Fuerschung iwwer den Ëmfang vun der Uwendung vu Silikagel Desiccant

An der Produktioun a vum Liewen kann Silikagel benotzt ginn fir N2, Loft, Waasserstoff, Äerdgas [1] a sou weider ze dréchen.Geméiss Säure an Alkali kann Trocknungsmëttel opgedeelt ginn: sauer Trocknungsmëttel, alkalesch Trocknungsmëttel an neutral Trocknungsmëttel [2].Silicagel schéngt en neutralen Trockner ze sinn, dee schéngt NH3, HCl, SO2 ze dréchen, asw.. Wéi och ëmmer, aus der prinzipiell Siicht besteet Silicagel aus dreidimensionalen intermolekuläre Dehydratioun vun Orthosilicsäuremolekülen, den Haaptkierper ass SiO2, an d'Uewerfläch ass reich an Hydroxylgruppen (kuckt Figur 1).De Grond firwat Silikagel Waasser absorbéiere kann ass datt d'Silisiumhydroxylgrupp op der Uewerfläch vum Silikagel intermolekulär Waasserstoffbindunge mat Waassermoleküle bilden, sou datt et Waasser adsorbéiere kann an doduerch eng Trocknungsroll spillt.De Faarfverännerend Silikagel enthält Kobaltionen, a nodeems d'Adsorptiounswaasser Sättigung erreecht huet, ginn d'Kobaltionen am Faarfverännerend Silikagel hydratiséiert Kobaltionen, sou datt de bloe Silikagel rosa gëtt.No der Erwiermung vum rosa Silicagel bei 200 ℃ fir eng Zäit, brécht d'Waasserstoffverbindung tëscht dem Silikagel a Waassermoleküle, an de verfaarwege Silicagel gëtt erëm blo, sou datt d'Strukturdiagramm vun der Kiselsäure a Silicagel kann erëmbenotzt ginn wéi an der Figur 1. Also, well d'Uewerfläch vum Silikagel reich an Hydroxylgruppen ass, kann d'Uewerfläch vum Silicagel och intermolekulär Waasserstoffbindunge mat NH3 an HCl bilden, asw., an et kann kee Wee sinn fir ze handelen als en Desiccant vun NH3 an HCl, an et gëtt kee relevante Bericht an der existéierender Literatur.Also wat waren d'Resultater?Dëst Thema huet déi folgend experimentell Fuerschung gemaach.

FIG.1 Strukturdiagramm vun Ortho-Kiselinsäure a Silicagel

2 Experiment Deel
2.1 Exploratioun vum Ëmfang vun der Uwendung vum Silicagel Desiccant - Ammoniak Als éischt gouf de verfärbte Silikagel an destilléiert Waasser respektiv konzentréiert Ammoniakwasser plazéiert.Verfärbte Silikagel gëtt rosa am destilléiertem Waasser;Am konzentréierten Ammoniak gëtt de Faarfverännerend Silikon fir d'éischt rout a lues a lues hellblo.Dëst weist datt Silikagel NH3 oder NH3 · H2 O an Ammoniak absorbéiere kann.Wéi an der Figur 2 gewisen, fest Kalziumhydroxid an Ammoniumchlorid ginn gleichméisseg gemëscht an an engem Reagenzglieser erhëtzt.De doraus resultéierende Gas gëtt duerch Alkali Kalk geläscht an dann duerch Silikagel.D'Faarf vum Silikagel no bei der Entréesrichtung gëtt méi hell (d'Faarf vum Uwendungsberäich vum Silicagel Desiccant an der Figur 2 gëtt exploréiert - Ammoniak 73, déi 8. a konzentréiert Ammoniakwasser), an de pH-Testpabeier huet keng offensichtlech Ännerung.Dëst weist datt den NH3 produzéiert huet de pH Testpabeier net erreecht an et ass komplett adsorbéiert ginn.No enger Zäit, stoppt d'Heizung, huelt e klengen Deel vum Silicagel Kugel eraus, setzt se an d'destilléiert Waasser, füügt Phenolphthalein an d'Waasser, d'Léisung gëtt rout, wat beweist datt de Silicagel e staarken Adsorptiounseffekt op NH3, nodeems d'destilléiert Waasser ofgeschloss ass, kënnt NH3 an d'destilléiert Waasser, d'Léisung ass alkalesch.Dofir, well de Silikagel eng staark Adsorptioun fir NH3 huet, kann de Silikontrockner NH3 net dréchen.

FIG.2 Exploratioun vum Ëmfang vun der Uwendung vum Silicagel Desiccant - Ammoniak

2.2 Exploratioun vum Ëmfang vun der Uwendung vum Silikagel-Trocknungsmëttel - Waasserstoffchlorid verbrennt als éischt NaCl Feststoffer mat Alkohollampeflamme fir dat naass Waasser an de festen Komponenten ze entfernen.Nodeems d'Probe ofgekillt ass, gëtt konzentréiert Schwefelsäure un NaCl Feststoffer bäigefüügt fir direkt eng grouss Zuel vu Blasen ze produzéieren.De generéierte Gas gëtt an e kugelfërmegt Trocknungsröhre mat Silikagel gefouert, an e naass pH-Testpabeier gëtt um Enn vum Trocknerröhre gesat.De Silikagel um Frontend gëtt hellgréng, an de naass pH-Testpabeier huet keng offensichtlech Ännerung (kuckt Figur 3).Dëst weist datt de generéierten HCl Gas komplett vu Silikagel adsorbéiert gëtt an net an d'Loft flücht.

Figure 3 Fuerschung iwwer den Ëmfang vun der Uwendung vu Silikagel-Trocknungsmëttel - Waasserstoffchlorid

De Silikagel adsorbéiert HCl a gouf hellgréng an e Reagenzglieser gesat.Den neie bloe Silicagel an d'Reagenzglieser setzen, konzentréiert Salzsäure derbäi, Silicagel gëtt och hellgréng Faarf, déi zwee Faarwen sinn am Fong d'selwecht.Dëst weist de Silikagelgas am kugelfërmege Trocknerröhre.

2.3 Exploratioun vun der Applikatioun Ëmfang vun Silicagel Desiccant - Schwefeldioxid Gemëschte konzentréiert Schwefelsäure mat Natriumthiosulfat fest (kuckt Figur 4), NA2s2 O3 + H2 SO4 == Na2 SO4 + SO2 ↑+S↓+H2 O;De generéierte Gas gëtt duerch d'Trocknungsröhr gefouert, deen de verfaarwege Silikagel enthält, de verfaarwege Silikagel gëtt hellblo-gréng, an de bloe Lackmuspabeier um Enn vum naass Testpabeier ännert sech net wesentlech, wat beweist datt de generéierte SO2 Gas huet gouf komplett vum Silikagelkugel adsorbéiert a kann net entkommen.

FIG.4 Exploratioun vum Ëmfang vun der Uwendung vu Silikagel Desiccant - Schwefeldioxid

Huelt en Deel vun der Silikagel Kugel of a setzt se an destilléiert Waasser.No voller Gläichgewiicht, huelt eng kleng Quantitéit Waasser drop op de bloe Lackmuspabeier.Den Testpabeier ännert sech net wesentlech, wat beweist datt destilléiert Waasser net genuch ass fir SO2 aus dem Silikagel desorbéiert ze ginn.Huelt e klengen Deel vun der Silikagelkugel an erhëtzt se an de Reagenzglieser.Huelt naass bloe Lackmuspabeier am Mond vum Reagenzglieser.De bloe Lackmuspabeier gëtt rout, wat beweist datt d'Heizung SO2 Gas aus dem Silikagelkugel desorbéiert mécht, sou datt de Lackmuspabeier rout gëtt.Déi uewe genannte Experimenter weisen datt Silikagel och e staarken Adsorptiounseffekt op SO2 oder H2SO3 huet, a kann net fir d'Trocknung vum SO2 Gas benotzt ginn.
2.4 Exploratioun vum Ëmfang vun der Uwendung vu Silikagel Desiccant - Kuelendioxid
Wéi an der Figur 5 gewisen, erschéngt Natriumbikarbonatléisung, déi Phenolphthalein dréit, hell rout.D'Natriumbikarbonat Feststoff gëtt erhëtzt an déi resultéierend Gasmëschung gëtt duerch en Trocknröhre gefouert mat getrocknene Silikagel Kugelen.De Silikagel ännert sech net wesentlech an den Natriumbicarbonat, deen mat Phenolphthalein dréit, adsorbéiert den HCl.D'Kobalt-Ion am verfaarwege Silikagel bildt eng gréng Léisung mat Cl- a gëtt lues a lues faarweg, wat beweist datt et e CO2 Gaskomplex um Enn vum kugelfërmege Trocknerröhr ass.De hellgrénge Silikagel gëtt an destilléiert Waasser plazéiert, an de verfaarwege Silikagel ännert sech lues a lues a giel, wat beweist datt den HCl, deen duerch Silikagel adsorbéiert ass, an d'Waasser desorbéiert gouf.Eng kleng Quantitéit vun der ieweschter wässerlecher Léisung gouf an d'Sëlwernitratléisung bäigefüügt, déi duerch Salpetersäure sauer ass, fir e wäisse Nidderschlag ze bilden.Eng kleng Quantitéit wässerlech Léisung gëtt op eng breet Palette vu pH-Testpabeier gefall, an den Testpabeier gëtt rout, wat beweist datt d'Léisung sauer ass.Déi uewe genannte Experimenter weisen datt Silikagel eng staark Adsorptioun op HCl Gas huet.HCl ass eng staark polar Molekül, an d'Hydroxylgrupp op der Uewerfläch vum Silikagel huet och eng staark Polaritéit, an déi zwee kënnen intermolekulär Waasserstoffbindunge bilden oder eng relativ staark Dipol-Dipol-Interaktioun hunn, wat zu enger relativ staarker intermolekulärer Kraaft tëscht der Uewerfläch vu Silica resultéiert. Gel an HCl Moleküle, sou datt Silikagel eng staark Adsorptioun vun HCl huet.Dofir kann Silikon-Trocknungsmëttel net benotzt ginn fir HCl-Entkommen ze dréchen, dat heescht, de Silikagel adsorbéiert CO2 net oder nëmmen deelweis CO2.

FIG.5 Exploratioun vum Ëmfang vun der Uwendung vum Silicagel Desiccant - Kuelendioxid

Fir d'Adsorptioun vu Silikagel op Kuelendioxidgas ze beweisen, ginn déi folgend Experimenter weidergefouert.De Silikagelkugel an der Kugelfërmeg Trocknungsröhre gouf ofgeschaaft, an den Deel gouf an Natriumbikarbonat-Léisung opgedeelt, déi Phenolphthalein drëpst.D'Natriumbicarbonat-Léisung gouf entfernt.Dëst weist datt Silikagel Kuelendioxid adsorbéiert, an nodeems se am Waasser löslech sinn, Kuelendioxid desorbéiert an Natriumbikarbonatléisung, sou datt d'Natriumbikarbonatléisung verbléien.De reschtlechen Deel vum Silikonkugel gëtt an engem dréchene Reagenzglieser erhëtzt, an de doraus resultéierende Gas gëtt an eng Léisung vu Natriumbikarbonat dréit mat Phenolphthalein.Geschwënn ännert d'Natriumbikarbonatléisung vu hellrout op faarweg.Dëst weist och datt Silikagel nach ëmmer Adsorptiounskapazitéit fir CO2 Gas huet.Wéi och ëmmer, d'Adsorptiounskraaft vu Silikagel op CO2 ass vill méi kleng wéi déi vun HCl, NH3 a SO2, a Kuelendioxid kann nëmmen deelweis während dem Experiment an der Figur 5 adsorbéiert ginn. De Grond firwat Silikagel deelweis CO2 kann adsorbéieren ass wahrscheinlech datt Silikagel a CO2 intermolekulär Waasserstoffbindunge bilden Si - OH ... O =C.Well den zentrale Kuelestoffatom vum CO2 sp Hybrid ass, an de Siliziumatom am Silikagel sp3 Hybrid ass, kooperéiert d'linear CO2 Molekül net gutt mat der Uewerfläch vum Silikagel, wat zu der Adsorptiounskraaft vum Silikagel op Kuelendioxid ass relativ kleng.

3.Vergläichung tëscht der Solubilitéit vun de véier Gasen am Waasser an dem Adsorptiounsstatus op der Uewerfläch vum Silicagel Aus den uewe genannten experimentellen Resultater kann gesi ginn datt Silicagel eng staark Adsorptiounskapazitéit fir Ammoniak, Waasserstoffchlorid a Schwefeldioxid huet, awer eng kleng Adsorptiounskraaft fir Kuelendioxid (kuckt Table 1).Dëst ass ähnlech wéi d'Léisbarkeet vun de véier Gasen am Waasser.Dëst kann sinn well Waassermoleküle Hydroxy-OH enthalen, an d'Uewerfläch vum Silikagel ass och reich un Hydroxyl, sou datt d'Léisbarkeet vun dëse véier Gasen am Waasser ganz ähnlech ass wéi seng Adsorptioun op der Uewerfläch vum Silikagel.Ënnert den dräi Gase vum Ammoniakgas, Waasserstoffchlorid a Schwefeldioxid, huet de Schwefeldioxid déi klengst Solubilitéit am Waasser, awer nodeems se vum Silikagel adsorbéiert ass, ass et déi schwéierst ze desorption ënner den dräi Gase.Nodeems de Silikagel Ammoniak a Waasserstoffchlorid adsorbéiert, kann et mat Léisungsmëttelwasser desorbéiert ginn.Nodeems de Schwefeldioxidgas duerch Silikagel adsorbéiert ass, ass et schwéier mat Waasser ze desorptionéieren, a muss op d'Desorptioun vun der Uewerfläch vum Silikagel erhëtzt ginn.Dofir muss d'Adsorptioun vu véier Gasen op der Uewerfläch vum Silikagel theoretesch berechent ginn.

4 Theoretesch Berechnung vun der Interaktioun tëscht Silikagel a véier Gase gëtt an der Quantumiséierung ORCA Software presentéiert [4] am Kader vun der Dichtfunktiounstheorie (DFT).D'DFT D/B3LYP/Def2 TZVP Method gouf benotzt fir d'Interaktiounsmodi an d'Energie tëscht verschiddene Gasen a Silikagel ze berechnen.Fir d'Berechnung ze vereinfachen, gi Silikagel Feststoffer duerch tetrameresch Orthosilicsäuremoleküle duergestallt.D'Berechnungsresultater weisen datt H2O, NH3 an HCl all Waasserstoffverbindunge mat der Hydroxylgrupp op der Uewerfläch vum Silikagel bilden (kuckt Figur 6a ~ c).Si hu relativ staark Bindungsenergie op der Silicagel Uewerfläch (kuckt Table 2) a si liicht op der Silicagel Uewerfläch adsorbéiert.Zënter datt d'Bindungsenergie vun NH3 an HCl ähnlech ass wéi déi vum H2O, kann Waasserwäschen zu Desorptioun vun dësen zwee Gasmoleküle féieren.Fir d'SO2 Molekül ass seng Bindungsenergie nëmmen -17,47 kJ / mol, wat vill méi kleng ass wéi déi uewe genannte dräi Moleküle.Wéi och ëmmer, d'Experiment bestätegt datt SO2 Gas einfach op de Silicagel adsorbéiert ass, a souguer d'Wäschung kann et net desorbéieren, an nëmmen d'Heizung kann SO2 aus der Uewerfläch vum Silicagel flüchten.Dofir hu mir ugeholl datt SO2 méiglecherweis mat H2O op der Uewerfläch vum Silikagel kombinéiere wäert fir H2SO3 Fraktiounen ze bilden.Figur 6e weist datt d'H2SO3 Molekül dräi Waasserstoffverbindunge mat den Hydroxyl- a Sauerstoffatomen op der Uewerfläch vum Silikagel zur selwechter Zäit bildt, an d'Bindungsenergie ass sou héich wéi -76,63 kJ/mol, wat erkläert firwat SO2 op adsorbéiert ass. de Silikagel ass schwéier mat Waasser z'entkommen.Net-polare CO2 huet déi schwaachste Bindungsfäegkeet mat Silikagel, a kann nëmmen deelweis vum Silikagel adsorbéiert ginn.Obwuel d'Bindungsenergie vun H2 CO3 a Silicagel och -65,65 kJ / mol erreecht huet, war d'Konversiounsquote vu CO2 op H2 CO3 net héich, sou datt d'Adsorptiounsquote vum CO2 och reduzéiert gouf.Et kann aus den uewe genannten Donnéeë gesi ginn datt d'Polaritéit vum Gasmolekül net deen eenzege Critère ass fir ze beurteelen ob et duerch Silikagel adsorbéiert ka ginn, an d'Waasserstoffbindung, déi mat der Silikagel-Uewerfläch geformt ass, ass den Haaptgrond fir seng stabil Adsorptioun.

D'Zesummesetzung vum Silikagel ass SiO2 ·nH2 O, déi rieseg Uewerfläch vum Silicagel an déi räich Hydroxylgrupp op der Uewerfläch maachen Silicagel kann als net gëfteg Trockner mat exzellenter Leeschtung benotzt ginn, a gëtt wäit an der Produktioun a Liewen benotzt. .An dësem Pabeier gëtt et aus zwee Aspekter vum Experiment an der theoretescher Berechnung bestätegt datt Silikagel NH3, HCl, SO2, CO2 an aner Gase duerch intermolekulär Waasserstoffbindungen adsorbéiere kann, sou datt Silikagel net benotzt ka fir dës Gase ze drëschen.D'Zesummesetzung vum Silikagel ass SiO2 ·nH2 O, déi rieseg Uewerfläch vum Silicagel an déi räich Hydroxylgrupp op der Uewerfläch maachen Silicagel kann als net gëfteg Trockner mat exzellenter Leeschtung benotzt ginn, a gëtt wäit an der Produktioun a Liewen benotzt. .An dësem Pabeier gëtt et aus zwee Aspekter vum Experiment an der theoretescher Berechnung bestätegt datt Silikagel NH3, HCl, SO2, CO2 an aner Gase duerch intermolekulär Waasserstoffbindungen adsorbéiere kann, sou datt Silikagel net benotzt ka fir dës Gase ze drëschen.

３
FIG.6 Interaktiounsmodi tëscht verschiddene Molekülen a Silikagel Uewerfläch berechent duerch DFT Method