Розрахунок поліконденсаційних рівноваг у водних розчинах кремнезему і силікатів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140561Ключові слова:
розчинні силікати, силікати амінів, крем'яні кислоти, аномальна реологія, поліконденсаціяАнотація
З метою розширення можливостей теоретичного опису кислотно-основних і поліконденсаційних рівноваг у водно-силікатних системах, пропонується деяке ускладнення використаної раніше розрахункової моделі. Більш повний облік балансу іонів Н+ дозволяє математичне моделювання структури і фізико-хімічних властивостей водних розчинів не тільки розчинних силікатів, але й кремнієвої кислоти, причому з одним і тим же набором вступних термодинамічних параметрів. В основі модифікованої розрахункової моделі лежить чисельне рішення системи з восьми лінійних і нелінійних рівнянь методом Ньютона.
Нова модель була використана для розрахунку параметрів молекулярно-масового розподілу кремнекисневих частинок і величини рН у водних розчинах кремнієвої кислоти, а також лужних силікатів і силікатів амінів (аміносилікатів). Визначено діапазони значень вхідних термодинамічних параметрів, що дозволяють самоузгоджене опис трьох нетривіальних експериментально спостережуваних ефектів. Це реологічна аномалія у розчинах аміносилікатів, відсутність цієї аномалії в розчинах лужних силікатів і переважно мономірний характер кремнієвої кислоти в низькоконцентрованному водному розчині кремнезему. Показано, що самоузгодженний опис трьох ефектів є можливим тільки за умови, що сума показників констант дисоціації (pKa) и поліконденсації (pKp) силанольної групи менше за 11.6. Для цих розчинів розраховані також концентрації гідролітичних і поліконденсаційних структур в складі аніонів та катіонів, а також проаналізовані залежності цих концентрацій від параметрів розрахункової моделі. Зокрема, показано, що для розчину кремнезему модифікація розрахункової моделі призводить до значного росту розрахованих значень рН і степеню дисоціації силанольних груп, у той час як середня ступень полімеризації практично не змінюється. Крім того, виявлено, що у розчинах аміносилікатів ступень деполімеризації силоксанового зв’язку може немонотонно залежати від величини pKa.Посилання
- Iler, R. K. (1979). The Chemistry of Silica. Wiley, 886.
- Maliavski, N., Tchekounova, E., Dushkin, O. (1994). Silica fibers obtained from aminosilicate solutions with a reversible spinnability. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2 (1-3), 503–505. doi: https://doi.org/10.1007/bf00486298
- Malyavskiy, N. I., Pokid'ko, B. V. (2013). Polikondensacionnye ravnovesiya i reologicheskaya anomaliya v vodnyh rastvorah silikatov. Internet-vestnik VolgGASU. Ser.: Politematicheskaya, 4 (29). Available at: http://vestnik.vgasu.ru/attachments/MalyavskiyPokidko-2013_4(29).pdf
- Toutorski, I. A., Tkachenko, T. E., Maliavski, N. I. (1998). Structural and chemical modification of polydiene latexes by gel derived silica. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 13 (1-3), 1057–1060. doi: https://doi.org/10.1023/a:1008628919412
- Yang, X., Zhu, W., Yang, Q. (2007). The Viscosity Properties of Sodium Silicate Solutions. Journal of Solution Chemistry, 37 (1), 73–83. doi: https://doi.org/10.1007/s10953-007-9214-6
- Yang, X., Zhang, S. (2016). Characterizing and Modeling the Rheological Performances of Potassium Silicate Solutions. Journal of Solution Chemistry, 45 (12), 1890–1901. doi: https://doi.org/10.1007/s10953-016-0540-4
- Malyavskiy, N. I. (2003). Shchelochnosilikatnye utepliteli. Svoystva i himicheskie osnovy proizvodstva. Rossiyskiy himicheskiy zhurnal, 4, 39–45.
- Falcone Jr., J. S., Bass, J. L., Krumrine, P. H., Brensinger, K., Schenk, E. R. (2010). Characterizing the Infrared Bands of Aqueous Soluble Silicates. The Journal of Physical Chemistry A, 114 (7), 2438–2446. doi: https://doi.org/10.1021/jp908113s
- Vidal, L., Joussein, E., Colas, M., Cornette, J., Sanz, J., Sobrados, I. et. al. (2016). Controlling the reactivity of silicate solutions: A FTIR, Raman and NMR study. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 503, 101–109. doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.05.039
- Maliavski, N., Zhuravlova, O., Denysiuk, O. (2017). The rheological anomaly in water-silicate systems: a possible thermodynamic explanation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (88)), 23–28. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.105837
- Gorbach, V. A., Potapov, V. V., Kashpura, V. N. et. al. (2006). Silicic acid polymerization in hydrothermal solution. Proceedings, 31st Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. SGP-TR-179. Stanford, California.
- Belton, D. J., Deschaume, O., Perry, C. C. (2012). An overview of the fundamentals of the chemistry of silica with relevance to biosilicification and technological advances. FEBS Journal, 279 (10), 1710–1720. doi: https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2012.08531.x
- Nichita, D. V. (2018). New unconstrained minimization methods for robust flash calculations at temperature, volume and moles specifications. Fluid Phase Equilibria, 466, 31–47. doi: https://doi.org/10.1016/j.fluid.2018.03.012
- Shields, G., Seybold, P. (2013). Computational Approaches for the Prediction of pKa Values. CRC Press, 175. doi: https://doi.org/10.1201/b16128
- Alvarez, R., Sparks, D. L. (1985). Polymerization of silicate anions in solutions at low concentrations. Nature, 318 (6047), 649–651. doi: https://doi.org/10.1038/318649a0
- Weber, C. F., Hunt, R. D. (2003). Modeling Alkaline Silicate Solutions at 25 °C. Industrial & Engineering Chemistry Research, 42 (26), 6970–6976. doi: https://doi.org/10.1021/ie0303449
- Provis, J. L., Duxson, P., Lukey, G. C., Separovic, F., Kriven, W. M., van Deventer, J. S. J. (2005). Modeling Speciation in Highly Concentrated Alkaline Silicate Solutions. Industrial & Engineering Chemistry Research, 44 (23), 8899–8908. doi: https://doi.org/10.1021/ie050700i
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Nikolai Maliavski, Olga Zhuravlova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
