I ka hana ʻana a me ke ola, hiki ke hoʻohana ʻia ka silica gel e hoʻomaloʻo i ka N2, ka ea, ka hydrogen, ke kinoea maoli [1] a pēlā aku. Wahi a ka waikawa a me ka alkali, hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ka desiccant i: acid desiccant, alkaline desiccant a me neutral desiccant [2]. ʻIke ʻia ka silica gel he mea maloʻo kūʻokoʻa e like me ka maloʻo NH3, HCl, SO2, a me nā mea ʻē aʻe. Eia naʻe, mai ke kumu kumu o ka nānā ʻana, ua haku ʻia ka silica gel i ʻekolu-dimensional intermolecular dehydration o orthosilicic acid molecules, ʻo ke kino nui ʻo SiO2, a ua waiwai ka ili i nā pūʻulu hydroxyl (e nānā i ke Kiʻi 1). ʻO ke kumu e hiki ai i ka silica gel ke komo i ka wai, ʻo ia ka hui hydroxyl silicon ma ka ʻili o ka silica gel hiki ke hana i nā paʻa hydrogen intermolecular me nā molekole wai, no laila hiki iā ia ke adsorb i ka wai a pēlā e pāʻani ai i kahi hana maloʻo. Loaʻa i ka silica gel hoʻololi kala i nā ion cobalt, a ma hope o ka hiki ʻana o ka wai adsorption i ka saturation, lilo nā ion cobalt i loko o ka silica gel hoʻololi kala i nā ion cobalt hydrated, i lilo ka polū silica gel i poni. Ma hope o ka hoʻomehana ʻana i ka gel silica ʻulaʻula ma 200 ℃ no kekahi manawa, ua haki ka paʻa hydrogen ma waena o ka silica gel a me nā molekole wai, a e huli hou ka silica gel i ʻulaʻula, i hiki i ke kiʻikuhi o ka silicic acid a me ka silica gel. e hoʻohana hou ʻia e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1. No laila, no ka mea, ʻoi aku ka waiwai o ka ʻili o ka silica gel i nā hui hydroxyl, hiki i ka ʻili o ka silica gel ke hana i nā paʻa hydrogen intermolecular me NH3 a me HCl, etc., a ʻaʻohe ala e hana ai he desiccant o NH3 a me HCl, a ʻaʻohe hōʻike pili i loko o nā palapala e kū nei. No laila he aha nā hopena? Ua hana kēia kumuhana i kēia noiʻi hoʻokolohua.
FIG. 1 Kiʻi hoʻolālā o ka ʻakika ortho-silicic a me ka gel silica
2 Mahele hoao
2.1 Ka ʻimi ʻana i ke ʻano o ka hoʻohana ʻana i ka silica gel desiccant - ʻAmoni ʻO ka mua, ua hoʻokomo ʻia ka gel silica discolored i loko o ka wai distilled a me ka wai amonia paʻa. Huli ʻulaʻula ka silica gel i loko o ka wai hoʻomaʻemaʻe; I loko o ka ammonia koʻikoʻi, ʻulaʻula mua ka silicone hoʻololi kala a huli mālie a ʻulaʻula. Hōʻike kēia i hiki i ka silica gel ke komo i ka NH3 a i ʻole NH3 ·H2 O i loko o ka amonia. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 2, ua hui like ʻia ka calcium hydroxide a me ka ammonium chloride i loko o kahi paipu hoʻāʻo. Hoʻopau ʻia ke kinoea hopena e ka lime alkali a laila e ka silica gel. ʻO ka waihoʻoluʻu o ka silica gel kokoke i ke ala komo e lilo i māmā (ʻo ke kala o ka hoʻohana ʻana o ka silica gel desiccant ma ke Kiʻi 2 ua ʻimi ʻia - ammonia 73, ʻo ka pae 8th o 2023 ke ʻano like me ke kala o ka silica gel i pulu i loko o ka wai amonia koʻikoʻi), a ʻaʻohe loli maopopo o ka pepa hōʻike pH. Hōʻike kēia ʻaʻole i hiki ka NH3 i ka pepa hōʻike pH, a ua hoʻopili piha ʻia. Ma hope o kekahi manawa, e ho'ōki i ka wela, e lawe i kahi ʻāpana liʻiliʻi o ka pōpō silica gel, e hoʻokomo i loko o ka wai i hoʻoheheʻe ʻia, e hoʻohui i ka phenolphthalein i ka wai, e ʻulaʻula ka hopena, e hōʻike ana he ikaika ka hopena adsorption o ka silica gel. ʻO NH3, ma hope o ka hemo ʻana o ka wai i hoʻopaʻa ʻia, komo ka NH3 i ka wai i hoʻoheheʻe ʻia, he alkaline ka hopena. No laila, no ka loaʻa ʻana o ka adsorption ikaika o ka silica gel no NH3, ʻaʻole hiki i ka mea hoʻomaloʻo silicone ke hoʻomaloʻo iā NH3.
FIG. 2 Ka ʻimi ʻana i ke ʻano o ka hoʻohana ʻana i ka silica gel desiccant - ammonia
2.2 Ka ʻimi ʻana i ke ʻano o ka hoʻohana ʻana i ka silica gel desiccant - ʻo ka hydrogen chloride e puhi mua i nā mea paʻa NaCl me ka lapalapa o ka lama lama e wehe i ka wai pulu i loko o nā mea paʻa. Ma hope o ka hoʻomāʻalili ʻana o ka hāpana, hoʻohui ʻia ka ʻakika sulfuric concentrated i nā mea paʻa NaCl e hoʻopuka koke i ka nui o nā ʻōpū. Hoʻokomo ʻia ke kinoea i hana ʻia i loko o kahi paipu hoʻomaloʻo spherical i loaʻa ka silica gel, a waiho ʻia kahi pepa hoʻāʻo pH mākū ma ka hope o ka paipu maloʻo. ʻO ka silica gel ma ka ʻaoʻao mua e lilo i ʻōmaʻomaʻo ʻōmaʻomaʻo, a ʻaʻohe loli maopopo o ka pepa hōʻike pH pulu (e nānā i ke Kiʻi 3). Hōʻike kēia ua hoʻopili piha ʻia ke kinoea HCl i hana ʻia e ka silica gel a ʻaʻole e pakele i ka lewa.
Kiʻi 3 No ka noiʻi ʻana i ke ʻano o ka hoʻohana ʻana i ka silica gel desiccant - hydrogen chloride
Hoʻokomo ʻia ka silica gel i ka HCl a lilo i ʻōmaʻomaʻo ʻōmaʻomaʻo i loko o kahi paipu hoʻāʻo. E kau i ka gel silica polū hou i loko o ka pahu ho'āʻo, e hoʻohui i ka waika hydrochloric concentrated, lilo ka silica gel i ka ʻōmaʻomaʻo māmā, ʻo nā kala ʻelua ke kumu like. Hōʻike kēia i ke kinoea silica gel i loko o ka paipu maloʻo pōʻai.
2.3 Ka 'imi 'ana i ka laula noi o ka silica gel desiccant - sulfur dioxide Mixed concentrated sulfuric acid me ka sodium thiosulfate solid (e nana i ke Kii 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O; Hoʻoholo ʻia ke kinoea i hana ʻia i loko o ka paipu maloʻo i loaʻa ka silica gel ʻeleʻele, lilo ka silica gel i ʻōmaʻomaʻo ʻōmaʻomaʻo, a ʻo ka pepa litmus uliuli ma ka hope o ka pepa hoʻāʻo pulu ʻaʻole loli nui, e hōʻike ana ua loaʻa ke kinoea SO2 i hana ʻia. ua hoʻopili piha ʻia e ka pōpō gel silica a ʻaʻole hiki ke pakele.
FIG. 4 Ka ʻimi ʻana i ke ʻano o ka hoʻohana ʻana i ka silica gel desiccant - sulfur dioxide
Wehe i kahi ʻāpana o ka pōpō silica gel a hoʻokomo i loko o ka wai distilled. Ma hope o ke kaulike piha, e lawe i kahi kulu wai liʻiliʻi ma ka pepa litmus uliuli. ʻAʻole loli nui ka pepa hoʻāʻo, e hōʻike ana ʻaʻole lawa ka wai i hoʻoheheʻe ʻia e hoʻopau i ka SO2 mai ka silica gel. E lawe i kahi ʻāpana liʻiliʻi o ka pōpō silica gel a hoʻomehana iā ia i loko o ka paipu hoʻāʻo. E kau i ka pepa litmus pulu pulu ma ka waha o ka paipu hoao. Huli ʻulaʻula ka pepa litmus uliuli, e hōʻike ana i ka hoʻomehana ʻana e hoʻonele ʻia ke kinoea SO2 mai ka pōpō gel silica, no laila e ʻulaʻula ka pepa litmus. Hōʻike nā hoʻokolohua ma luna nei he hopena adsorption ikaika ka silica gel ma SO2 a i ʻole H2 SO3, a ʻaʻole hiki ke hoʻohana ʻia no ka hoʻomaloʻo ʻana i ke kinoea SO2.
2.4 Ka ʻimi ʻana i ke ʻano o ka hoʻohana ʻana i ka silica gel desiccant - Carbon dioxide
E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 5, ʻike ʻia ka ʻulaʻula māmā o ka solution sodium bicarbonate dripping phenolphthalein. Hoʻomaʻamaʻa ʻia ka paʻa sodium bicarbonate a hele ka hui kinoea i loaʻa i loko o kahi paipu maloʻo i loaʻa nā pōʻai silica gel maloʻo. ʻAʻole loli nui ka silica gel a hoʻoheheʻe ka sodium bicarbonate me ka phenolphthalein i ka HCl. Hoʻokumu ka ʻiona cobalt i loko o ka silica gel i hoʻoheheʻe ʻia i ka hopena ʻōmaʻomaʻo me Cl- a lilo mālie i kala ʻole, e hōʻike ana aia kahi paʻakikī kinoea CO2 ma ka hope o ka paipu maloʻo spherical. Hoʻokomo ʻia ka gel silica ʻōmaʻomaʻo ʻōmaʻomaʻo i loko o ka wai hoʻoheheʻe ʻia, a hoʻololi liʻiliʻi ka silica gel ʻeleʻele i ka melemele, e hōʻike ana i ka HCl adsorbed e ka silica gel ua desorbed i loko o ka wai. Ua hoʻohui ʻia kahi ʻāpana liʻiliʻi o ka wai wai luna i ka solution nitrate kālā i hoʻokaʻawale ʻia e ka waikawa nitric e hana i kahi eke keʻokeʻo. Hoʻokuʻu ʻia kahi ʻāpana wai liʻiliʻi ma luna o kahi ākea o ka pepa hōʻike pH, a ʻulaʻula ka pepa hōʻike, e hōʻike ana he ʻakika ka hopena. Hōʻike nā hoʻokolohua ma luna nei he adsorption ikaika ka silica gel i ke kinoea HCl. ʻO ka HCl he mole polar ikaika, a ʻo ka hui hydroxyl ma ka ʻili o ka silica gel he polarity ikaika nō hoʻi, a hiki i nā mea ʻelua ke hana i nā mea paʻa hydrogen intermolecular a i ʻole ka pilina dipole dipole ikaika loa, e hopena i ka ikaika intermolecular ma waena o ka ili o ka silica. gel a me HCl molekole, no laila silica gel i ka adsorption ikaika o HCl. No laila, ʻaʻole hiki ke hoʻohana ʻia ka mea hoʻomaloʻo silicone e hoʻomaloʻo i ka HCl pakele, ʻo ia hoʻi, ʻaʻole e hoʻopili ka silica gel i ka CO2 a i ʻole adsorb CO2 wale nō.
FIG. 5 Ka ʻimi ʻana i ka laulā o ka hoʻohana ʻana i ka silica gel desiccant - carbon dioxide
I mea e hōʻoiaʻiʻo ai i ka adsorption o ka silica gel i ke kinoea carbon dioxide, ua hoʻomau ʻia kēia mau hoʻokolohua. Ua wehe ʻia ka pōpō gel silica i loko o ka paipu maloʻo spherical, a ua māhele ʻia ka ʻāpana i ka solution sodium bicarbonate dripping phenolphthalein. Ua hoʻoneʻe ʻia ka hopena sodium bicarbonate. Hōʻike kēia i ka silica gel adsorbs carbon dioxide, a ma hope o ka hoʻoheheʻe ʻia i ka wai, hoʻopau ke kalapona i loko o ka solution sodium bicarbonate, e hoʻoheheʻe ʻia ka hopena sodium bicarbonate. Hoʻomaʻamaʻa ʻia ke koena o ka pōleʻa silicone i loko o kahi paipu hoʻāʻo maloʻo, a hoʻoili ʻia ke kinoea hopena i loko o kahi hopena o ka sodium bicarbonate e kahe ana me ka phenolphthalein. ʻAʻole liʻuliʻu, hoʻololi ka solution sodium bicarbonate mai ka ʻulaʻula ʻulaʻula a i ke kala ʻole. Hōʻike pū kēia i ka loaʻa ʻana o ka silica gel i ka mana adsorption no ke kinoea CO2. Eia naʻe, ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka ikaika adsorption o ka silica gel ma CO2 ma mua o ka HCl, NH3 a me SO2, a hiki ke hoʻopili ʻia ke kalapona dioxide i ka wā o ka hoʻokolohua ma ke Kiʻi 5. ʻO ka silica gel a me ka CO2 i hoʻopaʻa i nā paʻa hydrogen intermolecular Si - OH… O =C. No ka mea he sp hybrid ka ʻātoma kalapona o CO2, a ʻo ka ʻātoma silika i loko o ka silica gel he sp3 hybrid, ʻaʻole hui maikaʻi ka mole CO2 linear me ka ʻili o ka silica gel, e hopena i ka ikaika adsorption o ka silica gel ma ka carbon dioxide. liʻiliʻi.
3. Hoʻohālikelike ma waena o ka solubility o nā kinoea ʻehā i loko o ka wai a me ke kūlana adsorption ma ka ʻili o ka silica gel Mai nā hopena hoʻokolohua ma luna, hiki ke ʻike ʻia he silica gel ka ikaika adsorption no ka amonia, hydrogen chloride a me sulfur dioxide, akā. kahi ikaika adsorption liʻiliʻi no carbon dioxide (e nānā i ka Papa 1). Ua like kēia me ka solubility o nā kinoea ʻehā i ka wai. Ma muli paha o ka hydroxy-OH i loko o nā molekala wai, a ua waiwai pū ka ili o ka silica gel i ka hydroxyl, no laila ua like loa ka solubility o kēia mau kinoea ʻehā i ka wai me kona adsorption ma ka ʻili o ka silica gel. Ma waena o nā kinoea ʻekolu o ke kinoea amonia, hydrogen chloride a me ka sulfur dioxide, ʻo ka sulfur dioxide ka liʻiliʻi loa o ka solubility i ka wai, akā ma hope o ka adsorbed e ka silica gel, ʻo ia ka mea paʻakikī loa i ka desorption ma waena o nā kinoea ʻekolu. Ma hope o ka hoʻopili ʻana o ka silica gel i ka amonia a me ka hydrogen chloride, hiki ke hoʻopau ʻia me ka wai hoʻoheheʻe. Ma hope o ka hoʻopili ʻia ʻana o ke kinoea sulfur dioxide e ka silica gel, he paʻakikī ke desorption me ka wai, a pono e hoʻomehana ʻia i ka desorption mai ka ʻili o ka silica gel. No laila, ʻo ka adsorption o nā kinoea ʻehā ma ka ʻili o ka silica gel pono e helu ʻia ma ke ʻano.
4 Hōʻike ʻia ka helu ʻana o ka pilina ma waena o ka silica gel a me nā kinoea ʻehā i ka lako polokalamu quantumization ORCA [4] ma lalo o ke ʻano o ka manaʻo hana density (DFT). Ua hoʻohana ʻia ke ʻano hana DFT D/B3LYP/Def2 TZVP no ka helu ʻana i nā ʻano hana a me nā ikaika ma waena o nā kinoea like ʻole a me ka silica gel. I mea e maʻalahi ai ka helu ʻana, ua hōʻike ʻia nā solids silica gel e nā molekele waikawa orthosilicic tetrameric. Hōʻike nā hualoaʻa helu hiki iā H2 O, NH3 a me HCl ke hana i nā paʻa hydrogen me ka hui hydroxyl ma ka ʻili o ka silica gel (e nānā i ke Kiʻi 6a ~ c). Loaʻa iā lākou ka ikehu hoʻopaʻa ikaika ma ka ʻili silica gel (e ʻike i ka Papa 2) a hiki ke hoʻopili ʻia ma ka ʻili silica gel. No ka mea, ua like ka ikehu paa o NH3 a me HCl me ko H2 O, hiki i ka holoi wai ke alakai i ka hoopau ana o keia mau mole kinoea elua. No ka mole SO2, ʻo kona ikehu hoʻopaʻa ʻana he -17.47 kJ/mol wale nō, ʻoi aku ka liʻiliʻi ma mua o nā molekala ʻekolu ma luna. Eia naʻe, ua hōʻoia ka hoʻokolohua he maʻalahi ka hoʻopili ʻana o ke kinoea SO2 ma ka silica gel, a ʻo ka holoi ʻana ʻaʻole hiki ke hoʻopau ʻia, a ʻo ka hoʻomehana wale nō e hiki ai iā SO2 ke pakele mai ka ʻili o ka silica gel. No laila, manaʻo mākou e hui pū ʻo SO2 me H2 O ma ka ʻili o ka silica gel e hana i nā hakina H2 SO3. Hōʻike ka Figure 6e i ka hana ʻana o ka molekala H2 SO3 i ʻekolu mau paʻa hydrogen me ka hydroxyl a me nā ʻātoma oxygen ma ka ʻili o ka silica gel i ka manawa like, a ʻo ka ikehu hoʻopaʻa ʻana ua like ke kiʻekiʻe e like me -76.63 kJ/mol, e wehewehe ana i ke kumu i hoʻopili ʻia ai ka SO2 ma luna. paʻakikī ka paʻakikī o ka silica gel me ka wai. ʻO ka non-polar CO2 ka nāwaliwali loa o ka hiki ke hoʻopaʻa ʻia me ka silica gel, a hiki ke hoʻopili wale ʻia e ka silica gel. ʻOiai ua hiki pū ka ikehu hoʻopaʻa o H2 CO3 a me ka silica gel -65.65 kJ / mol, ʻaʻole kiʻekiʻe ka nui o ka hoʻololi ʻana o CO2 i H2 CO3, no laila ua hoʻemi ʻia ka helu adsorption o CO2. Hiki ke ʻike ʻia mai ka ʻikepili ma luna aʻe ʻaʻole ʻo ka polarity o ka mole kinoea wale nō ka mea e hoʻoholo ai inā hiki ke adsorbed e ka silica gel, a ʻo ka hydrogen paʻa i hana ʻia me ka ʻili silica gel ke kumu nui o kāna adsorption paʻa.
ʻO ka hui ʻana o ka silica gel ʻo SiO2 · nH2 O, ka ʻāpana nui o ka silica gel a me ka hui hydroxyl waiwai ma ka ʻili e hiki ke hoʻohana ʻia ka silica gel e like me ka mea maloʻo ʻole me ka hana maikaʻi loa, a hoʻohana nui ʻia i ka hana a me ke ola. . I loko o kēia pepa, ua hōʻoia ʻia mai ʻelua ʻaoʻao o ka hoʻokolohua a me ka helu theoretical hiki i ka silica gel ke hoʻopili i ka NH3, HCl, SO2, CO2 a me nā kinoea ʻē aʻe ma o nā paʻa hydrogen intermolecular, no laila ʻaʻole hiki ke hoʻohana ʻia ka silica gel no ka hoʻomaloʻo ʻana i kēia mau kinoea. ʻO ka hui ʻana o ka silica gel ʻo SiO2 · nH2 O, ka ʻāpana nui o ka silica gel a me ka hui hydroxyl waiwai ma ka ʻili e hiki ke hoʻohana ʻia ka silica gel e like me ka mea maloʻo ʻole me ka hana maikaʻi loa, a hoʻohana nui ʻia i ka hana a me ke ola. . I loko o kēia pepa, ua hōʻoia ʻia mai ʻelua ʻaoʻao o ka hoʻokolohua a me ka helu theoretical hiki i ka silica gel ke hoʻopili i ka NH3, HCl, SO2, CO2 a me nā kinoea ʻē aʻe ma o nā paʻa hydrogen intermolecular, no laila ʻaʻole hiki ke hoʻohana ʻia ka silica gel no ka hoʻomaloʻo ʻana i kēia mau kinoea.
3
FIG. 6 Nā ʻano hana pili ma waena o nā molekele like ʻole a me ka ʻili silica gel i helu ʻia e ke ʻano DFT
Ka manawa hoʻouna: Nov-14-2023
