In a produzzione è a vita, u gel di silice pò esse usatu per asciugà N2, aria, idrogenu, gasu naturali [1] è cusì. Sicondu l'acidu è l'alkali, u dessicante pò esse divisu in: dessicante d'acidu, dessicante alkaline è dessicante neutru [2]. U gel di silice pare esse un secadoru neutru chì pare chì secca NH3, HCl, SO2, etc. Tuttavia, da u puntu di vista di u principiu, u gel di silice hè cumpostu di desidratazione intermolecular tridimensionale di molécule d'acidu orthosilicic, u corpu principale hè SiO2. è a superficia hè ricca di gruppi idrossilici (vede Figura 1). U mutivu perchè u gel di silice pò assorbe l'acqua hè chì u gruppu di siliciu hydroxyl nantu à a superficia di u gel di silice pò furmà ligami intermoleculari di l'idrogenu cù e molécule d'acqua, cusì pò adsorbe l'acqua è cusì ghjucà un rolu di siccazione. U gel di silice chì cambia u culore cuntene ioni di cobalt, è dopu chì l'acqua di adsorption righjunghji a saturazione, i ioni di cobalt in u gel di silice chì cambianu u culore diventanu ioni di cobalt idratati, cusì chì u gel di silice blu diventa rosa. Dopu avè riscaldatu u gel di silice rosa à 200 ℃ per un periudu di tempu, u ligame di l'idrogenu trà u gel di silice è e molécule d'acqua si rompe, è u gel di silice scoloritu torna blu, cusì chì u schema di struttura di l'acidu silicicu è u gel di silice pò esse. esse riutilizzati cum'è mostra in Figura 1. Allora, postu chì a superficia di u gel di silice hè ricca in gruppi idrossilici, a superficia di u gel di silice pò ancu formà ligami intermoleculari di l'idrogenu cù NH3 è HCl, etc., è ùn pò esse micca manera di agisce cum'è un dessicante di NH3 è HCl, è ùn ci hè micca un rapportu pertinente in a literatura esistente. Allora chì eranu i risultati? Stu sughjettu hà fattu a seguente ricerca sperimentale.
FIG. 1 Schema di struttura di l'acidu orto-silicicu è u gel di silice
2 Parte di l'esperimentu
2.1 Esplorazione di u scopu di l'applicazione di silica gel dessicante - Ammonia Prima, u silica gel discolored hè stata postu in acqua distillata è acqua ammonia cuncentrata rispettivamente. U gel di silice discolored diventa rosa in acqua distillata; In ammonia cuncintrata, u silicone chì cambia u culore prima diventa rossu è lentamente diventa blu chjaru. Questu mostra chì u gel di silice pò assorbe NH3 o NH3 · H2 O in ammonia. Comu mostra in a Figura 2, l'idrossidu di calcium solidu è u cloru di ammoniu sò mischiati uniformemente è riscaldati in un tubu di prova. U gasu risultatu hè eliminatu da calce alkali è dopu da gel di silice. U culore di u gel di silice vicinu à a direzzione di l'entrata diventa più chjaru (u culore di u scopu di l'applicazione di u dissicante di gel di silice in Figura 2 hè esploratu - ammonia 73, a 8a fase di u 2023 hè basicamente uguale à u culore di u gel di silice imbevutu. in acqua ammoniaca cuncentrata), è a carta di prova di pH ùn hà micca cambiamenti evidenti. Questu indica chì l'NH3 pruduciutu ùn hà micca righjuntu a carta di prova di pH, è hè stata completamente adsorbita. Dopu un periudu di tempu, ferma u riscaldamentu, caccià una piccula parte di a bola di gel di silice, mette in l'acqua distillata, aghjunghje fenolftaleina à l'acqua, a suluzione diventa rossa, chì indica chì u gel di silice hà un forte effettu di adsorption. NH3, dopu chì l'acqua distillata hè deattache, NH3 entra in l'acqua distillata, a suluzione hè alkaline. Dunque, perchè u gel di silice hà una forte adsorzione per NH3, l'agente di secca di silicone ùn pò micca seccu NH3.
FIG. 2 Esplorazione di u scopu di l'applicazione di silica gel dessicante - ammonia
2.2 Esplorazione di u scopu di l'applicazione di silica gel dessicante - l'idrogenu di l'idrogenu brusgia prima i solidi NaCl cù a fiamma di lampa d'alcohol per caccià l'acqua umida in i cumpunenti solidi. Dopu chì a mostra hè rinfriscata, l'acidu sulfuricu cuncentratu hè aghjuntu à i solidi NaCl per pruduce immediatamente un gran numaru di bolle. U gasu generatu hè passatu in un tubu d'asciugatura sfericu chì cuntene gel di silice, è una carta di prova di pH umita hè posta à a fine di u tubu di secca. U gel di silice à a parte frontale diventa verde chjaru, è a carta di prova di pH umitu ùn hà micca un cambiamentu evidenti (vede a Figura 3). Questu mostra chì u gasu HCl generatu hè completamente adsorbitu da u gel di silice è ùn scappa micca in l'aria.
Figura 3 Ricerche nantu à u scopu di l'applicazione di silica gel dessicante - cloru di l'idrogenu
U gel di silice adsorbutu HCl è diventatu verde chjaru hè statu postu in un provettu. Mettite u novu gel di silice blu in u tubu di prova, aghjunghje l'acidu cloridicu cuncentratu, u gel di silice diventa ancu un culore verde chjaru, i dui culori sò basamenti listessi. Questu mostra u gasu di gel di silice in u tubu di secca sfericu.
2.3 Exploration of the application scope of silica gel desiccant - sulphur dioxide Mixed acid sulfuric cuncentrazione cun solidu di sodium thiosulfate (vede Figura 4), NA2s2 O3 + H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O; U gasu generatu hè passatu à traversu u tubu di essiccazione chì cuntene u gel di silice scoloritu, u gel di silice scoloritu diventa blu-verde chjaru, è a carta tornasole blu à a fine di a carta di prova bagnata ùn cambia significativamente, chì indica chì u gasu SO2 generatu hà generatu. hè stata completamente adsorbita da a bola di gel di silice è ùn pò micca scappà.
FIG. 4 Esplorazione di u scopu di l'applicazione di dissicante di gel di silice - diossidu di sulfuru
Pigliate una parte di a bola di gel di silice è mette in acqua distillata. Dopu tuttu u equilibriu, pigliate una piccula quantità di goccia d'acqua nantu à u paper turchinu. A carta di prova ùn cambia significativamente, chì indica chì l'acqua distillata ùn hè micca abbastanza per desorbed SO2 da u gel di silice. Pigliate una piccula parte di a bola di gel di silice è riscaldala in u provettu. Mettite carta di tornasole blu umitu à a bocca di u provettu. U carta di tornasole blu diventa rossu, chì indica chì u riscaldamentu face u gas SO2 desorbutu da a bola di gel di silice, facendu cusì chì a carta di tornasole diventa rossa. L'esperimenti sopra dimustranu chì u gel di silice hà ancu un forte effettu di adsorption in SO2 o H2 SO3, è ùn pò micca esse usatu per siccà u gas SO2.
2.4 Esplorazione di u scopu di l'applicazione di silica gel dessicante - Carbon dioxide
Cum'è mostra in a Figura 5, a suluzione di bicarbonate di sodiu dripping phenolphthalein appare rossu chjaru. U solidu di bicarbonate di sodiu hè riscaldatu è a mistura di gas resultante hè passata à traversu un tubu di secca chì cuntene sfere di gel di silice seccu. U gel di silice ùn cambia micca significativamente è u bicarbonate di sodiu dripping with phenolfthalein adsorbe l'HCl. L'ione di cobalt in u gel di silice scoloritu forma una suluzione verde cù Cl- è diventa gradualmente incolore, chì indica chì ci hè un cumplessu di gas CO2 à a fine di u tubu di secca sfericu. U gelu di silice verde chjaru hè postu in acqua distillata, è u gel di silice scoloritu cambia gradualmente à u giallu, chì indica chì l'HCl adsorbitu da u gel di silice hè statu desorbutu in l'acqua. Una piccula quantità di a suluzione aquosa superiore hè aghjuntu à a suluzione di nitrate d'argentu acidificatu da l'acidu nitricu per furmà un precipitatu biancu. Una piccula quantità di suluzione aquosa hè cascata nantu à una larga gamma di carta di prova di pH, è a carta di prova diventa rossa, chì indica chì a suluzione hè acida. L'esperimenti sopra mostranu chì u gel di silice hà una forte adsorzione à u gasu HCl. HCl hè una molécula fortemente polare, è u gruppu hydroxyl nantu à a superficia di u gel di silice hà ancu una forte polarità, è i dui ponu formate legami d'idrogenu intermoleculari o avè una interazzione dipolu dipolu relativamente forte, chì risulta in una forza intermolecular relativamente forte trà a superficia di silice. molécule di gel è HCl, cusì u gel di silice hà una forte adsorzione di HCl. Per quessa, l'agente di secca di silicone ùn pò micca esse usatu per asciucà a fuga di HCl, vale à dì, u gel di silice ùn adsorbe micca CO2 o solu adsorbe parzialmente CO2.
FIG. 5 Esplorazione di u scopu di l'applicazione di dissicante di gel di silice - diossidu di carbonu
Per pruvà l'adsorzione di u gel di silice à u gasu di diossidu di carbonu, i seguenti esperimenti sò cuntinuati. A bola di gel di silice in u tubu di siccamentu sfericu hè stata eliminata, è a parte hè stata divisa in una suluzione di bicarbonate di sodiu dripping phenolphthalein. A suluzione di bicarbonate di sodiu hè stata decolorata. Questu mostra chì u gel di silice adsorbe u diossidu di carbonu, è dopu solu solu in acqua, u diossidu di carbonu si desorbe in una suluzione di bicarbonate di sodiu, facendu a suluzione di bicarbonate di sodiu fade. A parte restante di a bola di silicone hè riscaldata in un tubu di teste seccu, è u gasu risultatu hè passatu in una suluzione di bicarbonate di sodiu dripping with phenolphthalein. Prestu, a suluzione di bicarbonate di sodiu cambia da rossu chjaru à incolore. Questu mostra ancu chì u gel di silice hà sempre capacità di adsorption per u gasu CO2. In ogni casu, a forza di adsorzione di u gel di silice nantu à CO2 hè assai più chjuca di quella di HCl, NH3 è SO2, è u diossidu di carbonu pò esse adsorbitu solu parzialmente durante l'esperimentu in a Figura 5. U mutivu perchè u gel di silice pò adsorbe parzialmente CO2 hè prubabile di esse. chì u gel di silice è u CO2 formanu ligami d'idrogenu intermolecular Si - OH ... O = C. Perchè l'atomu di carbonu cintrali di CO2 hè sp hybrid, è l'atomu di siliciu in gel di silice hè sp3 hybrid, a molécula di CO2 lineale ùn coopera micca bè cù a superficia di gel di silice, risultatu in a forza di adsorzione di gel di silice nantu à diossidu di carbonu hè relativamente relativamente. picculu.
3.Comparison trà a solubilità di i quattru gasi in l'acqua è u statu di adsorption nantu à a superficia di gel di silice Da i risultati sperimentali sopra, si pò vede chì u gel di silice hà una forte capacità di adsorption per ammonia, cloru di l'idrogenu è diossidu di sulfuru, ma una piccula forza d'adsorption per u diossidu di carbonu (vede Table 1). Questu hè simile à a solubilità di i quattru gasi in l'acqua. Questu pò esse perchè e molécule d'acqua cuntenenu hydroxy-OH, è a superficia di u silica gel hè ancu ricca in hydroxyl, cusì a solubilità di sti quattru gasi in l'acqua hè assai simili à a so adsorption nantu à a superficia di silica gel. Trà i trè gasi di gasu ammoniaca, cloru di l'idrogenu è diossidu di sulfuru, u diossidu di sulfuru hà a più chjuca solubilità in l'acqua, ma dopu esse adsorbitu da u gel di silice, hè u più difficiuli di desorption trà i trè gasi. Dopu chì u gel di silice adsorbe l'ammonia è u cloru di l'idrogenu, pò esse desorbutu cù l'acqua solvente. Dopu chì u gasu di diossidu di sulfuru hè adsorbitu da u gel di silice, hè difficiule di desorption cù l'acqua, è deve esse riscaldatu à a desorption da a superficia di u gel di silice. Dunque, l'adsorption di quattru gasi nantu à a superficia di u gel di silice deve esse calculatu in teoria.
4 U calculu teoricu di l'interazzione trà u gel di silice è quattru gasi hè presentatu in u software di quantificazione ORCA [4] in u quadru di a teoria funziunale di densità (DFT). U metudu DFT D / B3LYP / Def2 TZVP hè statu utilizatu per calculà i modi d'interazzione è l'energie trà diversi gasi è gel di silice. Per simplificà u calculu, i solidi di gel di silice sò rapprisintati da molécule d'acidu ortosilicicu tetramericu. I risultati di u calculu mostranu chì H2 O, NH3 è HCl ponu tutti formanu ligami d'idrogenu cù u gruppu hydroxyl nantu à a superficia di gel di silice (vede Figura 6a ~ c). Hanu una energia di ligame relativamente forte nantu à a superficia di gel di silice (vede a Tabella 2) è sò facilmente adsorbiti nantu à a superficia di gel di silice. Siccomu l'energia di ubligatoriu di NH3 è HCl hè simile à quella di H2 O, u lavu di l'acqua pò purtà à a desorption di sti dui molécule di gas. Per a molècula SO2, a so energia di ubligatoriu hè solu -17,47 kJ / mol, chì hè assai più chjuca di e trè molécule sopra. Tuttavia, l'esperimentu hà cunfirmatu chì u gasu SO2 hè facilmente adsorbutu nantu à u gel di silice, è ancu u lavatu ùn pò micca desorbed, è solu u riscaldamentu pò fà scappà SO2 da a superficia di u gel di silice. Dunque, avemu guessatu chì SO2 hè prubabile di cumminà cù H2 O nantu à a superficia di gel di silice per furmà frazioni H2 SO3. A figura 6e mostra chì a molècula H2 SO3 forma trè legami d'idrogenu cù l'atomi di l'idrossilu è l'ossigenu nantu à a superficia di u gel di silice à u stessu tempu, è l'energia di u ligame hè finu à -76,63 kJ / mol, chì spiega perchè SO2 adsorbitu nantu à u gel di silice hè difficiule d'eludere cù l'acqua. U CO2 non polare hà a capacità di ubligatoriu più debule cù u gel di silice, è pò esse solu adsorbitu parzialmente da u gel di silice. Ancu s'è l'energia di ubligatoriu di H2 CO3 è gel di silice hà ancu righjuntu -65,65 kJ / mol, a tarifa di cunversione di CO2 à H2 CO3 ùn era micca alta, cusì a rata di adsorption di CO2 hè ancu ridutta. Si pò vede da i dati sopra chì a polarità di a molècula di gasu ùn hè micca u solu criteriu per ghjudicà s'ellu pò esse adsorbutu da u gel di silice, è u ligame di l'idrogenu furmatu cù a superficia di u gel di silice hè u mutivu principale di a so adsorption stabile.
A cumpusizioni di u gel di silice hè SiO2 ·nH2 O, l'immensa superficia di u gel di silice è u gruppu idrossilu riccu nantu à a superficia facenu chì u gel di silice pò esse usatu cum'è un secadoru non tossicu cù un rendimentu eccellente, è hè largamente utilizatu in a produzzione è a vita. . In questu documentu, hè cunfirmatu da dui aspetti di l'esperimentu è u calculu teoricu chì u gel di silice pò adsorbe NH3, HCl, SO2, CO2 è altri gasi attraversu ligami intermoleculari di l'idrogenu, cusì u gel di silice ùn pò micca esse usatu per siccà sti gasi. A cumpusizioni di u gel di silice hè SiO2 ·nH2 O, l'immensa superficia di u gel di silice è u gruppu idrossilu riccu nantu à a superficia facenu chì u gel di silice pò esse usatu cum'è un secadoru non tossicu cù un rendimentu eccellente, è hè largamente utilizatu in a produzzione è a vita. . In questu documentu, hè cunfirmatu da dui aspetti di l'esperimentu è u calculu teoricu chì u gel di silice pò adsorbe NH3, HCl, SO2, CO2 è altri gasi attraversu ligami intermoleculari di l'idrogenu, cusì u gel di silice ùn pò micca esse usatu per siccà sti gasi.
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FIG. 6 Modi d'interazione trà e diverse molécule è a superficia di gel di silice calculate da u metudu DFT
Tempu di Postu: 14-Nov-2023
