 1. Example 3. The electrolysis of example 1.

Электролиз 50 мл 1,2М раствора Na₂SiO₃ при плотности 0,6 А/см в течение 6 часов. В анодном отделении образуется 0,14 г-экв кислоты. Выход по току составляет 90%.Electrolysis of 50 ml of a 1.2 M solution of Na ₂ SiO ₃ at a density of 0.6 A / cm for 6 hours. 0.14 g-equiv of acid is formed in the anode compartment. The current efficiency is 90%.

Результаты опытов представлены в таблице 1. Как следует из таблицы, ниже концентрации 0,1 моль/л выход по току уменьшается в 1,5 раза. При высоких концентрациях (с>0,1) вплоть до насыщенного раствора (≈1,4 моль/л при 25^oC) выход по току составляет 85% - 92%.The experimental results are presented in table 1. As follows from the table, below a concentration of 0.1 mol / L, the current efficiency decreases by 1.5 times. At high concentrations (c> 0.1) up to a saturated solution (≈1.4 mol / L at 25 ^o C), the current efficiency is 85% - 92%.

Пример 4. Электролиз аналогично примеру 1. В анодное отделение электролизера заливают 50 мл 0,6 М раствора Na₂SiO₃, Электролиз ведут на платиновом аноде при плотности тока 0,8 А/см². Электролиз ведут в течение 3 часов. Содержание кислоты составляет 0,068 г-экв. Выход по току 88%.Example 4. Electrolysis analogously to example 1. In the anode compartment of the electrolyzer pour 50 ml of 0.6 M Na ₂ SiO ₃ solution. Electrolysis is carried out on a platinum anode at a current density of 0.8 A / cm ² . Electrolysis is carried out for 3 hours. The acid content is 0.068 geq. Current efficiency 88%.

Пример 5. Электролиз по примеру 1. В анодное отделение заливают 100 мл 0,6 М раствора Na₂SiO₃ и проводят электролиз в течение 8 часов при плотности тока 0,5 А/см². В результате электролиза образуется 0,14 г-экв надкремниевой кислоты. Выход по току 92%.Example 5. Electrolysis according to example 1. 100 ml of a 0.6 M solution of Na ₂ SiO ₃ are poured into the anode compartment and electrolysis is carried out for 8 hours at a current density of 0.5 A / cm ² . As a result of electrolysis, 0.14 g-equiv of silicic acid is formed. The current efficiency is 92%.

Пример 6. Электролиз по примеру 1. Электролизу подвергают 50 мл 0,6 М раствора Na₂SiO₄, при плотности анодного 1,2 А/см². Через 1,5 часа электролиза в анодном отделении образуется 0,066 г-экв надкремниевой кислоты. Выход по току составляет 85%.Example 6. Electrolysis according to example 1. The electrolysis is subjected to 50 ml of a 0.6 M solution of Na ₂ SiO ₄ at an anode density of 1.2 A / cm ² . After 1.5 hours of electrolysis, 0.066 g-equiv of silicic acid is formed in the anode compartment. The current efficiency is 85%.

Опытные данные электролиза 0,6 М водных растворов Na₂SiO₃ - при различных плотностях тока представлены в таблице 2. Высокий выход по току сохраняется до плотности тока 1,2 А/см². Выше этого значения выход по току уменьшается.The experimental data of electrolysis of 0.6 M aqueous solutions of Na ₂ SiO ₃ - at various current densities are presented in table 2. A high current efficiency is maintained up to a current density of 1.2 A / cm ² . Above this value, the current output decreases.

Надкремниевая кислота, получаемая во всех примерах при электролизе водных растворов силиката натрия по физическим и химическим свойствам не отличается от кислоты, описанной в известном способе [1]. Silica acid obtained in all examples by electrolysis of aqueous solutions of sodium silicate in physical and chemical properties does not differ from the acid described in the known method [1].

Предложенный способ имеет ряд технико-экономических преимуществ по сравнению с известным способом:
- упрощение состава раствора за счет исключения использования реактива роданида калия или аммония;
- высокая производительность процесса за счет применения высоких плотностей анодного, тока;
- большой экономический эффект за счет увеличения выхода по току;
- возможность осуществления процесса непрерывно;
- повышение эффективности процесса в результате применения исходного вещества в широком интервале концентраций вплоть до насыщенных растворов.The proposed method has a number of technical and economic advantages compared with the known method:
- simplification of the composition of the solution by eliminating the use of reagent potassium or ammonium thiocyanate;
- high productivity of the process due to the use of high densities of the anode current;
- great economic effect due to increased current efficiency;
- the ability to carry out the process continuously;
- increasing the efficiency of the process as a result of the use of the starting material in a wide range of concentrations up to saturated solutions.

Таким образом, для заявленного способа в том виде, как охарактеризован, подтверждена возможность его осуществления и он предназначен для использования в медицине, сельском хозяйстве, электротехнической отрасли, текстильной промышленности, и т.д. Thus, for the claimed method in the form described, the possibility of its implementation is confirmed and it is intended for use in medicine, agriculture, the electrical industry, the textile industry, etc.

Источники информации
1. Патент РФ N 1682305, кл. C 01 B 33/12 // C 01 B 15/14, 1993 г.Sources of information
1. RF patent N 1682305, cl. C 01 B 33/12 // C 01 B 15/14, 1993

Claims (1)

Способ получения пероксомонокремниевой кислоты, заключающийся в том, что водный раствор силиката щелочного металла подвергают электролизу в диафрагменном электролизере, отличающийся тем, что электролиз концентрированных водных растворов проводят в анодном отделении электролизера с перфторированной катионитовой мембраной при плотностях анодного тока 0,5 - 1,2 А/см².A method of producing peroxomonosilicic acid, namely, that an aqueous solution of alkali metal silicate is subjected to electrolysis in a diaphragm electrolyzer, characterized in that the electrolysis of concentrated aqueous solutions is carried out in the anode compartment of the electrolyzer with a perfluorinated cation exchange resin at an anode current densities of 0.5 - 1.2 A / cm ² .

Images