Использование волокнистых и гранулированных ионитов для получения микро- и нанодисперсий диоксида кремния

Аннотация

Работа посвящена получению микро- и нанодисперсий диоксида кремния с помощью волокнистых и гранулированных ионитов. Эксперименты проводили с помощью катионита КУ-2-8, сульфоугля, катионита ФИБАН К-1 и древесной (хвойной) сульфатной целлюлозы, модифицированной ранее авторами путем фосфорилирования. При получении дисперсий SiO₂ использовали системы на основе жидкого стекла и дистиллированной воды с массовой долей SiO₂ 3, 6, 10, 20 и 30%. Получение кремнезолей методом ионного обмена проводили в статическом и динамическом режимах. С целью изучения особенностей поведения кремнезолей, полученных в динамическом режиме, оценивали изменение величины кинематической вязкости образцов в течение 2 месяцев после их получения. Дополнительно проводили эксперименты с регенерированным 10% H₂SO₄ и промытым до нейтрального рН катионитом КУ‑2-8. Устойчивость кремнезолей оценивали визуально и турбидиметрически. Размер частиц полученных образцов определяли методом лазерной дифракции, морфологию поверхностей ксерогелей SiO₂ изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Результаты ИК‑спектроскопии свидетельствуют о наличии в полученных образцах полос, в целом характерных для аморфного гидроксилированного кремнезема. Показано, что наиболее устойчивые дисперсии образуются при использовании систем «жидкое стекло-вода» с массовой долей SiO₂, равной 6%, а размер частиц зависит от типа используемого ионита. Установлено, что волокнистые катиониты позволяют получать коллоидные системы с меньшим размером частиц и большей однородностью по сравнению с гранулированными. Показано, что модифицированная целлюлоза является перспективным материалом для получения нанодисперсий диоксида кремния. Продемонстрирована возможность использования не только исходного, но и регенерированного катионита, что выгодно с экономической точки зрения. Показано, что преимуществом получения кремнезолей в динамическом режиме является возможность управления вязкостью растворов посредством отбора его определенного объёма на выходе из ионообменной колонки. Практическая значимость полученных результатов заключается в расширении номенклатуры полирующих композиций на основе SiO₂ с целью их применения в электронной промышленности для химико-механической полировки полупроводниковых пластин, что позволит в будущем отказаться от дорогостоящих импортных материалов и снизить затраты на производство конечной продукции.