Dina produksi jeung kahirupan, silika gél bisa dipaké pikeun garing N2, hawa, hidrogén, gas alam [1] jeung saterusna. Numutkeun asam jeung alkali, desiccant bisa dibagi jadi: desiccant asam, desiccant basa jeung desiccant nétral [2]. Silika gél mucunghul janten dryer nétral nu sigana garing NH3, HCl, SO2, jsb Sanajan kitu, tina sudut pandang prinsip, silika gél diwangun ku dehidrasi antarmolekul tilu diménsi molekul asam orthosilicic, awak utama SiO2, sarta beungeutna beunghar gugus hidroksil (tingali Gambar 1). Alesan kunaon silika gél tiasa nyerep cai nyaéta gugus hidroksil silikon dina permukaan silika gél tiasa ngabentuk beungkeut hidrogén antarmolekul sareng molekul cai, ku kituna tiasa nyerep cai sahingga maénkeun peran pengeringan. Silika gél nu ngarobah warna ngandung ion kobalt, sarta sanggeus cai adsorption ngahontal jenuh, ion kobalt dina gél silika-ngarobah warna jadi ion kobalt terhidrasi, ku kituna silika gél biru jadi pink. Saatos pemanasan gél silika pink dina 200 ℃ pikeun hiji periode waktu, beungkeut hidrogén antara silika gél jeung molekul cai megatkeun, sarta silika gél discolored bakal ngahurungkeun bulao deui, jadi diagram struktur asam silikat jeung silika gél bisa. bisa dipaké deui sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 1. Jadi, saprak beungeut silika gél beunghar gugus hidroksil, beungeut silika gél ogé bisa ngabentuk beungkeut hidrogén antarmolekul jeung NH3 jeung HCl, jsb, sarta meureun aya euweuh jalan pikeun meta salaku a desiccant of NH3 na HCl, sarta euweuh laporan relevan dina literatur aya. Janten naon hasilna? Subjek ieu parantos ngalaksanakeun panalungtikan ékspérimén ieu di handap.
BUAH ARA. 1 Diagram struktur asam orto-silikat jeung gél silika
2 Bagian Ékspérimén
2.1 Éksplorasi wengkuan aplikasi silika gél desiccant - Amonia Kahiji, silika gél discolored ieu disimpen dina cai sulingan jeung cai amonia kentel mungguh. Silika gél discolored robah warna ka warna pink dina cai sulingan; Dina amonia kentel, silikon anu ngarobah warna mimiti beureum sareng lalaunan janten bulao. Ieu nunjukkeun yén silika gél bisa nyerep NH3 atawa NH3 ·H2 O dina amonia. Sapertos dina Gambar 2, kalsium hidroksida padet sareng amonium klorida dicampur rata sareng dipanaskeun dina tabung uji. Gas anu dihasilkeun dipiceun ku kapur alkali lajeng ku gél silika. Warna silika gél deukeut arah lawang jadi torek (warna wengkuan aplikasi tina silika gél desiccant dina Gambar 2 digali - amonia 73, fase 8 2023 dasarna sarua jeung warna silika gél soaked. dina cai amonia kentel), sareng kertas uji pH henteu aya parobahan anu atra. Ieu nunjukkeun yén NH3 dihasilkeun teu ngahontal kertas test pH, sarta geus lengkep adsorbed. Saatos sababaraha waktos, ngeureunkeun pemanasan, cabut sabagian alit tina bal silika gél, nempatkeun kana cai sulingan, tambahkeun phenolphthalein kana cai, solusina janten beureum, nunjukkeun yén silika gél gaduh pangaruh adsorpsi anu kuat. NH3, sanggeus cai sulingan ieu deattached, NH3 asup kana cai sulingan, leyuran téh basa. Ku alatan éta, sabab silika gél ngabogaan adsorption kuat pikeun NH3, agén drying silicone teu bisa garing NH3.
BUAH ARA. 2 Éksplorasi ruang lingkup aplikasi silika gél desiccant - amonia
2.2 Éksplorasi ruang lingkup aplikasi silika gél desiccant - hidrogén klorida mimiti kaduruk padet NaCl kalawan seuneu lampu alkohol pikeun miceun cai baseuh dina komponén padet. Saatos sampel tiis, asam sulfat pekat ditambahkeun kana padet NaCl pikeun geuwat ngahasilkeun sajumlah badag gelembung. Gas anu dihasilkeun dialirkeun kana tabung pengeringan buleud anu ngandung gél silika, sareng kertas uji pH baseuh disimpen dina tungtung tabung pengering. Silika gél dina tungtung hareup robah jadi héjo ngora, sarta kertas test pH baseuh euweuh parobahan atra (tingali Gambar 3). Ieu nunjukeun yen gas HCl dihasilkeun sagemblengna adsorbed ku gél silika sarta henteu kabur ka hawa.
Gambar 3 Panalungtikan ngeunaan wengkuan aplikasi silika gél desiccant - hidrogén klorida
Silika gél anu nyerep HCl sareng janten héjo terang disimpen dina tabung uji. Pasang gél silika biru anyar dina tabung uji, tambahkeun asam hidroklorat kentel, gél silika ogé janten warna héjo lampu, dua warna dasarna sami. Ieu nembongkeun gas silika gél dina tabung drying buleud.
2.3 Éksplorasi wengkuan aplikasi tina silika gél desiccant - walirang dioksida Campuran asam sulfat pekat jeung natrium thiosulfate padet (tingali Gambar 4), NA2s2 O3 + H2 SO4 ==Na2 SO4 + SO2 ↑+S↓+H2 O; Gas anu dihasilkeun dialirkeun ngaliwatan tabung drying ngandung gél silika discolored, silika gél discolored janten lampu biru-héjo, jeung kertas lakmus biru dina tungtung kertas test baseuh teu robah sacara signifikan, nunjukkeun yén dihasilkeun gas SO2 boga. geus sagemblengna adsorbed ku bola silika gél sarta teu bisa lolos.
BUAH ARA. 4 Éksplorasi ruang lingkup aplikasi silika gél desiccant - walirang dioksida
Copot bagian tina bal silika gél teras nahan kana cai sulingan. Sanggeus kasaimbangan pinuh, cokot saeutik tetes cai dina kertas lakmus biru. Kertas tés teu robah sacara signifikan, nunjukkeun yén cai sulingan teu cukup pikeun nyerep SO2 tina silika gél. Nyokot sabagian leutik bal silika gél jeung panas dina tabung uji. Pasang kertas lakmus biru baseuh dina sungut tabung. Kertas lakmus biru janten beureum, nunjukkeun yén pemanasan ngajadikeun gas SO2 diserep tina bola silika gél, sahingga kertas lakmus jadi beureum. Percobaan di luhur némbongkeun yén silika gél ogé boga pangaruh adsorption kuat dina SO2 atawa H2 SO3, sarta teu bisa dipaké pikeun drying gas SO2.
2.4 Éksplorasi ruang lingkup aplikasi silika gél desiccant - Karbon dioksida
Sapertos dina Gambar 5, larutan natrium bikarbonat ngeclak fenolftalein katingalina beureum ngora. Padet natrium bikarbonat dipanaskeun sarta campuran gas anu dihasilkeun dialirkeun ngaliwatan tabung drying ngandung spheres silika gél garing. Silika gél henteu robih sacara signifikan sareng natrium bikarbonat ngeclak sareng fenolftalein nyerep HCl. Ion kobalt dina gél silika discolored ngabentuk leyuran héjo kalawan Cl- sarta laun jadi teu warnaan, nunjukkeun yen aya kompléks gas CO2 di tungtung tube drying buleud. Silika gél héjo-héjo ditempatkeun dina cai sulingan, sarta silika gél anu robah warnana laun-laun robah jadi konéng, nunjukkeun yén HCl anu diserep ku silika gél geus kaserep kana cai. Sajumlah leutik larutan cai luhur ditambahkeun kana larutan pérak nitrat diasamkeun ku asam nitrat pikeun ngabentuk endapan bodas. Sajumlah leutik leyuran cai diturunkeun dina rupa-rupa kertas uji pH, sareng kertas tés janten beureum, nunjukkeun yén solusina asam. Percobaan di luhur némbongkeun yén silika gél miboga adsorpsi kuat kana gas HCl. HCl nyaéta molekul anu kuat polar, sarta gugus hidroksil dina beungeut gél silika ogé mibanda polaritas kuat, sarta duanana bisa ngabentuk beungkeut hidrogén antarmolekul atawa boga interaksi dipol dipol rélatif kuat, hasilna gaya antarmolekul relatif kuat antara beungeut silika. gél jeung molekul HCl, jadi silika gél boga adsorpsi kuat HCl. Ku alatan éta, agén drying silicone teu bisa dipaké pikeun garing HCl ngewa, nyaeta, silika gél teu adsorb CO2 atawa ngan sawaréh adsorb CO2.
BUAH ARA. 5 Éksplorasi ruang lingkup aplikasi silika gél desiccant - karbon dioksida
Pikeun ngabuktikeun adsorpsi silika gél kana gas karbon dioksida, percobaan di handap ieu dituluykeun. Bal silika gél dina tube drying buleud dipiceun, sarta bagian ieu dibagi kana solusi natrium bikarbonat dripping phenolphthalein. Solusi natrium bikarbonat dicabut warna. Ieu nunjukeun yen silika gél adsorbs karbon dioksida, sarta sanggeus leyur dina cai, karbon dioksida desorbs kana leyuran natrium bikarbonat, sahingga solusi natrium bikarbonat diudar. Sésana bagian tina bola silikon dipanaskeun dina tabung uji garing, sarta gas anu dihasilkeun dialirkeun kana leyuran natrium bikarbonat dripping kalawan phenolphthalein. Moal lami deui, leyuran natrium bikarbonat robah tina beureum caang mun teu warnaan. Ieu ogé nunjukkeun yén silika gél masih mibanda kapasitas adsorpsi pikeun gas CO2. Sanajan kitu, gaya adsorption silika gél on CO2 jauh leuwih leutik batan HCl, NH3 jeung SO2, sarta karbon dioksida ngan bisa sawaréh adsorbed salila percobaan dina Gambar 5. Alesan naha silika gél sawaréh bisa adsorb CO2 kamungkinan jadi. silika gél jeung CO2 ngabentuk ikatan hidrogén antarmolekul Si - OH… O =C. Kusabab atom karbon puseur CO2 sp hibrida, sarta atom silikon dina silika gél sp3 hibrid, molekul CO2 linier teu cooperate ogé kalawan beungeut silika gél, hasilna gaya adsorption of silika gél on karbon dioksida relatif. leutik.
3. Babandingan antara kaleyuran opat gas dina cai jeung status adsorption dina beungeut silika gél Tina hasil percobaan di luhur, bisa ditempo yén silika gél boga kapasitas adsorption kuat pikeun amonia, hidrogén klorida jeung walirang dioksida, tapi gaya adsorption leutik pikeun karbon dioksida (tingali Table 1). Ieu sarupa jeung kaleyuran tina opat gas dina cai. Ieu bisa jadi alatan molekul cai ngandung hidroksi-OH, sarta beungeut silika gél ogé beunghar hidroksil, jadi leyuran opat gas ieu dina cai pisan sarupa adsorption na dina beungeut silika gél. Diantara tilu gas tina gas amonia, hidrogén klorida jeung walirang dioksida, walirang dioksida boga kaleyuran pangleutikna dina cai, tapi sanggeus adsorbed ku silika gél, éta paling hese desorption diantara tilu gas. Saatos silika gél adsorbs amonia jeung hidrogén klorida, éta bisa desorbed kalawan cai pangleyur. Saatos gas walirang dioksida ieu adsorbed ku gél silika, hese desorption kalawan cai, sarta kudu dipanaskeun nepi ka desorption tina beungeut silika gél. Ku alatan éta, adsorption opat gas dina beungeut silika gél kudu téoritis diitung.
4 Itungan téoritis interaksi antara silika gél jeung opat gas dibere dina software ORCA kuantumisasi [4] dina kerangka téori fungsional density (DFT). Métode DFT D/B3LYP/Def2 TZVP digunakeun pikeun ngitung modus interaksi jeung énergi antara gas béda jeung silika gél. Pikeun nyederhanakeun itungan, padet silika gél digambarkeun ku molekul asam orthosilicic tetrameric. Hasil itungan némbongkeun yén H2 O, NH3 jeung HCl kabéh bisa ngabentuk beungkeut hidrogén jeung gugus hidroksil dina beungeut silika gél (tingali Gambar 6a ~ c). Cai mibanda énergi mengikat rélatif kuat dina beungeut silika gél (tingali Table 2) jeung gampang adsorbed dina beungeut silika gél. Kusabab énergi beungkeutan NH3 sareng HCl sami sareng H2 O, cuci cai tiasa nyababkeun desorpsi dua molekul gas ieu. Pikeun molekul SO2, énergi beungkeut na ngan -17,47 kJ/mol, nu leuwih leutik batan tilu molekul di luhur. Sanajan kitu, percobaan dikonfirmasi yén gas SO2 gampang adsorbed dina gél silika, malah cuci teu bisa desorbed eta, sarta ngan pemanasan bisa nyieun SO2 kabur ti beungeut silika gél. Ku alatan éta, urang ditebak yen SO2 kamungkinan ngagabungkeun jeung H2 O dina beungeut silika gél pikeun ngabentuk fraksi H2 SO3. Gambar 6e nunjukkeun yén molekul H2 SO3 ngabentuk tilu beungkeut hidrogén sareng atom hidroksil sareng oksigén dina permukaan silika gél dina waktos anu sami, sareng énergi beungkeutan saluhur -76,63 kJ / mol, anu ngajelaskeun naha SO2 diserep dina silika gél téh hésé elude jeung cai. CO2 non-polar boga kamampuh ngariung weakest jeung silika gél, sarta ngan bisa sawaréh adsorbed ku silika gél. Sanajan énergi beungkeutan H2 CO3 jeung silika gél ogé ngahontal -65.65 kJ / mol, laju konversi CO2 mun H2 CO3 teu luhur, jadi laju adsorption of CO2 ogé ngurangan. Ieu bisa ditempo tina data di luhur yén polaritasna molekul gas teu hijina kriteria keur nangtoskeun naha éta bisa adsorbed ku silika gél, sarta beungkeut hidrogén kabentuk dina beungeut silika gél mangrupa alesan utama pikeun adsorption stabil na.
Komposisi silika gél nyaéta SiO2 · nH2 O, aréa permukaan badag tina silika gél jeung grup hidroksil euyeub dina beungeut cai nyieun silika gél bisa dipaké salaku dryer non-toksik jeung kinerja alus teuing, sarta loba dipaké dina produksi jeung kahirupan. . Dina makalah ieu dikonfirmasi tina dua aspék ékspérimén jeung itungan téoritis yén silika gél bisa adsorb NH3, HCl, SO2, CO2 jeung gas séjén ngaliwatan beungkeut hidrogén antarmolekul, jadi silika gél teu bisa dipaké pikeun drying gas ieu. Komposisi silika gél nyaéta SiO2 · nH2 O, aréa permukaan badag tina silika gél jeung grup hidroksil euyeub dina beungeut cai nyieun silika gél bisa dipaké salaku dryer non-toksik jeung kinerja alus teuing, sarta loba dipaké dina produksi jeung kahirupan. . Dina makalah ieu dikonfirmasi tina dua aspék ékspérimén jeung itungan téoritis yén silika gél bisa adsorb NH3, HCl, SO2, CO2 jeung gas séjén ngaliwatan beungkeut hidrogén antarmolekul, jadi silika gél teu bisa dipaké pikeun drying gas ieu.
3
BUAH ARA. 6 Mode interaksi antara molekul béda jeung beungeut gél silika diitung ku métode DFT
waktos pos: Nov-14-2023
