En produktado kaj vivo, silika ĝelo povas esti uzata por sekigi N2, aeron, hidrogenon, tergason [1] ktp. Laŭ acido kaj alkala, sekigilo povas esti dividita en: acida sekigilo, alkala sekigilo kaj neŭtrala sekigilo [2]. Silika ĝelo ŝajnas esti neŭtrala sekigilo, kiu ŝajnas sekigi NH3, HCl, SO2, ktp. Tamen, de la principa vidpunkto, silika ĝelo konsistas el tridimensia intermolekula dehidratiĝo de ortosilic-acida molekuloj, la ĉefa korpo estas SiO2, kaj la surfaco estas riĉa je hidroksilaj grupoj (vidu figuron 1). La kialo kial silika ĝelo povas sorbi akvon estas ke la silicia hidroksila grupo sur la surfaco de silika ĝelo povas formi intermolekulajn hidrogenajn ligojn kun akvaj molekuloj, do ĝi povas adsorbi akvon kaj tiel ludi sekigan rolon. La kolora ŝanĝiĝanta silika ĝelo enhavas kobaltajn jonojn, kaj post kiam la adsorba akvo atingas saturiĝon, la kobaltaj jonoj en la kolora ŝanĝiĝanta silika ĝelo fariĝas hidrataj kobaltaj jonoj, tiel ke la blua silika ĝelo fariĝas rozkolora. Post varmigado de la rozkolora silika ĝelo je 200 ℃ dum tempodaŭro, la hidrogena ligo inter la silika ĝelo kaj akvomolekuloj rompas, kaj la malkolorigita silika ĝelo denove bluiĝos, tiel ke la strukturdiagramo de la silika acido kaj silika ĝelo povas. estu reuzita kiel montrite en Figuro 1. Do, ĉar la surfaco de silika ĝelo estas riĉa je hidroksilaj grupoj, la surfaco de silika ĝelo ankaŭ povas formi intermolekulajn hidrogenajn ligojn kun NH3 kaj HCl, ktp., kaj eble ne ekzistas maniero agi kiel sekigilo de NH3 kaj HCl, kaj ekzistas neniu koncerna raporto en la ekzistanta literaturo. Kio do estis la rezultoj? Ĉi tiu temo faris la sekvan eksperimentan esploron.
FIG. 1 Struktura diagramo de orto-silica acido kaj silika ĝelo
2 Eksperimenta Parto
2.1 Esplorado de la amplekso de aplikado de silika ĝelo sekigilo - Amoniako Unue, la senkolorigita silika ĝelo estis metita en distilitan akvon kaj koncentritan amoniakvon respektive. Malkolorigita silika ĝelo fariĝas rozkolora en distilita akvo; En koncentrita amoniako, la kolorŝanĝiĝanta silikono unue fariĝas ruĝa kaj malrapide fariĝas helblua. Ĉi tio montras, ke silika ĝelo povas sorbi NH3 aŭ NH3 ·H2 O en amoniako. Kiel montrite en Figuro 2, solida kalcia hidroksido kaj amonia klorido estas egale miksitaj kaj varmigitaj en provtubo. La rezulta gaso estas forigita per alkala kalko kaj tiam per silika ĝelo. La koloro de la silika ĝelo proksime de la enirdirekto fariĝas pli malpeza (la koloro de la aplika amplekso de la silika ĝelo sekigilo en Figuro 2 estas esplorita - amoniako 73, la 8-a fazo de 2023 estas esence la sama kiel la koloro de la silika ĝelo trempita. en koncentrita amoniako akvo), kaj la pH-testpapero havas neniun evidentan ŝanĝon. Ĉi tio indikas ke la NH3 produktita ne atingis la pH-testpaperon, kaj ĝi estis tute adsorbita. Post tempodaŭro, ĉesigu la hejtadon, elprenu malgrandan parton de la silika ĝelo, metu ĝin en la distilitan akvon, aldonu fenolftaleinon al la akvo, la solvo ruĝiĝas, indikante, ke la silika ĝelo havas fortan adsorban efikon sur. NH3, post kiam la distilita akvo estas malfiksita, NH3 eniras la distilita akvon, la solvo estas alkala. Tial, ĉar la silika ĝelo havas fortan adsorbadon por NH3, la silikona sekiga agento ne povas sekigi NH3.
FIG. 2 Esplorado de la amplekso de apliko de silika ĝelo sekigilo - amoniako
2.2 Esplorado de la amplekso de aplikado de silika ĝelo sekigilo - hidrogena klorido unue bruligas NaCl-solidojn per alkohola lampo-flamo por forigi la malsekan akvon en la solidaj komponantoj. Post kiam la provaĵo estas malvarmetigita, densa sulfata acido estas aldonita al NaCl-solidoj por tuj produkti grandan nombron da vezikoj. La generita gaso estas pasita en sferan sekigan tubon enhavanta silikan ĝelon, kaj malseka pH-testpapero estas metita ĉe la fino de la sekiga tubo. La silika ĝelo ĉe la antaŭa fino fariĝas helverda, kaj la malseka pH-testpapero havas neniun evidentan ŝanĝon (vidu Figuro 3). Tio montras ke la generita HCl-gaso estas tute adsorbita de silika ĝelo kaj ne eskapas en la aeron.
Figuro 3 Esplorado pri la amplekso de aplikado de silika ĝelo sekigilo - hidrogena klorido
La silika ĝelo adsorbis HCl kaj fariĝis helverda estis metita en provtubon. Metu la novan bluan silikan ĝelon en la provtubon, aldonu koncentritan kloritan acidon, silikan ĝelon ankaŭ fariĝas helverda koloro, la du koloroj estas esence samaj. Ĉi tio montras la silikĝelan gason en la sfera sekiga tubo.
2.3 Esplorado de la aplika amplekso de silika ĝela sekigilo — sulfura dioksido Miksita koncentrita sulfata acido kun natria tiosulfato solida (vidu Figuro 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O; La generita gaso estas trapasita tra la sekiga tubo enhavanta la senkolorigitan silikan ĝelon, la senkolorigitan silikan ĝelon fariĝas helblue-verda, kaj la blua tornasolpapero ĉe la fino de la malseka testpapero ne ŝanĝiĝas signife, indikante ke la generita SO2-gaso havas estis tute adsorbita de la silika ĝela pilko kaj ne povas eskapi.
FIG. 4 Esplorado de la amplekso de apliko de silika ĝela sekigilo - sulfura dioksido
Deprenu parton de la silika ĝela pilko kaj metu ĝin en distilitan akvon. Post plena ekvilibro, prenu malgrandan kvanton da akvoguto sur la bluan kurtenpaperon. La testpapero ne ŝanĝiĝas signife, indikante ke distilita akvo ne sufiĉas por desorbi SO2 de la silika ĝelo. Prenu malgrandan parton de la silika ĝela pilko kaj varmigu ĝin en la provtubo. Metu malsekan bluan tornasolpaperon ĉe la buŝo de la provtubo. La blua tornasolpapero fariĝas ruĝa, indikante ke hejtado igas SO2-gason desorbitan de la silika ĝela pilko, tiel igante la tornasolpaperon fariĝi ruĝa. La supraj eksperimentoj montras, ke silika ĝelo ankaŭ havas fortan adsorban efikon sur SO2 aŭ H2 SO3, kaj ne povas esti uzata por sekigi SO2-gason.
2.4 Esplorado de la amplekso de apliko de silika ĝela sekigilo - Karbona dioksido
Kiel montrite en Figuro 5, natria bikarbonata solvo gutas fenolftaleinon aperas helruĝa. La natria bikarbonata solido estas varmigita kaj la rezulta gasmiksaĵo estas trapasita tra sekiga tubo enhavanta sekigitajn silicagelsferojn. La silika ĝelo ne ŝanĝiĝas signife kaj la natria bikarbonato gutas kun fenolftaleino adsorbas la HCl. La kobaltjono en la senkolorigita silicoksidĝelo formas verdan solvaĵon kun Cl- kaj iom post iom iĝas senkolora, indikante ke ekzistas CO2-gaskomplekso ĉe la fino de la sfera sekiga tubo. La helverda silika ĝelo estas metita en distilitan akvon, kaj la senkolorigita silika ĝelo iom post iom ŝanĝiĝas al flava, indikante ke la HCl adsorbita de silika ĝelo estis malsorbita en la akvon. Malgranda kvanto de la supra akva solvaĵo estis aldonita al la arĝentnitrata solvaĵo acidigita de nitrata acido por formi blankan precipitaĵon. Malgranda kvanto da akva solvaĵo estas faligita sur larĝan gamon de pH-testpapero, kaj la testpapero fariĝas ruĝa, indikante ke la solvo estas acida. La supraj eksperimentoj montras, ke silika ĝelo havas fortan adsorbadon al HCl-gaso. HCl estas forte polusa molekulo, kaj la hidroksila grupo sur la surfaco de silika ĝelo ankaŭ havas fortan polusecon, kaj la du povas formi intermolekulajn hidrogenajn ligojn aŭ havi relative fortan dipolan dipolinteragon, rezultigante relative fortan intermolekulan forton inter la surfaco de silicoksido. ĝelo kaj HCl-molekuloj, do silika ĝelo havas fortan adsorbadon de HCl. Sekve, silikona sekiga agento ne povas esti uzata por sekigi HCl-fuĝon, tio estas, la silika ĝelo ne adsorbas CO2 aŭ nur parte adsorbas CO2.
FIG. 5 Esplorado de la amplekso de apliko de silika ĝela sekigilo - karbondioksido
Por pruvi la adsorbadon de silika ĝelo al karbondioksida gaso, la sekvaj eksperimentoj estas daŭrigitaj. La silika ĝela pilko en la sfera sekiga tubo estis forigita, kaj la parto estis dividita en natrian bikarbonatan solvon gutante fenolftaleinon. La natria bikarbonata solvo estis senkolorigita. Ĉi tio montras, ke silika ĝelo adsorbas karbondioksidon, kaj post solvebla en akvo, karbondioksido malsorbiĝas en natrian bikarbonatan solvaĵon, igante natrian bikarbonatan solvaĵon fadi. La restanta parto de la silikona pilko estas varmigita en seka provtubo, kaj la rezulta gaso estas pasita en solvon de natria bikarbonato gutante kun fenolftaleino. Baldaŭ, la natria bikarbonata solvo ŝanĝiĝas de helruĝa al senkolora. Ĉi tio ankaŭ montras, ke silika ĝelo ankoraŭ havas adsorban kapablon por CO2-gaso. Tamen, la adsorba forto de silika ĝelo sur CO2 estas multe pli malgranda ol tiu de HCl, NH3 kaj SO2, kaj karbondioksido povas esti nur parte adsorbita dum la eksperimento en Figuro 5. La kialo kial silika ĝelo povas parte adsorbi CO2 verŝajne estas ke silika ĝelo kaj CO2 formas intermolekulajn hidrogenajn ligojn Si — OH… O =C. Ĉar la centra karbonatomo de CO2 estas sp-hibrido, kaj la silicia atomo en silika ĝelo estas sp3-hibrido, la lineara CO2-molekulo ne bone kunlaboras kun la surfaco de silika ĝelo, rezultigante la adsorban forton de silika ĝelo sur karbondioksido estas relative. malgranda.
3.Komparo inter la solvebleco de la kvar gasoj en akvo kaj la adsorbada stato sur la surfaco de silika ĝelo El la supraj eksperimentaj rezultoj, oni povas vidi, ke silika ĝelo havas fortan adsorban kapablon por amoniako, hidrogena klorido kaj sulfura dioksido, sed malgranda adsorba forto por karbondioksido (vidu Tabelon 1). Ĉi tio estas simila al la solvebleco de la kvar gasoj en akvo. Tio povas esti ĉar akvomolekuloj enhavas hidroksi-OH, kaj la surfaco de silika ĝelo ankaŭ estas riĉa je hidroksilo, do la solvebleco de tiuj kvar gasoj en akvo estas tre simila al ĝia adsorbado sur la surfaco de silika ĝelo. Inter la tri gasoj de amoniako, hidrogena klorido kaj sulfura dioksido, sulfura dioksido havas la plej malgrandan solveblecon en akvo, sed post adsorbiĝo de silika ĝelo, ĝi estas la plej malfacile malsorbebla inter la tri gasoj. Post kiam la silika ĝelo adsorbas amoniako kaj hidrogena klorido, ĝi povas esti malsorbata per solva akvo. Post kiam la sulfura dioksida gaso estas adsorbita de silika ĝelo, estas malfacile malsorbiĝi kun akvo, kaj devas esti varmigita ĝis malsorbiĝo de la surfaco de silika ĝelo. Tial, la adsorbado de kvar gasoj sur la surfaco de silika ĝelo devas esti teorie kalkulita.
4 Teoria kalkulo de la interago inter silika ĝelo kaj kvar gasoj estas prezentita en la kvantuma ORCA-softvaro [4] sub la kadro de denseca funkcia teorio (DFT). La DFT D/B3LYP/Def2 TZVP-metodo estis uzita por kalkuli la interagadreĝimojn kaj energiojn inter malsamaj gasoj kaj silika ĝelo. Por simpligi la kalkulon, silika ĝelsolidoj estas reprezentitaj per tetrameraj ortosilic-acido molekuloj. La kalkulrezultoj montras, ke H2 O, NH3 kaj HCl ĉiuj povas formi hidrogenajn ligojn kun la hidroksila grupo sur la surfaco de silika ĝelo (vidu Figuro 6a ~ c). Ili havas relative fortan ligan energion sur la silika ĝela surfaco (vidu Tabelon 2) kaj estas facile adsorbitaj sur la silika ĝela surfaco. Ĉar la liga energio de NH3 kaj HCl estas simila al tiu de H2 O, akvolavado povas kaŭzi malsorbadon de tiuj du gasmolekuloj. Por la SO2-molekulo, ĝia liga energio estas nur —17.47 kJ/mol, kio estas multe pli malgranda ol ĉi-supraj tri molekuloj. Tamen la eksperimento konfirmis, ke SO2-gaso estas facile adsorbebla sur la silika ĝelo, kaj eĉ lavado ne povas malsorbi ĝin, kaj nur hejtado povas eskapi SO2 el la surfaco de la silika ĝelo. Tial ni konjektis, ke SO2 verŝajne kombiniĝos kun H2 O sur la surfaco de silika ĝelo por formi H2 SO3-frakciojn. Figuro 6e montras, ke la H2 SO3-molekulo formas tri hidrogenajn ligojn kun la hidroksilaj kaj oksigenaj atomoj sur la surfaco de la silika ĝelo samtempe, kaj la liga energio estas same alta kiel -76,63 kJ/mol, kio klarigas kial SO2 adsorbiĝis sur la silika ĝelo estas malfacile eviti per akvo. Nepolusa CO2 havas la plej malfortan devigan kapablon kun silika ĝelo, kaj povas esti nur parte adsorbita per silika ĝelo. Kvankam la liga energio de H2 CO3 kaj silika ĝelo ankaŭ atingis -65,65 kJ/mol, la konvertiĝo de CO2 al H2 CO3 ne estis alta, do ankaŭ la adsorba indico de CO2 reduktiĝis. Oni povas vidi el ĉi-supraj datumoj, ke la poluseco de la gasa molekulo ne estas la sola kriterio por juĝi ĉu ĝi povas esti adsorbita per silika ĝelo, kaj la hidrogena ligo formita kun la silika ĝela surfaco estas la ĉefa kialo de ĝia stabila adsorbado.
La konsisto de silika ĝelo estas SiO2 ·nH2 O, la grandega surfacareo de silika ĝelo kaj la riĉa hidroksila grupo sur la surfaco faras silikan ĝelon povas esti uzata kiel netoksa sekigilo kun bonega rendimento, kaj estas vaste uzata en produktado kaj vivo. . En ĉi tiu artikolo, estas konfirmite de du aspektoj de eksperimento kaj teoria kalkulo, ke silika ĝelo povas adsorbi NH3, HCl, SO2, CO2 kaj aliajn gasojn per intermolekulaj hidrogenaj ligoj, do silika ĝelo ne povas esti uzata por sekigi ĉi tiujn gasojn. La konsisto de silika ĝelo estas SiO2 ·nH2 O, la grandega surfacareo de silika ĝelo kaj la riĉa hidroksila grupo sur la surfaco faras silikan ĝelon povas esti uzata kiel netoksa sekigilo kun bonega rendimento, kaj estas vaste uzata en produktado kaj vivo. . En ĉi tiu artikolo, estas konfirmite de du aspektoj de eksperimento kaj teoria kalkulo, ke silika ĝelo povas adsorbi NH3, HCl, SO2, CO2 kaj aliajn gasojn per intermolekulaj hidrogenaj ligoj, do silika ĝelo ne povas esti uzata por sekigi ĉi tiujn gasojn.
３
FIG. 6 Interagaj reĝimoj inter malsamaj molekuloj kaj silika ĝela surfaco kalkulita per DFT-metodo
Afiŝtempo: Nov-14-2023
