Nan pwodiksyon ak lavi, jèl silica ka itilize pou sèk N2, lè, idwojèn, gaz natirèl [1] ak sou sa. Dapre asid ak alkali, desiccant ka divize an: desiccant asid, desiccant alkalin ak desiccant net [2]. Jèl silica parèt yo dwe yon seche rad net ki sanble sèk NH3, HCl, SO2, elatriye Sepandan, nan pwen de vi prensip la, jèl silica konpoze de dezidratasyon entèmolekilè ki genyen twa dimansyon nan molekil asid orthosilicic, kò prensipal la se SiO2, ak sifas la rich nan gwoup idroksil (gade Figi 1). Rezon an pou kisa jèl silica ka absòbe dlo se ke gwoup la idroksil Silisyòm sou sifas la nan jèl silica ka fòme lyezon idwojèn intermolecular ak molekil dlo, kidonk li ka adsorb dlo e konsa jwe yon wòl siye. Jèl silica ki chanje koulè a gen iyon cobalt, epi apre dlo adsorption a rive nan saturation, iyon cobalt nan jèl silica ki chanje koulè vin idrate iyon cobalt, se konsa ke jèl silica ble a vin woz. Apre chofe jèl silica woz la nan 200 ℃ pou yon peryòd de tan, kosyon idwojèn ki genyen ant jèl silica ak molekil dlo a kase, ak jèl silica dekolore a pral vire ble ankò, se konsa ke dyagram estrikti asid silik ak jèl silica ka kase. dwe reitilize jan yo montre nan Figi 1. Se konsa, depi sifas jèl silica se moun rich nan gwoup idroksil, sifas jèl silica ka tou fòme lyezon idwojèn entèmolekilè ak NH3 ak HCl, elatriye, epi pa gen okenn fason yo aji kòm yon desiccant nan NH3 ak HCl, epi pa gen okenn rapò ki enpòtan nan literati ki egziste deja. Se konsa, sa ki te rezilta yo? Sijè sa a te fè rechèch eksperimantal sa yo.
FIG. 1 Dyagram estrikti asid orto-silisik ak jèl silica
2 Pati Eksperyans
2.1 Eksplorasyon sijè ki abòde aplikasyon an nan desiccant jèl silica - Amonyak Premyèman, yo te mete jèl la silica dekolore nan dlo distile ak dlo amonyak konsantre respektivman. Jèl silica dekolore vin woz nan dlo distile; Nan amonyak konsantre, silikon ki chanje koulè a vin tounen wouj epi tou dousman vire ble limyè. Sa a montre ke jèl silica ka absòbe NH3 oswa NH3 ·H2 O nan amonyak. Jan yo montre nan Figi 2, idroksid kalsyòm solid ak klori amonyòm yo melanje ak chofe nan yon tib tès. Se gaz la ki kapab lakòz retire pa lacho alkali ak Lè sa a, pa jèl silica. Koulè jèl silica a tou pre direksyon antre vin pi lejè (koulè aplikasyon an nan desiccant jèl silica nan Figi 2 yo eksplore - amonyak 73, 8yèm faz 2023 la se fondamantalman menm jan ak koulè jèl silica tranpe). nan dlo amonyak konsantre), ak papye tès pH la pa gen okenn chanjman evidan. Sa a endike ke NH3 pwodwi a pa te rive nan papye tès pH la, epi li te konplètman adsorbed. Apre yon peryòd de tan, sispann chofaj la, pran yon ti pati nan boul la jèl silica, mete l nan dlo distile a, ajoute fenolftalein nan dlo a, solisyon an vin wouj, ki endike ke jèl la silica gen yon efè adsorption fò sou NH3, apre yo fin detache dlo distile a, NH3 antre nan dlo distile a, solisyon an se alkalin. Se poutèt sa, paske jèl la silica gen yon adsorption fò pou NH3, ajan an siye silikon pa ka sèk NH3.
FIG. 2 Eksplorasyon sijè ki abòde lan aplikasyon desiccant jèl silica - amonyak
2.2 Eksplorasyon sijè ki abòde lan aplikasyon desiccant jèl silica - klori idwojèn premye boule solid NaCl ak flanm dife lanp alkòl yo retire dlo a mouye nan eleman yo solid. Apre echantiyon an refwadi, yo ajoute asid silfirik konsantre nan solid NaCl pou pwodui imedyatman yon gwo kantite bul. Se gaz ki pwodwi a pase nan yon tib siye esferik ki gen jèl silica, epi yo mete yon papye tès pH mouye nan fen tib la seche. Jèl silica nan fen devan an vire limyè vèt, ak papye tès pH mouye a pa gen okenn chanjman evidan (gade Figi 3). Sa a montre ke gaz HCl pwodwi a konplètman adsorbed pa jèl silica epi li pa chape nan lè a.
Figi 3 Rechèch sou sijè ki abòde lan aplikasyon desiccant jèl silica - klori idwojèn
Jèl silica adsorbed HCl ak vire limyè vèt yo te mete nan yon tib tès. Mete nouvo jèl silica ble a nan tib tès la, ajoute asid idroklorik konsantre, jèl silica tou vin koulè vèt limyè, de koulè yo fondamantalman menm. Sa a montre gaz la silica jèl nan tib la seche esferik.
2.3 Eksplorasyon sijè ki abòde aplikasyon an nan desiccant jèl silica - diyoksid souf Melanje asid silfirik konsantre ak solid thiosulfate sodyòm (gade Figi 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O; Gaz pwodwi a pase nan tib siye a ki gen jèl silica dekolore, jèl silica dekolore vin limyè ble-vèt, ak papye litmus ble nan fen papye tès mouye a pa chanje anpil, ki endike ke gaz SO2 ki te pwodwi a gen te konplètman adsorbed pa boul la jèl silica epi yo pa ka chape.
FIG. 4 Eksplorasyon sijè ki abòde lan aplikasyon desiccant jèl silica - diyoksid souf
Wete yon pati nan boul la jèl silica epi mete l nan dlo distile. Apre balans konplè, pran yon ti gout dlo sou papye litmus ble a. Papye tès la pa chanje anpil, sa ki endike ke dlo distile pa ase pou desorbe SO2 soti nan jèl silica. Pran yon ti pati nan boul jèl silica a epi chofe l nan tib tès la. Mete mouye papye litmus ble nan bouch tib tès la. Papye litmus ble a vin wouj, ki endike ke chofaj fè gaz SO2 desorbed nan boul la jèl silica, konsa fè papye litmus la vin wouj. Eksperyans ki anwo yo montre ke jèl silica tou gen yon efè adsorption fò sou SO2 oswa H2 SO3, epi yo pa ka itilize pou siye gaz SO2.
2.4 Eksplorasyon sijè ki abòde lan aplikasyon desiccant jèl silica - diyoksid kabòn
Jan yo montre nan Figi 5, solisyon bikabonat sodyòm koule fenolftalein parèt limyè wouj. Se solid bikabonat sodyòm nan chofe ak melanj gaz ki kapab lakòz la pase nan yon tib siye ki gen esfè jèl silica sèk. Jèl silica a pa chanje anpil epi bikabonat sodyòm koule ak fenolftalein adsorbe HCl la. Iyon Cobalt nan jèl silica dekolore fòme yon solisyon vèt ak Cl- epi piti piti vin san koulè, sa ki endike ke gen yon konplèks gaz CO2 nan fen tib siye esferik la. Limyè-vèt jèl silica a mete nan dlo distile, ak jèl silica dekolore piti piti chanje nan jòn, ki endike ke HCl adsorbed pa jèl silica te desorbed nan dlo a. Yon ti kantite solisyon akeuz anwo a te ajoute nan solisyon an nitrat ajan asid pa asid nitrique yo fòme yon presipite blan. Yon ti kantite solisyon akeuz tonbe sou yon pakèt papye tès pH, ak papye tès la vin wouj, ki endike ke solisyon an se asid. Eksperyans ki anwo yo montre ke jèl silica gen yon adsorption fò nan gaz HCl. HCl se yon molekil fòtman polè, ak gwoup idroksil la sou sifas jèl silica tou gen gwo polarite, ak de yo ka fòme lyezon idwojèn entèmolekilè oswa gen relativman fò entèraksyon dipol dipol, sa ki lakòz yon fòs entèmolekilè relativman fò ant sifas silica. jèl ak molekil HCl, kidonk jèl silica gen yon adsorption fò nan HCl. Se poutèt sa, ajan siye silikon pa ka itilize pou sèk chape HCl, se sa ki, jèl la silica pa adsorb CO2 oswa sèlman pasyèlman adsorb CO2.
FIG. 5 Eksplorasyon sijè ki abòde lan aplikasyon desiccant jèl silica - diyoksid kabòn
Yo nan lòd yo pwouve adsorption nan jèl silica nan gaz gaz kabonik, eksperyans sa yo yo kontinye. Te boul la jèl silica nan tib la seche esferik retire, epi yo te pati a divize an solisyon bikabonat sodyòm koule fenolftalein. Solisyon bikabonat sodyòm lan te dekolore. Sa a montre ke jèl silica adsorbe gaz kabonik, epi apre yo fin idrosolubl nan dlo, gaz kabonik desorbs nan solisyon bikabonat sodyòm, fè solisyon bikabonat sodyòm fennen. Se pati ki rete a nan boul la silikon chofe nan yon tib tès sèk, epi yo pase gaz la ki kapab lakòz nan yon solisyon nan bikabonat sodyòm degoute ak phenolphthalein. Byento, solisyon an bikabonat sodyòm chanje soti nan wouj limyè a san koulè. Sa a montre tou ke jèl silica toujou gen kapasite adsorption pou gaz CO2. Sepandan, fòs adsorption nan jèl silica sou CO2 pi piti anpil pase sa yo ki nan HCl, NH3 ak SO2, ak gaz kabonik ka sèlman pasyèlman adsorbed pandan eksperyans la nan figi 5. Rezon ki fè jèl silica ka pasyèlman adsorb CO2 gen anpil chans yo dwe. jèl silica ak CO2 fòme lyezon idwojèn entèmolekilè Si — OH… O =C. Paske atòm kabòn santral la nan CO2 se ibrid sp, ak atòm Silisyòm nan jèl silica se ibrid sp3, molekil lineyè CO2 pa kolabore byen ak sifas jèl silica, sa ki lakòz fòs adsorption jèl silica sou gaz kabonik relativman. piti.
3.Konparezon ant solubility nan kat gaz yo nan dlo ak estati adsorption sou sifas jèl silica Soti nan rezilta eksperimantal ki anwo yo, li ka wè ke jèl silica gen yon kapasite adsorption fò pou amonyak, klori idwojèn ak diyoksid souf, men. yon ti fòs adsorption pou gaz kabonik (gade Tablo 1). Sa a se menm jan ak solubility nan kat gaz yo nan dlo. Sa a ka paske molekil dlo gen idroksi-OH, ak sifas jèl silica tou se moun rich nan idroksil, kidonk solubility nan kat gaz sa yo nan dlo se trè menm jan ak adsorption li yo sou sifas la nan jèl silica. Pami twa gaz gaz amonyak, klori idwojèn ak diyoksid souf, diyoksid souf gen pi piti solubilite nan dlo, men apre yo fin adsorbe pa jèl silica, li se pi difisil pou desorption nan mitan twa gaz yo. Apre jèl la silica adsorbs amonyak ak klori idwojèn, li ka desorbed ak dlo sòlvan. Apre gaz diyoksid souf la adsorbed pa jèl silica, li difisil pou desorption ak dlo, epi yo dwe chofe nan desorption soti nan sifas la nan jèl silica. Se poutèt sa, yo dwe teyorikman kalkile adsorption kat gaz sou sifas jèl silica.
4 Kalkil teyorik entèraksyon ant jèl silica ak kat gaz yo prezante nan lojisyèl quantumization ORCA [4] anba kad teyori fonksyonèl dansite (DFT). Metòd DFT D/B3LYP/Def2 TZVP te itilize pou kalkile mòd entèraksyon ak enèji ant diferan gaz ak jèl silica. Yo nan lòd yo senplifye kalkil la, solid jèl silica yo reprezante pa molekil tetrameric orthosilicic asid. Rezilta kalkil yo montre ke H2 O, NH3 ak HCl ka tout fòme lyezon idwojèn ak gwoup idroksil la sou sifas jèl silica (gade Figi 6a ~ c). Yo gen enèji obligatwa relativman fò sou sifas jèl silica (gade tablo 2) epi yo fasil adsorbe sou sifas jèl silica. Depi enèji obligatwa NH3 ak HCl sanble ak H2 O, lave dlo ka mennen nan desorption de molekil gaz sa yo. Pou molekil SO2 a, enèji obligatwa li se sèlman -17.47 kJ / mol, ki se pi piti anpil pase twa molekil ki anwo yo. Sepandan, eksperyans la konfime ke gaz SO2 fasil adsorbe sou jèl la silica, e menm lave pa ka desorbed li, epi sèlman chofaj ka fè SO2 chape soti nan sifas la nan jèl la silica. Se poutèt sa, nou devine ke SO2 gen chans rive nan konbine ak H2 O sou sifas la nan jèl silica yo fòme H2 SO3 fraksyon. Figi 6e montre ke molekil H2 SO3 a fòme twa lyezon idwojèn ak atòm idwoksil ak oksijèn sou sifas jèl silica an menm tan, ak enèji obligatwa a se yon wo -76.63 kJ / mol, ki eksplike poukisa SO2 adsorbed sou. jèl silica a difisil pou evite ak dlo. CO2 ki pa polè gen kapasite ki pi fèb obligatwa ak jèl silica, epi li ka sèlman pasyèlman adsorbe pa jèl silica. Malgre ke enèji obligatwa H2 CO3 ak jèl silica tou te rive nan -65.65 kJ / mol, pousantaj konvèsyon CO2 nan H2 CO3 pa te wo, kidonk to adsorption CO2 te redwi tou. Li ka wè nan done ki anwo yo ke polarite nan molekil gaz la se pa kritè a sèlman pou jije si li ka adsorbed pa jèl silica, ak kosyon an idwojèn ki te fòme ak sifas la jèl silica se rezon prensipal pou adsorption ki estab li yo.
Konpozisyon nan jèl silica se SiO2 ·nH2 O, gwo sifas jèl silica ak gwoup idroksil rich sou sifas la fè jèl silica ka itilize kòm yon seche rad ki pa toksik ak pèfòmans ekselan, epi li lajman ki itilize nan pwodiksyon ak lavi. . Nan papye sa a, li konfime de aspè eksperyans ak kalkil teyorik ke jèl silica ka adsorbe NH3, HCl, SO2, CO2 ak lòt gaz atravè lyezon idwojèn entèmolekilè, kidonk jèl silica pa ka itilize pou siye gaz sa yo. Konpozisyon nan jèl silica se SiO2 ·nH2 O, gwo sifas jèl silica ak gwoup idroksil rich sou sifas la fè jèl silica ka itilize kòm yon seche rad ki pa toksik ak pèfòmans ekselan, epi li lajman ki itilize nan pwodiksyon ak lavi. . Nan papye sa a, li konfime de aspè eksperyans ak kalkil teyorik ke jèl silica ka adsorbe NH3, HCl, SO2, CO2 ak lòt gaz atravè lyezon idwojèn entèmolekilè, kidonk jèl silica pa ka itilize pou siye gaz sa yo.
３
FIG. 6 Mòd entèraksyon ant diferan molekil ak sifas jèl silica kalkile pa metòd DFT
Tan pòs: Nov-14-2023
