I dtáirgeadh agus sa saol, is féidir glóthach shilice a úsáid chun N2, aer, hidrigin, gás nádúrtha a thriomú [1] agus mar sin de.De réir aigéad agus alcaile, is féidir desiccant a roinnt ina: desiccant aigéad, desiccant alcaileach agus desiccant neodrach [2].Is cosúil go bhfuil triomadóir neodrach ag glóthach shilice is cosúil go tirim NH3, HCl, SO2, etc., áfach, ó thaobh na bprionsabal, tá glóthach shilice comhdhéanta de dhíhiodráitiú idirmhóilíneach tríthoiseach de mhóilíní aigéad orthosilicic, is é an príomhchorp SiO2, agus tá an dromchla saibhir i ngrúpaí hiodrocsaile (féach Fíor 1).Is é an fáth gur féidir le glóthach shilice uisce a ionsú ná gur féidir leis an ngrúpa hiodrocsaile sileacain ar dhromchla glóthach shilice bannaí hidrigine idirmhóilíneacha a fhoirmiú le móilíní uisce, ionas gur féidir leis uisce a adsorb agus mar sin ról triomú a imirt.Tá iain chóbalt sa glóthach shilice a athraíonn dath, agus tar éis don uisce asaithe sáithiú a bhaint amach, déantar iain chóbalt hiodráitithe ar na hiain chóbalt sa ghlóthach shilice a athraíonn datha, ionas go n-éireoidh an glóthach shilice gorm bándearg.Tar éis an glóthach shilice bándearg a théamh ag 200 ℃ ar feadh tréimhse ama, briseann an banna hidrigine idir an glóthach shilice agus na móilíní uisce, agus casfaidh an glóthach shilice dídhaite gorm arís, ionas gur féidir le léaráid struchtúr an aigéid shilice agus glóthach shilice. a athúsáid mar a thaispeántar i bhFíor 1. Mar sin, ós rud é go bhfuil dromchla glóthach shilice saibhir i ngrúpaí hiodrocsaile, féadfaidh dromchla glóthach shilice bannaí hidrigine idirmhóilíneacha a fhoirmiú le NH3 agus HCl, etc., agus d'fhéadfadh nach mbeadh aon bhealach ann gníomhú mar triascaire de NH3 agus HCl, agus níl aon tuairisc ábhartha sa litríocht reatha.Mar sin, cad iad na torthaí?Tá an taighde turgnamhach seo a leanas déanta ag an ábhar seo.
FIG.1 Léaráid struchtúir d'aigéad ort-silicic agus glóthach shilice
2 Cuid den Turgnamh
2.1 Scrúdú a dhéanamh ar raon feidhme an triomaigh glóthach shilice — Amóinia Ar dtús, cuireadh an glóthach shilice dídhaite in uisce driogtha agus in uisce amóinia tiubhaithe faoi seach.Casann glóthach shilice dídhaite bándearg in uisce driogtha;In amóinia tiubhaithe, casann an silicone a athraíonn dath dearg ar dtús agus go mall ag casadh gorm éadrom.Léiríonn sé seo gur féidir le glóthach shilice NH3 nó NH3 ·H2 O a ionsú in amóinia.Mar a thaispeántar i bhFíor 2, déantar hiodrocsaíd chailciam soladach agus clóiríd amóiniam a mheascadh agus a théamh go cothrom i bhfeadán tástála.Baintear an gás mar thoradh air trí aol alcaile agus ansin trí ghlóthach shilice.Éiríonn dath an glóthach shilice in aice leis an treo iontrála níos éadroime (déantar iniúchadh ar dhath raon feidhme an desiccant glóthach shilice i bhFíor 2 - amóinia 73, tá an 8ú céim de 2023 go bunúsach mar an gcéanna le dath an glóthach shilice sáithithe. in uisce amóinia tiubhaithe), agus níl aon athrú soiléir ar an bpáipéar tástála pH.Léiríonn sé seo nach bhfuil an NH3 a tháirgtear tar éis an páipéar tástála pH a bhaint amach, agus tá sé asaithe go hiomlán.Tar éis tréimhse ama, stop an téamh, tóg cuid bheag den liathróid glóthach shilice amach, cuir isteach san uisce driogtha é, cuir feanóltailéin leis an uisce, casann an tuaslagán dearg, rud a léiríonn go bhfuil éifeacht láidir asaithe ag an glóthach shilice ar NH3, tar éis an t-uisce driogtha a dhícheangal, téann NH3 isteach san uisce driogtha, tá an tuaslagán alcaileach.Dá bhrí sin, toisc go bhfuil asaithe láidir ag an glóthach shilice do NH3, ní féidir leis an ngníomhaire triomú silicone NH3 a thriomú.
FIG.2 Scrúdú a dhéanamh ar an raon feidhme a bhaineann le triscaire glóthach shilice — amóinia
2.2 Scrúdú a dhéanamh ar raon feidhme an triomaigh glóthach shilice - dóitear clóiríd hidrigine ar dtús solaid NaCl le lasair lampa alcóil chun an t-uisce fliuch sna comhpháirteanna soladacha a bhaint.Tar éis an sampla a fhuaraithe, cuirtear aigéad sulfarach tiubhaithe le solaid NaCl chun líon mór boilgeoga a tháirgeadh láithreach.Cuirtear an gás a ghintear ar aghaidh isteach i bhfeadán triomú sféarúil ina bhfuil glóthach shilice, agus cuirtear páipéar tástála pH fliuch ag deireadh an fheadáin thriomú.Casann an glóthach shilice ag an deireadh tosaigh glas éadrom, agus níl aon athrú soiléir ar an bpáipéar tástála pH fliuch (féach Fíor 3).Léiríonn sé seo go bhfuil an gás HCl ginte asaithe go hiomlán ag glóthach shilice agus nach n-éalaíonn sé isteach san aer.
Figiúr 3 Taighde ar an raon feidhme a bhaineann le triscach glóthach shilice — clóiríd hidrigine
Chuir an glóthach shilice HCl asaithe agus iompaithe glas éadrom i bpromhadán.Cuir an glóthach shilice gorm nua sa fheadán tástála, cuir aigéad hidreaclórach tiubhaithe, go dtiocfaidh glóthach shilice dath glas éadrom freisin, tá an dá dathanna go bunúsach mar an gcéanna.Léiríonn sé seo an gás glóthach shilice sa fheadán triomú sféarúil.
2.3 Scrúdú a dhéanamh ar scóip feidhmithe an dísleog glóthach shilice — dé-ocsaíd sulfair Aigéad sulfarach tiubhaithe measctha le solad tiasulfáit sóidiam (féach Fíor 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O;Cuirtear an gás ginte tríd an bhfeadán triomú ina bhfuil an glóthach shilice dídhaite, éiríonn an glóthach shilice dídhaite gorm-uaine, agus ní athraíonn an páipéar litmis gorm ag deireadh an pháipéir tástála fliuch go mór, rud a léiríonn go bhfuil an gás SO2 ginte. asaithe go hiomlán ag an liathróid glóthach shilice agus ní féidir éalú.
FIG.4 Scrúdú a dhéanamh ar an raon feidhme a bhaineann le triscaire glóthach shilice — dé-ocsaíd sulfair
Tóg amach cuid den liathróid glóthach shilice agus cuir in uisce driogtha é.Tar éis cothromaíocht iomlán, tóg méid beag de titim uisce ar an bpáipéar litmis gorm.Ní athraíonn an páipéar tástála go mór, rud a léiríonn nach leor uisce driogtha chun SO2 a dhí-asú ón glóthach shilice.Glac cuid bheag den liathróid glóthach shilice agus teas sa phromhadán é.Cuir páipéar litmis gorm fliuch ag béal an phromhadáin.Casann an páipéar litmis gorm dearg, rud a thugann le fios go ndéanann téamh gás SO2 a dhí-asú ón liathróid glóthach shilice, rud a fhágann go n-iompaíonn an páipéar litmis dearg.Léiríonn na turgnaimh thuas go bhfuil éifeacht láidir asaithe ag glóthach shilice freisin ar SO2 nó H2 SO3, agus ní féidir é a úsáid chun gás SO2 a thriomú.
2.4 Scrúdú a dhéanamh ar an scóip a bhaineann le triscach glóthach shilice a chur i bhfeidhm – Dé-ocsaíd charbóin
Mar a léirítear i bhFíor 5, tá cuma dearg éadrom ar thuaslagán décharbónáite sóidiam a bhíonn ag sileadh feanóltailéin.Déantar an soladach décharbónáite sóidiam a théamh agus seoltar an meascán gáis mar thoradh air trí fheadán triomúcháin ina bhfuil sféir glóthacha shilice triomaithe.Ní athraíonn an glóthach shilice go mór agus déanann an sileadh décharbónáite sóidiam le feanóltailéin an HCl a ionsú.Déanann an t-ian cóbalt sa glóthach shilice dídhaite tuaslagán glas le Cl- agus de réir a chéile éiríonn sé gan dath, rud a léiríonn go bhfuil coimpléasc gáis CO2 ag deireadh an fheadáin thriomú sféarúil.Cuirtear an glóthach shilice glas-éadrom in uisce driogtha, agus de réir a chéile athraíonn an glóthach shilice dídhaite go buí, rud a thugann le fios go bhfuil an HCl atá asaithe ag glóthach shilice dí-asorbed isteach san uisce.Cuireadh méid beag den tuaslagán uiscí uachtarach leis an tuaslagán níotráite airgid a aigéadaíodh le haigéad nítreach chun deascán bán a dhéanamh.Titeann méid beag de thuaslagán uiscí ar raon leathan de pháipéar tástála pH, agus casann an páipéar tástála dearg, rud a léiríonn go bhfuil an tuaslagán aigéadach.Léiríonn na turgnaimh thuas go bhfuil asaithe láidir ag glóthach shilice do ghás HCl.Is móilín láidir polar é HCl, agus tá polaraíocht láidir ag an ngrúpa hiodrocsaile ar dhromchla glóthach shilice freisin, agus féadfaidh an dá cheann bannaí hidrigine idirmhóilíneacha a fhoirmiú nó go bhfuil idirghníomhú dépholach sách láidir acu, rud a fhágann go mbeidh fórsa idirmhóilíneach sách láidir idir an dromchla shilice. glóthacha agus móilíní HCl, mar sin tá glóthach shilice asaithe láidir de HCl.Dá bhrí sin, ní féidir gníomhaire triomú silicone a úsáid chun éalú HCl a thriomú, is é sin, ní adsorb an glóthach shilice CO2 nó go n-ionsú go páirteach CO2.
FIG.5 Scrúdú a dhéanamh ar an raon feidhme a bhaineann le triscach glóthach shilice — dé-ocsaíd charbóin
Chun asaithe glóthach shilice go gás dé-ocsaíd charbóin a chruthú, leantar leis na turgnaimh seo a leanas.Baineadh an liathróid glóthach shilice sa fheadán triomú sféarúil, agus roinntear an chuid i dtuaslagán décharbónáit sóidiam ag sileadh feanóltailéin.Dídhathaigh an tuaslagán décharbónáite sóidiam.Léiríonn sé seo go adsorbs glóthach shilice dé-ocsaíd charbóin, agus tar éis intuaslagtha in uisce, dí-ocsaíd charbóin i dtuaslagán décharbónáit sóidiam, rud a fhágann go bhfuil tuaslagán décharbónáit sóidiam céimnithe.Téitear an chuid eile den liathróid silicone i bhfeadán tástála tirim, agus cuirtear an gás mar thoradh air sin isteach i dtuaslagán sileadh décharbónáite sóidiam le feanóltailéin.Go gairid, athraíonn an tuaslagán décharbónáite sóidiam ó dhearg éadrom go gan dath.Léiríonn sé seo freisin go bhfuil cumas asaithe fós ag glóthach shilice do ghás CO2.Mar sin féin, tá fórsa asaithe glóthach shilice ar CO2 i bhfad níos lú ná an fórsa HCl, NH3 agus SO2, agus ní féidir dé-ocsaíd charbóin a asaithe ach go páirteach le linn an turgnaimh i bhFíor 5. Is dócha gurb é an fáth gur féidir le glóthach shilice CO2 a adsorbú go páirteach. go ndéanann glóthach shilice agus CO2 naisc hidrigine idirmhóilíneacha Si — OH … O = C.Toisc go bhfuil an adamh lárnach carbóin CO2 sp hibrideach, agus go bhfuil an adamh sileacain i glóthach shilice sp3 hibrideach, ní chomhoibríonn an móilín líneach CO2 go maith le dromchla glóthach shilice, rud a fhágann go bhfuil fórsa asaithe glóthach shilice ar dhé-ocsaíd charbóin sách. beag.
3.Comparison idir tuaslagthacht na gceithre gháis in uisce agus an stádas asaithe ar dhromchla glóthach shilice Ó na torthaí turgnamhacha thuas, is féidir a fheiceáil go bhfuil cumas asaithe láidir ag glóthach shilice d'amóinia, clóiríd hidrigine agus dé-ocsaíd sulfair, ach fórsa asaithe beag le haghaidh dé-ocsaíd charbóin (féach Tábla 1).Tá sé seo cosúil le tuaslagthacht na gceithre ghás in uisce.D'fhéadfadh sé seo a bheith toisc go bhfuil hiodrocsa-OH i móilíní uisce, agus tá dromchla glóthach shilice saibhir i hiodrocsaile freisin, agus mar sin tá tuaslagthacht na gceithre gháis seo in uisce an-chosúil lena asaithe ar dhromchla glóthach shilice.I measc na dtrí gháis de ghás amóinia, clóiríd hidrigine agus dé-ocsaíd sulfair, tá an tuaslagthacht is lú in uisce ag dé-ocsaíd sulfair, ach tar éis glóthach shilice a adsorbú, is é an ceann is deacra a dhí-asú i measc na dtrí gháis.Tar éis don glóthach shilice amóinia agus clóiríd hidrigine a adsorbú, is féidir é a dhí-asú le huisce tuaslagóir.Tar éis an gás dé-ocsaíd sulfair a bheith asaithe ag glóthach shilice, tá sé deacair dí-asú le huisce, agus ní mór é a théamh chun dí-asú ó dhromchla glóthach shilice.Dá bhrí sin, ní mór asaithe ceithre gháis ar dhromchla glóthach shilice a ríomh go teoiriciúil.
4 Cuirtear ríomh teoiriciúil na hidirghníomhaíochta idir glóthach shilice agus ceithre ghás i láthair i mbogearraí ORCA quantumization [4] faoi chreat na teoirice feidhmiúla dlúis (DFT).Baineadh úsáid as an modh DFT D/B3LYP/Def2 TZVP chun na modhanna idirghníomhaíochta agus fuinnimh idir gáis éagsúla agus glóthach shilice a ríomh.D'fhonn an ríomh a shimpliú, déantar solad glóthacha shilice a léiriú ag móilíní aigéad tetrameric orthosilicic.Léiríonn na torthaí ríofa gur féidir le H2 O, NH3 agus HCl bannaí hidrigine a fhoirmiú leis an ngrúpa hiodrocsaile ar dhromchla glóthach shilice (féach Fíor 6a ~ c).Tá fuinneamh ceangailteach sách láidir acu ar an dromchla glóthach shilice (féach Tábla 2) agus is furasta iad a adsorbú ar an dromchla glóthach shilice.Ós rud é go bhfuil fuinneamh ceangailteach NH3 agus HCl cosúil le fuinneamh H2 O, d'fhéadfadh dí-asú an dá mhóilíní gáis seo a bheith mar thoradh ar níochán uisce.Maidir leis an móilín SO2, níl a fhuinneamh ceangailteach ach -17.47 kJ/mol, atá i bhfad níos lú ná na trí mhóilín thuas.Mar sin féin, dheimhnigh an turgnamh go bhfuil gás SO2 asaithe go héasca ar an glóthach shilice, agus ní féidir fiú níocháin a dhí-asú, agus ní féidir ach téamh SO2 éalú ó dhromchla an glóthach shilice.Mar sin, rinneamar buille faoi thuairim gur dócha go dtiocfaidh SO2 le chéile le H2 O ar dhromchla glóthach shilice chun codáin H2 SO3 a fhoirmiú.Léiríonn Fíor 6e go ndéanann an móilín H2 SO3 trí bhanna hidrigine leis na hadaimh hiodrocsaile agus ocsaigine ar dhromchla an ghlóthaigh shilice ag an am céanna, agus tá an fuinneamh ceangailteach chomh hard le -76.63 kJ/mol, a mhíníonn cén fáth a adsoraíodh SO2 ar is deacair an glóthach shilice a sheachaint le huisce.Tá an cumas ceangailteach is laige ag CO2 neamh-polar le glóthach shilice, agus ní féidir ach glóthach shilice a adsorbú go páirteach.Cé gur shroich fuinneamh ceangailteach H2 CO3 agus glóthach shilice -65.65 kJ/mol freisin, ní raibh an ráta comhshó CO2 go H2 CO3 ard, agus laghdaíodh an ráta asaithe CO2 freisin.Is féidir a fheiceáil ó na sonraí thuas nach é polaraíocht an mhóilín gáis an t-aon chritéar chun a mheas an féidir glóthach shilice a adsorbú, agus is é an banna hidrigine a foirmíodh le dromchla glóthach shilice an phríomhchúis lena asaithe cobhsaí.
Is é comhdhéanamh glóthach shilice ná SiO2 ·nH2 O, is féidir an t-achar dromchla ollmhór glóthach shilice agus an grúpa saibhir hiodrocsaile ar an dromchla a dhéanamh glóthach shilice a úsáid mar thriomadóir neamh-tocsaineach le feidhmíocht den scoth, agus úsáidtear go forleathan é i dtáirgeadh agus i saolré. .Sa pháipéar seo, deimhnítear ó dhá ghné de thurgnamh agus de ríomh teoiriciúil gur féidir le glóthach shilice NH3, HCl, SO2, CO2 agus gáis eile a adsorb trí bhannaí hidrigine idirmhóilíneacha, mar sin ní féidir glóthach shilice a úsáid chun na gáis seo a thriomú.Is é comhdhéanamh glóthach shilice ná SiO2 ·nH2 O, is féidir an t-achar dromchla ollmhór glóthach shilice agus an grúpa saibhir hiodrocsaile ar an dromchla a dhéanamh glóthach shilice a úsáid mar thriomadóir neamh-tocsaineach le feidhmíocht den scoth, agus úsáidtear go forleathan é i dtáirgeadh agus i saolré. .Sa pháipéar seo, deimhnítear ó dhá ghné de thurgnamh agus de ríomh teoiriciúil gur féidir le glóthach shilice NH3, HCl, SO2, CO2 agus gáis eile a adsorb trí bhannaí hidrigine idirmhóilíneacha, mar sin ní féidir glóthach shilice a úsáid chun na gáis seo a thriomú.
３
FIG.6 Modhanna idirghníomhaíochta idir móilíní éagsúla agus dromchla glóthach shilice arna ríomh de réir modh DFT
Am postála: Nov-14-2023
