Производствода һәм тормышта кремний гел N2, һава, водород, табигый газны киптерү өчен кулланылырга мөмкин.Кислота һәм алкалы буенча десикантны бүләргә мөмкин: кислота десиктанты, эшкәртү десиканты һәм нейтраль десикант [2].Силикат гел NH3, HCl, SO2 һ.б. кебек тоелган нейтраль киптергеч булып күренә. Ләкин, принцип күзлегеннән караганда, кремний гел ортосилик кислотасы молекулаларының өч үлчәмле интермолекуляр дегидрациясеннән тора, төп орган - SiO2, һәм өслеге гидроксил төркемнәренә бай (рәсемне кара 1).Кремний геленең су сеңдерә алуының сәбәбе - кремний гель өслегендәге кремний гидроксил группасы су молекулалары белән водород бәйләнешләрен барлыкка китерә ала, шуңа күрә ул су сеңдерә ала һәм шулай итеп киптерү ролен башкара.Төсне үзгәртә торган кремний гелендә кобальт ионнары бар, һәм адсорбция суы туенганнан соң, төсне үзгәртә торган кремний гелендәге кобальт ионнары гидратланган кобальт ионына әверелә, шулай итеп зәңгәр кремний гел алсу була.Алсу кремний гелен 200 at җылытканнан соң, кремний гел белән су молекулалары арасындагы водород бәйләнеше өзелә, һәм төссез кремний гел яңадан зәңгәр төскә керәчәк, шулай итеп кремний кислотасы һәм кремний геленең структур схемасы була ала. 1 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә кабат кулланырга. Шулай итеп, кремний гел өслеге гидроксил төркемнәренә бай булганлыктан, кремний гел өслеге NH3 һәм HCl һ.б. белән интермолекуляр водород бәйләнешен барлыкка китерергә мөмкин, һәм моны эшләргә мөмкинлек юк. NH3 һәм HCl дезиканты, һәм булган әдәбиятта тиешле доклад юк.Нәтиҗәсе нинди булды?Бу тема түбәндәге эксперименталь тикшеренүләр үткәрде.
ИНҖИР.1 Орто-кремний кислотасы һәм кремний геленең структур схемасы
2 Эксперимент өлеше
2.1 Силикат гел десикантын куллану күләмен барлау - Аммоний Беренчедән, төссезләнгән кремний гел дистиллы суга һәм концентрацияләнгән аммиак суына урнаштырылды.Төссез кремний гел дистилляцияләнгән суда алсу төскә керә;Концентрацияләнгән аммиакта төсне үзгәртә торган силикон башта кызыл төскә керә һәм әкрен генә ачык зәңгәр төскә керә.Бу кремний геленең аммиакта NH3 яки NH3 · H2 O сеңдерә алуын күрсәтә.2 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, каты кальций гидроксиды һәм аммиак хлориды тигез кушылып, сынау трубасында җылытыла.Нәтиҗә ясалган газ эшкәртү известь, аннары кремний гел белән чыгарыла.Керү юнәлеше янындагы кремний геленең төсе җиңеләя бара (2 нче рәсемдә кремний гел десикантының куллану күләменең төсе тикшерелә - аммиак 73, 2023 нче елның 8 нче этабы, нигездә, кремний гел төсе белән бертигез. концентрацияләнгән аммиак суында), һәм pH сынау кәгазендә ачык үзгәрешләр юк.Бу NH3 җитештерелгән pH сынау кәгазенә җитмәгәнен һәм тулысынча рекламаланганын күрсәтә.Берникадәр вакыттан соң, җылытуны туктатыгыз, кремний гел шарының кечкенә өлешен чыгарыгыз, дистилляцияләнгән суга салыгыз, суга фенолфталин кушыгыз, эремә кызыл төскә керә, кремний геленең adsorbsion эффектын күрсәтә. NH3, дистилляцияләнгән су җибәрелгәннән соң, NH3 дистилляцияләнгән суга керә, эремә эшкәртүле.Шуңа күрә, кремний гел NH3 өчен көчле adsorbsion булганга, силикон киптерүче агент NH3 киптерә алмый.
ИНҖИР.2 Силикат гел десикант - аммиак куллану күләмен барлау
2.2 Силикат гел десикантны куллану күләмен барлау - водород хлорид NaCl каты матдәләрен алкоголь лампасы белән каты компонентлардагы дымлы судан чыгару өчен яндыра.Ampleрнәк суытылганнан соң, концентрацияләнгән күкерт кислотасы NaCl каты катламына кушыла, шунда ук күп санлы күперләр чыгара.Генерацияләнгән газ кремний гел булган сферик киптерү торбасына уза, һәм киптергеч трубасы ахырында дымлы pH сынау кәгазе урнаштырыла.Алгы өлешендәге кремний гел ачык яшел төскә керә, һәм дымлы pH сынау кәгазендә ачык үзгәрешләр юк (3 нче рәсемне кара).Бу шуны күрсәтә: барлыкка килгән HCl газы кремний гел белән тулысынча үзләштерелгән һәм һавага качмый.
Рәсем 3 Силикат гел десиктанты - водород хлорид куллану күләме буенча тикшеренүләр
Силикат гел HCl adsorbed һәм ачык яшел төскә кертелде.Яңа зәңгәр кремний гелен сынау трубасына салыгыз, концентрацияләнгән гидрохлор кислотасы кушыгыз, кремний гел шулай ук ачык яшел төскә керә, ике төс нигездә бер үк.Бу сферик киптерү трубасында кремний гел газын күрсәтә.
2.3 Силикат гел десикантының куллану күләмен барлау - күкерт диоксиды Натрий тиосульфат каты катнаш катнаш концентрат күкерт кислотасы (4 нче рәсемне кара), NA2s2 O3 + H2 SO4 == Na2 SO4 + SO2 ↑ + S ↓ + H2 O;Генерацияләнгән газ төссез кремний гел булган киптерү торбасы аша уза, төссез кремний гел ачык зәңгәрсу-яшел төскә керә, һәм дым сынау кәгазе ахырындагы зәңгәр литмус кәгазе сизелерлек үзгәрми, бу барлыкка килгән SO2 газының булуын күрсәтә. кремний гел шары белән тулысынча бизәлгән һәм кача алмый.
ИНҖИР.4 Силикат гел десикант - күкерт газын куллану күләмен барлау
Силикат гел шарының бер өлешен алып, дистиллы суга салыгыз.Тулы баланстан соң, зәңгәр литмус кәгазенә аз күләмдә су тамчысын алыгыз.Сынау кәгазе сизелерлек үзгәрми, дистилляцияләнгән су кремний геленнән дезоризацияләнгән SO2 өчен җитми.Силикат гел шарының кечкенә өлешен алыгыз һәм аны сынау трубасында җылытыгыз.Сынау трубасы авызына дымлы зәңгәр литмус кәгазен куегыз.Зәңгәр литмус кәгазе кызыл төскә керә, җылыту SO2 газын кремний гел шарыннан дезоризацияли, шулай итеп литмус кәгазе кызыл төскә керә.Aboveгарыдагы экспериментлар шуны күрсәтә: кремний гел шулай ук SO2 яки H2 SO3 тәэсиренә ия, һәм SO2 газын киптерү өчен кулланып булмый.
2.4 Силикат гел десикант - углерод газын куллану күләмен барлау
5 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, натрий биарбонат эремәсе тамчы фенолфталин ачык кызыл булып күренә.Натрий биарбонаты каты җылытыла һәм барлыкка килгән газ катнашмасы кипкән кремний гел шарлары булган киптерү торбасы аша уза.Кремний гел сизелерлек үзгәрми һәм фенолфталин белән натрий биарбонаты тамчы HCl adsorbs.Төссез кремний гелендәге кобальт ионы Cl- белән яшел эремә формалаштыра һәм акрынлап төссезләнә, бу сферик киптерү трубасы ахырында CO2 газ комплексы барлыгын күрсәтә.Ачык-яшел кремний гел дистилляцияләнгән суга урнаштырыла, һәм төссезләнгән кремний гел акрынлап сары төскә үзгәрә, бу кремний гел белән кушылган HClның суга дезоризацияләнгәнен күрсәтә.Ак явым-төшем барлыкка китерү өчен азот кислотасы белән кислоталанган көмеш селитраның эремәсенә аз күләмдә өске су эремәсе кушылды.РН сынау кәгазенең аз күләмле су эремәсе ташлана, һәм сынау кәгазе кызыл төскә керә, бу эремәнең кислоталы булуын күрсәтә.Aboveгарыдагы экспериментлар шуны күрсәтә: кремний гел HCl газына көчле adsorbsion.HCl - көчле поляр молекуласы, һәм кремний гел өслегендәге гидроксил группасы да көчле поляритлыкка ия, һәм икесе дә водород бәйләнешләрен формалаштырырга яки чагыштырмача көчле дипол дипол үзара бәйләнешкә ия булырга мөмкин, нәтиҗәдә кремний өслеге арасында чагыштырмача көчле интермолекуляр көч барлыкка килергә мөмкин. гель һәм HCl молекулалары, шуңа күрә кремний гел HClның көчле adsorbsionына ия.Шуңа күрә, силикон киптерү агентын HCl качуын киптерү өчен кулланып булмый, ягъни кремний гел CO2 adsorb түгел яки CO2 өлешчә adsorb ясамый.
ИНҖИР.5 Силикат гел десикант - углерод газын куллану күләмен барлау
Силикат гелнең углерод газына adsorbsion булуын исбатлау өчен, түбәндәге экспериментлар дәвам итә.Сферик киптерү трубасындагы кремний гел тупы алынды, һәм өлеше фенолфталин тамчы натрий биарбонат эремәсенә бүленде.Натрий биарбонат эремәсе бизәлгән.Бу шуны күрсәтә: кремний гел углерод газын сеңдерә, һәм суда эрегәннән соң, углерод газы натрий биарбонаты эремәсенә керә, натрий биарбонаты эремәсе бетә.Силикон шарның калган өлеше коры сынау трубасында җылытыла, һәм барлыкка килгән газ фенолфталин белән тамчы натрий биарбонаты эремәсенә бирелә.Озакламый натрий биарбонаты эремәсе ачык кызылдан төссезгә үзгәрә.Бу шулай ук кремний геленең CO2 газы өчен adsorbsion куәтенә ия булуын күрсәтә.Ләкин, CO2-та кремний геленең adsorption көче HCl, NH3 һәм SO2ныкыннан күпкә кечерәк, һәм углерод газы 5-нче рәсемдә эксперимент вакытында өлешчә рекламаланырга мөмкин, кремний гел CO2-ны өлешчә үзләштерә ала. кремний гель һәм CO2 интермолекуляр водород бәйләнешен формалаштыралар Si - OH… O = C.СО2ның үзәк углерод атомы сп гибрид булганга, һәм кремний гелендәге кремний атомы sp3 гибрид булганга, сызыклы CO2 молекуласы кремний гел өслеге белән яхшы хезмәттәшлек итми, нәтиҗәдә кремний гелнең углерод газында үзләштерү көче чагыштырмача. кечкенә.
3. Судагы дүрт газның эрүчәнлеге һәм кремний гел өслегендә adsorbsion статусы белән чагыштыру aboveгарыдагы эксперименталь нәтиҗәләрдән күренгәнчә, кремний гел аммиак, водород хлорид һәм күкерт газы өчен көчле adsorbsion куәтенә ия, ләкин углерод газы өчен кечкенә adsorption көче (карагыз таблица 1).Бу судагы дүрт газның эрүчәнлегенә охшаган.Бу булырга мөмкин, чөнки су молекулаларында гидрокси-ОХ бар, һәм кремний гел өслеге гидроксилга да бай, шуңа күрә бу дүрт газның суда эрүчәнлеге кремний гел өслегендә аның adsorbtion белән бик охшаш.Аммоний газы, водород хлориды һәм күкерт газы өч газ арасында күкерт диоксиды суда иң кечкенә эретүчәнлеккә ия, ләкин кремний гел белән кушылганнан соң, өч газ арасында дезорпцияләү иң кыен.Силикат гел аммиак һәм водород хлоридын үзләштергәннән соң, аны эретүче су белән дезоризацияләргә мөмкин.Күкерт газы газы кремний гел белән кушылганнан соң, су белән дезорпцияләү кыен, һәм кремний гел өслегеннән дезорпциягә кадәр җылытылырга тиеш.Шуңа күрә, кремний гел өслегендә дүрт газның adsorbsion теоретик яктан исәпләнергә тиеш.
4 Силикат гел белән дүрт газ арасындагы үзара бәйләнешне теоретик исәпләү ORCA программасында [4] тыгызлык функциональ теориясе (DFT) кысаларында тәкъдим ителә.DFT D / B3LYP / Def2 TZVP ысулы төрле газлар һәм кремний гел арасындагы үзара тәэсир итү режимын һәм энергиясен исәпләү өчен кулланылды.Хисапны гадиләштерү өчен, кремний гел каты тетрамерик ортосилик кислотасы молекулалары белән күрсәтелә.Хисаплау нәтиҗәләре шуны күрсәтә: H2 O, NH3 һәм HCl барысы да кремний гел өслегендәге гидроксил төркеме белән водород бәйләнешләрен барлыкка китерә алалар (6а ~ c рәсемен карагыз).Алар кремний гел өслегендә чагыштырмача көчле бәйләүче энергиягә ия (2 нче таблицаны карагыз) һәм кремний гел өслегендә җиңел үзләштерелә.NH3 һәм HCl бәйләүче энергиясе H2 O энергиясенә охшаганлыктан, су юу бу ике газ молекуласының дезорпциясенә китерергә мөмкин.SO2 молекуласы өчен аның бәйләүче энергиясе -17,47 kJ / мол гына, бу югарыдагы өч молекуладан күпкә кечерәк.Ләкин, эксперимент раслады, SO2 газы кремний гелендә җиңел үзләштерелә, һәм хәтта юу да аны дезоризацияли алмый, һәм җылыту гына SO2 кремний гел өслегеннән кача ала.Шуңа күрә, без SO2 кремний гел өслегендә H2 O белән кушылып H2 SO3 фракцияләрен барлыкка китерер дип уйладык.6e рәсемдә күрсәтелгәнчә, H2 SO3 молекуласы кремний гел өслегендә гидроксил һәм кислород атомнары белән өч водород бәйләнешен формалаштыра, һәм бәйләүче энергия -76,63 kJ / молга кадәр, бу SO2 ни өчен adsorbed булуын аңлата. кремний гелен су белән качу авыр.Поляр булмаган CO2 кремний гел белән иң зәгыйфь бәйләү сәләтенә ия, һәм кремний гел белән өлешчә рекламаланырга мөмкин.H2 CO3 һәм кремний геленең бәйләүче энергиясе -65,65 kJ / молга җитсә дә, CO2ның H2 CO3 конверсия тизлеге югары булмаган, шуңа күрә CO2ның adsorbsion дәрәҗәсе дә кимегән.Aboveгарыдагы мәгълүматлардан күренгәнчә, газ молекуласының полярлыгы аның кремний гел белән adsorbed булу-булмавын бәяләү өчен бердәнбер критерий түгел, һәм кремний гел өслеге белән барлыкка килгән водород бәйләнеше аның тотрыклы adsorption өчен төп сәбәбе.
Силикат геленең составы SiO2 · nH2 O, кремний геленең зур өслеге һәм бай гидроксил группасы кремний гелен агулы булмаган киптергеч итеп искиткеч җитештерүчәнлек белән кулланырга мөмкин, һәм җитештерүдә һәм тормышта киң кулланыла. .Бу кәгазьдә, эксперимент һәм теоретик исәпләүнең ике аспектыннан расланган, кремний гел NH3, HCl, SO2, CO2 һәм башка газларны интермолекуляр водород бәйләнешләре аша сеңдерә ала, шуңа күрә кремний гел бу газларны киптерү өчен кулланылмый.Силикат геленең составы SiO2 · nH2 O, кремний геленең зур өслеге һәм бай гидроксил группасы кремний гелен агулы булмаган киптергеч итеп искиткеч җитештерүчәнлек белән кулланырга мөмкин, һәм җитештерүдә һәм тормышта киң кулланыла. .Бу кәгазьдә, эксперимент һәм теоретик исәпләүнең ике аспектыннан расланган, кремний гел NH3, HCl, SO2, CO2 һәм башка газларны интермолекуляр водород бәйләнешләре аша сеңдерә ала, шуңа күрә кремний гел бу газларны киптерү өчен кулланылмый.
３
ИНҖИР.6 DFT ысулы белән исәпләнгән төрле молекулалар һәм кремний гел өслеге арасында үзара бәйләнеш режимнары
Пост вакыты: 14-2023 ноябрь
