Yn produksje en libben kin silikagel brûkt wurde om N2, loft, wetterstof, ierdgas [1] ensafuorthinne te droegjen. Neffens soer en alkali kin desiccant wurde ferdield yn: soere desiccant, alkaline desiccant en neutraal desiccant [2]. Silica gel liket te wêzen in neutraal droeger dat liket te droegjen NH3, HCl, SO2, ensfh Lykwols, út it prinsipe eachpunt, silica gel is gearstald út trijediminsjonale intermolecular útdroeging fan orthosilicic acid molekulen, it wichtichste lichem is SiO2, en it oerflak is ryk oan hydroxyl groepen (sjoch figuer 1). De reden wêrom't silikagel wetter opnimme kin is dat de silisiumhydroxylgroep op it oerflak fan silikagel intermolekulêre wetterstofbânen foarmje kin mei wettermolekulen, sadat it wetter adsorbearje kin en sadwaande in droege rol spylje. De kleurferoarjende silikagel befettet kobalt-ionen, en nei't it adsorpsjoneel wetter sêding berikt, wurde de kobalt-ionen yn 'e kleurferoarjende silikagel hydrateare kobalt-ionen, sadat de blauwe silikagel rôze wurdt. Nei it ferwaarmjen fan de rôze silikagel op 200 ℃ foar in perioade fan tiid, brekt de wetterstofbân tusken de silikagel en wettermolekulen, en sil de ferkleure silikagel wer blau wurde, sadat it struktuerdiagram fan it silisiumsûr en silikagel kin Om't it oerflak fan silikagel ryk is oan hydroxylgroepen, kin it oerflak fan silikagel ek intermolekulêre wetterstofbânen foarmje mei NH3 en HCl, ensfh., En d'r kin gjin manier wêze om te hanneljen as in desiccant fan NH3 en HCl, en der is gjin relevante rapport yn de besteande literatuer. Dus wat wiene de resultaten? Dit ûnderwerp hat it folgjende eksperimintele ûndersyk dien.
FIG. 1 Struktuerdiagram fan ortho-silicic acid en silikagel
2 Eksperiminteel
2.1 Ferkenning fan it tapassingsgebiet fan silikagel-droogmiddel - Ammoniak Earst waard de ferkleure silikagel respektivelik yn destillearre wetter en konsintrearre ammoniakwetter pleatst. Ferkleure silikagel wurdt roze yn destillearre wetter; Yn konsintrearre ammoniak wurdt de kleurferoarjende silikon earst read en stadichoan ljochtblau. Dit lit sjen dat silikagel NH3 of NH3 · H2 O yn ammoniak opnimme kin. Lykas werjûn yn figuer 2, bêst calcium hydroxide en ammonium chloride wurde lykmjittich mingd en ferwaarme yn in test buis. It resultearjende gas wurdt fuortsmiten troch alkalikalk en dan troch silikagel. De kleur fan 'e silikagel by de yngongsrjochting wurdt lichter (de kleur fan' e tapassingsomfang fan 'e silikagel-droogmiddel yn figuer 2 wurdt ûndersocht - ammoniak 73, de 8e faze fan 2023 is yn prinsipe deselde as de kleur fan' e silikagel dy't trochwekt is yn konsintrearre ammoniakwetter), en it pH-testpapier hat gjin dúdlike feroaring. Dit jout oan dat it produsearre NH3 it pH-testpapier net hat berikt, en it is folslein adsorbearre. Nei in perioade stopje de ferwaarming, nim in lyts diel fan 'e silikagelbal út, set it yn it destillearre wetter, foegje phenolphtaleïne oan it wetter ta, de oplossing wurdt read, wat oanjout dat de silikagel in sterke adsorpsje-effekt hat op NH3, neidat it destillearre wetter is losmakke, komt NH3 yn it destillearre wetter, de oplossing is alkaline. Dêrom, om't de silikagel in sterke adsorpsje hat foar NH3, kin it silikondroechmiddel NH3 net droegje.
FIG. 2 Ferkenning fan it tapassingsgebiet fan silikagel-droogmiddel - ammoniak
2.2 Ferkenning fan it tapassingsgebiet fan silikagel-droogmiddel - wetterstofchloride baarnt earst NaCl-fêste stoffen mei alkohollampflam om it wiete wetter yn 'e fêste komponinten te ferwiderjen. Nei't de stekproef is ôfkuolle, wurdt konsintrearre sulfuric acid tafoege oan NaCl fêste stoffen om fuortendaliks produsearje in grut oantal bubbels. It generearre gas wurdt trochjûn yn in sfearyske droegerbuis mei silikagel, en in wiete pH-testpapier wurdt pleatst oan 'e ein fan' e droegebuis. De silikagel oan 'e foarkant wurdt ljochtgrien, en it wiete pH-testpapier hat gjin dúdlike feroaring (sjoch figuer 3). Dit lit sjen dat it generearre HCl-gas folslein wurdt geadsorbeerd troch silikagel en net yn 'e loft ûntkomt.
Ofbylding 3 Undersyk nei it tapassingsgebiet fan silikagel-droogmiddel - hydrogenchloride
De silikagel adsorbearre HCl en waard ljochtgrien waard yn in testbuis pleatst. Set de nije blauwe silikagel yn 'e proefbuis, foegje konsintrearre sâltsoer ta, silikagel wurdt ek ljochtgriene kleur, de twa kleuren binne yn prinsipe itselde. Dit toant it silikagelgas yn 'e sfearyske droegebuis.
2.3 Ferkenning fan it tapassingsgebiet fan silikagel desiccant - sulfur dioxide Mixed konsintrearre sulfuric acid mei natrium thiosulfate fêst (sjoch figuer 4), NA2s2 O3 + H2 SO4 == Na2 SO4 + SO2 ↑+S↓+H2 O; It generearre gas wurdt troch de droege buis trochjûn mei de ferkleure silikagel, de ferkleure silikagel wurdt ljochtblau-grien, en it blauwe lakmoespapier oan 'e ein fan it wiete testpapier feroaret net signifikant, wat oanjout dat it generearre SO2-gas hat is folslein geadsorbeerd troch de silikagelbal en kin net ûntkomme.
FIG. 4 Ferkenning fan it tapassingsgebiet fan silikagel-droogmiddel - sweveldioxide
Nim in diel fan 'e silikagelbal ôf en set it yn destillearre wetter. Nei folsleine balâns, nim in lyts bedrach fan wetterdrip op it blauwe lakmoespapier. It testpapier feroaret net signifikant, wat oanjout dat destillearre wetter net genôch is om SO2 út 'e silikagel te desorbearjen. Nim in lyts diel fan 'e silikagelbal en ferwaarmje it yn' e testbuis. Plak wiet blau lakmoespapier by de mûning fan 'e testbuis. It blauwe lakmoespapier wurdt read, wat oanjout dat ferwaarming SO2-gas desorbearret fan 'e silikagelbal, sadat it lakmoespapier read wurdt. De boppesteande eksperiminten litte sjen dat silikagel ek in sterke adsorpsje-effekt hat op SO2 of H2SO3, en kin net brûkt wurde foar it droegjen fan SO2-gas.
2.4 Ferkenning fan it tapassingsgebiet fan silikagel-droogmiddel - Koaldiokside
Lykas sjen litten yn figuer 5, natrium bicarbonate oplossing drippen fenolphtalein ferskynt ljocht read. De sodium bicarbonate bêst wurdt ferwaarme en de resultearjende gas mingsel wurdt trochjûn troch in droege buis mei droege silica gel bollen. De silikagel feroaret net signifikant en it natriumbikarbonaat dat dripket mei fenolphtaleïne adsorbearret de HCl. It kobalt-ion yn 'e ferkleure silikagel foarmet in griene oplossing mei Cl- en wurdt stadichoan kleurleas, wat oanjout dat der in CO2-gaskompleks is oan 'e ein fan 'e bolfoarmige droegebuis. De ljochtgriene silikagel wurdt yn destillearre wetter pleatst, en de ferkleurde silikagel feroaret stadichoan yn giel, wat oanjout dat de HCl adsorbearre troch silikagel yn it wetter is desorbearre. In lyts bedrach fan 'e boppeste wetterige oplossing waard tafoege oan' e sulvernitraatoplossing fersurd troch salpetersûr om in wyt ôffal te foarmjen. In lyts bedrach fan wetterige oplossing wurdt sakke op in breed skala oan pH-testpapier, en it testpapier wurdt read, wat oanjout dat de oplossing soer is. De boppesteande eksperiminten litte sjen dat silikagel in sterke adsorpsje hat oan HCl-gas. HCl is in sterk polar molekule, en de hydroxyl groep op it oerflak fan silica gel hat ek sterke polariteit, en de twa kinne foarmje intermolecular wetterstof obligaasjes of hawwe relatyf sterke dipole dipole ynteraksje, resultearret yn in relatyf sterke intermolecular krêft tusken it oerflak fan silika gel- en HCl-molekulen, sadat silikagel in sterke adsorpsje fan HCl hat. Dêrom kin siliconendroger net brûkt wurde om HCl te ûntkommen, dat wol sizze dat de silikagel gjin CO2 adsorbearret of mar foar in part CO2 adsorbearret.
FIG. 5 Ferkenning fan it tapassingsgebiet fan silikagel-droogmiddel - koaldiokside
Om de adsorpsje fan silikagel oan koaldiokside gas te bewizen, wurde de folgjende eksperiminten fuortset. De silica gel bal yn 'e bolfoarmige drogen buis waard fuortsmiten, en it diel waard ferdield yn natrium bicarbonate oplossing drippen fenolphtalein. De oplossing fan natriumbikarbonat waard ûntkleurd. Dit lit sjen dat silikagel koaldiokside adsorbearret, en nei oplosber yn wetter, koaldiokside desorbearret yn natriumbikarbonaatoplossing, wêrtroch natriumbikarbonaatoplossing ferdwynt. It oerbleaune diel fan de siliconen bal wurdt ferwaarme yn in droege test buis, en de resultearjende gas wurdt trochjûn yn in oplossing fan natrium bicarbonate drippen mei phenolphtalein. Al gau feroaret de oplossing fan natriumbikarbonat fan ljocht read nei kleurleas. Dit lit ek sjen dat silikagel noch adsorpsjekapasiteit hat foar CO2-gas. De adsorpsjekrêft fan silikagel op CO2 is lykwols folle lytser as dy fan HCl, NH3 en SO2, en koaldiokside kin allinich foar in part adsorbearre wurde tidens it eksperimint yn figuer 5. De reden wêrom silikagel foar in part CO2 kin adsorbearje is wierskynlik dat silikagel en CO2 intermolekulêre wetterstofbânnen foarmje Si - OH ... O =C. Om't it sintrale koalstofatoom fan CO2 sp hybride is, en it silisiumatoom yn silikagel sp3 hybride is, wurket it lineêre CO2-molekule net goed gear mei it oerflak fan silikagel, wat resulteart yn 'e adsorpsjekrêft fan silikagel op koaldiokside is relatyf lyts.
3.Fergeliking tusken de oplosberens fan 'e fjouwer gassen yn wetter en de adsorpsjestatus op it oerflak fan silikagel. in lytse adsorpsjonskrêft foar koaldiokside (sjoch tabel 1). Dit is gelyk oan de oplosberens fan de fjouwer gassen yn wetter. Dit kin wêze om't wettermolekulen hydroxy-OH befetsje, en it oerflak fan silikagel is ek ryk oan hydroxyl, sadat de oplosberens fan dizze fjouwer gassen yn wetter tige ferlykber is mei har adsorpsje op it oerflak fan silikagel. Under de trije gassen fan ammoniakgas, wetterstofchloride en sweveldioxide, hat sweveldioxide de lytste oplosberens yn wetter, mar nei't it troch silikagel is adsorbearre, is it ûnder de trije gassen it dreechst te desorpearjen. Nei't de silikagel ammoniak en wetterstofchloride adsorbearret, kin it mei oplosmiddelwetter desorbeare wurde. Neidat de sulfur dioxide gas wurdt adsorbed troch silica gel, it is dreech om te desorption mei wetter, en moat wurde ferwaarme ta desorption fan it oerflak fan silica gel. Dêrom moat de adsorpsje fan fjouwer gassen op it oerflak fan silikagel teoretysk berekkene wurde.
4 Teoretyske berekkening fan 'e ynteraksje tusken silikagel en fjouwer gassen wurdt presintearre yn' e kwantumisaasje ORCA-software [4] ûnder it ramt fan tichtensfunksjonele teory (DFT). De DFT D/B3LYP/Def2 TZVP-metoade waard brûkt om de ynteraksjemodi en enerzjy tusken ferskate gassen en silikagel te berekkenjen. Om de berekkening te ferienfâldigjen, silikagel fêste stoffen wurde fertsjintwurdige troch tetrameric orthosilicic acid molekulen. De berekkeningsresultaten litte sjen dat H2O, NH3 en HCl allegear wetterstofbindingen kinne foarmje mei de hydroxylgroep op it oerflak fan silikagel (sjoch figuer 6a ~ c). Se hawwe relatyf sterke binende enerzjy op it silikagel-oerflak (sjoch tabel 2) en wurde maklik op it silikagel-oerflak adsorbearre. Om't de binende enerzjy fan NH3 en HCl fergelykber is mei dy fan H2O, kin wetterwaskjen liede ta desorpsje fan dizze twa gasmolekulen. Foar it SO2-molekule is syn binende enerzjy mar -17,47 kJ/mol, wat folle lytser is as de boppesteande trije molekulen. Lykwols, it eksperimint befêstige dat SO2 gas wurdt maklik adsorbed op de silica gel, en sels wassen kin net desorbed it, en allinnich ferwaarming kin meitsje SO2 ûntsnappe út it oerflak fan de silica gel. Dêrom rieden wy dat SO2 wierskynlik kombinearje mei H2 O op it oerflak fan silikagel om H2SO3-fraksjes te foarmjen. Figuer 6e lit sjen dat de H2 SO3 molekule foarmet trije wetterstof ferbinings mei de hydroxyl en soerstof atomen op it oerflak fan de silica gel tagelyk, en de binende enerzjy is sa heech as -76,63 kJ / mol, wat ferklearret wêrom't SO2 adsorbearre op de silikagel is dreech te ûntkommen mei wetter. Non-polêre CO2 hat it swakste binende fermogen mei silikagel, en kin allinich foar in part adsorbearre wurde troch silikagel. Hoewol't de binende enerzjy fan H2 CO3 en silikagel ek -65,65 kJ / mol berikte, wie de konverzje fan CO2 nei H2 CO3 net heech, sadat de adsorpsje fan CO2 ek fermindere waard. Ut de boppesteande gegevens kin sjoen wurde dat de polariteit fan it gasmolekule net it ienige kritearium is om te oardieljen oft it kin wurde adsorbearre troch silikagel, en de wetterstofbân foarme mei it silikagel-oerflak is de wichtichste reden foar har stabile adsorpsje.
De gearstalling fan silikagel is SiO2 ·nH2 O, it enoarme oerflak fan silikagel en de rike hydroxylgroep op it oerflak meitsje silikagel kin brûkt wurde as in net-giftige droeger mei poerbêste prestaasjes, en wurdt in protte brûkt yn produksje en libben . Yn dit papier wurdt it befêstige út twa aspekten fan eksperimint en teoretyske berekkening dat silikagel NH3, HCl, SO2, CO2 en oare gassen kin adsorbearje fia intermolekulêre wetterstofobligaasjes, sadat silikagel net kin wurde brûkt foar it droegjen fan dizze gassen. De gearstalling fan silikagel is SiO2 ·nH2 O, it enoarme oerflak fan silikagel en de rike hydroxylgroep op it oerflak meitsje silikagel kin brûkt wurde as in net-giftige droeger mei poerbêste prestaasjes, en wurdt in protte brûkt yn produksje en libben . Yn dit papier wurdt it befêstige út twa aspekten fan eksperimint en teoretyske berekkening dat silikagel NH3, HCl, SO2, CO2 en oare gassen kin adsorbearje fia intermolekulêre wetterstofobligaasjes, sadat silikagel net kin wurde brûkt foar it droegjen fan dizze gassen.
３
FIG. 6 Ynteraksjemodi tusken ferskate molekulen en silikagel-oerflak berekkene troch DFT-metoade
Post tiid: Nov-14-2023
