Ing produksi lan urip, gel silika bisa digunakake kanggo garing N2, udara, hidrogen, gas alam [1] lan liya-liyane. Miturut asam lan alkali, desiccant bisa dipérang dadi: desiccant asam, desiccant alkalin lan desiccant netral [2]. Gel silika katon minangka pengering netral sing katon garing NH3, HCl, SO2, lan liya-liyane Nanging, saka sudut pandang prinsip, gel silika kasusun saka dehidrasi intermolekul telung dimensi saka molekul asam orthosilicic, awak utama yaiku SiO2, lan lumahing sugih ing gugus hidroksil (pirsani Figure 1). Alesan ngapa gel silika bisa nyerep banyu yaiku gugus hidroksil silikon ing permukaan gel silika bisa mbentuk ikatan hidrogen antarmolekul karo molekul banyu, saengga bisa nyerap banyu lan kanthi mangkono nduweni peran pangatusan. Gel silika sing ngganti warna ngandhut ion kobalt, lan sawise banyu adsorpsi tekan saturasi, ion kobalt ing gel silika sing ganti warna dadi ion kobalt terhidrasi, saengga gel silika biru dadi jambon. Sawise dadi panas gel silika jambon ing 200 ℃ kanggo sawetara wektu, ikatan hidrogen antarane gel silika lan molekul banyu break, lan gel silika discolored bakal nguripake biru maneh, supaya diagram struktur asam silicic lan silika gel bisa. bisa digunakake maneh kaya sing dituduhake ing Gambar 1. Dadi, amarga permukaan gel silika sugih ing gugus hidroksil, permukaan gel silika uga bisa mbentuk ikatan hidrogen antarmolekul karo NH3 lan HCl, lan liya-liyane, lan bisa uga ora ana cara kanggo tumindak minangka desiccant NH3 lan HCl, lan ora ana laporan sing relevan ing literatur sing ana. Dadi apa asile? Subjek iki wis nindakake panliten eksperimen ing ngisor iki.
Gbr. 1 Diagram struktur asam orto-silikat lan gel silika
2 Bagian Eksperimen
2.1 Eksplorasi ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika - Ammonia Kaping pisanan, gel silika sing discolored dilebokake ing banyu suling lan banyu amonia pekat. Gel silika sing diwarnai dadi jambon ing banyu suling; Ing amonia pekat, silikon sing ganti warna pisanan dadi abang lan alon-alon dadi biru. Iki nuduhake yen silika gel bisa nyerep NH3 utawa NH3 ·H2 O ing amonia. Kaya sing dituduhake ing Gambar 2, kalsium hidroksida padhet lan amonium klorida dicampur rata lan dipanasake ing tabung uji. Gas sing diasilake dibuwang nganggo jeruk alkali lan banjur gel silika. Werna gel silika cedhak arah mlebu dadi luwih entheng (werna ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika ing Gambar 2 diteliti - amonia 73, fase kaping 8 taun 2023 padha karo warna gel silika sing direndhem. ing banyu amonia pekat), lan kertas tes pH ora ana owah-owahan sing jelas. Iki nuduhake yen NH3 sing diasilake durung tekan kertas uji pH, lan wis diserap kanthi lengkap. Sawise sawetara wektu, mungkasi dadi panas, njupuk bagean cilik saka bal silika gel, sijine menyang banyu sulingan, nambah phenolphthalein kanggo banyu, solusi dadi abang, nuduhake yen silika gel duwe efek adsorpsi kuwat ing. NH3, sawise banyu suling dicopot, NH3 lumebu ing banyu suling, solusi kasebut alkalin. Mulane, amarga silika gel nduweni adsorpsi kuwat kanggo NH3, agen pangatusan silikon ora bisa garing NH3.
Gbr. 2 Eksplorasi ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika - amonia
2.2 Eksplorasi ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika - hidrogen klorida pisanan ngobong barang padhet NaCl kanthi nyala lampu alkohol kanggo mbusak banyu udan ing komponen padhet. Sawise sampel digawe adhem, asam sulfat pekat ditambahake ing padhet NaCl kanggo langsung ngasilake gelembung sing akeh. Gas sing diasilake dilebokake menyang tabung pangatusan bunder sing ngemot gel silika, lan kertas uji pH udan diselehake ing mburi tabung pangatusan. Gel silika ing mburi ngarep dadi ijo cahya, lan kertas test pH udan ora ana owah-owahan sing jelas (pirsani Gambar 3). Iki nuduhake yen gas HCl sing diasilake wis rampung adsorbed dening silika gel lan ora uwal menyang udhara.
Gambar 3 Panliten babagan ruang lingkup aplikasi silika gel desiccant - hidrogen klorida
Silika gel adsorbed HCl lan dadi ijo cahya diselehake ing tabung reaksi. Sijine gel silika biru anyar ing tabung test, nambah asam klorida klempakan, silika gel uga dadi werna ijo cahya, loro werna Sejatine padha. Iki nuduhake gas silika gel ing tabung pangatusan bola.
2.3 Eksplorasi ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika - sulfur dioksida Campuran asam sulfat pekat karo sodium thiosulfate padat (pirsani Gambar 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O; Gas sing diasilake dilewati liwat tabung pangatusan sing ngemot gel silika sing discolored, gel silika sing discolored dadi biru-ijo cahya, lan kertas lakmus biru ing mburi kertas test udan ora owah sacara signifikan, nuduhake yen gas SO2 sing diasilake wis wis rampung adsorbed dening bal silika gel lan ora bisa uwal.
Gbr. 4 Eksplorasi ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika - sulfur dioksida
Copot bagean saka bal silika gel lan sijine ing banyu suling. Sawise imbangan kebak, njupuk sawetara tetes banyu ing kertas lakmus biru. Kertas tes ora owah sacara signifikan, nuduhake yen banyu suling ora cukup kanggo nyerep SO2 saka gel silika. Njupuk bagean cilik saka bal silika gel lan panas ing tabung test. Sijine kertas lakmus biru teles ing cangkeme tabung uji. Kertas lakmus biru dadi abang, nuduhake yen pemanasan ndadekake gas SO2 diserap saka bal silika gel, saengga kertas lakmus dadi abang. Eksperimen ing ndhuwur nuduhake yen silika gel uga nduweni efek adsorpsi sing kuat ing SO2 utawa H2 SO3, lan ora bisa digunakake kanggo pangatusan gas SO2.
2.4 Eksplorasi ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika - Karbon dioksida
Kaya sing dituduhake ing Gambar 5, larutan natrium bikarbonat netes fenolftalein katon abang cahya. Padhet natrium bikarbonat dipanasake lan campuran gas sing diasilake dilewati liwat tabung pangatusan sing ngemot bola silika gel sing garing. Gel silika ora owah sacara signifikan lan natrium bikarbonat sing netes karo fenolftalein nyerap HCl. Ion kobalt ing gel silika sing discolored mbentuk solusi ijo karo Cl- lan mboko sithik dadi ora ana warna, nuduhake yen ana kompleks gas CO2 ing mburi tabung pangatusan bola. Silika gel ijo cahya diselehake ing banyu suling, lan gel silika discolored mboko sithik ngganti kuning, nuduhake yen HCl adsorbed dening silika gel wis desorbed menyang banyu. A jumlah cilik saka solusi banyu ndhuwur ditambahake menyang solusi perak nitrat acidified dening asam nitrat kanggo mbentuk endapan putih. A jumlah cilik saka solusi banyu dropped ing sawetara saka sudhut kertas test pH, lan kertas test dadi abang, nuduhake yen solusi punika ngandhut asam. Eksperimen ing ndhuwur nuduhake yen silika gel nduweni adsorpsi kuwat kanggo gas HCl. HCl minangka molekul polar banget, lan gugus hidroksil ing permukaan gel silika uga nduweni polaritas sing kuat, lan loro kasebut bisa mbentuk ikatan hidrogen antarmolekul utawa duwe interaksi dipol dipol sing relatif kuwat, nyebabake gaya antarmolekul sing relatif kuat ing antarane permukaan silika. gel lan molekul HCl, mula silika gel nduweni adsorpsi HCl sing kuat. Mulane, silikon pangatusan agen ora bisa digunakake kanggo garing HCl uwal, sing, silika gel ora adsorb CO2 utawa mung sebagian adsorb CO2.
Gbr. 5 Eksplorasi ruang lingkup aplikasi desiccant gel silika - karbon dioksida
Kanggo mbuktekake adsorpsi gel silika dadi gas karbon dioksida, eksperimen ing ngisor iki diterusake. Bal silika gel ing tabung pangatusan bunder dibusak, lan bagean kasebut dipérang dadi larutan natrium bikarbonat netes fenolftalein. Solusi natrium bikarbonat wis decolored. Iki nuduhake yen silika gel adsorbs karbon dioksida, lan sawise larut ing banyu, karbon dioksida desorbs menyang solusi sodium bikarbonat, nggawe solusi sodium bikarbonat fade. Sisa bal silikon dipanasake ing tabung uji garing, lan gas sing diasilake dilebokake ing larutan natrium bikarbonat sing netes karo fenolftalein. Ora suwe, larutan natrium bikarbonat diganti saka abang cahya dadi ora ana warna. Iki uga nuduhake yen silika gel isih nduweni kapasitas adsorpsi kanggo gas CO2. Nanging, gaya adsorpsi gel silika ing CO2 luwih cilik tinimbang HCl, NH3 lan SO2, lan karbon dioksida mung bisa diserap sebagian sajrone eksperimen ing Gambar 5. Alasan kenapa gel silika bisa nyerep sebagian CO2 kemungkinan silika gel lan CO2 mbentuk ikatan hidrogen intermolekul Si - OH… O = C. Amarga atom karbon tengah CO2 iku sp hibrida, lan atom silikon ing silika gel sp3 hibrida, molekul CO2 linear ora kerjo bareng uga karo lumahing silika gel, asil ing pasukan adsorption saka silika gel ing karbon dioksida punika relatif. cilik.
3. Perbandingan antara kelarutan papat gas ing banyu lan status adsorpsi ing permukaan silika gel Saka asil eksperimen ing ndhuwur, bisa dideleng yen silika gel nduweni kapasitas adsorpsi sing kuat kanggo amonia, hidrogen klorida lan sulfur dioksida, nanging gaya adsorpsi cilik kanggo karbon dioksida (pirsani Tabel 1). Iki padha karo kelarutan papat gas ing banyu. Iki bisa uga amarga molekul banyu ngemot hidroksi-OH, lan permukaan gel silika uga sugih hidroksil, mula kelarutan papat gas kasebut ing banyu meh padha karo adsorpsi ing permukaan gel silika. Antarane telung gas saka gas amonia, hidrogen klorida lan belerang dioksida, belerang dioksida nduweni kelarutan paling cilik ing banyu, nanging sawise diserap dening silika gel, iku paling angel kanggo desorption antarane telung gas. Sawise silika gel adsorbs amonia lan hidrogen klorida, iku bisa desorbed karo banyu solvent. Sawise gas sulfur dioksida adsorbed dening silika gel, iku angel kanggo desorption karo banyu, lan kudu digawe panas kanggo desorption saka lumahing silika gel. Mulane, adsorpsi saka papat gas ing permukaan silika gel kudu diwilang miturut teori.
4 Pitungan teoritis interaksi antarane gel silika lan papat gas ditampilake ing piranti lunak ORCA kuantumisasi [4] miturut kerangka teori fungsional kepadatan (DFT). Metode DFT D/B3LYP/Def2 TZVP digunakake kanggo ngetung mode interaksi lan energi antarane gas beda lan silika gel. Kanggo nyederhanakake pitungan, padatan gel silika diwakili dening molekul asam ortosilikat tetramerik. Asil pitungan nuduhake yen H2 O, NH3 lan HCl kabeh bisa mbentuk ikatan hidrogen karo gugus hidroksil ing permukaan gel silika (pirsani Gambar 6a ~ c). Padha duwe energi naleni relatif kuwat ing lumahing silika gel (ndeleng Tabel 2) lan gampang adsorbed ing lumahing silika gel. Amarga energi ikatan NH3 lan HCl padha karo H2 O, ngumbah banyu bisa nyebabake desorpsi rong molekul gas kasebut. Kanggo molekul SO2, energi ikatan mung -17,47 kJ/mol, sing luwih cilik tinimbang telung molekul ing ndhuwur. Nanging, eksperimen kasebut dikonfirmasi manawa gas SO2 gampang diserap ing gel silika, lan malah ngumbah ora bisa nyerep, lan mung pemanasan sing bisa nggawe SO2 lolos saka permukaan gel silika. Mulane, kita guessed sing SO2 kamungkinan kanggo gabungke karo H2 O ing lumahing silika gel kanggo mbentuk fraksi H2 SO3. Gambar 6e nuduhake yen molekul H2 SO3 mbentuk telung ikatan hidrogen karo hidroksil lan atom oksigen ing permukaan gel silika ing wektu sing padha, lan energi ikatan dhuwure -76,63 kJ / mol, sing nerangake sebabe SO2 adsorbed ing silika gel iku angel kanggo elude karo banyu. CO2 non-polar nduweni kemampuan naleni sing paling lemah karo gel silika, lan mung bisa diserap sebagian dening gel silika. Sanajan energi pengikat H2 CO3 lan silika gel uga tekan -65,65 kJ / mol, tingkat konversi CO2 dadi H2 CO3 ora dhuwur, mula tingkat adsorpsi CO2 uga dikurangi. Saka data ing ndhuwur bisa dideleng yen polaritas molekul gas ora mung siji-sijine kritéria kanggo ngadili manawa bisa diserap dening silika gel, lan ikatan hidrogen sing dibentuk karo permukaan gel silika minangka alasan utama kanggo adsorpsi sing stabil.
Komposisi gel silika yaiku SiO2 · nH2 O, area permukaan sing gedhe saka gel silika lan klompok hidroksil sing sugih ing permukaan nggawe gel silika bisa digunakake minangka pengering non-beracun kanthi kinerja sing apik, lan akeh digunakake ing produksi lan urip. . Ing makalah iki, dikonfirmasi saka rong aspek eksperimen lan perhitungan teoretis yen silika gel bisa nyerap NH3, HCl, SO2, CO2 lan gas liyane liwat ikatan hidrogen antarmolekul, mula silika gel ora bisa digunakake kanggo pangatusan gas kasebut. Komposisi gel silika yaiku SiO2 · nH2 O, area permukaan sing gedhe saka gel silika lan klompok hidroksil sing sugih ing permukaan nggawe gel silika bisa digunakake minangka pengering non-beracun kanthi kinerja sing apik, lan akeh digunakake ing produksi lan urip. . Ing makalah iki, dikonfirmasi saka rong aspek eksperimen lan perhitungan teoretis yen silika gel bisa nyerap NH3, HCl, SO2, CO2 lan gas liyane liwat ikatan hidrogen antarmolekul, mula silika gel ora bisa digunakake kanggo pangatusan gas kasebut.
3
Gbr. 6 Mode interaksi antarane molekul beda lan lumahing silika gel diwilang dening cara DFT
Wektu kirim: Nov-14-2023
