Биологические и медицинские аспекты применения кремнеземов, особенно в качестве носителя лекарственных и других биологически активных веществ, как энтеросорбента и адсорбента с широким спектром полезных свойств, связаны с использованием чистых и достаточно однородных синтетических аморфных кремнеземов, и прежде всего его пирогенных форм. Поэтому представляется целесообразным кратко рассмотреть современное состояние знаний о структуре и свойствах пирогенных кремнеземов, строении гидратного покрова и природе активных центров их поверхности.

Пирогенные кремнеземы (pyrogenic silica, fumed silica, aerosil, cabosil) получают высокотемпературным гидролизом тетрахлорида кремния в водо-родно-кислородном пламени по общей схеме
SiCl4 + 2Н2 + 02 -> Si02 + 4HC1.

В действительности этот экзотермический процесс значительно сложнее, так как включает много стадий, подробное исследование которых довольно затруднительно. Вместо SiCl4 для сжигания могут быть использованы и другие летучие соединения кремния. В результате такого пламенного гидролиза при 1000—1400 °С образуется пушистый, пылевидный, чрезвычайно легкий (98 % его объема занимает воздух) голубовато-белый порошок диоксида кремния. Полагают, что на первой стадии в результате гидролиза SiCl4 и конденсации молекул образующейся ортокремниевой кислоты возникают первичные проточастицы, которые находятся преимущественно в расплавленном состоянии.

Измеряя рост частиц аэрозоля по рассеянию лазерного излучения, авторы работы показали, что по мере удаления от сопла горелки и снижения температуры частицы в результате соударений и в соответствии с классической моделью коалесцен-ции образуют довольно стойкие агрегаты твердых частиц. Когда температура в реакторе еще более понижается, агрегаты вследствие образования межчастичных водородных связей объединяются в агломераты, которые могут быть разрушены в полярных жидких средах. Короткое время пребывания кремнезема в камере сгорания обычно не приводит к спеканию частиц, хотя в принципе это возможно.

Изменяя концентрацию реагентов, температуру пламени, время пребывания кремнезема в камере сгорания, можно управлять в определенных пределах размерами частиц, распределением частиц по размерам, величиной удельной поверхности и свойствами поверхности кремнеземов.

В частности, фирма Дегусса (Degussa AG, Frankfurt) в зависимости от условий синтеза производит различные марки пирогенных кремнеземов (аэросилов) высокой степени чистоты (более 99,8 % Si02; содержание примесей, %: А1203 - менее 0,05, TiO2 - менее 0,03, Fe203 - менее 0,003, НС1 — менее 0,025) с размером первичных сферических частиц от 7 до 40 нм и удельной поверхностью от 400 до 50 м2/г. По чистоте пирогенные кремнеземы отвечают высоким фармакопейным требованиям и содержат примерно в 10 раз меньше примесей, чем осажденные кремнеземы.

Пирогенные кремнеземы относятся к достаточно однородным продуктам, тем не менее в пределах одной марки не все первичные частицы имеют одинаковый размер. При этом аэросилы с высокой удельной поверхностью имеют меньшие пределы флуктуации по размерам частиц. В частности, аэросил с удельной поверхностью (Sуд) около 200 м2/г имеет средний диаметр частиц примерно 12 нм с областью рассеяния по размерам 4—17 нм (90 % интервала). 1 г такого аэросила содержит около 3,8 ? 1017 частиц. При истинном удельном весе 2,2 г/см3 насыпная масса аэросилов близка к 50 г/л, а в подпрессованном виде около 120 г/л.

По крайней мере, марки аэросилов с удельной поверхностью до 300 м2/г имеют только внешнюю поверхность, т. е. являются непористыми препаратами кремнезема, так как величины Sуд, определенные электронно-микроскопическим методом и по адсорбции аргона, практически совпадают. Напротив, осажденные кремнеземы, особенно тонкопористые силикагели, имеют значительную долю внутренней поверхности.

- Читать далее "Пирогенный кремнезем. Свойства пирогенного кремнезема"