Sa produksyon ug kinabuhi, ang silica gel mahimong gamiton sa pagpauga sa N2, hangin, hydrogen, natural gas [1] ug uban pa. Sumala sa acid ug alkali, ang desiccant mahimong bahinon sa: acid desiccant, alkaline desiccant ug neutral desiccant [2]. Ang silica gel makita nga usa ka neyutral nga dryer nga daw uga nga NH3, HCl, SO2, ug uban pa. Apan, gikan sa prinsipyo nga punto sa panglantaw, ang silica gel gilangkuban sa tulo-ka-dimensional nga intermolecular dehydration sa orthosilicic acid molekula, ang nag-unang lawas mao ang SiO2, ug ang nawong dagaya sa hydroxyl groups (tan-awa ang Figure 1). Ang hinungdan ngano nga ang silica gel makasuhop sa tubig mao nga ang silicon hydroxyl nga grupo sa ibabaw sa silica gel mahimo nga maporma ang intermolecular hydrogen bond nga adunay mga molekula sa tubig, aron kini maka-adsorb sa tubig ug sa ingon adunay papel nga pagpa-uga. Ang nagbag-o nga kolor nga silica gel adunay mga cobalt ions, ug pagkahuman ang adsorption nga tubig makaabut sa saturation, ang mga cobalt ions sa nagbag-o nga kolor nga silica gel mahimong hydrated cobalt ions, aron ang asul nga silica gel mahimong pink. Human sa pagpainit sa pink nga silica gel sa 200 ℃ sulod sa usa ka yugto sa panahon, ang hydrogen bond tali sa silica gel ug mga molekula sa tubig mabungkag, ug ang nadiskolor nga silica gel mahimong asul pag-usab, aron ang structure diagram sa silicic acid ug silica gel mahimo gamiton pag-usab sama sa gipakita sa Figure 1. Busa, tungod kay ang nawong sa silica gel dato sa hydroxyl nga mga grupo, ang nawong sa silica gel mahimo usab nga magporma sa intermolecular hydrogen bonds nga adunay NH3 ug HCl, ug uban pa, ug mahimong walay paagi sa paglihok ingon usa ka desiccant sa NH3 ug HCl, ug walay kalabutan nga taho sa kasamtangan nga literatura. Busa unsa ang mga resulta? Kini nga hilisgutan nakahimo sa mosunod nga eksperimento nga panukiduki.
FIG. 1 Structure diagram sa ortho-silicic acid ug silica gel
2 Bahin sa Eksperimento
2.1 Pagsuhid sa sakup sa paggamit sa silica gel desiccant — Ammonia Una, ang nadiskolor nga silica gel gibutang sa distilled water ug concentrated ammonia water matag usa. Ang nadiskolor nga silica gel nahimong pink sa distilled water; Sa konsentrado nga ammonia, ang silicone nga nagbag-o sa kolor una nga nahimong pula ug hinayhinay nga nahimong asul. Kini nagpakita nga ang silica gel makasuhop sa NH3 o NH3 ·H2 O sa ammonia. Sama sa gipakita sa Figure 2, ang solid calcium hydroxide ug ammonium chloride parehas nga gisagol ug gipainit sa usa ka test tube. Ang resulta nga gas gikuha sa alkali lime ug dayon sa silica gel. Ang kolor sa silica gel duol sa entrada nga direksyon nahimong mas gaan (ang kolor sa aplikasyon scope sa silica gel desiccant sa Figure 2 gisuhid - ammonia 73, ang 8th nga hugna sa 2023 mao ang batakan nga sama sa kolor sa silica gel matumog na. sa concentrated ammonia water), ug ang pH test paper walay klaro nga kausaban. Kini nagpakita nga ang NH3 nga gihimo wala makaabot sa pH test paper, ug kini hingpit nga na-adsorb. Human sa usa ka yugto sa panahon, ihunong ang pagpainit, kuhaa ang gamay nga bahin sa silica gel ball, ibutang kini sa distilled water, idugang ang phenolphthalein sa tubig, ang solusyon mahimong pula, nga nagpakita nga ang silica gel adunay kusog nga adsorption effect sa Ang NH3, human matangtang ang distilled water, ang NH3 mosulod sa distilled water, ang solusyon kay alkaline. Busa, tungod kay ang silica gel adunay lig-on nga adsorption alang sa NH3, ang silicone drying agent dili makapauga sa NH3.
FIG. 2 Pagsuhid sa kasangkaran sa paggamit sa silica gel desiccant - ammonia
2.2 Pagsuhid sa sakup sa paggamit sa silica gel desiccant — hydrogen chloride una nga nagsunog sa mga solido sa NaCl nga adunay siga sa lampara sa alkohol aron makuha ang basa nga tubig sa solidong sangkap. Human mabugnaw ang sample, ang concentrated sulfuric acid idugang sa mga solido sa NaCl aron makahimo dayon og daghang bula. Ang namugna nga gas ipasa sa usa ka spherical drying tube nga adunay silica gel, ug ang basa nga pH test paper ibutang sa tumoy sa drying tube. Ang silica gel sa atubangan nga tumoy nahimong kahayag nga berde, ug ang basa nga pH test paper walay klaro nga kausaban (tan-awa ang Figure 3). Kini nagpakita nga ang namugna nga HCl gas hingpit nga na-adsorb sa silica gel ug dili mogawas sa hangin.
Figure 3 Research sa kasangkaran sa paggamit sa silica gel desiccant - hydrogen chloride
Ang silica gel nga nag-adsorb sa HCl ug nahimong light green gibutang sa usa ka test tube. Ibutang ang bag-ong asul nga silica gel sa test tube, idugang ang konsentrado nga hydrochloric acid, ang silica gel mahimo usab nga kahayag nga berde nga kolor, ang duha ka kolor parehas ra. Gipakita niini ang silica gel gas sa spherical drying tube.
2.3 Pagsuhid sa sakup sa aplikasyon sa silica gel desiccant - sulfur dioxide Mixed concentrated sulfuric acid nga adunay sodium thiosulfate solid (tan-awa ang Figure 4), NA2s2 O3 + H2 SO4 ==Na2 SO4 + SO2 ↑+S↓+H2 O; Ang namugna nga gas gipaagi sa drying tube nga adunay sulud nga silica gel, ang nadiskolor nga silica gel mahimong gaan nga asul-berde, ug ang asul nga litmus nga papel sa katapusan sa basa nga papel sa pagsulay dili kaayo mausab, nga nagpakita nga ang namugna nga SO2 gas adunay hingpit nga na-adsorb sa silica gel ball ug dili makaikyas.
FIG. 4 Exploration sa kasangkaran sa paggamit sa silica gel desiccant - sulfur dioxide
Kuhaa ang usa ka bahin sa silica gel ball ug ibutang kini sa distilled water. Human sa bug-os nga balanse, pagkuha og gamay nga tubig nga tinulo sa asul nga litmus nga papel. Ang test paper dili kaayo mausab, nga nagpakita nga ang distilled water dili igo aron ma-desorbed ang SO2 gikan sa silica gel. Pagkuha og gamay nga bahin sa silica gel ball ug ipainit kini sa test tube. Ibutang ang basa nga blue litmus nga papel sa baba sa test tube. Ang asul nga litmus nga papel mahimong pula, nga nagpakita nga ang pagpainit naghimo sa SO2 nga gas nga ma-desorbed gikan sa silica gel ball, sa ingon naghimo sa litmus nga papel nga pula. Ang mga eksperimento sa ibabaw nagpakita nga ang silica gel usab adunay kusog nga adsorption effect sa SO2 o H2 SO3, ug dili magamit sa pagpauga sa SO2 gas.
2.4 Pagsuhid sa sakup sa paggamit sa silica gel desiccant - Carbon dioxide
Ingon sa gipakita sa Figure 5, ang sodium bicarbonate solution nga nagtulo sa phenolphthalein makita nga pula nga pula. Ang sodium bicarbonate solid gipainit ug ang resulta nga gas mixture ipasa sa usa ka drying tube nga adunay uga nga silica gel spheres. Ang silica gel dili kaayo mausab ug ang sodium bicarbonate nga nagtulo sa phenolphthalein mosuhop sa HCl. Ang cobalt ion sa nadiskolor nga silica gel nagporma og berdeng solusyon nga adunay Cl- ug anam-anam nga nahimong walay kolor, nga nagpakita nga adunay CO2 gas complex sa tumoy sa spherical drying tube. Ang light-green nga silica gel gibutang sa distilled water, ug ang nadiskolor nga silica gel anam-anam nga nausab ngadto sa yellow, nga nagpakita nga ang HCl adsorbed sa silica gel na-desorbed ngadto sa tubig. Usa ka gamay nga kantidad sa ibabaw nga tubigon nga solusyon ang gidugang sa pilak nga nitrate nga solusyon nga gi-acid sa nitric acid aron maporma ang usa ka puti nga precipitate. Usa ka gamay nga kantidad sa tubigon nga solusyon ihulog sa usa ka halapad nga pH test paper, ug ang test paper mahimong pula, nga nagpakita nga ang solusyon kay acidic. Ang mga eksperimento sa ibabaw nagpakita nga ang silica gel adunay kusog nga adsorption sa HCl gas. Ang HCl usa ka kusgan nga polar nga molekula, ug ang hydroxyl group sa ibabaw sa silica gel usab adunay lig-on nga polarity, ug ang duha mahimo nga magporma sa intermolecular hydrogen bond o adunay medyo lig-on nga dipole dipole interaction, nga moresulta sa usa ka medyo lig-on nga intermolecular nga pwersa tali sa nawong sa silica gel ug HCl molekula, mao nga ang silica gel adunay kusog nga adsorption sa HCl. Busa, ang silicone drying agent dili mahimong gamiton sa pagpauga sa HCl escape, nga mao, ang silica gel dili adsorb CO2 o partially adsorb CO2 lamang.
FIG. 5 Pagsuhid sa sakup sa paggamit sa silica gel desiccant - carbon dioxide
Aron mapamatud-an ang adsorption sa silica gel ngadto sa carbon dioxide gas, ang mosunod nga mga eksperimento nagpadayon. Ang silica gel nga bola sa spherical drying tube gikuha, ug ang bahin gibahin sa sodium bicarbonate solution nga nagtulo sa phenolphthalein. Ang sodium bicarbonate nga solusyon gi-decolored. Kini nagpakita nga ang silica gel nag-adsorb sa carbon dioxide, ug human matunaw sa tubig, ang carbon dioxide mo-desorbs ngadto sa sodium bicarbonate solution, nga maghimo sa sodium bicarbonate solution nga mawala. Ang nahabilin nga bahin sa bola nga silicone gipainit sa usa ka uga nga tubo sa pagsulay, ug ang sangputanan nga gas gipasa sa usa ka solusyon sa sodium bicarbonate nga nagtulo sa phenolphthalein. Sa wala madugay, ang solusyon sa sodium bicarbonate mausab gikan sa kahayag nga pula ngadto sa walay kolor. Gipakita usab niini nga ang silica gel aduna pa'y kapasidad sa adsorption alang sa CO2 gas. Bisan pa, ang pwersa sa adsorption sa silica gel sa CO2 mas gamay kay sa HCl, NH3 ug SO2, ug ang carbon dioxide mahimo lamang nga partially adsorbed sa panahon sa eksperimento sa Figure 5. Ang rason nganong ang silica gel mahimong partially adsorb CO2 lagmit nga nga ang silica gel ug CO2 nagporma sa intermolecular hydrogen bonds Si - OH… O =C. Tungod kay ang sentral nga carbon atom sa CO2 sp hybrid, ug ang silicon atom sa silica gel sp3 hybrid, ang linear nga molekula sa CO2 dili maayo nga mokooperar sa nawong sa silica gel, nga miresulta sa adsorption force sa silica gel sa carbon dioxide medyo. gamay.
3.Pagtandi tali sa solubility sa upat ka mga gas sa tubig ug sa adsorption status sa ibabaw sa silica gel Gikan sa ibabaw sa eksperimento nga mga resulta, kini makita nga ang silica gel adunay usa ka lig-on nga adsorption kapasidad alang sa ammonia, hydrogen chloride ug sulfur dioxide, apan gamay nga adsorption force para sa carbon dioxide (tan-awa ang Table 1). Kini susama sa solubility sa upat ka mga gas sa tubig. Mahimo kini tungod kay ang mga molekula sa tubig adunay hydroxy-OH, ug ang nawong sa silica gel dato usab sa hydroxyl, mao nga ang solubility niining upat ka mga gas sa tubig susama kaayo sa adsorption niini sa ibabaw sa silica gel. Taliwala sa tulo ka mga gas sa ammonia gas, hydrogen chloride ug sulfur dioxide, ang sulfur dioxide adunay pinakagamay nga solubility sa tubig, apan human ma-adsorbed sa silica gel, kini ang labing lisud nga desorption sa tulo ka mga gas. Human sa silica gel adsorbs ammonia ug hydrogen chloride, kini mahimong desorbed sa solvent tubig. Human sa sulfur dioxide gas adsorbed sa silica gel, kini mao ang lisud nga sa desorption sa tubig, ug kinahanglan nga gipainit sa desorption gikan sa nawong sa silica gel. Busa, ang adsorption sa upat ka mga gas sa ibabaw sa silica gel kinahanglan nga theoretically kalkulado.
4 Ang teoretikal nga pagkalkula sa interaksyon tali sa silica gel ug upat ka mga gas gipresentar sa quantumization ORCA software [4] ubos sa framework of density functional theory (DFT). Ang DFT D / B3LYP / Def2 TZVP nga pamaagi gigamit sa pagkalkulo sa mga paagi sa interaksyon ug kusog tali sa lain-laing mga gas ug silica gel. Aron mapasimple ang kalkulasyon, ang mga solidong silica gel girepresentahan sa mga molekula sa tetrameric orthosilicic acid. Ang mga resulta sa kalkulasyon nagpakita nga ang H2 O, NH3 ug HCl tanan makahimo sa hydrogen bonds sa hydroxyl group sa ibabaw sa silica gel (tan-awa ang Figure 6a ~ c). Sila adunay medyo lig-on nga binding energy sa silica gel surface (tan-awa ang Table 2) ug dali nga ma-adsorb sa silica gel surface. Tungod kay ang naggapos nga kusog sa NH3 ug HCl susama sa H2 O, ang paghugas sa tubig mahimong mosangpot sa desorption niining duha ka molekula sa gas. Alang sa molekula sa SO2, ang enerhiya sa pagbugkos niini kay -17.47 kJ/mol, nga mas gamay kay sa tulo ka molekula sa ibabaw. Bisan pa, gipamatud-an sa eksperimento nga ang SO2 gas dali nga ma-adsorb sa silica gel, ug bisan ang paghugas dili ma-desorbed niini, ug ang pagpainit lamang ang makahimo sa SO2 nga makaikyas gikan sa nawong sa silica gel. Busa, among gitag-an nga ang SO2 lagmit nga maghiusa sa H2 O sa ibabaw sa silica gel aron maporma ang H2 SO3 nga mga tipik. Gipakita sa Figure 6e nga ang H2 SO3 nga molekula nagporma og tulo ka hydrogen bond nga adunay hydroxyl ug oxygen nga mga atomo sa ibabaw sa silica gel sa samang higayon, ug ang binding energy kay taas sa -76.63 kJ/mol, nga nagpatin-aw nganong SO2 adsorbed sa ang silica gel lisud nga ilikay sa tubig. Ang non-polar CO2 adunay pinakahuyang nga abilidad sa pagbugkos sa silica gel, ug mahimo lamang nga partially adsorbed sa silica gel. Bisan tuod ang nagbugkos nga enerhiya sa H2 CO3 ug silica gel nakaabot usab sa -65.65 kJ / mol, ang conversion rate sa CO2 ngadto sa H2 CO3 dili taas, busa ang adsorption rate sa CO2 mikunhod usab. Makita gikan sa mga datos sa ibabaw nga ang polarity sa molekula sa gas dili lamang ang sukdanan sa paghukom kon kini ma-adsorbed sa silica gel, ug ang hydrogen bond nga naporma sa silica gel surface mao ang nag-unang rason sa iyang stable adsorption.
Ang komposisyon sa silica gel mao ang SiO2 · nH2 O, ang dako nga nawong nga dapit sa silica gel ug ang dato nga hydroxyl nga grupo sa ibabaw sa nawong naghimo sa silica gel mahimong gamiton ingon nga usa ka non-makahilo nga dryer uban sa maayo kaayo nga performance, ug kaylap nga gigamit sa produksyon ug kinabuhi. . Niini nga papel, gipamatud-an gikan sa duha ka aspeto sa eksperimento ug teoretikal nga kalkulasyon nga ang silica gel maka-adsorb sa NH3, HCl, SO2, CO2 ug uban pang mga gas pinaagi sa intermolecular hydrogen bonds, mao nga ang silica gel dili magamit sa pagpauga niini nga mga gas. Ang komposisyon sa silica gel mao ang SiO2 · nH2 O, ang dako nga nawong nga dapit sa silica gel ug ang dato nga hydroxyl nga grupo sa ibabaw sa nawong naghimo sa silica gel mahimong gamiton ingon nga usa ka non-makahilo nga dryer uban sa maayo kaayo nga performance, ug kaylap nga gigamit sa produksyon ug kinabuhi. . Niini nga papel, gipamatud-an gikan sa duha ka aspeto sa eksperimento ug teoretikal nga kalkulasyon nga ang silica gel maka-adsorb sa NH3, HCl, SO2, CO2 ug uban pang mga gas pinaagi sa intermolecular hydrogen bonds, mao nga ang silica gel dili magamit sa pagpauga niini nga mga gas.
3
FIG. 6 Interaction modes tali sa lain-laing mga molekula ug silica gel nawong kalkulado sa DFT pamaagi
Oras sa pag-post: Nob-14-2023
