Ann an cinneasachadh agus beatha, faodar gel silica a chleachdadh airson N2, èadhar, haidridean, gas nàdurrach [1] agus mar sin air adhart a thiormachadh. A rèir searbhag agus alcalan, faodar desiccant a roinn ann an: searbhag desiccant, desiccant alcalin agus desiccant neodrach [2]. Tha coltas gu bheil gel silica na thioramair neodrach a tha coltach gu bheil e a’ tiormachadh NH3, HCl, SO2, msaa. agus tha an uachdar beairteach ann am buidhnean hydroxyl (faic Figear 1). Is e an adhbhar gum faod gel silica uisge a ghabhail a-steach gum faod a’ bhuidheann silicon hydroxyl air uachdar gel silica ceanglaichean hydrogen intermolecular a chruthachadh le moileciuilean uisge, gus an urrainn dha uisge a shùghadh agus mar sin pàirt tiormachaidh a chluich. Tha ianan cobalt anns an gel silica a tha ag atharrachadh dath, agus às deidh don uisge assorption sùghaidh a ruighinn, bidh na h-ianan cobalt anns an gel silica a tha ag atharrachadh dath a’ fàs ian cobalt hydrated, gus am fàs an gel silica gorm pinc. Às deidh an gel silica pinc a theasachadh aig 200 ℃ airson ùine, bidh an ceangal hydrogen eadar an gel silica agus moileciuilean uisge a ’briseadh, agus tionndaidhidh an gel silica dathach gorm a-rithist, gus an urrainn don diagram structar den searbhag silicic agus gel silica. ath-chleachdadh mar a chithear ann am Figear 1. Mar sin, leis gu bheil uachdar gel silica beairteach ann am buidhnean hydroxyl, faodaidh uachdar gel silica cuideachd ceanglaichean hydrogen intermolecular a chruthachadh le NH3 agus HCl, msaa, agus is dòcha nach bi dòigh ann a bhith ag obair mar desiccant de NH3 agus HCl, agus chan eil aithisg iomchaidh sam bith anns an litreachas a th’ ann. Mar sin dè na toraidhean a bh’ ann? Tha an cuspair seo air an rannsachadh deuchainneach a leanas a dhèanamh.
FIG. 1 Diagram structarail de dh’ aigéad ortho-silicic agus gel silica
2 Cuid deuchainn
2.1 Sgrùdadh air farsaingeachd cleachdadh desiccant silica gel - Ammonia An toiseach, chaidh an gel silica dathach a chuir ann an uisge grùide agus uisge ammonia dùmhail fa leth. Bidh gel silica dathach a’ tionndadh pinc ann an uisge grùide; Ann am ammonia dùmhail, bidh an silicone a tha ag atharrachadh dath an-toiseach a’ tionndadh dearg agus a’ tionndadh gorm aotrom gu slaodach. Tha seo a’ sealltainn gum faod gel silica NH3 no NH3 ·H2 O a ghabhail a-steach ann am amonia. Mar a chithear ann am Figear 2, tha calcium hydroxide cruaidh agus ammonium chloride air a mheasgachadh gu cothromach agus air a theasachadh ann an tiùb deuchainn. Thèid an gas a thig às a thoirt air falbh le aol alkali agus an uairsin le silica gel. Bidh dath an gel silica faisg air an t-slighe a-steach a’ fàs nas aotroime (tha dath farsaingeachd tagraidh an desiccant gel silica ann am Figear 2 air a sgrùdadh - ammonia 73, tha an 8mh ìre de 2023 gu bunaiteach an aon rud ri dath an gel silica bog ann an uisge ammonia dùmhail), agus chan eil atharrachadh follaiseach air a’ phàipear deuchainn pH. Tha seo a’ nochdadh nach eil an NH3 a chaidh a thoirt a-mach air am pàipear deuchainn pH a ruighinn, agus gu bheil e air a shanasachadh gu tur. Às deidh ùine, stad an teasachadh, thoir a-mach pàirt bheag den bhall silica gel, cuir a-steach don uisge grùide, cuir phenolphthalein ris an uisge, bidh am fuasgladh a ’tionndadh dearg, a’ nochdadh gu bheil buaidh sùghaidh làidir aig an gel silica air NH3, às deidh an uisge grùide a chuir air falbh, bidh NH3 a ’dol a-steach don uisge grùide, tha am fuasgladh alcaileach. Mar sin, leis gu bheil sùghadh làidir aig an gel silica airson NH3, chan urrainn don àidseant tiormachaidh silicone NH3 a thiormachadh.
FIG. 2 Sgrùdadh air farsaingeachd cleachdadh desiccant silica gel - ammonia
2.2 Sgrùdadh air farsaingeachd cleachdadh desiccant silica gel - bidh hydrogen chloride an-toiseach a’ losgadh solidan NaCl le lasair lampa alcol gus an uisge fliuch anns na co-phàirtean cruaidh a thoirt air falbh. Às deidh an sampall a bhith air fhuarachadh, thèid searbhag sulfarach tiugh a chur ri solidan NaCl gus àireamh mhòr de builgeanan a thoirt gu buil sa bhad. Thèid an gas a chaidh a chruthachadh a chuir a-steach do phìob tiormachaidh spherical anns a bheil gel silica, agus tha pàipear deuchainn pH fliuch air a chuir aig deireadh an tiùb tiormachaidh. Bidh an gel silica aig a ’cheann aghaidh a’ tionndadh uaine aotrom, agus chan eil atharrachadh follaiseach aig a ’phàipear deuchainn pH fliuch (faic Figear 3). Tha seo a’ sealltainn gu bheil an gas HCl gineadh gu tur air a shanasachadh le silica gel agus nach teich e a-steach don adhar.
Figear 3 Rannsachadh air farsaingeachd cleachdadh silica gel desiccant - hydrogen chloride
Chaidh an gel silica a chaidh a shanasachadh HCl agus thionndaidh e aotrom uaine a chuir ann an tiùb deuchainn. Cuir an gel silica gorm ùr anns a’ phìob deuchainn, cuir searbhag hydrochloric tiugh ris, bidh gel silica cuideachd na dhath uaine aotrom, tha an dà dhath gu bunaiteach mar an ceudna. Tha seo a’ sealltainn an gas silica gel anns an tiùb tiormachaidh spherical.
2.3 Dèan sgrùdadh air farsaingeachd tagraidh desiccant gel silica - sulbhur dà-ogsaid searbhag sulfarach tiugh measgaichte le sodium thiosulfate solid (faic Figear 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 == Na2 SO4 + SO2 ↑+S↓+H2 O; Thèid an gas a thèid a ghineadh tron tiùb tiormachaidh anns a bheil an gel silica dathach, bidh an gel silica dathach a’ fàs gorm-uaine, agus chan eil am pàipear litmus gorm aig deireadh a’ phàipear deuchainn fliuch ag atharrachadh gu mòr, a’ nochdadh gu bheil an gas SO2 air a chruthachadh. air a shanasachadh gu tur leis a’ bhall silica gel agus chan urrainn dha teicheadh.
FIG. 4 Dèan sgrùdadh air farsaingeachd cleachdadh desiccant gel silica - sulbhur dà-ogsaid
Thoir dheth pàirt den bhall silica gel agus cuir ann an uisge grùide e. Às deidh làn chothromachadh, thoir beagan uisge air a’ phàipear litmus gorm. Chan eil am pàipear deuchainn ag atharrachadh gu mòr, a’ nochdadh nach eil uisge grùide gu leòr airson SO2 a thoirt a-mach às an gel silica. Gabh pàirt bheag den bhall silica gel agus teas e anns an tiùb deuchainn. Cuir pàipear litmus gorm fliuch aig beul an tiùb deuchainn. Bidh am pàipear litmus gorm a’ tionndadh dearg, a’ nochdadh gu bheil teasachadh a’ toirt air gas SO2 a thoirt a-mach às a’ bhall silica gel, agus mar sin a’ toirt air a’ phàipear litmus tionndadh dearg. Tha na deuchainnean gu h-àrd a’ sealltainn gu bheil buaidh sùghaidh làidir aig gel silica cuideachd air SO2 no H2 SO3, agus nach gabh a chleachdadh airson gas SO2 a thiormachadh.
2.4 Sgrùdadh air farsaingeachd cleachdadh silica gel desiccant - Carbon dà-ogsaid
Mar a chithear ann am Figear 5, tha fuasgladh sodium bicarbonate a 'dòrtadh phenolphthalein a' nochdadh dearg aotrom. Tha an sodium bicarbonate solid air a theasachadh agus tha am measgachadh gas a thig às a’ dol tro phìob tiormachaidh anns a bheil raointean gel silica tiormaichte. Chan eil an gel silica ag atharrachadh gu mòr agus tha an sodium bicarbonate a’ sileadh le phenolphthalein a ’gabhail ris an HCl. Bidh an ian cobalt anns an gel silica dathach a ’cruthachadh fuasgladh uaine le Cl- agus mean air mhean a’ fàs gun dath, a ’nochdadh gu bheil iom-fhillte gas CO2 aig deireadh an tiùb tiormachaidh spherical. Tha an gel silica aotrom-uaine air a chuir ann an uisge grùide, agus bidh an gel silica dathach ag atharrachadh gu buidhe mean air mhean, a’ nochdadh gu bheil an HCl air a shanasachadh le silica gel air a thoirt a-steach don uisge. Chaidh beagan den fhuasgladh uisgeach àrd a chur ris an fhuasgladh airgid nitrate searbhaichte le searbhag nitric gus sileadh geal a chruthachadh. Tha beagan de fhuasgladh uisgeach air a leigeil sìos air raon farsaing de phàipear deuchainn pH, agus bidh am pàipear deuchainn a ’tionndadh dearg, a’ nochdadh gu bheil am fuasgladh searbhagach. Tha na deuchainnean gu h-àrd a’ sealltainn gu bheil sùghadh làidir aig gel silica gu gas HCl. Is e moileciuil làidir polar a th’ ann an HCl, agus tha polarity làidir aig a’ bhuidheann hydroxyl air uachdar gel silica cuideachd, agus faodaidh an dithis bannan hydrogen intermolecular a chruthachadh no eadar-obrachadh dipole dipole coimeasach làidir a bhith aca, agus mar thoradh air sin bidh feachd eadar-mholacileach làidir eadar uachdar silica. gel agus moileciuilean HCl, agus mar sin tha sùghadh làidir aig gel silica de HCl. Mar sin, chan urrainnear àidseant tiormachaidh silicone a chleachdadh airson teicheadh HCl a thiormachadh, is e sin, chan eil an gel silica a ’gabhail ri CO2 no dìreach a’ gabhail pàirt ann am pàirt CO2.
FIG. 5 Dèan sgrùdadh air farsaingeachd cleachdadh desiccant gel silica - carbon dà-ogsaid
Gus dearbhadh a dhèanamh air sùgh silica gel gu gas carbon dà-ogsaid, tha na deuchainnean a leanas a’ leantainn. Chaidh am ball silica gel anns an tiùb tiormachaidh spherical a thoirt air falbh, agus chaidh am pàirt a roinn ann am fuasgladh sodium bicarbonate a ’dòrtadh phenolphthalein. Chaidh am fuasgladh sodium bicarbonate a dhath. Tha seo a 'sealltainn gu bheil silica gel a' gabhail a-steach carbon dà-ogsaid, agus an dèidh a bhith a 'solasachadh ann an uisge, bidh carbon dà-ogsaid a' toirt a-steach fuasgladh sodium bicarbonate, a 'dèanamh fuasgladh sodium bicarbonate a' seargadh. Tha am pàirt eile den bhall silicone air a theasachadh ann an tiùb deuchainn tioram, agus thèid an gas a thig às a thoirt a-steach do fhuasgladh sodium bicarbonate a ’dòrtadh le phenolphthalein. Ann an ùine ghoirid, bidh am fuasgladh sodium bicarbonate ag atharrachadh bho dhearg aotrom gu gun dath. Tha seo cuideachd a’ sealltainn gu bheil comas sùghaidh fhathast aig gel silica airson gas CO2. Ach, tha an fheachd adsorption de silica gel air CO2 mòran nas lugha na an HCl, NH3 agus SO2, agus carbon dà-ogsaid a-mhàin a bhith air a shanasachadh gu ìre rè an deuchainn ann am Figear 5. Is dòcha gur e an adhbhar a dh'fhaodas gel silica a bhith a 'gabhail pàirt ann am pàirt de CO2. gu bheil gel silica agus CO2 a’ cruthachadh bannan hydrogen intermolecular Si — OH … O = C. Leis gu bheil an atom gualain sa mheadhan de CO2 sp hybrid, agus gu bheil an atom silicon ann an gel silica sp3 hybrid, chan eil am moileciuil sreathach CO2 a’ co-obrachadh gu math le uachdar gel silica, agus mar thoradh air an sin tha feachd sùghaidh gel silica air carbon dà-ogsaid gu ìre mhath beag.
3.Coimeas eadar solubility nan ceithir gasaichean ann an uisge agus an inbhe adsorption air uachdar silica gel Bho na toraidhean deuchainneach gu h-àrd, chithear gu bheil silica gel tha làidir adsorption comas airson ammonia, hydrogen chloride agus sulbhur dà-ogsaid, ach feachd sèididh beag airson carbon dà-ogsaid (faic Clàr 1). Tha seo coltach ri solubility nan ceithir gasaichean ann an uisge. Is dòcha gu bheil seo air sgàth gu bheil hydroxy-OH ann am moileciuilean uisge, agus gu bheil uachdar gel silica cuideachd beairteach ann an hydroxyl, agus mar sin tha solubility nan ceithir gasaichean sin ann an uisge glè choltach ris an sùghadh a th’ aige air uachdar gel silica. Am measg nan trì gasaichean de ghas ammonia, hydrogen chloride agus sulbhur dà-ogsaid, tha an sùbailteachd as lugha ann an uisge aig sulbhur dà-ogsaid, ach às deidh dha a bhith air a shanasachadh le silica gel, is e an desorption as duilghe am measg nan trì gasaichean. Às deidh don silica gel ammonia agus hydrogen chloride a ghlacadh, faodar a chuir às le uisge fuasglaidh. Às deidh an gas sulfur dà-ogsaid a bhith air a shùghadh le silica gel, tha e duilich a bhith air a mhilleadh le uisge, agus feumar a theasachadh gu desorption bho uachdar silica gel. Mar sin, feumar a bhith a’ tomhas gu teòiridheach an sùghadh de cheithir gasaichean air uachdar gel silica.
4 Tha àireamhachadh teòiridheach air an eadar-obrachadh eadar gel silica agus ceithir gasaichean air a thaisbeanadh ann am bathar-bog ORCA quantumization [4] fo fhrèam teòiridh gnìomh dùmhlachd (DFT). Chaidh an dòigh DFT D/B3LYP/Def2 TZVP a chleachdadh gus na modhan eadar-obrachaidh agus an lùth eadar diofar ghasaichean agus gel silica obrachadh a-mach. Gus an àireamhachadh a dhèanamh nas sìmplidhe, tha solidan gel silica air an riochdachadh le moileciuilean searbhag tetrameric orthosilicic. Tha na toraidhean àireamhachaidh a’ sealltainn gum faod H2 O, NH3 agus HCl uile bannan hydrogen a chruthachadh leis a’ bhuidheann hydroxyl air uachdar gel silica (faic Figear 6a ~ c). Tha lùth ceangail coimeasach làidir aca air uachdar gel silica (faic Clàr 2) agus tha iad furasta an glacadh air uachdar gel silica. Leis gu bheil lùth ceangail NH3 agus HCl coltach ri lùth H2 O, faodaidh nighe uisge leantainn gu desorption an dà mholacile gas sin. Airson moileciuil SO2, chan eil an lùth ceangail aige ach -17.47 kJ / mol, a tha mòran nas lugha na na trì moileciuilean gu h-àrd. Ach, dhearbh an deuchainn gu bheil gas SO2 air a shanasachadh gu furasta air an gel silica, agus eadhon chan urrainn dha nighe a thoirt air falbh, agus chan urrainn ach teasachadh toirt air SO2 teicheadh bho uachdar an gel silica. Mar sin, smaoinich sinn gu bheil e coltach gum biodh SO2 còmhla ri H2 O air uachdar gel silica gus bloighean H2 SO3 a chruthachadh. Tha Figear 6e a’ sealltainn gu bheil am moileciuil H2 SO3 a’ cruthachadh trì bannan hydrogen leis na h-atamanan hydroxyl agus ocsaidean air uachdar an gel silica aig an aon àm, agus tha an lùth ceangail cho àrd ri -76.63 kJ/mol, a tha a’ mìneachadh carson a tha SO2 air a shanasachadh air tha e duilich an gel silica a sheachnadh le uisge. Tha an comas ceangail as laige aig CO2 neo-polar le gel silica, agus chan urrainn dha a bhith air a shanasachadh ach gu ìre le gel silica. Ged a ràinig lùth ceangail H2 CO3 agus gel silica cuideachd -65.65 kJ / mol, cha robh an ìre tionndaidh CO2 gu H2 CO3 àrd, agus mar sin chaidh an ìre sùghaidh de CO2 a lughdachadh cuideachd. Chithear bhon dàta gu h-àrd nach e polarity a’ mholacail gas an aon shlat-tomhais airson breithneachadh an urrainn dha a bhith air a shanasachadh le silica gel, agus is e an ceangal haidridean a chaidh a chruthachadh le uachdar gel silica am prìomh adhbhar airson a shìoladh seasmhach.
Is e an co-dhèanamh silica gel SiO2 · nH2 O, an raon uachdar mòr de silica gel agus am buidheann beairteach hydroxyl air an uachdar dèanamh silica gel faodar a chleachdadh mar neo-puinnseanta tiormair le sàr coileanadh, agus tha e air a chleachdadh gu bitheanta ann an cinneasachadh agus beatha . Anns a’ phàipear seo, tha e air a dhearbhadh bho dhà thaobh de dheuchainnean agus àireamhachadh teòiridheach gum faod gel silica sùghadh a dhèanamh air NH3, HCl, SO2, CO2 agus gasaichean eile tro bannan hydrogen intermolecular, agus mar sin chan urrainnear gel silica a chleachdadh airson na gasaichean sin a thiormachadh. Is e an co-dhèanamh silica gel SiO2 · nH2 O, an raon uachdar mòr de silica gel agus am buidheann beairteach hydroxyl air an uachdar dèanamh silica gel faodar a chleachdadh mar neo-puinnseanta tiormair le sàr coileanadh, agus tha e air a chleachdadh gu bitheanta ann an cinneasachadh agus beatha . Anns a’ phàipear seo, tha e air a dhearbhadh bho dhà thaobh de dheuchainnean agus àireamhachadh teòiridheach gum faod gel silica sùghadh a dhèanamh air NH3, HCl, SO2, CO2 agus gasaichean eile tro bannan hydrogen intermolecular, agus mar sin chan urrainnear gel silica a chleachdadh airson na gasaichean sin a thiormachadh.
３
FIG. 6 Modhan eadar-obrachaidh eadar diofar mholacilean agus uachdar gel silica air an tomhas le modh DFT
Ùine puist: Samhain-14-2023
