Ni iṣelọpọ ati igbesi aye, gel silica le ṣee lo lati gbẹ N2, afẹfẹ, hydrogen, gaasi adayeba [1] ati bẹbẹ lọ. Ni ibamu si acid ati alkali, desiccant le pin si: desiccant acid, desiccant alkaline ati didoju desiccant [2]. Silica gel han lati jẹ gbigbẹ didoju ti o dabi pe o gbẹ NH3, HCl, SO2, bbl Sibẹsibẹ, lati oju opo ti wiwo, gel silica jẹ ti gbigbẹ intermolecular onisẹpo mẹta ti awọn ohun elo orthosilicic acid, ara akọkọ jẹ SiO2, ati dada jẹ ọlọrọ ni awọn ẹgbẹ hydroxyl (wo Nọmba 1). Idi ti gel silica le fa omi ni pe ẹgbẹ silikoni hydroxyl ti o wa lori oju gel silica le ṣe awọn asopọ hydrogen intermolecular pẹlu awọn ohun elo omi, nitorinaa o le fa omi pọ ati nitorinaa ṣe ipa gbigbe. Geli siliki ti o yipada awọ ni awọn ions cobalt, ati lẹhin ti omi adsorption ti de itẹlọrun, awọn ions cobalt ti o wa ninu geli silica ti o yipada awọ di awọn ions cobalt hydrated, ki gel silica blue di Pink. Lẹhin gbigbona jeli siliki Pink ni 200 ℃ fun akoko kan, asopọ hydrogen laarin jeli silica ati awọn ohun elo omi fọ, ati gel silica discolored yoo tan bulu lẹẹkansi, ki aworan apẹrẹ ti silicic acid ati silica gel le. tun lo bi a ṣe han ni Nọmba 1. Nitorina, niwon oju ti gel silica jẹ ọlọrọ ni awọn ẹgbẹ hydroxyl, oju ti gel silica le tun ṣe awọn ifunmọ hydrogen intermolecular pẹlu NH3 ati HCl, ati bẹbẹ lọ, ati pe ko si ọna lati ṣe bi desiccant ti NH3 ati HCl, ati pe ko si ijabọ ti o yẹ ninu awọn iwe ti o wa tẹlẹ. Nitorina kini awọn abajade? Koko-ọrọ yii ti ṣe iwadii esiperimenta atẹle yii.
EEYA. 1 Aworan apẹrẹ ti ortho-silicic acid ati gel silica
2 Apá ṣàdánwò
2.1 Ṣiṣayẹwo iwọn lilo ohun elo ti desiccant gel silica - Amonia Ni akọkọ, gel silica discolored ni a gbe sinu omi distilled ati ki o fojusi omi amonia lẹsẹsẹ. Geli siliki discolored yipada Pink ni omi distilled; Ni amonia ti o ni idojukọ, silikoni iyipada awọ ni akọkọ yipada pupa ati laiyara tan buluu ina. Eyi fihan pe gel silica le fa NH3 tabi NH3 · H2 O ni amonia. Gẹgẹbi a ṣe han ni aworan 2, kalisiomu hydroxide ti o lagbara ati ammonium kiloraidi ti wa ni idapọ paapaa ati ki o gbona ni tube idanwo kan. Abajade gaasi ti yọ kuro nipasẹ orombo wewe alkali ati lẹhinna nipasẹ gel silica. Awọ ti gel silica nitosi itọsọna ẹnu-ọna di fẹẹrẹfẹ (awọ ti ipari ohun elo ti desiccant gel silica ni Nọmba 2 ti ṣawari - amonia 73, ipele 8th ti 2023 jẹ ipilẹ kanna bii awọ ti gel silica soaked ninu omi amonia ti o ni idojukọ), ati pe iwe idanwo pH ko ni iyipada ti o han. Eyi tọkasi pe NH3 ti a ṣejade ko de iwe idanwo pH, ati pe o ti polowo patapata. Lẹhin akoko kan, da alapapo duro, mu apakan kekere kan ti rogodo gel silica, fi sinu omi ti a fi omi ṣan, fi phenolphthalein sinu omi, ojutu naa yipada pupa, ti o fihan pe gel silica ni ipa adsorption to lagbara lori NH3, lẹhin ti omi ti a fi omi ṣan silẹ, NH3 wọ inu omi ti a fi omi ṣan, ojutu jẹ ipilẹ. Nitorina, nitori gel silica ni adsorption ti o lagbara fun NH3, oluranlowo gbigbẹ silikoni ko le gbẹ NH3.
EEYA. 2 Ṣiṣayẹwo iwọn ti ohun elo ti desiccant gel silica - amonia
2.2 Ṣiṣayẹwo ipari ti ohun elo ti silica gel desiccant - hydrogen chloride akọkọ sun awọn ipilẹ NaCl pẹlu ina atupa ọti lati yọ omi tutu kuro ninu awọn ohun elo to lagbara. Lẹhin ti awọn ayẹwo ti wa ni tutu, ogidi sulfuric acid wa ni afikun si NaCl okele lati lẹsẹkẹsẹ gbe awọn kan ti o tobi nọmba ti nyoju. Gaasi ti a ti ipilẹṣẹ ti kọja sinu tube gbigbe ti iyipo ti o ni gel silica, ati pe iwe idanwo pH tutu ti wa ni gbe ni opin tube gbigbe. Geli silica ni opin iwaju yipada alawọ ewe ina, ati pe iwe idanwo pH tutu ko ni iyipada ti o han gbangba (wo Nọmba 3). Eyi fihan pe gaasi HCl ti a ti ipilẹṣẹ jẹ adsorbed patapata nipasẹ gel silica ati pe ko salọ sinu afẹfẹ.
olusin 3 Iwadi lori ipari ti ohun elo ti silica gel desiccant - hydrogen kiloraidi
Geli silica adsorbed HCl ati ki o tan-ina alawọ ewe ni a gbe sinu tube idanwo kan. Fi jeli siliki buluu tuntun sinu tube idanwo, ṣafikun hydrochloric acid ogidi, gel silica tun di awọ alawọ ewe ina, awọn awọ meji jẹ ipilẹ kanna. Eyi ṣe afihan gaasi jeli siliki ninu tube gbigbe ti iyipo.
2.3 Ṣiṣayẹwo ti iwọn ohun elo ti silica gel desiccant - sulfur dioxide Mixed concentrated sulfuric acid with sodium thiosulfate solid (wo Nọmba 4), NA2s2 O3 + H2 SO4 ==Na2 SO4 + SO2 ↑+ S↓+ H2 O; Gaasi ti a ti ipilẹṣẹ ti kọja nipasẹ tube gbigbẹ ti o ni jeli siliki discolored, gel silica discolored di alawọ buluu-alawọ ewe, ati iwe litmus buluu ni ipari iwe idanwo tutu ko yipada ni pataki, ti o nfihan pe gaasi SO2 ti ipilẹṣẹ ni ti a ti ni kikun adsorbed nipasẹ awọn silica jeli rogodo ati ki o ko ba le sa fun.
EEYA. 4 Ṣiṣayẹwo iwọn ti ohun elo ti desiccant gel silica - sulfur dioxide
Yọ apakan kan ti rogodo jeli siliki ki o si fi sinu omi distilled. Lẹhin iwọntunwọnsi kikun, mu iwọn kekere ti omi silẹ lori iwe litmus buluu naa. Iwe idanwo naa ko yipada ni pataki, ti o nfihan pe omi ti a ti sọ distilled ko to lati desorbed SO2 lati gel silica. Mu apakan kekere kan ti rogodo gel silica ki o mu u ni tube idanwo. Fi iwe litmus buluu tutu si ẹnu tube idanwo naa. Iwe litmus buluu naa yipada si pupa, ti o nfihan pe alapapo jẹ ki gaasi SO2 ti desorbed lati inu rogodo silica gel, nitorinaa jẹ ki iwe litmus di pupa. Awọn adanwo ti o wa loke fihan pe gel silica tun ni ipa adsorption to lagbara lori SO2 tabi H2 SO3, ati pe ko le ṣee lo fun gbigbe gaasi SO2.
2.4 Ṣiṣayẹwo iwọn ti ohun elo ti desiccant jeli silica - Erogba oloro
Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 5, ojutu iṣuu soda bicarbonate ti n rọ phenolphthalein han pupa ina. Awọn iṣuu soda bicarbonate ti o lagbara ti wa ni kikan ati pe idapọ gaasi ti o jẹ abajade ti kọja nipasẹ tube gbigbe ti o ni awọn aaye gel silica ti o gbẹ. Geli siliki ko yipada ni pataki ati iṣuu soda bicarbonate ti n rọ pẹlu phenolphthalein ṣe adsorbs HCl naa. Iọnu koluboti ninu gel silica discolored ṣe agbekalẹ ojutu alawọ ewe pẹlu Cl- ati diẹdiẹ di alailagbara, ti o nfihan pe eka gaasi CO2 kan wa ni ipari tube gbigbe ti iyipo. Geli siliki alawọ-ina ni a gbe sinu omi distilled, ati gel silica discolored maa yipada si ofeefee, ti o nfihan pe HCl ti a fi sita nipasẹ gel silica ti wa ni desorbed sinu omi. Iwọn kekere ti ojutu olomi oke ni a fi kun si ojutu iyọ fadaka fadaka ti a fi sinu acid nitric lati ṣe itọsi funfun kan. Iwọn kekere ti ojutu olomi ni a sọ silẹ lori ọpọlọpọ awọn iwe idanwo pH, ati pe iwe idanwo naa yipada pupa, ti o nfihan pe ojutu jẹ ekikan. Awọn idanwo ti o wa loke fihan pe gel silica ni adsorption to lagbara si gaasi HCl. HCl jẹ moleku pola ti o lagbara, ati pe ẹgbẹ hydroxyl ti o wa lori dada gel silica tun ni polarity to lagbara, ati pe awọn mejeeji le ṣe awọn ifunmọ hydrogen intermolecular tabi ni ibaraenisepo dipole dipole ti o lagbara, ti o yorisi agbara intermolecular ti o lagbara laarin oju ti yanrin. gel ati HCl moleku, ki silica gel ni kan to lagbara adsorption ti HCl. Nitorinaa, aṣoju gbigbẹ silikoni ko le ṣee lo lati gbẹ ona abayo HCl, iyẹn ni, jeli silica ko ṣe adsorb CO2 tabi nikan ni apa kan adsorb CO2.
EEYA. 5 Ṣiṣayẹwo iwọn ti ohun elo ti desiccant gel silica - erogba oloro
Lati le ṣe afihan ipolowo ti gel silica si gaasi erogba oloro, awọn idanwo atẹle ti wa ni tẹsiwaju. Bọọlu gel silica ti o wa ninu tube gbigbẹ iyipo ti yọ kuro, ati pe apakan ti pin si ojutu iṣuu soda bicarbonate ti nyọ phenolphthalein. Ojutu iṣuu soda bicarbonate ti di awọ. Eyi fihan pe gel silica adsorbs carbon dioxide, ati lẹhin tiotuka ninu omi, erogba oloro desorbs sinu iṣuu soda bicarbonate ojutu, ṣiṣe iṣuu soda bicarbonate ojutu ipare. Apakan ti o ku ti bọọlu silikoni jẹ kikan ni tube idanwo gbigbẹ, ati pe gaasi ti o yọrisi ti kọja sinu ojutu ti iṣuu soda bicarbonate ti n rọ pẹlu phenolphthalein. Laipẹ, ojutu iṣuu soda bicarbonate yipada lati pupa ina si awọ. Eyi tun fihan pe gel silica tun ni agbara adsorption fun gaasi CO2. Sibẹsibẹ, agbara adsorption ti gel silica lori CO2 kere pupọ ju ti HCl, NH3 ati SO2 lọ, ati erogba oloro le jẹ aṣoju apakan nikan lakoko idanwo ni Nọmba 5. Idi idi ti gel silica le ṣe adsorb CO2 ni apakan ni o ṣeeṣe lati jẹ ti o jẹ gel silica ati CO2 fọọmu intermolecular hydrogen bonds Si — OH… O = C. Nitori atomu erogba aringbungbun ti CO2 jẹ arabara sp, ati pe atom silikoni ni jeli silica jẹ arabara sp3, moleku CO2 laini ko ni ifọwọsowọpọ daradara pẹlu dada ti gel silica, ti o yorisi agbara adsorption ti gel silica lori erogba oloro jẹ jo kekere.
3.Comparison laarin awọn solubility ti awọn gaasi mẹrin ninu omi ati ipo adsorption lori oju ti gel silica Lati awọn esi idanwo ti o wa loke, o le rii pe gel silica ni agbara adsorption ti o lagbara fun amonia, hydrogen chloride ati sulfur dioxide, ṣugbọn agbara adsorption kekere fun erogba oloro (wo Table 1). Eyi jẹ iru si isokuso ti awọn gaasi mẹrin ninu omi. Eyi le jẹ nitori pe awọn ohun elo omi ni hydroxy-OH, ati oju ti gel silica tun jẹ ọlọrọ ni hydroxyl, nitorina isokan ti awọn gaasi mẹrin wọnyi ninu omi jọra pupọ si adsorption rẹ lori dada gel silica. Lara awọn gaasi mẹta ti gaasi amonia, hydrogen chloride ati sulfur dioxide, imi-ọjọ sulfur ni iyọ ti o kere julọ ninu omi, ṣugbọn lẹhin ti o ti gbejade nipasẹ gel silica, o nira julọ lati sọ di mimọ laarin awọn gaasi mẹta. Lẹhin ti gel silica adsorbs amonia ati hydrogen kiloraidi, o le jẹ desorbed pẹlu omi olomi. Lẹhin ti gaasi sulfur dioxide ti wa ni adsorbed nipasẹ silica gel, o ṣoro lati desorption pẹlu omi, ati pe o gbọdọ jẹ kikan si desorption lati oju ti gel silica. Nitorinaa, adsorption ti awọn gaasi mẹrin lori dada gel silica gbọdọ jẹ iṣiro imọ-jinlẹ.
4 Iṣiro imọ-ọrọ ti ibaraenisepo laarin gel silica ati awọn gaasi mẹrin ni a gbekalẹ ni titobi sọfitiwia ORCA [4] labẹ ilana ilana iṣẹ ṣiṣe iwuwo (DFT). Ọna DFT D/B3LYP/Def2 TZVP ni a lo lati ṣe iṣiro awọn ipo ibaraenisepo ati awọn agbara laarin awọn oriṣiriṣi awọn gaasi ati gel silica. Lati le ṣe iṣiro simplify, awọn ohun elo gel silica jẹ aṣoju nipasẹ awọn ohun elo tetrameric orthosilicic acid. Awọn abajade iṣiro fihan pe H2 O, NH3 ati HCl le ṣe gbogbo awọn ifunmọ hydrogen pẹlu ẹgbẹ hydroxyl lori oju ti gel silica (wo Nọmba 6a ~ c). Wọn ni agbara abuda to lagbara lori dada jeli siliki (wo Tabili 2) ati pe wọn ni irọrun adsorbed lori dada gel silica. Niwọn igba ti agbara abuda ti NH3 ati HCl jẹ iru si ti H2 O, fifọ omi le ja si idinku ti awọn ohun elo gaasi meji wọnyi. Fun moleku SO2, agbara abuda rẹ jẹ -17.47 kJ/mol, eyiti o kere pupọ ju awọn moleku mẹta ti o wa loke. Sibẹsibẹ, awọn ṣàdánwò timo wipe SO2 gaasi ti wa ni awọn iṣọrọ adsorbed lori yanrin jeli, ati paapa fifọ ko le desorbed o, ati ki o nikan alapapo le ṣe SO2 ona abayo lati dada ti yanrin jeli. Nitorinaa, a gboju pe SO2 ṣee ṣe lati darapo pẹlu H2 O lori dada gel silica lati ṣe awọn ida H2 SO3. Nọmba 6e fihan pe moleku H2 SO3 ṣe awọn ifunmọ hydrogen mẹta pẹlu hydroxyl ati awọn ọta atẹgun lori oju ti gel silica ni akoko kanna, ati pe agbara abuda jẹ giga bi -76.63 kJ / mol, eyiti o ṣalaye idi ti SO2 ṣe adsorbed lori gel silica jẹ soro lati yọ kuro pẹlu omi. Non-polar CO2 ni o ni awọn alailagbara abuda pẹlu silica jeli, ati ki o le nikan wa ni apa kan adsorbed nipa silica jeli. Botilẹjẹpe agbara abuda ti H2 CO3 ati gel silica tun de -65.65 kJ / mol, iyipada iyipada ti CO2 si H2 CO3 ko ga, nitorinaa oṣuwọn adsorption ti CO2 tun dinku. O le rii lati inu data ti o wa loke pe polarity ti moleku gaasi kii ṣe ami iyasọtọ nikan lati ṣe idajọ boya o le ṣe adsorbed nipasẹ gel silica, ati asopọ hydrogen ti o ṣẹda pẹlu oju-ọti silica gel jẹ idi akọkọ fun adsorption iduroṣinṣin rẹ.
Ipilẹ ti gel silica jẹ SiO2 · nH2 O, agbegbe ti o tobi julọ ti gel silica ati ẹgbẹ ọlọrọ hydroxyl lori dada ṣe gel silica le ṣee lo bi ẹrọ gbigbẹ ti kii ṣe majele pẹlu iṣẹ ti o dara julọ, ati pe a lo ni lilo pupọ ni iṣelọpọ ati igbesi aye. . Ninu iwe yii, o jẹrisi lati awọn apakan meji ti idanwo ati iṣiro imọ-jinlẹ pe gel silica le adsorb NH3, HCl, SO2, CO2 ati awọn gaasi miiran nipasẹ awọn ifunmọ hydrogen intermolecular, nitorinaa gel silica ko le ṣee lo fun gbigbe awọn gaasi wọnyi. Ipilẹ ti gel silica jẹ SiO2 · nH2 O, agbegbe ti o tobi julọ ti gel silica ati ẹgbẹ ọlọrọ hydroxyl lori dada ṣe gel silica le ṣee lo bi ẹrọ gbigbẹ ti kii ṣe majele pẹlu iṣẹ ti o dara julọ, ati pe a lo ni lilo pupọ ni iṣelọpọ ati igbesi aye. . Ninu iwe yii, o jẹrisi lati awọn apakan meji ti idanwo ati iṣiro imọ-jinlẹ pe gel silica le adsorb NH3, HCl, SO2, CO2 ati awọn gaasi miiran nipasẹ awọn ifunmọ hydrogen intermolecular, nitorinaa gel silica ko le ṣee lo fun gbigbe awọn gaasi wọnyi.
：
EEYA. 6 Awọn ipo ibaraenisepo laarin awọn oriṣiriṣi oriṣiriṣi ati dada gel siliki ti a ṣe iṣiro nipasẹ ọna DFT
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu kọkanla-14-2023
